Question

废弃锂离子电池的资源化处理日益重要。从废旧磷酸铁锂电池的正极材料（含LiFePO₄、石墨粉和铝箔等）中综合回收锂、铁和磷等的工艺流程如图所示：

有关数据：25℃时，K_sp(FePO₄)=1.3×10^-22、K_sp[Fe(OH)₃]=2.6×10^-39。

回答下列问题：

（1）“溶浸1”中铝溶解的化学方程式为___。

（2）完成“溶浸2”反应的离子方程式___：

LiFePO₄+H₂O₂+   =Li⁺+   +H₂PO₄^-+H₂O

（3）“滤渣2”的主要成分是___。

（4）“滤液2”循环两次的目的是___。

（5）“沉铁、磷”时，析出FePO₄沉淀，反应的离子方程式为__。实验中，铁、磷的沉淀率结果如图所示。碳酸钠浓度大于30%后，铁沉淀率仍然升高，磷沉淀率明显降低，其可能原因是___。

（6）“沉淀转化”反应：FePO₄+3OH^-⇌Fe(OH)₃+PO₄^3-。用此反应的化学平衡常数说明转化能否完全___？

（7）为了充分沉淀，“沉锂”时所用的X和适宜温度是___（填标号）。

A.NaOH20-40℃       B.NaOH80-100℃

C.Na₂CO₃20-40℃      D.Na₂CO₃60-80℃

Answer

2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2↑ 2LiFePO4+H2O2+6H+=2Li++2Fe3++2H2PO4-+2H2O 石墨 提高浸出液的浓度(或提高双氧水和硫酸的利用率等其他合理答案) Fe3++2H2PO4-+CO32-= FePO4↓+ CO2↑+ H2O Na2CO3水解产生的c(OH-)增大，与Fe3+结合生成Fe (OH)3沉淀，而使留在溶液中的PO43-增大 K==5.0×1016，K很大，说明反应完全进行 D

【解析】

废旧磷酸铁锂电池的正极材料（含LiFePO4、石墨粉和铝箔等）加入氢氧化钠进行减溶，铝箔与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠，过滤后得到滤液1，滤液1为偏铝酸钠溶液，过滤后的滤渣再加入过量浓硫酸进行酸溶，同时加入双氧水，将亚铁离子氧化为三价铁，并进行多次循环，确保亚铁离子全部转化，在进行过滤得到滤渣2和滤液2，滤渣2为石墨粉，滤液2主要含有Fe3+、Li+、H2PO4-和SO42-溶液，向滤液2加入碳酸钠，Fe3+、H2PO4-与碳酸钠反应，转化为磷酸铁沉淀和二氧化碳，生成的二氧化碳气体通入滤液1中反应生成氢氧化铝，磷酸铁中加入氢氧化钠溶液转化为氢氧化铁和磷酸钠晶体，向沉铁、磷后的溶液加入碳酸钠得到碳酸锂沉淀，再对碳酸锂进行一系列处理最后得到高纯锂化合物，据此分析解答。

(1)根据分析，“溶浸1”中铝溶解的化学方程式为2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2↑；

(2)完成“溶浸2”为LiFePO4与过量浓硫酸进行酸溶，同时加入双氧水，将亚铁离子氧化为三价铁，离子方程式：2LiFePO4+H2O2+6H+=2Li++2Fe3++2H2PO4-+2H2O；

(3)根据分析，“滤渣2”的主要成分是石墨；

(4)“滤液2”循环两次的目的是提高浸出液的浓度(或提高双氧水和硫酸的利用率等其他合理答案)

(5)“沉铁、磷”时，析出FePO4沉淀，反应的离子方程式为Fe3++2H2PO4-+CO32-= FePO4↓+ CO2↑+ H2O；实验中，铁、磷的沉淀率结果如图所示。碳酸钠浓度大于30%后，铁沉淀率仍然升高，磷沉淀率明显降低，其可能原因是Na2CO3水解产生的c(OH-)增大，与Fe3+结合生成Fe (OH)3沉淀，而使留在溶液中的PO43-增大；

（6）“沉淀转化”反应：FePO4+3OH-⇌Fe(OH)3+PO43-。K==5.0×1016，K很大，说明反应完全进行。

（7）结合表格数据，碳酸锂的溶解度远小于氢氧化锂，为了充分沉淀，“沉锂”时所用的X应为碳酸钠，60-80℃左右溶解度较小，答案选D。