利用工業(yè)釩渣(FeO?V2O3,含Al2O3、SiO2等雜質(zhì))和β-鋰輝礦(LiAlSi2O6,含少量MgO、CaCO3等雜質(zhì))制備鋰電極材料的填充物磷酸釩鋰[Li3V2(PO4)3]的流程如圖:
已知:
①有機萃取劑(HR)易萃取VO2+:VOSO4+2HR(有機層)?VOR2(有機層)+H2SO4;
②V2O5微溶于水,具有強氧化性,屬于兩性氧化物;草酸具有強還原性,加熱易分解;
③向Na3VO4溶液(加熱生成)中加酸,不同pH對應的主要存在形式如下表:
pH |
≥13 |
10.6~12 |
約8.4 |
3~8 |
約2 |
<1 |
存在形式 |
|
V2 |
V3 |
V10 |
V2O5 |
|
④當某離子濃度≤10
-5mol?L
-1時,可認為該離子沉淀完全。
回答下列問題:
(1)“焙燒”時釩渣中V、Al、Si元素轉(zhuǎn)化為NaVO
3、NaAlO
2、Na
2SiO
3等可溶性鈉鹽,F(xiàn)eO?V
2O
3發(fā)生反應的化學方程式為
4[FeO?V
2O
3]+5O
2+4Na
2CO
32Fe
2O
3+8NaVO
3+4CO
24[FeO?V
2O
3]+5O
2+4Na
2CO
32Fe
2O
3+8NaVO
3+4CO
2;“還原”過程中通入足量SO
2,則還原產(chǎn)物為
VO2+、Fe2+
VO2+、Fe2+
(填離子符號)。
(2)“沉釩”時,加入KClO
3不能過量的原因是
KClO3氧化VO2+離子時,生成Cl-,過量KClO3與Cl-生成氯氣污染環(huán)境
KClO3氧化VO2+離子時,生成Cl-,過量KClO3與Cl-生成氯氣污染環(huán)境
,加硫酸需控制pH約為
2
2
。
(3)用草酸溶解“濾渣Ⅱ”時,需要水浴加熱控制70℃左右,濾渣Ⅱ溶解的化學方程式為
V2O5+5H2C2O4=V2(C2O4)3+4CO2+5H2O
V2O5+5H2C2O4=V2(C2O4)3+4CO2+5H2O
,溫度超過70℃時,濾渣Ⅱ溶解速率反而減慢的可能原因是
超過70℃,草酸加熱分解
超過70℃,草酸加熱分解
。
(4)“濾渣Ⅲ”主要成分是
H2SiO3、CaSO4
H2SiO3、CaSO4
。若凈化時溶液中c(Ca
2+)和c(Li
+)分別為0.01mol?L
-1、1.0mol?L
-1,則加入Na
2CO
3時,理論上c(
)應控制的范圍為
2.5×10
-4mol/L≤c(
)<1.6×10
-3mol/L
2.5×10
-4mol/L≤c(
)<1.6×10
-3mol/L
,使Ca
2+和Li
+分離[已知K
sp(CaCO
3)=2.5×10
-9,K
sp(Li
2CO
3)=1.6×10
-3]。