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，生產碳酸鋰的工藝流程如下：(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2 h，加水浸取后過濾，得到的濾渣主要成分是________(填化學式)。

(2)流程中浸取后的過濾操作需要趁熱在恒溫裝置中進行，否則會導致Li2SO4的收率下降，原因是________。(已知部分物質的溶解度數據見下表)

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℃下進行堿解反應，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________。

(4)苛化過程中加入的氧化鈣將不溶性的碳酸鋰轉化成氫氧化鋰溶液。若氧化鈣過量，則可能會造成________。

(5)碳化反應中，CO2的吸收采用了氣、液逆流的方式，這樣做的優點是________。整個工藝流程中可以循環利用的物質有________。

Answer 1

【答案】CaSO4 若未恒溫趁熱過濾，則過濾時溶液溫度下降，硫酸鈉結晶析出時，夾裹了部分的硫酸鋰共沉淀 2Al3＋＋3CO32-＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑ 碳酸鋰產品的鈣離子含量相對升高(或使得氫氧化鋁溶解進入溶液，導致最終產品的純度下降) 可增大接觸面積，提高碳化效率 CO2

【解析】

含鋰電解鋁廢渣主要成分為LiF、AlF3、NaF，少量CaO等，加入濃硫酸生成的氣體為HF，加水浸取，硫酸鈣微溶，所以浸取后過濾分離出濾渣為CaSO4，濾液中主要金屬陽離子有Li+、Al3+、Na+；濾液中加碳酸鈉發生2Al3++3CO32-+3H2O=2Al(OH)3↓+3CO2↑、2Li++CO32-=Li2CO3↓，氣體為二氧化碳，過濾分離，濾液主要含硫酸鈉，濾渣為Al(OH)3、Li2CO3，再加CaO、水苛化將不溶性的碳酸鋰轉化成氫氧化鋰溶液，過濾分離得到LiOH溶液，碳化時LiOH與二氧化碳反應生成Li2CO3，以此來解答。

(1)根據分析，得到的濾渣主要成分是微溶于水的CaSO4；

(2)根據表格數據可知溫度較低時，硫酸鈉的溶解度較小，若未恒溫趁熱過濾，則過濾時溶液溫度下降，硫酸鈉結晶析出時，夾裹了部分的硫酸鋰共沉淀，導致硫酸鋰收率下降；

(3)鋁離子水解顯酸性，碳酸根水解顯堿性，二者可以徹底雙水解得到氫氧化鋁沉淀和二氧化碳，方程式為2Al3＋＋3CO32-＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑；

(4)氧化鈣可以和水反應生成Ca(OH)2，氫氧化鈣和二氧化碳反應會生成碳酸鈣沉淀，若氧化鈣過量，則可能會造成碳酸鋰產品的鈣離子含量相對升高；且溶液堿性過強會使氫氧化鋁沉淀溶解，導致最終產品的純度下降；

(5)氣、液逆流的方式可增大接觸面積，提高碳化效率；根據分析可知整個工藝流程中可以循環利用的物質是CO2。