一种磷酸铁生产过程中母液的循环利用方法技术

本发明专利技术公开了一种磷酸铁生产过程中母液的循环利用方法，包括以下步骤：首先将磷酸铁反应原料液和H2O2加入反应釜进行磷酸铁合成，经合成反应和浆化压滤后得到磷酸铁浆料和母液，然后分别将母液中的磷和铵以磷酸铁滤饼和磷酸一铵溶液的形式回收，并全部回用至磷酸铁合成步骤中。本发明专利技术提供的方法通过将磷酸铁制备过程中产生的母液再生循环利用，可以充分利用母液中剩余的氮、磷等有用成分，避免资源浪费，大幅降低磷酸铁生产的综合成本和配套环保成本。

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁生产过程中母液的循环利用方法
本专利技术属于新能源材料制备
，特别地，涉及一种磷酸铁生产过程中母液的循环利用方法。
技术介绍
随着时代的发展和科技的进步，人类对于新能源材料的需求越来越大。其中，锂离子电池因其电压高、能量密度大、循环性能好、高温特性好等优点，已广泛应用于各类移动通讯设备、交通工具中。目前，锂离子电池的正极材料主要使用磷酸铁。传统的磷酸铁的制备工艺主要包括共沉淀法、水热法等，其中共沉淀法的应用较为广泛。共沉淀法是指将铁源与磷源溶解之后，加入其他的化合物使析出沉淀，之后进行洗涤、干燥、煅烧即可以得到磷酸铁产物。在传统共沉淀法制备磷酸铁的过程中，产生大量含氮、磷的废弃母液。现有生产技术不仅不能回用母液中的有用成分，而且需要采用复杂、昂贵的工艺对母液中的氮、磷、酸等污染物进行有效处理，造成严重的资源浪费以及企业生产成本、环保压力的增加。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种磷酸铁生产过程中母液的循环利用方法，以解决现有技术中采用共沉淀法制备磷酸铁时，所产生母液造成的环境污染和氮、磷资源浪费的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种磷酸铁生产过程中母液的循环利用方法：将NH4H2PO4、FeSO4、H3PO4和H2O2加入反应釜，经合成反应、浆化和压滤后得到磷酸铁滤饼和磷酸铁母液；磷酸铁滤饼用于制备磷酸铁产品，磷酸铁母液主要由NH4HSO4和H3PO4组成。所述的磷酸铁母液循环利用方法包括以下步骤：1)磷酸铁母液中P资源的循环利用：(1)按照一定比例将FeSO4、H2O2和H2SO4混合并进行氧化反应，得到硫酸铁原料液；(2)按照一定比例将所述磷酸铁母液与步骤(1)得到的硫酸铁原料液混合并进行第一反应，同时用氨调节第一反应体系的pH值，得到第一反应浆料；(3)第一反应浆料压滤后得到第一压滤滤饼和第一滤液，将第一压滤滤饼、H2O和H3PO4按一定比例混合进行第二反应，得到磷酸铁浆料；(4)步骤(3)得到的磷酸铁浆料经第二压滤后，得到磷酸铁滤饼和第二滤液；将所得到的磷酸铁滤饼全部回用至磷酸铁合成步骤中；2)磷酸铁母液中N资源的循环利用：(1)将第一滤液和第二滤液收集得到混合滤液，向所述混合滤液中加入石灰浆调节混合滤液pH；(2)对所述混合滤液进行吹脱处理，吹脱产生的部分氨气进入第一反应，剩余氨气被磷酸吸收，得到NH4H2PO4溶液；(3)将所述NH4H2PO4全部回流作为磷酸铁生产的原料。所述的磷酸铁生产过程中母液的循环利用方法：生产磷酸铁产品的反应体系中NH4H2PO4的质量浓度为5％～8％，FeSO4的质量浓度为7％～10％，H3PO4的质量浓度为0.5％～0.8％，H2O2的质量浓度为0.8％～1.2％。所述的磷酸铁生产过程中母液的循环利用方法：所述磷酸铁母液含有NH4HSO4和H3PO4组成；所述磷酸铁母液中氨氮的质量浓度为5～12g/L，磷的质量浓度为5～15g/L。