Question

【题目】工业上利用β-锂辉矿(LiAlSi2O6和少量MgO、CaCO3杂质)制备金属锂，工艺流程如下：

回答下列问题：

(1)β-锂辉矿的主要成分LiAlSi2O6中存在的原子团为_____________。

(2)工业上加快酸浸速率除调整硫酸浓度、升高温度外还可以采取的措施为_____________。浸出液中加入CaCO3的主要作用为______________________。

(3)一定温度下,Ksp(CaCO3)=2.5×10-9,Ksp(Li2CO3)=1.6×10-3,若反应Ⅱ的溶液中c(Ca2+)和c(Li+)均为1.0mol·L-1,则开始滴加稀Na2CO3溶液时，理论上c(CO32-)应控制的范围为_________;实际操作中CaCO3和Li2CO3可能同时析出，从而造成Li+损失，一种改进的工艺是利用草酸钠代替Na2CO3作为沉淀剂，分析使用草酸钠的原因为_____________________。

(4)反应Ⅲ的离子方程式为_______________________。常温下，Na2CO3的溶解度为29.4g,判断反应Ⅲ能否使溶液中Li+沉淀完全?_______________________________________________________(列式计算)。[化学上规定，当某离子浓度≤10-5mol·L-1时即可认为该离子沉淀完全]

(5)高温下发生反应Ⅳ的化学方程式为_____________________________________________。

(6)一定温度下，LiAlSi2O6与不同浓度的硫酸反应30min时结果如下表所示：

c(H2SO4)/mol·L-1	1.0	5.0	10.0	16.0	18.0
Li浸出率/%	30	60	90	80	70
Al浸出率/%	30	60	40	10	0

试分析酸浸过程中，若使c(H2SO4)=10.0mol·L-1，则该工艺条件的优缺点为____________________。

Answer 1

【答案】SiO32- 粉碎、搅拌 中和过量的硫酸，调节溶液pH 2.5×10-9 mol·L-1<c(CO32-)≤1.6×10-3 mol·L-1 草酸钙难溶于水，而草酸锂易溶于水 2Li++CO32- = Li2CO3↓ 当c(Li+)=1.0×10-5mol·L-1时，c(CO32-)=1.6×10-3/(1.0×10-5)2=1.6×107 mol·L-1，远大于饱和Na2CO3溶液的浓度，故Li+没有沉淀完全 3Li2O +2AlAl2O3 + 6Li 优点：反应速率快，Li浸出率高；相同浸取率需要的反应温度低，消耗能量少。

缺点：Al浸出率较高，需要增加除Al杂质的步骤

【解析】

β-锂辉矿（主要成分为LiAlSi2O6，还含有少量MgO、CaCO3等杂质）为原料来制取金属锂，加入过量浓硫酸溶解β-锂辉矿，加入碳酸钙再加入适量石灰乳，使镁离子沉淀完全，加入稀碳酸钠沉淀钙离子，过滤得到溶液中主要是锂离子的溶液，蒸发浓缩，加入碳酸钠沉淀锂离子生成碳酸锂，洗涤后煅烧得到氧化铝，加入铝粉高温条件下置换出锂同时生成氧化铝。(1)β-锂辉矿的主要成分LiAlSi2O6为硅酸盐，存在的原子团为SiO32-；(2)工业上加快酸浸速率除调整硫酸浓度、升高温度外还可以采取的措施为粉碎、搅拌。浸出液中加入CaCO3的主要作用为中和过量的硫酸，调节溶液pH，使于除去镁离子；(3) 反应Ⅱ应该控制钙离子沉淀完全而锂离子没有开始沉淀，溶液中c(Ca2+)和c(Li+)均为1.0mol·L-1,Ksp(CaCO3)= c(Ca2+) c(CO32-)=2.5×10-9,得c(CO32-)=2.5×10-9，Ksp(Li2CO3)= c2(Li+) c(CO32-)= 1.6×10-3, 得c(CO32-)=1.6×10-3,故理论上c(CO32-)应控制的范围为2.5×10-9 mol·L-1<c(CO32-)≤1.6×10-3 mol·L-1;实际操作中CaCO3和Li2CO3可能同时析出，从而造成Li+损失，一种改进的工艺是利用草酸钠代替Na2CO3作为沉淀剂，因为草酸钙难溶于水，而草酸锂易溶于水；(4)反应Ⅲ是碳酸钠与硫酸锂反应生成碳酸锂和硫酸钠，反应的离子方程式为2Li++CO32- = Li2CO3↓；当c(Li+)=1.0×10-5mol·L-1时，c(CO32-)=1.6×10-3/(1.0×10-5)2=1.6×107 mol·L-1，远大于饱和Na2CO3溶液的浓度，故Li+没有沉淀完全；(5)高温下发生反应Ⅳ的化学方程式为3Li2O +2AlAl2O3+ 6Li；(6) 酸浸过程中，若使c(H2SO4)=10.0mol·L-1，则该工艺条件的优点：反应速率快，Li浸出率高；相同浸取率需要的反应温度低，消耗能量少；缺点：Al浸出率较高，需要增加除Al杂质的步骤。