Question

【題目】鋰電池具有能量密度大、質(zhì)量輕、壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、筆記本電腦中。從某鋰電池廢料(主要成分為LiMn2O4,雜質(zhì)為Fe、Cu等)中分離得到Li2SO4、MnCO3的一種工藝流程如圖所示:

回答下列問題:

（1）研磨鋰電池廢料的主要目的是___________________。

（2）濾渣Ⅰ的主要成分為MnO2,寫出向漿液中通入SO2發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式:___________________。

（3）濾液Ⅰ中的金屬陽離子有Cu2+、Fe3+和Li+,向?yàn)V液Ⅰ中加入氧化銅粉末的目的是___________________;向?yàn)V液Ⅱ中通入H2S發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為___________________。

（4）濾液Ⅲ經(jīng)過操作Ⅰ后可得到Li2SO4,其中操作Ⅰ主要包括_____、_____、過濾、洗滌、干燥;在實(shí)驗(yàn)室中檢驗(yàn)Li2SO4晶體是否洗滌干凈的方法是__________。

（5）寫出向MnSO4溶液中加入NH4HCO3生成MnCO3的化學(xué)方程式:___________________。

（6）現(xiàn)取18.1g該鋰電池廢料(LiMn2O4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80.0%)模擬以上工藝流程進(jìn)行實(shí)驗(yàn),最終得到16.2gMnCO3,該實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)率為_____(保留兩位有效數(shù)字)。

Answer 1

【答案】增大反應(yīng)物的接觸面積,加快反應(yīng)速提高酸浸效率 MnO2+SO2MnSO4 升高濾液Ⅰ的pH，使Fe3+水解沉淀完全 Cu2++H2S=CuS↓+2H+ 蒸發(fā)濃縮 冷卻結(jié)晶 取最后一次洗滌液少許于試管中，滴加少量BaCl2溶液，若無白色沉淀生成，說明Li2SO4晶體已洗滌干凈,反之未洗滌干凈 MnSO4+2NH4HCO3=MnCO3↓+(NH4)2SO4+H2O+CO2↑ 88%

【解析】

鋰電池廢料(主要成分為LiMn2O4，雜質(zhì)為Fe、Cu等)研磨后進(jìn)行用雙氧水和稀硫酸浸取，則得到的濾液中主要金屬陽離子有Fe3+、Cu2+、Li，濾渣主要為還原得到的MnO2；濾液I中加入氧化銅粉末條件pH值，使Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3從而除去，通入H2S得到CuS沉淀除去Cu2+，所以過濾得到的濾液Ⅲ的溶質(zhì)主要為Li2SO4，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥后得到硫酸鋰晶體；濾渣I加熱水形成漿液，通入二氧化硫?qū)?/span>MnO2還原成錳離子，過濾得到硫酸錳溶液，加入碳酸氫銨得到碳酸錳沉淀。

(1)研磨鋰電池廢料的主要目的是增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速提高酸浸效率；

(2)MnO2具有強(qiáng)氧化性，SO2具有還原性，向漿液中通入SO2發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為MnO2+SO2MnSO4；

(3)濾液Ⅰ中的金屬陽離子有Cu2+、Fe3+和Li+，由上述流程分析知向?yàn)V液Ⅰ中加入氧化銅粉末是為了升高濾液Ⅰ的pH，使Fe3+水解沉淀完全，從而除去Fe3+；向?yàn)V液Ⅱ中通入H2S生成CuS沉淀，離子方程式為Cu2++H2S=CuS↓+2H+；

(4)由上述流程分析知操作Ⅰ主要包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥；檢驗(yàn)Li2SO4晶體是否洗滌干凈主要是檢驗(yàn)晶體表面是否有雜質(zhì)，檢驗(yàn)方法為取最后一次洗滌液少許于試管中，滴加少量BaCl2溶液，若無白色沉淀生成，說明Li2SO4晶體已洗滌干凈，反之未洗滌干凈；

(5)向MnSO4溶液中加入NH4HCO3生成MnCO3的化學(xué)方程式為MnSO4+2NH4HCO3=MnCO3↓+H2O+CO2↑+(NH4)2SO4；

(6)根據(jù)錳元素守恒可得關(guān)系式LiMn2O4~2MnCO3，18.1g該鋰電池廢料(LiMn2O4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80.0%)理論上可生成MnCO3的質(zhì)量為，則該實(shí)驗(yàn)中MnCO3的產(chǎn)率為。