所述的磷酸铁生产过程中母液的循环利用方法：步骤1)中(1)所述氧化反应加入的H2O2与FeSO4的摩尔比为1.2:1～2:1，所述氧化反应加入的H2SO4与FeSO4的摩尔比为1:20～1:5。所述的磷酸铁生产过程中母液的循环利用方法：步骤1)中(2)所述第一反应加入的硫酸铁原料液中的Fe与母液中H3PO4的摩尔比为1:1～1.2:1，所述第一反应的pH为2～4。所述的磷酸铁生产过程中母液的循环利用方法：步骤1)中(3)所述第二反应控制第一压滤滤饼和H2O质量比为1:5～1:20，控制H3PO4和H2O质量比为1:30～1:10。所述的磷酸铁生产过程中母液的循环利用方法：所述氧化反应的时间为0.7～1.5h，所述第一反应的时间为0.5～1h，所述第二反应的时间为3～4h。所述的磷酸铁生产过程中母液的循环利用方法：所述氧化反应的温度为40～60℃，所述第一反应的温度为40～60℃，所述第二反应的温度为80～90℃。所述的磷酸铁生产过程中母液的循环利用方法：步骤2)中(2)所述吹脱过程中混合滤液的pH为11～13；步骤2)中(3)所述吸收过程中加入的H3PO4浓度为1.5～2.5mol/L。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的方法通过将传统共沉淀法制备磷酸铁过程中产生的母液再生处理，并将所得磷酸铁反应原料液全部进行循环利用，一方面充分利用了母液中剩余的氮和磷等有用成分，避免了资源浪费，并有效降低了磷酸铁的生产成本；另一方面减少了含氮和磷的酸性废水的产生和排放，大大减少了传统磷酸铁生产工艺的环保配套设施的投资和运行成本。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术优选实施例和对比例1～4的工艺流程示意图；图2是对比例5的工艺流程示意图；图3是本专利技术实施例1中磷酸铁产品的XRD图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。参见图1，第一步进行磷酸铁的合成，将磷酸铁反应原料液和H2O2加入反应釜，发生合成反应，反应式如下：2NH4H2PO4+2FeSO4+H2O2＝2FePO4+2NH4HSO4+2H2O(1)磷酸铁反应原料液由NH4H2PO4、FeSO4、H3PO4组成，反应原料液中的NH4H2PO4、FeSO4与H2O2发生氧化还原反应，产生FePO4沉淀和NH4HSO4；反应原料液中H3PO4不直接参与反应，其主要作用是调节反应过程的酸度。控制合成反应的温度为80～90℃。通过控制反应原料液水溶液中各成分的浓度，保证磷酸铁产品质量的稳定。反应原料液中各成分的浓度要求如下：NH4H2PO4的质量浓度为5％～8％，FeSO4的质量浓度为7％～10％，H3PO4的质量浓度为0.5％～0.8％。参与合成反应的H2O2的质量浓度为0.8％～1.2％。浆化压滤得到磷酸铁滤饼和母液；磷酸铁滤饼通过干燥、煅烧等工序得到磷酸铁产品；母液由NH4HSO4、H3PO4等组成，母液中NH4+的质量浓度为5～12g/L，PO43-的质量浓度为5～15g/L。第二步回收母液中的磷，按照一定比例将FeSO4、H2O2和H2SO4混合并进行氧化反应，得到氧化反应原料液，反应式如下：2FeSO4+H2SO4+3H2O2＝Fe2(SO4)3+4H2O+O2↑(2)为了保证氧化反应原料液各成分的浓度符合所述磷酸铁的制备要求，控制H2O2与FeSO4的摩尔比为1.2:1～2:1，氧化反应加入的H2SO4与FeSO4的摩尔比为1:20～1:5。氧化反应的温度为40～60℃，氧化反应的时间为0.7～1.5h。按照一定比例将母液与氧化反应原料液混合进行第一反应，控制氧化反应原料液中的Fe与母液中H3PO4的摩尔比为1:1～1.2:1，反应时间为0.5～1h，反应的pH为2～4。