Question

利用一种钴矿石(主要成分为 Co₂O₃，含少量 SiO₂及铁、铝、锰、镁、钙等金属元素的氧化物)制取CoC₂O₄∙2H₂O 晶体的工艺流程如下：

已知部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液 pH 如表

沉淀物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Co(OH)2	Al(OH)3	Mn(OH)2
完全沉淀的 pH	3.7	9.6	9.2	5.2	9.8

(1)溶浸过程中 Co₂O₃ 发生反应的离子方程式为_____。

(2)氧化除杂过程中加入 Na₂CO₃ 的主要目的是__________，若不加入 NaClO₃，其后果是_____。

(3)滤渣 3 的成分是____________，滤液中加入萃取剂的目的是除去_________元素(填元素符号)。

(4)萃取余液中加入草酸铵后，获取 CoC₂O₄·2H₂O 晶体的操作是___________。

(5)含钴化合物 LiCoO₂是废旧锂电池的正极材料，可与双氧水、稀 H₂SO₄ 混合加热得到 CoSO₄回收利用，该过程发生反应的化学方程式是____________。

(6)已知某温度下 Ksp(MgF₂)=7.35×10^-11，Ksp(CaF₂)=1.05×10^-10，当加入过量NaF溶液后，所得滤液中c(Ca²⁺)/c(Mg²⁺) =___________。

Answer

Co2O3＋SO32－＋4H＋=2Co2＋＋SO42－＋2H2O 加入Na2CO3调节pH至5.2，可得到Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀 亚铁离子不能氧化成铁离子而除去 CaF2、MgF2 Mn 蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥 2LiCoO2＋H2O2＋3H2SO42CosO4＋Li2SO4＋4H2O＋O2↑ 1.43

【解析】

含钴废料中加入盐酸和亚硫酸钠，除去不溶物质滤河渣1，可得CoCl2、AlCl3、FeCl2、MgCl2、CaCl2、MnCl2，加入NaClO3，可FeCl2氧化得到FeCl3，然后加入Na2CO3调pH至5.2，可得到滤渣2，主要成分为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，过滤后所得滤液主要含有CoCl2、MgCl2、CaCl2、MnCl2，向溶液中加入NaF溶液，除去钙镁离子，然后过滤，滤渣3为CaF2、MgF2，得到的滤液中加入萃取剂，除去锰元素，萃取后溶液加入草酸铵，得到草酸钴溶液，由萃后余液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到CoC2O4·2H2O。

（1）溶浸过程中 Co2O3 被还原生成Co2＋，发生反应的离子方程式为Co2O3＋SO32－＋4H＋=2Co2＋＋SO42－＋2H2O；故答案为：Co2O3＋SO32－＋4H＋=2Co2＋＋SO42－＋2H2O；

（2）氧化除杂过程中加入 Na2CO3 调节pH至5.2，可得到Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，若不加入 NaClO3，其后果是亚铁离子不能氧化成铁离子而除去；故答案为：加入Na2CO3调节pH至5.2，可得到Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀；亚铁离子不能氧化成铁离子而除去。

（3）滤渣3为CaF2、MgF2，滤液中加入萃取剂的目的是除去Mn元素(填元素符号)。故答案为：CaF2、MgF2；Mn；

（4）由萃后余液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到CoC2O4·2H2O 晶体。故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；

（5）含钴化合物 LiCoO2是废旧锂电池的正极材料，可与双氧水、稀 H2SO4 混合加热得到 CoSO4回收利用，同时生成硫酸锂、水和氧气，发生反应的化学方程式是2LiCoO2＋H2O2＋3H2SO42CosO4＋Li2SO4＋4H2O＋O2↑。故答案为：2LiCoO2＋H2O2＋3H2SO42CosO4＋Li2SO4＋4H2O＋O2↑；

（6）当加入过量NaF溶液后，溶液中存在平衡：Mg2++CaF2MgF2+Ca2+， =1.43。故答案为：1.43。