Question

【題目】2019年諾貝爾化學(xué)獎授予在開發(fā)鋰離子電池方面做出卓越貢獻的三位化學(xué)家。鋰離子電池的廣泛應(yīng)用要求處理電池廢料以節(jié)約資源、保護環(huán)境。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(dǎo)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(zhì)的溶解度(S)如表所示：

T/℃	S(Li2CO3)/g	S(Li2SO4)/g	S(Li3PO4)/g	S(LiH2PO4)/g
20	1.33	34.2	0.039	126
80	0.85	30.5	——	——

(1)將回收的廢舊鋰離子電池進行預(yù)放電、拆分破碎、熱處理等預(yù)處理，篩分后獲得正極片。下列分析你認為合理的是__________。

A.廢舊鋰離子電池在處理之前需要進行徹底放電，否則在后續(xù)處理中，殘余的能量會集中釋放，可能會造成安全隱患。

B.預(yù)放電時電池中的鋰離子移向負極，不利于提高正極片中鋰元素的回收率。

C.熱處理過程可以除去廢舊鋰離子電池中的難溶有機物、碳粉等。

(2)寫出堿溶時主要發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：________。

(3)為提高酸浸的浸出率，除粉碎、攪拌、升溫外，還可采用的方法有______。(寫出一種即可)

(4)酸浸時產(chǎn)生標況下3.36 L NO時，溶解LiFePO4________mol(其他雜質(zhì)不與HNO3反應(yīng))。

(5)若濾液②中c(Li＋)＝4 mol·L－1，加入等體積的Na2CO3后，沉淀中的Li元素占原Li元素總量的90%，計算濾液③中c(CO32－)＝__________mol/L。

(6)流程中用“熱水洗滌”的原因是________。

(7)工業(yè)上將回收的Li2CO3、FePO4粉碎與足量炭黑混合高溫灼燒再生制備LiFePO4，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式：_________。

Answer 1

【答案】AC 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑ 適當增大硫酸的濃度 0.45 0.04 Li2CO3的隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減小Li2CO3的溶解 2FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑

【解析】

廢舊磷酸亞鐵鋰電池正極片主要為Al箔、LiFePO4活性材料、少量不溶于酸堿的導(dǎo)電劑組成，加氫氧化鈉溶液浸泡，將鋁溶解，過濾后得到的濾液中含有偏鋁酸鈉，濾渣為LiFePO4，加硫酸、硝酸，除去不溶于酸堿的導(dǎo)電劑，調(diào)節(jié)pH生成FePO4沉淀，濾液中加入飽和碳酸鈉，生成碳酸鋰沉淀。

（1）A. 廢舊鋰離子電池中大都殘余部分電量，在處理之前需要進行徹底放電，否則在后續(xù)處理中，殘余的能量會集中釋放出大量的熱量，可能會造成安全隱患等不利影響，A合理；

B. 放電是原電池原理，陽離子向正極移動，電池中的鋰離子移向正極，B不合理；

C. 熱處理的過程重要是為了除去廢舊鋰離子電池中難溶的有機物、碳粉等，以及關(guān)于電極材料和集流體的分離，C合理；故答案為：AC；

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

（3）提高酸浸的浸出率，除粉碎、攪拌、升溫外，還可采用適當增大硫酸的濃度；故答案為：適當增大硫酸的濃度；

（4）酸浸時NHO3轉(zhuǎn)化為NO，標況下3.36 L NO為0.15mol，產(chǎn)生1molNO，轉(zhuǎn)移3mol電子，則生成0.15molNO，轉(zhuǎn)移0.45mol電子，

LiFePO4與硝酸反應(yīng)生成FePO4，鐵元素的化合價由+2價變?yōu)?/span>+3價，溶解1mol LiFePO4，轉(zhuǎn)移1mol電子，則轉(zhuǎn)移0.45mol電子，溶解0.45mol LiFePO4，故答案為：0.45；

（5）混合后溶液中含有的c(Li＋)= 4 mol·L－1×(1-90)×=0.2mol/L，已知Ksp(Li2CO3)＝=1.6×10－3,則濾液③中

c(CO32－)＝；故答案為：0.04；

（6）根據(jù)表格可知，Li2CO3的隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減小Li2CO3的溶解；故答案為：Li2CO3的隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減小Li2CO3的溶解；

（7）Li2CO3、FePO4與足量炭黑高溫灼燒生成LiFePO4的化學(xué)方程式為：2FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑；故答案為：

2FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑。