Question

以含锂电解铝废渣(主要成分为LiF、AlF₃、NaF，少量CaO等)为原料，生产碳酸锂的工艺流程如下：(已知：常温下，LiOH可溶于水，Li₂CO₃微溶于水)

(1)含锂电解铝废渣与浓硫酸在200～400 ℃条件下反应2 h，加水浸取后过滤，得到的滤渣主要成分是________(填化学式)。

(2)流程中浸取后的过滤操作需要趁热在恒温装置中进行，否则会导致Li₂SO₄的收率下降，原因是________。(已知部分物质的溶解度数据见下表)

温度/℃	Li2SO4/g	Al2(SO4)3/g	Na2SO4/g
0	36.1	31.2	4.9
10	35.4	33.5	9.1
20	34.8	36.5	19.5
30	34.3	40.4	40.8
40	33.9	45.7	48.8

(3)40℃下进行碱解反应，得到粗碳酸锂与氢氧化铝的混合滤渣，生成氢氧化铝的离子方程式为________。

(4)苛化过程中加入的氧化钙将不溶性的碳酸锂转化成氢氧化锂溶液。若氧化钙过量，则可能会造成________。

(5)碳化反应中，CO₂的吸收采用了气、液逆流的方式，这样做的优点是________。整个工艺流程中可以循环利用的物质有________。

Answer

CaSO4 若未恒温趁热过滤，则过滤时溶液温度下降，硫酸钠结晶析出时，夹裹了部分的硫酸锂共沉淀 2Al3＋＋3CO32-＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑ 碳酸锂产品的钙离子含量相对升高(或使得氢氧化铝溶解进入溶液，导致最终产品的纯度下降) 可增大接触面积，提高碳化效率 CO2

【解析】

含锂电解铝废渣主要成分为LiF、AlF3、NaF，少量CaO等，加入浓硫酸生成的气体为HF，加水浸取，硫酸钙微溶，所以浸取后过滤分离出滤渣为CaSO4，滤液中主要金属阳离子有Li+、Al3+、Na+；滤液中加碳酸钠发生2Al3++3CO32-+3H2O=2Al(OH)3↓+3CO2↑、2Li++CO32-=Li2CO3↓，气体为二氧化碳，过滤分离，滤液主要含硫酸钠，滤渣为Al(OH)3、Li2CO3，再加CaO、水苛化将不溶性的碳酸锂转化成氢氧化锂溶液，过滤分离得到LiOH溶液，碳化时LiOH与二氧化碳反应生成Li2CO3，以此来解答。

(1)根据分析，得到的滤渣主要成分是微溶于水的CaSO4；

(2)根据表格数据可知温度较低时，硫酸钠的溶解度较小，若未恒温趁热过滤，则过滤时溶液温度下降，硫酸钠结晶析出时，夹裹了部分的硫酸锂共沉淀，导致硫酸锂收率下降；

(3)铝离子水解显酸性，碳酸根水解显碱性，二者可以彻底双水解得到氢氧化铝沉淀和二氧化碳，方程式为2Al3＋＋3CO32-＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑；

(4)氧化钙可以和水反应生成Ca(OH)2，氢氧化钙和二氧化碳反应会生成碳酸钙沉淀，若氧化钙过量，则可能会造成碳酸锂产品的钙离子含量相对升高；且溶液碱性过强会使氢氧化铝沉淀溶解，导致最终产品的纯度下降；

(5)气、液逆流的方式可增大接触面积，提高碳化效率；根据分析可知整个工艺流程中可以循环利用的物质是CO2。