Question

【題目】磷酸亞鐵鋰( LiFePO4)電池是新能源汽車的動力電池之一。采用濕法冶金工藝回收廢舊磷酸亞鐵鋰電池正極片(由Al箔、 LiFePO4活性材料、少量不溶于酸堿的導電劑組成)中的資源，部分流程如圖：

已知：Ksp(Li2CO3)=1.6×10－3。部分物質的溶解度(S)如下表所示：

（1）寫出堿溶時Al箔溶解的離子方程式：______________________。

（2）為提高酸浸的浸出率，除粉碎、挑拌、升溫外，還可采用的方法有_________________________________。

（3）酸浸時產生標況下3.36LNO時，溶解 LiFePO4_________mol(其他雜質不與HNO3反應)。

（4）若濾液②中c(Li+)=4mol·L－1，加入等體積的Na2CO3后，Li+的沉降率達到90%，計算濾液③中c(CO32－)=___________mol/L。

（5）流程中用“熱水洗滌”的原因是____________________________________________。

（6）工業(yè)上將回收的Li2CO3、FePO4粉碎與炭黑混合高溫灼燒再生制備 LiFePO4，寫出反應的化學方程式：_________________________________；若測得產品中n(Li)︰n(Fe)︰n(P)=1︰0.9︰1，則產品中n(Fe2+)/n(Fe3+)=___________。

Answer 1

【答案】2Al+2OH-+2H2O==2AlO2-+3H2↑ 適當増大酸的濃度、延長時間 0.45 0.04 Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗條可減少Li2CO3的溶解 2FePO4+ Li2CO3+2C 2LiFePO4+3CO↑

【解析】

由流程圖可知，加入氫氧化鈉溶液，正極中的鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，過濾，得不溶于氫氧化鈉溶液的固體；向濾渣中加入硫酸和10%硝酸，LiFePO4與混酸反應生成硫酸鋰、硫酸鐵、磷酸、一氧化氮和水，過濾除去不溶于酸堿的導電劑得混合溶液；調節(jié)混合溶液的pH，硫酸鐵和磷酸在堿性條件下反應生成磷酸鐵沉淀，過濾得到硫酸鋰溶液；向硫酸鋰溶液中加入飽和碳酸鈉溶液，反應生成碳酸鋰沉淀，過濾、熱水洗滌得碳酸鋰。

（1）堿溶時，Al箔與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應的離子方程式為2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑，故答案為：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；

（2）粉碎磷酸亞鐵鋰電池正極片、攪拌、升高溫度、適當増大酸的濃度、延長酸浸時間等可以提高酸浸的浸出率，故答案為：適當増大酸的濃度、延長時間；

（3）酸浸時，LiFePO4與混酸反應生成硫酸鋰、硫酸鐵、磷酸、一氧化氮和水，反應的化學方程式為6LiFePO4+12H2SO4+2HNO3=3Li2SO4+3Fe2(SO4)3+6H3PO4+2NO↑+4H2O，由方程式可知生成1molNO，溶解3molLiFePO4，標況下3.36LNO的物質的量為0.15mol，則溶解 LiFePO4的物質的量為0.45mol，故答案為：0.45；

（4）當濾液②中c(Li+)=4mol·L－1，加入等體積的Na2CO3后c(Li+)=2mol·L－1，若Li+的沉降率達到90%，反應生成Li2CO3后溶液中c(Li+)=2mol·L－1×0.1=0.2 mol·L－1，由碳酸鋰溶度積Ksp(Li2CO3)= c2(Li+) c(CO32—)=1.6×10－3可得c(CO32－)= 1.6×10－3/(0.2 mol·L－1)2=0.04 mol·L－1，故答案為：0.04；

（5）由題給表格數(shù)據(jù)可知，Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗條可減少Li2CO3的溶解而提高產率，故答案為：Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗條可減少Li2CO3的溶解；

（6）Li2CO3、FePO4與炭黑高溫灼燒反應生成LiFePO4和一氧化碳，反應的化學方程式為2FePO4+ Li2CO3+2C 2LiFePO4+3CO↑；由化合價代數(shù)和為零可得：n(Li)×1+ n(Fe2+)×2+[0.9—n(Fe2+)]×3—n(PO43—) ×3=0，則有1×1+ n(Fe2+)×2+[0.9—n(Fe2+)]×3—1×3=0，解得n(Fe2+)=0.7，n(Fe3+)=0.2，n(Fe2+)/n(Fe3+)=7/2，故答案為：2FePO4+ Li2CO3+2C 2LiFePO4+3CO↑；7/2。