镍钴锰三元正极材料的原料

无机化工流程题1．(2019·全国卷Ⅲ，26)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe 、Al 、Mg 、Zn 、Ni 、Si 等元素)制备，工艺如图所示。

回答下列问题：相关金属离子[c 0(M n ＋)＝0.1 mol·L －1]形成氢氧化物沉淀的pH 范围如下：金属离子 Mn 2＋ Fe 2＋ Fe 3＋ Al 3＋ Mg 2＋ Zn 2＋ Ni 2＋ 开始沉淀的pH8.1 6.3 1.5 3.4 8.9 6.2 6.9 沉淀完全的pH10.1 8.3 2.8 4.7 10.9 8.2 8.9(1)“滤渣1”含有S 和________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式：__________________________________________________________________________。

(2)“氧化”中添加适量的MnO 2的作用是_____________________________________。

(3)“调pH ”除铁和铝，溶液的pH 范围应调节为________～6之间。

(4)“除杂1”的目的是除去Zn 2＋和Ni 2＋，“滤渣3”的主要成分是_______________。

(5)“除杂2”的目的是生成MgF 2沉淀除去Mg 2＋。

若溶液酸度过高，Mg 2＋沉淀不完全，原因是____________________________________________________________________________。

(6)写出“沉锰”的离子方程式：___________________________________。

(7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNi x Co y Mn z O 2，其中Ni 、Co 、Mn 的化合价分别为＋2、＋3、＋4。

高考化学冲刺新题型大三轮微考点—化学工艺流程题锰（Mn）元素1．(2019·全国卷Ⅲ·节选)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备，工艺如图所示。

回答下列问题：相关金属离子[c0(M n＋)＝0.1 mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：金属离子Mn2＋Fe2＋Fe3＋Al3＋Mg2＋Zn2＋Ni2＋开始沉淀8.1 6.3 1.5 3.4 8.9 6.2 6.9的pH沉淀完全10.1 8.3 2.8 4.7 10.9 8.2 8.9的pH(1)“滤渣1”含有S和________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

(2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是________。

(3)“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为______～6之间。

(4)“除杂1”的目的是除去Zn2＋和Ni2＋，“滤渣3”的主要成分是________。

解析：(1)硫化锰矿及二氧化锰粉末中加入硫酸后，发生氧化还原反应：MnO2＋MnS＋2H2SO4===2MnSO4＋S＋2H2O，故滤渣1的主要成分为S和SiO2(不溶性硅酸盐)。

(2)Fe2＋沉淀完全时，Mn2＋已经开始沉淀，故加入MnO2是为了将溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，便于除去。

(3)除去Fe3＋及Al3＋，应使二者沉淀完全，故pH应大于4.7。

(4)锌和镍的硫化物都难溶于水，故“滤渣3”的主要成分为ZnS、NiS。

答案：(1)SiO2(不溶性硅酸盐)MnO2＋MnS＋2H2SO4===2MnSO4＋S＋2H2O(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋(3)4.7(4)NiS和ZnS2．(2019·广西名校联考)碳酸锰(MnCO3)是制造电信器材的软磁铁氧体，也用作脱硫的催化剂，瓷釉、涂料和清漆的颜料。

三元系锂电池正极材料研究现状摘要：综述了近年来锂离子电池层状Li-Ni-Co-Mn-O正极材料的研究进展，重点介绍了正极材料LiNi l/3Co l/3Mn l/3O其合成方法电化学性能以及掺杂、包覆改性等方面的研究结果。

三元系正极材料的结果：LiMn x Co y Ni1-x-y O2具有α-2NaFeO2层状结构。

Li原子占据3a位置,Ni、Mn、Co随机占据3b位置,氧原子占据6c位置。

其过渡金属层由Ni、Mn、Co 组成,每个过渡金属原子由 6 个氧原子包围形成MO6 八面体结构,而锂离子嵌入过渡金属原子与氧形成的(MnxCo yNi1-x-y) O2层之间。

