Question

用含锂废渣（主要金属元素的含量：Li 3.50% Ni 6.55% Ca 6.41% Mg 13.24%)制备Li₂CO₃,并用其制备锂电池的正极材料LiFePO₄。部分工艺流程如下：

资料：i滤液1、滤液2中部分例子浓度（g·L^－1）

	Li^＋	Ni^2^＋	Ca^2^＋	Mg^2^＋
滤液1	22.72	20.68	0.36	60.18
滤液2	21.94	7.7×10^－^3	0.08	0.78×10^－^3

ii．EDTA能和某些二价金属离子形成稳定的水溶性络合物

iii．某些物质的溶解度（S）

T/℃	20	40	60	80	100
S(Li2CO3)/g	1.33	1.17	1.01	0.85	0.72
S(Li2SO4)/g	34.7	33.6	32.7	31.7	30.9

I.制备Li₂CO₃粗品

（1）上述流程中为加快化学反应速率而采取的措施是____。

（2）滤渣2的主要成分有____。

（3）向滤液2中先加入EDTA,再加入饱和Na₂C₀₃溶液,90℃充分反应后，分离出固体 Li₂CO₃粗品的操作是_______。

（4）处理lkg含锂3.50%的废渣，锂的浸出率为a，Li⁺转化为Li₂CO₃的转化率为b，则粗品中含Li₂CO₃的质量是________g。（摩尔质量:Li₂CO₃ 74 g.mol₄)

II.纯化Li₂CO₃粗品   

（5）将Li₂CO₃转化为LiHCO₃后，用隔膜法电解LiHCO₃1溶液制备高纯度的LiOH,再转化得电池级Li₂CO₃。电解原理如图所示，阳极的电极反应式是____,该池使用了_________(填“阳”或“阴”）离子交换膜。

Ⅲ.制备 LiFePO₄

（6）将电池级Li₂CO₃和C、FePO₄高温下反应，生成LiFePO₄和一种可燃性气体,该反应的化学方程式是_________。

Answer

研磨、70℃加热 Ni(OH)2、Mg(OH)2、Ca(OH)2 趁热过滤 185ab 4OH--4e-=2H2O+O2↑ 阳

【解析】

根据流程可知，将含锂废渣研磨后，在70℃条件下用稀硫酸酸浸其中的金属，得到含有的Li+、Ni2+、Ca2+、Mg2+酸性溶液，其中部分Ca2+与硫酸根离子生成CaSO4沉淀，过滤，滤渣1主要是CaSO4，向滤液1中加入NaOH调节pH=12沉淀Ni2+、Ca2+、Mg2+，滤渣2主要为Ni(OH)2、Mg(OH)2还有极少量的Ca(OH)2，滤液2含有Li+，向滤液2中先加入EDTA，再加入饱和Na2CO3溶液，90℃充分反应后，得到沉淀，趁热过滤得到粗品Li2CO3，将Li2CO3转化为LiHCO3后，用隔膜法电解LiHCO3溶液制备高纯度的LiOH，再转化得电池级Li2CO3．将电池级Li2CO3和C、FePO4高温下反应：Li2CO3+2C+2FePO4=2LiFePO4+3CO↑，据此分析作答。

：（1）流程中为加快化学反应速率而采取的措施有研磨、70℃加热；故答案为：研磨、70℃加热；
（2）根据分析滤液1中加入NaOH调节pH=12沉淀Ni2+、Ca2+、Mg2+，故滤渣2主要为Ni(OH)2、Mg(OH)2还有极少量的Ca(OH)2；故答案为：Ni(OH)2、Mg(OH)2、Ca(OH)2；
（3）根据表可知Li2CO3的溶解度小在较高的温度下较小，故90℃充分反应后，通过趁热过滤分离出固体Li2CO3粗品；故答案为：趁热过滤；
（4）lkg含锂3.50%的废渣，锂的浸出率为a，则浸出的n（Li+）==5amol，Li+转化为Li2CO3的转化率为b，则粗品中含Li2CO3的质量是5amol×0.5×b×74g/mol=185ab g；故答案为：185ab；
（5）根据电解图，阳极上发生氧化反应，氢氧根离子放电，电极反应为：4OH--4e-=2H2O+O2↑；阴极上放电的是氢离子，阴极生成OH-，根据题意得到LiOH，则LiOH在阴极生成，Li+移向阴极，故离子交换膜为阳离子交换膜；故答案为：4OH--4e-=2H2O+O2↑；阳；
（6）Li2CO3和C、FePO4高温下反应，生成LiFePO4和一种可燃性气体，根据元素分析该气体为CO，则反应为：；故答案为：。