第一反应原料液压滤后得到第一压滤滤饼。为保证磷酸铁产品质量，需要对磷酸铁滤饼进行压煮转化，将羟基磷酸铁转化为磷酸铁。将第一压滤滤饼和H2O、H3PO4按一定比例混合进行第二反应，得到磷酸铁浆料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷酸铁生产过程中母液的循环利用方法，将NH4H2PO4、FeSO4、H3PO4和H2O2加入反应釜，经合成反应、浆化和压滤后得到磷酸铁滤饼和磷酸铁母液；磷酸铁滤饼用于制备磷酸铁产品，磷酸铁母液主要由NH4HSO4和H3PO4组成；其特征在于，所述的磷酸铁母液循环利用方法包括以下步骤：1)磷酸铁母液中P资源的循环利用：(1)按照一定比例将FeSO4、H2O2和H2SO4混合并进行氧化反应，得到硫酸铁原料液；(2)按照一定比例将所述磷酸铁母液与步骤(1)得到的硫酸铁原料液混合并进行第一反应，同时用氨调节第一反应体系的pH值，得到第一反应浆料；(3)第一反应浆料压滤后得到第一压滤滤饼和第一滤液，将第一压滤滤饼和H2O、H3PO4按一定比例混合进行第二反应，得到磷酸铁浆料；(4)步骤(3)得到的磷酸铁浆料经第二压滤后，得到磷酸铁滤饼和第二滤液；将所得到的磷酸铁滤饼全部回用至磷酸铁合成步骤中；2)磷酸铁母液中N资源的循环利用：(1)将第一滤液和第二滤液收集得到混合滤液，向所述混合滤液中加入石灰浆调节混合滤液pH；(2)对所述混合滤液进行吹脱处理，吹脱产生的部分氨气进入第一反应，剩余氨气被磷酸吸收，得到NH4H2PO4溶液；(3)将所述NH4H2PO4全部回流作为磷酸铁生产的原料。...

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁生产过程中母液的循环利用方法，将NH4H2PO4、FeSO4、H3PO4和H2O2加入反应釜，经合成反应、浆化和压滤后得到磷酸铁滤饼和磷酸铁母液；磷酸铁滤饼用于制备磷酸铁产品，磷酸铁母液主要由NH4HSO4和H3PO4组成；其特征在于，所述的磷酸铁母液循环利用方法包括以下步骤：1)磷酸铁母液中P资源的循环利用：(1)按照一定比例将FeSO4、H2O2和H2SO4混合并进行氧化反应，得到硫酸铁原料液；(2)按照一定比例将所述磷酸铁母液与步骤(1)得到的硫酸铁原料液混合并进行第一反应，同时用氨调节第一反应体系的pH值，得到第一反应浆料；(3)第一反应浆料压滤后得到第一压滤滤饼和第一滤液，将第一压滤滤饼和H2O、H3PO4按一定比例混合进行第二反应，得到磷酸铁浆料；(4)步骤(3)得到的磷酸铁浆料经第二压滤后，得到磷酸铁滤饼和第二滤液；将所得到的磷酸铁滤饼全部回用至磷酸铁合成步骤中；2)磷酸铁母液中N资源的循环利用：(1)将第一滤液和第二滤液收集得到混合滤液，向所述混合滤液中加入石灰浆调节混合滤液pH；(2)对所述混合滤液进行吹脱处理，吹脱产生的部分氨气进入第一反应，剩余氨气被磷酸吸收，得到NH4H2PO4溶液；(3)将所述NH4H2PO4全部回流作为磷酸铁生产的原料。2.根据权利要求1所述的磷酸铁生产过程中母液的循环利用方法，其特征在于，生产磷酸铁产品的反应体系中NH4H2PO4的质量浓度为5％～8％，FeSO4的质量浓度为7％～10％，H3PO4的质量浓度为0.5％～0.8％，H2O2的质量浓度为0.8％～1.2％。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：周康根，彭长宏，何德文，陈伟，杨有才，高峰，彭佳乐，姜科，
申请(专利权)人：中南大学，湖南中金岭南康盟环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43