Question

【題目】以含鋰電解鋁廢渣（主要成分為LiF、AlF3、NaF，少量CaO等）為原料，生產(chǎn)高純度LiOH的工藝流程如圖：（已知：常溫下，LiOH可溶于水，Li2CO3微溶于水）

（1）含鋰電解鋁廢渣與濃硫酸在200~400℃條件下反應(yīng)2h。“濾渣1”主要成分是___（填化學(xué)式）。

（2）“過(guò)濾2”需要趁熱在恒溫裝置中進(jìn)行，否則會(huì)導(dǎo)致Li2SO4的收率下降，原因是___。

（已知部分物質(zhì)的溶解度數(shù)據(jù)見(jiàn)下表）

溫度/℃	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°C下進(jìn)行“堿解”，得到粗碳酸鋰與氫氧化鋁的混合濾渣，生成氫氧化鋁的離子方程式為___；若堿解前濾液中c(Li+)=4molL-1，加入等體積的Na2CO3溶液后，Li+的沉降率到99%，則“濾液2”中c(CO32-)=___molL-1。[Ksp(Li2CO3)=1.6×10-3]

（4）“苛化”過(guò)程，若氧化鈣過(guò)量，則可能會(huì)造成___。

（5）整個(gè)工藝流程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)有___。

（6）“電解”原理如圖所示。“碳化”后的電解液應(yīng)從（填“a”或“b”)___口注入。陰極的電極反應(yīng)式為___。

（7）高純度LiOH可轉(zhuǎn)化為電池級(jí)Li2CO3。將電池級(jí)Li2CO3和C、FePO4高溫下反應(yīng)，生成LiFePO4和一種可燃性氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為___。

Answer 1

【答案】CaSO4 溶液溫度下降，硫酸鈉結(jié)晶析出時(shí)，夾裹了部分的硫酸鋰共沉淀 2Al3+＋3CO32-＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑ 4 碳酸鋰產(chǎn)品的鈣離子含量相對(duì)升高(或使得氫氧化鋁溶解進(jìn)入溶液，導(dǎo)致最終產(chǎn)品的純度下降) CO2 a 2H2O+2e-=H2↑＋2OH- Li2CO3＋2C＋2FeSO42LiFePO4＋3CO↑

【解析】

含鋰電解鋁廢渣(主要成分為LiF、AIF3、NaF，少量CaO等)與濃硫酸反應(yīng)生成Li2SO4、Al2(SO4)3、Na2SO4和CaSO4。CaSO4是微溶物，加水溶解，濾渣1為CaSO4，向?yàn)V液中加入Na2CO3溶液，堿解生成CO2氣體、Al(OH)3和Na2SO4及Li2CO3，趁熱過(guò)濾，向?yàn)V液中加入氧化鈣生成CaSO4、Al(OH)3、LiOH，過(guò)濾，向?yàn)V液中加入CO2得到Li2CO3，電解得到LiOH。

(1)根據(jù)分析得到“濾渣1”主要成分是CaSO4；

(2)“過(guò)濾2”需要趁熱在恒溫裝置中進(jìn)行，根據(jù)表中溶解度曲線得出硫酸鈉晶體析出可能會(huì)夾帶著硫酸鋰，從而導(dǎo)致Li2SO4的收率下降；故答案為：溶液溫度下降，硫酸鈉結(jié)晶析出時(shí)，夾裹了部分的硫酸鋰共沉淀；

(3)40°C下進(jìn)行“堿解”，得到粗碳酸鋰與氫氧化鋁的混合濾渣，生成氫氧化鋁主要是碳酸根和鋁離子發(fā)生雙水解，其離子方程式為2Al3+＋3CO32＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑；若堿解前濾液中c(Li+)=4molL1，加入等體積的Na2CO3溶液后，Li+的沉降率到99%，則此時(shí)溶液中c(Li+)=，根據(jù)，得到“濾液2”中；

(4)“苛化”過(guò)程，若氧化鈣過(guò)量，溶液中含有多余的鈣離子，也可能將生成的氫氧化鋁溶解進(jìn)入得到溶解中；故答案為：碳酸鋰產(chǎn)品的鈣離子含量相對(duì)升高(或使得氫氧化鋁溶解進(jìn)入溶液，導(dǎo)致最終產(chǎn)品的純度下降)。

(5)堿解的過(guò)程中生成CO2，在碳化過(guò)程中加入CO2，因此整個(gè)工藝流程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)有CO2；

(6)“電解”原理如圖所示，LiOH是從右邊得到，而鋰離子通過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入到右室，因此“碳化”后的電解液應(yīng)從a口注入。陰極是水中的氫離子得到電子，其電極反應(yīng)式為2H2O+2e－=H2↑＋2OH－；

(7)將電池級(jí)Li2CO3和C、FePO4高溫下反應(yīng)，根據(jù)氧化還原反應(yīng)，FePO4中Fe化合價(jià)降低，則C化合價(jià)升高，生成LiFePO4和一種可燃性氣體即CO，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為Li2CO3＋2C＋2FeSO42LiFePO4＋3CO↑。