Question

某废旧锂电池材料含有钴酸锂(LiCoO₂)、导电剂石墨和铝粉等。回收废旧锂电池中钴的工艺流程如下：

已知：K_sp(CoC₂O₄)=2.5×10^-9，K_sp(CoCO₃)=1.5×10^-13

回答下列问题：

(1)“浸出液”的主要成分是LiHC₂O₄、Al(HC₂O₄)₃，“浸出渣”的主要成分是CoC₂O₄。“浸出”中生成CoC₂O₄的化学方程式为________________，若H₂C₂O₄用量过大，CoC₂O₄的产率反而会降低，原因是________________。

(2)“转化”中加入Na₂CO₃溶液发生反应的离子方程式为________________。

(3)“电解”时装置如图所示。阳极的电极反应式为________________，电解后a室中的电解液可返回________________工序继续使用。

(4)某废旧锂电池粉末中LiCoO₂的质量分数为w，将mkg该废料进行回收利用，电解得到钴nkg，钴的回收率为________________。

Answer

2LiCoO2+5H2C2O4=2LiHC2O4+2CoC2O4+4H2O+2CO2↑ CoC2O4与过量的H2C2O4反应转化成Co(HC2O4)2而溶解 CoC2O4+⇌CoCO3+ 2H2O-4e-=O2↑+4H+ 酸溶 ×100%

【解析】

废旧锂电池材料含有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂石墨和铝粉等，加草酸溶解，“浸出液”的主要成分是LiHC2O4、Al(HC2O4)，“浸出渣”的主要成分是CoC2O4，则生成CoC2O4的化学方程式为2LiCoO2+5H2C2O4=2LiHC2O4+2CoC2O4+4H2O+2CO2↑，然后在浸出渣中加入碳酸钠发生CoC2O4+⇌CoCO3+，分离出的滤渣1为CoCO3，滤液1含草酸钠，滤渣1中加盐酸溶解生成CoCl2，电解可得到Co，以此分析解答。

(1)“浸出液” 的主要成分是LiHC2O4、Al(HC2O4)3，“浸出渣”的主要成分是CoC2O4，“浸出”中生成CoC2O4的化学方程式为2LiCoO2+5H2C2O4=2LiHC2O4+2CoC2O4+4H2O+2CO2↑，若H2C2O4用量过大，CoC2O4与过量的H2C2O4反应转化成Co(HC2O4)2而溶解，导致CoC2O4的产率反而会降低，故答案为：2LiCoO2+5H2C2O4=2LiHC2O4+2CoC2O4+4H2O+2CO2↑；CoC2O4与过量的H2C2O4反应转化成Co(HC2O4)2而溶解；

(2) 由于Ksp(CoC2O4)=2.5×10-9＞Ksp(CoCO3)=1.5×10-13，“转化”中CoC2O4中加入Na2CO3溶液发生沉淀的转化，反应的离子方程式为CoC2O4+⇌CoCO3+，故答案为：CoC2O4+⇌CoCO3+；

(3)由电解装置图可知，阳极的电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，氢离子移向a，阴极的电极反应式为Co2++2e-=Co，阴极区氯离子移向a，a室生成盐酸，电解后a室中的电解液可返回酸溶工序继续使用，故答案为：2H2O-4e-=O2↑+4H+；酸溶；

(4)某废旧锂电池粉末中LiCoO2的质量分数为w，将mkg该废料进行回收利用，电解得到钴nkg，钴的回收率为×100%=×100%，故答案为：×100%。