Vraag 20Terugwinning 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?
- Bekijk in de tekst welke stoffen in reactor 2 worden toegevoegd en welke ionen uit het filtraat reageren.
- Zoek in Binas op welke lading het aluminium-ion heeft en welke lading het hydroxide-ion heeft.
- Zet de reagerende deeltjes links van de pijl en het gevormde vaste stof rechts van de pijl.
- Controleer daarna of het aantal atomen en de totale lading links en rechts gelijk zijn, en voeg de toestandsaanduidingen toe.
Hier verliezen leerlingen punten
- Vergeet de toestandsaanduidingen niet, want die vraagt de opdracht expliciet.
- Let op dat de totale lading links en rechts van de pijl gelijk is, anders klopt de vergelijking niet.
- Schrijf het vaste aluminiumhydroxide als een formule met de juiste verhouding van de atomen, niet als losse ionen.
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% .
In reactor 2 (R2) wordt een overmaat natronloog toegevoegd aan het filtraat afkomstig uit S1. De hydroxide-ionen uit natronloog reageren met de aluminium-ionen tot een vast zout dat bestaat uit aluminium-ionen en hydroxide-ionen. De lithium-ionen en oxalaat-ionen blijven opgelost. Door filtratie in scheidingsruimte 2 (S2) kan aluminiumhydroxide als residu worden verkregen.
Geef de vergelijking van de reactie voor de vorming van vast aluminiumhydroxide. Gebruik toestandsaanduidingen.