1、
可通过下列流程回收废旧锂离子电池正极材料(LiCoO2,含少量Al、Fe)中的钴和锂。
回答下列问题:
(1)“酸溶、还原”过程中S2O32-转化为SO42-,LiCoO2参与反应的离子方程式为____________________________________。
(2)“废渣”的主要成分为___________________。
(3)“沉钴”过程中,当溶液的pH=10时,c(Co2+)=______mol· L-1(已知常温下KSP[Co(OH)2]=1.58×10-15)。
(4)在空气中加热Co(OH)2,固体残留率随温度的变化如图所示。
290℃时,完全脱水变为Co2O3,反应的化学方程式为_______________;500℃时的主要产物为_____________(填化学式);将1000℃时的分解产物1mol与2.2molNa2O(稍过量)在充氩封闭管中共热,会生成鲜红色的晶体,该晶体的阴离子为正三角形结构,晶体的化学式为__________________。
(5)“滤液X”中最主要的溶质是_______________(填化学式)。
S2O32-+8LiCoO2+22H+=2SO42-+8Li++8Co2++11H2O Al(OH)3、Fe(OH)3 1.58×10-7 4Co(OH)2+O22Co2O3+4H2O Co3O4 Na4CoO3 Na2SO4
电池正极材料主要含有LiCoO2及少量Al、Fe等,加入稀H2SO4溶解后铁、铝溶解生成硫酸亚铁、硫酸铝,加入Na2S2O3,S2O32-被氧化成SO42-,生成的溶液中含有硫酸锂、硫酸钴、硫酸钠,加入氢氧化钠溶液并通入空气氧化亚铁离子为铁离子,形成氢氧化铁沉淀、氢氧化铝沉淀,滤液中继续加入氢氧化钠调节溶液pH,沉淀钴,过滤得到氢氧化钴,滤液中加入碳酸钠调节溶液pH,沉淀锂离子形成碳酸锂,得到滤液X的主要溶质为硫酸钠。
(1)正极材料含有LiCoO2及少量Al、Fe等,加入稀H2SO4、Na2S2O3,S2O32-被氧化成SO42-,具有还原性,正极材料中只有LiCoO2具有氧化性,与Na2S2O3反应生成CoSO4,反应化学方程式为:8LiCoO2+Na2S2O3+11H2SO4=4Li2SO4+8CoSO4+Na2SO4+11H2O,其离子反应方程式为:S2O32-+8LiCoO2+22H+=2SO42-+8Li++8Co2++11H2O,故答案为:S2O32-+8LiCoO2+22H+=2SO42-+8Li++8Co2++11H2O;
(2)加入氢氧化钠溶液并通入空气氧化亚铁离子为铁离子,并形成氢氧化铁、氢氧化铝的沉淀,所以“废渣”的主要成分为:Al(OH)3、Fe(OH)3,故答案为:Al(OH)3、Fe(OH)3;
(3)当溶液的pH=10时,溶液中c(H+)=10-10mol/L,c(OH-)=10-4mol/L,则Ksp[Co(OH)2]=c(Co2+)×c2(OH-)=1.58×10-15,c(Co2+)=1.58×10-7mol·L-1,故答案为:1.58×10-7;
(4)根据质量守恒定律,在变化过程中,Co的质量没有变,假设原始固体质量为100g,则n(Co)=mol,m(Co)=59×g;在1000℃时,固体质量不再变化,说明Co(OH)2完全分解,n(Co):n(O)=:[(80.65-59×)÷16]=1:1,剩余固体成分CoO;在500℃,n(Co):n(O)=:[(86.38-59×)÷16]=3:4,化学式为Co3O4;在290℃,n(Co):n(O)=:[(89.25-59×)÷16]=2:3,化学式为Co2O3;290℃时,Co(OH)2完全脱水变为Co2O3,反应的化学方程式为4Co(OH)2+O22Co2O3+4H2O ,500℃时的主要产物为:Co3O4;将1000℃时的分解产物为:CoO,1molCoO与2.2molNa2O在充氩封闭管中共热,会生成鲜红色的晶体,阴离子为正三角形结构,则阴离子为:CoO34-,其晶体的化学式为:Na4CoO3,故答案为:4Co(OH)2+O22Co2O3+4H2O;
Co3O4;Na4CoO3;
(5)根据上述分析得到的“滤液X”中最主要的溶质是:Na2SO4,故答案为:Na2SO4。
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