Question

【题目】从报废后的锂电池（主要成分为LiCoO2，此外含铁、铝、铜、锰、镍等）中回收有关物质，回收工艺流程如下：

（1）操作②的名称为_______________，操作①的目的是___________________________。

（2）写出酸浸过程中LiCoO2发生氧化还原反应的化学方程式_______________________。

（3）室温下，各物质的Ksp如下表所示：（已知：lg2＝0.3、1g6＝0.8）

物质	Al(OH)3	Mn(OH)2	Co(OH)2	Ni(OH)2
Ksp	1×10－35	2×10－13	6×10－15	4×10－15

若水相中各金属离子浓度均为0.1mol/L，且离子浓度小于1.0×10－5mol/L，即认为该离子已完全除去，操作②需调节溶液pH的取值范围为_________。（保留1位小数）

（4）某锂离子电池正极材料含有LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，其中Ni、Co的化合价分别为＋2、＋3，则Mn的化合价为_______。该材料可通过回收的Ni(1－x－y)CoxMnyCO3与LiOH·H2O烧结得到，反应中不能隔绝空气，其原因是_______________________________________________________。

Answer 1

【答案】过滤 除铜 2LiCoO2＋H2O2＋3H2SO4=Li2SO4＋2CoSO4＋4H2O＋O2↑ 4.0≤pH＜7.3（写4.0～7.3也可） ＋4 需要空气中的O2把其中＋2价的Co和＋2价的Mn氧化为更高的价态

【解析】

由流程图可知，废锂电池（主要成分为LiCoO2，此外含铁、铝、铜、锰、镍等），拆解后酸浸，加入过氧化氢还原+3价钴，过滤除去不溶性杂质，滤液加Na2SO4除铁（形成黄钠铁矾），加萃取剂萃取除铜，再通氨气，调节溶液pH沉淀铝离子过滤得到固体氢氧化铝；此时滤液中含有Li+、Ni2+、Co2+、Mn2+，再加NH4HCO3制LiOHH2O，并回收Co。

（1）根据上述工艺流程图得出，操作②的名称为过滤，操作①为萃取，其目的是除铜，

因此，本题正确答案是：过滤；除铜；

（2）LiCoO2和H2O2在酸性条件下发生氧化还原反应生成硫酸锂、硫酸钴、水和氧气，反应的化学方程式为：2LiCoO2＋H2O2＋3H2SO4=Li2SO4＋2CoSO4＋4H2O＋O2↑，

因此，本题正确答案是：2LiCoO2＋H2O2＋3H2SO4=Li2SO4＋2CoSO4＋4H2O＋O2↑；

（3）由上述工艺流程图可知，操作②需调节溶液pH的目的是使Al(OH)3沉淀完全，而Ni2+、Co2+、Mn2+不沉淀，

若使Al(OH)3沉淀完全，根据Ksp[Al(OH)3]=c(Al3+)c3(OH-)，则c(OH-)==10-10mol/L，所以pH=-lg10-4=4.0，

若使Ni2+、Co2+、Mn2+不沉淀，由于Ni(OH)2溶度积最小，若Ni(OH)2不沉淀，则Co2+、Mn2+也不沉淀，根据Ksp[Ni(OH)2]=c(Ni2+)c2(OH-)，则c(OH-)==2×10-7mol/L，

c(H+)==5×10-8，pH=-lg5×10-8=8-lg5=7.3，

调节溶液pH的取值范围为4.0≤pH＜7.3，

因此，本题正确答案是：4.0≤pH＜7.3；

（4）根据化合价代数和为0，LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2中Ni、Co的化合价分别为＋2、＋3，设Mn的化合价为x。则1+(+2)+(+3)+x+(-2)×2=0，计算得x=+4，

由Ni(1－x－y)CoxMnyCO3可知Co和Mn的化合价较低，需要O2将其氧化到较高价态，故通过回收的Ni(1－x－y)CoxMnyCO3与LiOH·H2O烧结得到LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，反应中不能隔绝空气，

因此，本题正确答案是：+4；需要空气中的O2把其中＋2价的Co和＋2价的Mn氧化为更高的价态。