在层状锂离子电池正极材料中均有Li+与过渡金属离子发生位错的趋势,特别是以结构组成中有Ni2+存在时这种位错更为突出。

抑制或消除过渡金属离子在锂层中的位错现象是制备理想α-2NaFeO2结构层状正极材料的关键，在LiMn x Co y Ni1-x-y O2结构中, Ni2+的半径( rNi2+=0.069nm)与Li+的( rLi+=0.076nm)半径接近,因此晶体结构会发生位错,即过渡金属层中的镍原子占据锂原3a的位置,锂原子则进驻3b位置。

在Li+层中,Ni2+的浓度越大,则Li+在层状结构中脱嵌越困难,电化学性能越差。

而相对于LiNiO2及LiNi x Co1-x-y O2,LiMn x Co y Ni1-x-y O2中这种位错由于Ni 含量的降低而显著减少。

同时由于Ni2 + 的半径( rNi2 + =0. 069nm) 大于Co3+ ( rCo3+ = 0. 0545nm) 和Mn4 + ( rMn4 + =0. 053nm) ,LiMnxCo yNi1 - x - yO2 的晶格常数有所增加。

由于充分综合镍酸锂的高比容量、钴酸锂良好的循环性能和锰酸锂的高安全性及低成本等优点,利用分子水平的掺杂、包覆和表面修饰等方法来合成锰镍钴等多元素协同的复合正极材料,因其良好的研究基础及应用前景而成为近年来研究热点之一。

2019高考真题化工流程题汇编（带答案）1．（2019全国Ⅲ，26）（14分）高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制备，工艺如下图所示。

回答下列问题：相关金属离子[c0(Mn2+)=0.1 mol·L−1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：金属离子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+开始沉淀的pH 8.1 6.3 1.5 3.4 8.9 6.2 6.9沉淀完全的pH 10.1 8.3 2.8 4.7 10.9 8.2 8.9（1）“滤渣1”含有S和__________________________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式____________________________________________________。

（2）“氧化”中添加适量的MnO2的作用是将________________________。

（3）“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为_______~6之间。

（4）“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“滤渣3”的主要成分是______________。

（5）“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。

若溶液酸度过高，Mg2+沉淀不完全，原因是_____________________________________________________________________。

（6）写出“沉锰”的离子方程式___________________________________________________。

（7）层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNi x Co y Mn z O2，其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。

当x=y=13时，z=___________。

答案：（1）SiO2（不溶性硅酸盐）MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O （2）将Fe2+氧化为Fe3+（3）4.7（4）NiS和ZnS（5）F−与H+结合形成弱电解质HF，MgF2Mg2++2F−平衡向右移动（6）Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O（7）2.（2019全国Ⅱ，26）（13分）立德粉ZnS·BaSO 4（也称锌钡白），是一种常用白色颜料。

考点化工流程中铁化合物的处理1.（2019全国Ⅲ卷）高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制备，工艺如下图所示。

回答下列问题：相关金属离子[c0(Mn+)=0.1 mol·L−1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：金属离子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+开始沉淀的pH 8.1 6.3 1.5 3.4 8.9 6.2 6.9沉淀完全的pH 10.1 8.3 2.8 4.7 10.9 8.2 8.9（1）“滤渣1”含有S和__________________________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式____________________________________________________。

（2）“氧化”中添加适量的MnO2的作用是将________________________。

（3）“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为_______~6之间。

（4）“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“滤渣3”的主要成分是______________。

（5）“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。

若溶液酸度过高，Mg2+沉淀不完全，原因是_____________________________________________________________________。

（6）写出“沉锰”的离子方程式___________________________________________________。

（7）层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNi x Co y Mn z O2，其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。

当x=y=13时，z=___________。

2.（2019江苏）聚合硫酸铁[Fe2(OH)6-2n(SO4)n]m广泛用于水的净化。

三元正极材料的原材料
1.锂：锂是一种金属元素，在地壳中以硬岩、盐湖和矿石的形式存在。

主要的锂矿石包括石榴石矿石、角砾石矿石和白云母矿石等。

目前，最大
的锂生产国是澳大利亚、智利和阿根廷等国。

2.镍：镍是一种过渡金属元素，可通过从镍矿石中提取。

常见的镍矿
石包括赤铁矿、蛇纹石和磁铁矿等。

主要的镍生产国包括菲律宾、印度尼
西亚和俄罗斯等。

3.锰：锰是一种重金属元素，可从锰矿石中提取。

主要的锰矿石类型
包括辉锰矿、菱锰矿和锰铁矿等。

锰的主要生产国包括南非、澳大利亚和
中国等。

4.钴：钴是一种过渡金属元素，可通过从钴矿石中提取。

常见的钴矿
石包括菱锰矿、钴石和绿泥石等。

刚果民主共和国、澳大利亚和加拿大是
主要的钴生产国。

5.氧化物：氧化物是由氧原子和其他原子结合形成的化合物。

在三元
正极材料中，主要使用氧化镍、氧化锰、氧化钴和氧化锂等氧化物。

这些
氧化物可以通过化学合成或通过从天然矿石中提取来获得。

三元正极材料的制备过程主要包括以下几个步骤：首先，将适量的锂、镍、锰和钴杂质在一定比例下混合。

其次，将混合物通过化学反应或熔融
炉加热，使其形成结晶态的NMC材料。

然后，将NMC材料研磨成粉末状，
并通过其他工艺步骤进行后续处理，以获得所需的形状和性能。

总而言之，三元正极材料的原材料主要来自地壳中的矿石和天然氧化物。

这些原材料通过提取和化学合成等过程，经过一系列处理步骤，最终
得到三元正极材料，用于锂离子电池等电池应用。

一、解答题1．高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备，工艺如下图所示。

回答下列问题：相关金属离子[c0(M n+)=0.1 mol·L−1]形成氢氧化物沉淀的 pH 范围如下：金属离子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+开始沉淀的 pH8.1 6.3 1.5 3.48.9 6.2 6.9沉淀完全的 pH10.18.3 2.8 4.710.98.28.9(1)“溶浸”中二氧化锰与硫化锰可以发生氧化还原反应，推测“滤渣1”含有___________和SiO2；(2)“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节范围是________________之间。

(3)“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，写出除Zn2+的方程式：__________________。

(4)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。

若溶液酸度过高对沉淀Mg2+完全的影响是__________________(有利、不利、无影响)。

(5)在溶浸前，先把矿石研磨成粉末的原因：_______________________。

答案：S 4.7～6Zn2＋+S2-=ZnS↓不利增大接触面积，加快反应速率，提高浸取率【分析】流程：二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）在硫酸中酸浸，主要的反应为：MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O，SiO2不溶于硫酸，过滤，滤渣1含有S和SiO2，滤液含有Mn2＋、Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、Mg2＋、Zn2＋、Ni2＋，加入MnO2将Fe2＋氧化为Fe3＋，加入氨水调节pH4.7～6之间，除去Fe3＋、Al3＋，滤渣2为Fe(OH)3、Al(OH)3，滤液中加入Na2S除去Zn2＋和Ni2＋，“滤渣3”的主要成分是NiS和ZnS，加入MnF2生成MgF2沉淀除去Mg2＋，滤渣4为MgF2，滤液主要含有Mn2＋，加入碳酸氢铵发生反应：Mn2＋+2HCO3－=MnCO3↓+CO2↑+H2O，用硫酸溶解碳酸锰得到产品硫酸锰。

2022届高考化学一轮备考专题强化__化学工艺流程专题填空题（共18小题）1.高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备，工艺如下图所示。

回答下列问题：相关金属离子[c0(M n+)=0.1mol·L−1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：金属离子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+开始沉淀的pH8.1 6.3 1.5 3.48.9 6.2 6.9沉淀完全的pH10.18.3 2.8 4.710.98.28.9(1)“滤渣1”含有S和_____________________;写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式______________________________________。

(2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是______________________________________。

(3)“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为______________之间。

(4)“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“滤渣3”的主要成分是______________________________。

(5)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。

若溶液酸度过高，Mg2+沉淀不完全，原因是_________________。

(6)写出“沉锰”的离子方程式_______________________________________。

(7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNi x Co y Mn z O2，其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。

当x=y=1时，z=_____。

32.实验室以蛇纹石酸浸出液(主要含Fe3+，还有一定量的Al3+、Mn2+、Ca2+、Mg2+等)为原料制备高纯氧化铁，流程如图1：已知流程中相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如表：氢氧化物Fe3+Fe2+Al3+开始沉淀的pH 1.1 5.8 3.0沉淀完全的pH 3.28.8 5.0(1)“还原”时，应选择______(填字母)．A.Zn粉B.NaClO溶液C.Fe粉(2)“滤渣”的主要成分除含有少量MnF2外，还含有______(填化学式)．(3)“沉锰”时，已知：K sp(MnS)=4.65×10−14.为确保沉锰完全[即溶液中c(Mn2+)<1.0×10−6mol⋅L−1]，应保持溶液中c(S2−)>______mol⋅L−1．(4)“除铝”时，控制溶液pH的范围为______．(5)“氧化”时，常用酸性K2Cr2O7溶液检测是否残留未被氧化的金属离子，该反应的离子方程式为______．(6)“沉铁”时，反应温度为85℃条件下，反应时间和反应终点pH对铁的沉淀率的影响分别如图2所示，则最佳的工艺条件是______．3.钛矿工业中的酸性废水富含Ti、Fe等元素，其综合利用如下：已知：TiO2+易水解，只能存在于强酸性溶液中．(1)步骤I中检验钛矿废水中加入铁屑是否足量的试剂是______(写名称)．(2)操作a是______、______、过滤、洗涤．(3)步骤Ⅲ中发生反应的化学方程式为______；反应温度一般需控制在35℃以下，其目的是______．(4)已知K sp=[Fe(OH)2]=8×10−16.步骤Ⅲ中，FeCO3达到溶解平衡时，若室温下测得溶液的pH为8.5，c(Fe2+)=1×10−6mol/L.试判断所得的FeCO3中______(填“有”或“没有”)Fe(OH)2；步骤Ⅳ中，为了得到较为纯净的Fe2O3，除了适当的温度外，还需要采取的措施是______．(5)向“富含TiO2+溶液”中加入Na2CO3粉末得到固体TiO2⋅nH2O.请结合平衡移动原理和化学用语解释其原因______．4.钛白粉(TiO2)是重要的白色颜料，LiFePO4是锂离子电池的正极材料。

镍钴锰三元正极材料的原料
镍钴锰三元正极材料是一种新型的电池材料，由镍、钴、锰等元素组成。

它具有高能量密度、长循环寿命和良好的安全性能等优点，被广泛应用于锂离子电池、锂聚合物电池等新能源领域。

镍钴锰三元正极材料的原料主要包括镍、钴和锰。

这三种元素在材料合成中起着重要的作用，决定着材料的性能和特点。

首先是镍，镍是镍钴锰三元材料的主要成分之一。

镍具有较高的容量和较低的成本，是一种重要的正极材料。

镍可通过从镍矿石中提取得到，然后经过精炼和纯化处理，得到高纯度的镍材料，用于合成镍钴锰三元材料。

其次是钴，钴也是镍钴锰三元材料的重要成分之一。

钴具有较高的电导率和较好的循环稳定性，能够提高电池的性能。

钴的原料主要来自钴矿石，通过冶炼和提纯等工艺，得到高纯度的钴材料，用于合成镍钴锰三元材料。

最后是锰，锰是镍钴锰三元材料中的另一个重要成分。

锰具有较高的电化学活性和较好的结构稳定性，能够提高电池的循环寿命和安全性能。

锰的原料主要来自锰矿石，经过炼矿和提纯等工艺，得到高纯度的锰材料，用于合成镍钴锰三元材料。

除了镍、钴和锰之外，镍钴锰三元材料的制备中还需要添加一些辅
助材料，如碳酸锂、氧化锂等。

这些辅助材料能够提供锂离子，参与到电池的充放电过程中，提高电池的容量和性能。

镍钴锰三元正极材料的原料主要包括镍、钴、锰以及一些辅助材料。

它们通过提炼、纯化等工艺得到高纯度的材料，用于合成新型电池材料。

这些材料的选择和合成方法对于电池的性能和特点具有重要影响，因此在材料的研究和制备过程中需要进行深入的研究和优化，以提高电池的性能和应用范围。