Vraag 19Terugwinning van lithium
Schreef je op papier? Maak een foto van je uitwerking op papier. Je foto blijft privé en de nakijker leest hem. Zet je naam er niet op.
Hoe pak je dit aan?
- Bij deze vraag reken je eerst uit hoeveel lithium er in de 1,25 gram zwarte massa zit.
- Daarna bepaal je welk deel van dat lithium uiteindelijk in het filtraat terechtkomt.
- Met de molaire massa uit Binas zet je die massa om naar een chemische hoeveelheid.
- Tot slot deel je die hoeveelheid door de tijd in seconden om de snelheid te krijgen.
Hier verliezen leerlingen punten
- Een veelvoorkomende fout is de verblijftijd in minuten gebruiken in plaats van seconden.
- Bij het eindantwoord hoort de eenheid mol per seconde, zet die er altijd duidelijk bij.
- Rond tussendoor niet af, want dat kan het aantal significante cijfers van je eindantwoord veranderen.
Met een gratis account wordt je antwoord nagekeken per scorepunt, volgens het officiële correctievoorschrift. Wat je hier typt, blijft bewaard.
De vraag als tekst
Door de toename van het aantal elektrische auto’s zijn er steeds meer lithium-ion-accu’s (LIA’s) nodig. Het metaal lithium is echter vrij schaars. Daarom wordt veel onderzoek gedaan naar methodes voor het terugwinnen van lithium en andere metalen uit oude LIA’s. Veel van deze methodes gebruiken sterke zuren, zoals zoutzuur. Bij de methodes met zoutzuur ontstaat het gevaarlijke gas chloor ( Cl ). Voor chloor gelden 2 onder andere de gevarenaanduidingen H318 en H319. Op basis van deze aanduidingen kunnen werknemers van recyclebedrijven specifieke voorzorgsmaatregelen nemen.
Zweedse onderzoekers hebben een methode op basis van oxaalzuur ( H C O ) bedacht om lithium en andere metalen uit LIA’s terug te winnen. 2 2 4 Hierbij ontstaan geen schadelijke gassen. Oxaalzuur is een triviale naam.
De Zweedse onderzoekers gebruiken elektrodemateriaal van een bepaald soort LIA. Hierin zijn grafiet, koper, aluminium en het zout NMC111 aanwezig. NMC111 is een oxide van de metalen lithium, nikkel, mangaan en kobalt, met de verhoudingsformule Li NiMnCoO . 3 6 Het Co- ion in NMC111 heeft de lading 3+ .
De methode die de Zweedse onderzoekers bedachten, is op de uitwerkbijlage bij vraag 21 met een onvolledig blokschema weergegeven. Als eerste wordt het elektrodemateriaal fijngemalen en gezeefd. Het verkregen mengsel wordt ‘zwarte massa’ genoemd. De zwarte massa wordt in reactor 1 (R1) met oxaalzuur-oplossing gemengd. Het mengsel in R1 wordt intensief geroerd, zie figuur 1. NMC111 uit de zwarte massa reageert met oxaalzuur. figuur 1 Als het elektrodemateriaal is fijngemalen, hoeft het minder lang in de reactor te verblijven voor volledige omzetting dan wanneer het niet fijngemalen zou zijn. Dit kan met het botsende-deeltjesmodel worden verklaard.
De vergelijking van de reactie van NMC111 met oxaalzuur is als volgt: reactie 1 Lithium-ionen blijven in oplossing. De andere metaal-ionen vormen met oxalaat-ionen vaste stoffen. De gevormde zouten van positief geladen metaalionen en C O 2– -ionen worden oxalaten genoemd. Reactie 1 is 2 4 zowel een zuur-basereactie als een redoxreactie.
De lading van het kobalt-ion in NMC111 is 3+ .
In R1 reageert oxaalzuur ook met aluminium uit het elektrodemateriaal. Hierbij ontstaat opgelost aluminiumoxalaat (reactie 2). Reactie 1 en 2 vinden tegelijk plaats. Het gevormde CO verlaat de reactor. 2 Het gevormde reactiemengsel wordt in scheidingsruimte 1 (S1) gefiltreerd. In het filtraat zijn vooral opgeloste lithium-, aluminium- en oxalaat-ionen aanwezig. Het residu bevat vooral de andere metaaloxalaten. In een experiment met 1,25 gram zwarte massa was de verblijftijd in R1 60 minuten. Het massapercentage lithium in de zwarte massa was 3,4% . Het rendement waarmee lithium - ionen in het filtraat terechtkwamen was 98,8% .
Bereken de gemiddelde snelheid in mol s –1 waarmee lithium-ionen in het filtraat terechtkwamen vanuit de zwarte massa. Geef de uitkomst in het juiste aantal significante cijfers.