Question

2019年诺贝尔化学奖授予在开发锂离子电池方面做出卓越贡献的三位化学家。锂离子电池的广泛应用要求处理电池废料以节约资源、保护环境。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片(由Al箔、LiFePO₄活性材料、少量不溶于酸碱的导电剂组成)中的资源，部分流程如图：

已知：K_sp(Li₂CO₃)＝1.6×10^－3。部分物质的溶解度(S)如表所示：

T/℃	S(Li2CO3)/g	S(Li2SO4)/g	S(Li3PO4)/g	S(LiH2PO4)/g
20	1.33	34.2	0.039	126
80	0.85	30.5	——	——

(1)将回收的废旧锂离子电池进行预放电、拆分破碎、热处理等预处理，筛分后获得正极片。下列分析你认为合理的是__________。

A.废旧锂离子电池在处理之前需要进行彻底放电，否则在后续处理中，残余的能量会集中释放，可能会造成安全隐患。

B.预放电时电池中的锂离子移向负极，不利于提高正极片中锂元素的回收率。

C.热处理过程可以除去废旧锂离子电池中的难溶有机物、碳粉等。

(2)写出碱溶时主要发生反应的离子方程式：________。

(3)为提高酸浸的浸出率，除粉碎、搅拌、升温外，还可采用的方法有______。(写出一种即可)

(4)酸浸时产生标况下3.36 L NO时，溶解LiFePO₄________mol(其他杂质不与HNO₃反应)。

(5)若滤液②中c(Li^＋)＝4 mol·L^－1，加入等体积的Na₂CO₃后，沉淀中的Li元素占原Li元素总量的90%，计算滤液③中c(CO₃^2－)＝__________mol/L。

(6)流程中用“热水洗涤”的原因是________。

(7)工业上将回收的Li₂CO₃、FePO₄粉碎与足量炭黑混合高温灼烧再生制备LiFePO₄，写出反应的化学方程式：_________。

Answer

AC 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑ 适当增大硫酸的浓度 0.45 0.04 Li2CO3的随温度升高而减小，热水洗涤可减小Li2CO3的溶解 2FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑

【解析】

废旧磷酸亚铁锂电池正极片主要为Al箔、LiFePO4活性材料、少量不溶于酸碱的导电剂组成，加氢氧化钠溶液浸泡，将铝溶解，过滤后得到的滤液中含有偏铝酸钠，滤渣为LiFePO4，加硫酸、硝酸，除去不溶于酸碱的导电剂，调节pH生成FePO4沉淀，滤液中加入饱和碳酸钠，生成碳酸锂沉淀。

（1）A. 废旧锂离子电池中大都残余部分电量，在处理之前需要进行彻底放电，否则在后续处理中，残余的能量会集中释放出大量的热量，可能会造成安全隐患等不利影响，A合理；

B. 放电是原电池原理，阳离子向正极移动，电池中的锂离子移向正极，B不合理；

C. 热处理的过程重要是为了除去废旧锂离子电池中难溶的有机物、碳粉等，以及关于电极材料和集流体的分离，C合理；故答案为：AC；

（2）碱溶时，Al与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，其反应的离子方程式为：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；故答案为：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；

（3）提高酸浸的浸出率，除粉碎、搅拌、升温外，还可采用适当增大硫酸的浓度；故答案为：适当增大硫酸的浓度；

（4）酸浸时NHO3转化为NO，标况下3.36 L NO为0.15mol，产生1molNO，转移3mol电子，则生成0.15molNO，转移0.45mol电子，

LiFePO4与硝酸反应生成FePO4，铁元素的化合价由+2价变为+3价，溶解1mol LiFePO4，转移1mol电子，则转移0.45mol电子，溶解0.45mol LiFePO4，故答案为：0.45；

（5）混合后溶液中含有的c(Li＋)= 4 mol·L－1×(1-90)×=0.2mol/L，已知Ksp(Li2CO3)＝=1.6×10－3,则滤液③中

c(CO32－)＝；故答案为：0.04；

（6）根据表格可知，Li2CO3的随温度升高而减小，热水洗涤可减小Li2CO3的溶解；故答案为：Li2CO3的随温度升高而减小，热水洗涤可减小Li2CO3的溶解；

（7）Li2CO3、FePO4与足量炭黑高温灼烧生成LiFePO4的化学方程式为：2FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑；故答案为：

2FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑。