一种磷酸铁的生产工艺及其生产设备制造技术

本发明专利技术公开了一种磷酸铁的生产工艺及其生产设备。所述磷酸铁的生产工艺包括1）铁溶液合成；2）磷酸铁合成；3）洗涤；4）洗液回收；5）干燥和烧结设备；6）粉碎混合包装。本发明专利技术所用的设备结构简单、操作方便、原材料来源广泛、简单易得且成本低，给工业化生产带来便利；本发明专利技术限定的工艺适用性强，能够适配多种铁源、磷源、氧化剂等原材料；本发明专利技术生产工艺产生的废水等能经常规处理后回收再利用，实现水资源循环利用，回收废水中盐分作为原材料，降低外排污染环境风险，同时减少了原材料成本。

A Ferric Phosphate Production Process and Equipment

The invention discloses a production process of iron phosphate and its production equipment. The production process of iron phosphate includes 1) synthesis of iron solution; 2) synthesis of iron phosphate; 3) washing; 4) recovery of washing liquid; 5) drying and sintering equipment; 6) crushing and mixing packaging. The equipment used by the invention has simple structure, convenient operation, wide source of raw materials, simple availability and low cost, which brings convenience to industrial production; the process defined by the invention has strong applicability, and can adapt to various raw materials such as iron, phosphorus and oxidant; the wastewater produced by the production process of the invention can be recycled and reused after regular treatment, so as to realize the recycling and reuse of water resources. Salt in wastewater is used as raw material to reduce the environmental risk of sewage discharge and reduce the cost of raw materials.

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁的生产工艺及其生产设备
本专利技术属于锂电池材料制造
，具体涉及一种磷酸铁的生产工艺及其生产设备。
技术介绍
磷酸铁是制备锂电池正极材料磷酸铁锂的主要原材料之一。磷酸铁锂正极材料作为锂离子电池的关键材料，具有安全性高、成本低、寿命长等优点。目前常用磷酸铁生产工艺及设备，自动化程度低，生产过程产生大量废水，不处理对环境影响大，污水处理成本高，设备适用性低，无法适配各种型号产品工艺。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种磷酸铁的生产工艺及其生产设备。所述的一种磷酸铁的生产工艺，其特征在于包括如下步骤：1）铁溶液合成将铁源、磷源、酸及纯水通过进料口加入铁溶液反应设备中，在反应温度为30-90℃下进行酸解反应，反应结束后经过滤、除磁，得到铁溶液，具体步骤如下：1.1）分别由磷酸进料器、水进料器和其它酸进料器向铁源溶解釜内投入磷酸、水和其它酸，同时开启铁源溶解釜的搅拌装置进行搅拌，混合形成均匀的酸液；1.2）由热流体进口向铁源溶解釜外侧的换热夹层内通入热流体，通过第一温度检测器和第一电磁阀监控铁源溶解釜内溶液的温度稳定在50~90℃，然后由铁源进料器向铁源溶解釜内投入铁源，同时持续搅拌，使铁源和酸液充分接触进行反应，维持反应温度稳定在50~90℃，反应时间1~3小时后，得到铁溶液；1.3）开启铁溶液出料泵将步骤1.2）所得铁溶液输送至冷凝器内，同时由冷流体进口向冷凝器内通入冷流体，通过第二温度检测器和第三电磁阀监控从冷凝器内流出的铁溶液的温度稳定在40~60℃，从冷凝器内流出的铁溶液依次通过第一过滤设备和除磁器后，进入铁溶液中间罐内，开启铁溶液过滤泵将铁溶液中间罐内的铁溶液输送至第二过滤设备内进行过滤，然后从第二过滤设备内排出无残渣的铁溶液；2）磷酸铁合成将步骤1.3）的铁溶液加入磷酸铁反应设备中，氧化剂经氧化剂入口加入，在温度为30-70℃进行氧化反应，至二价铁离子全部氧化为三价铁离子，从pH值调节剂入口加入pH值调节剂，至pH为1.0-2.5，得到黄色或淡黄色的二水磷酸铁浆料，所述磷酸铁浆料升温至90-99℃，反应1-4h进行磷酸铁晶型转化，无定型磷酸铁转化为二水磷酸铁晶型，晶型转化完成后浆料由黄色或淡黄色转化为白色或粉白色，得到磷酸铁浆料，具体为：2.1）向氧化釜内投入含有亚铁离子的铁溶液，同时开启氧化釜的搅拌装置进行搅拌，然后向氧化釜内缓慢投入氧化剂，氧化剂的投料时间为30~90分钟，控制氧化釜内溶液的温度≤70℃，检测氧化釜内溶液无亚铁离子后，得到氧化后的铁溶液；2.2）通过氧化釜出料泵将氧化釜内氧化后的铁溶液泵出输送至沉淀釜内，同时开始沉淀釜的搅拌装置进行搅拌，然后向沉淀釜内缓慢投入pH调节剂，控制沉淀釜内溶液的pH在1.0~2.5之间，pH调节剂的投料时间为30~90分钟；2.3）步骤2.2）中的pH调节剂投料完成后，将沉淀釜内溶液的温度升温至90~95℃，进行磷酸铁晶型转化反应，反应1~4小时后，由沉淀釜出料泵将沉淀釜内反应后的磷酸铁浆料泵出；3）洗涤将步骤2.3）得到的磷酸铁浆料过滤，磷酸铁滤饼加入洗涤设备中，纯水经纯水入口加入，用纯水洗涤3-10次，温度控制10-50℃，得到洗液和产品磷酸铁滤饼，具体的洗涤工艺如下：3.1）预先在每级洗涤釜内投入相应的洗涤液，然后将磷酸铁反应液经预过滤设备过滤得到母液和磷酸铁滤饼原料，母液送入到洗液处理装置以回收其中的磷酸铁残渣，所述磷酸铁滤饼原料投入到一级洗涤釜内进行搅拌洗涤；3.2）一级洗涤釜内洗涤完成后，洗涤后的浆料输送到一级过滤设备过滤得到一洗水和一洗滤饼，一洗滤饼投入到二级洗涤釜内，同时将二级洗涤釜内的浆料通过二级过滤设备过滤得到的二洗水输送到一级洗涤釜内，洗涤过程以此类推；其中一洗水送入到洗液处理装置以回收其中的磷酸铁残渣；3.3）最后级洗涤釜洗涤完成后，洗涤后的浆料输送到最后级过滤设备过滤得到最后级水和最后级滤饼，同时向最后级洗涤釜内补入纯水并将最后级水输送到前一级洗涤釜内，进行磷酸铁的连续洗涤；过滤得磷酸铁滤饼待处理；4）洗液回收步骤3）得到的洗液收集至洗液回收系统中，从中和剂加入口加入中和剂，将洗液pH调节至6.0-9.0，中和反应得到沉淀物，过滤后滤液加入洗液回收系统进行浓缩，得到纯水和浓盐水，向浓盐水中加入高纯生石灰或熟石灰，将pH值调节至10-12，得到副产品硫酸钙和碱，碱从碱出口回收后送至pH值调节剂入口用于调节pH值，水经纯水出口流出后进入纯水入口或进料口回用，具体包括如下：4.1）pH调节：将磷酸铁生产废水加入中和槽中，再缓慢加入中和剂，同时开启搅拌器，使中和剂和废水混合均匀，将废水的pH调节至6.0-9.0；4.2）过滤：pH调节完成后，将废水经过第一过滤设备，除去pH调节过程中产生的沉淀；4.3）浓缩：将废水打入废水浓缩设备，分离出纯水，同时得到浓盐水；4.4）碱回收处理：将浓盐水打入碱回收釜，开启搅拌器，同时加入生石灰或熟石灰，将pH调节至10-12，得到碱回收液；4.5）产物回收：将碱回收液经过第二过滤设备，分别得到硫酸钙和相应的中和剂；5）干燥和烧结设备将步骤3.3）的磷酸铁滤饼加入干燥设备中在100-300℃下进行脱水干燥，除去滤饼中大量的自由水，得到二水磷酸铁粉末，将二水磷酸铁输送至高温烧结设备，在400-800℃下烧结时间2-8h，脱除二水磷酸铁中的结晶水，同时进行晶型转化，得到产品无水磷酸铁，具体包括如下步骤：5.1）干燥脱水将制备得到的磷酸铁滤饼通过干燥进料器加入干燥器，在温度设定100-300℃下干燥除去滤饼中的自由水，磷酸铁滤饼变为二水磷酸铁粗品，并控制二水磷酸铁中自由水在含量1%以内，夹带少量二水磷酸铁粉尘的尾气从干燥器顶部进入干燥除尘设备进行处理，除尘后的尾气待处理，二水磷酸铁粗品从干燥除尘设备底部回收并进行后处理；5.2）高温烧结将步骤5.1）得到的二水磷酸铁粗品经烧结进料器加入烧结设备，烧结设备内温区分为三段，第一段为升温段，物料温度由常温升至设定温度，第二段为保温段，第三段为降温段，物料由设定温度降至70℃以下，在烧结设备内二水磷酸铁中分子水脱除，同时晶型转化，得到无水磷酸铁产品，烧结时产生的尾气从烧结设备顶部进入烧结除尘设备，由尾气夹带出的无水磷酸铁粉尘从烧结除尘设备底部回收，除尘后的尾气待处理；5.3）尾气处理将步骤5.1）和步骤5.2）的尾气全部收集进入水吸收塔，在水吸收塔中通过喷淋水喷淋，吸收尾气中剩余的粉尘、SO2及SO3气体，水吸收后再进入碱吸收塔，通过喷淋稀碱液，进一步吸收尾气中的酸性气体，碱吸收塔处理得的空气和水蒸气混合气排空，水吸收塔和碱吸收塔底部的污水集中处理；6）粉碎混合包装将步骤5）高温烧结后的无水磷酸铁输送至粉碎混合装置中的粉碎机进行粉碎，粉碎至颗粒大小为D50<3μm，多个批次粉碎好的磷酸铁加入混料机混合为2-8h，混合后产品在包装设备中按规格包装。所述的一种磷酸铁的生产工艺，其特征在于步骤1）中的铁源为铁粉、铁屑、废铁、硫酸亚铁、硫酸铁、氧化亚铁、氧化铁、氯化亚铁或氯化铁中一种或几种；磷源为磷酸；酸为硫酸、磷酸、盐酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、酒石酸中的一种或几种；所得铁溶液中磷酸浓度为0-2.0mol/L、酸提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷酸铁的生产工艺，其特征在于包括如下步骤：1）铁溶液合成将铁源、磷源、酸及纯水通过进料口（010）加入铁溶液反应设备（01）中，在反应温度为30‑90℃下进行酸解反应，反应结束后过滤、除磁，得到铁溶液；2）磷酸铁合成将步骤1）的铁溶液加入磷酸铁反应设备（02）中，同时经氧化剂入口（011）加入氧化剂，在温度为30‑70℃进行氧化反应，至二价铁离子全部氧化为三价铁离子，从pH值调节剂入口（09）加入pH值调节剂，至pH为1.0‑2.5，得到黄色或淡黄色二水磷酸铁浆料，所述二水磷酸铁浆料升温至90‑99℃反应1‑4h，无定型磷酸铁转化为二水磷酸铁晶型，晶型转化完成后浆料由黄色或淡黄色转化为白色或粉白色，得到磷酸铁浆料；3）洗涤将步骤2）得到的磷酸铁浆料过滤，磷酸铁滤饼加入洗涤设备（03）中，经纯水入口（08）加入纯水，用纯水洗涤3‑10次，温度控制10‑50℃，得到洗液和产品磷酸铁滤饼；4）洗液回收步骤3）的洗液收集至洗液回收系统（07）中，从中和剂加入口（014）加入中和剂，将洗液pH调节至6.0‑9.0，中和反应得到沉淀物，过滤后滤液在洗液回收系统（07）进行浓缩，得到纯水和浓盐水，向浓盐水中加入高纯生石灰或熟石灰，将pH值调节至10‑12，得到副产品硫酸钙和碱，碱从碱出口（012）回收送至pH值调节剂入口（09）用于调节pH值，水经纯水出口（013）流出后进入纯水入口（08）或进料口（10）回用；5）干燥和烧结设备将步骤3）的磷酸铁滤饼加入干燥烧结装置（04）中在100‑300℃下进行脱水干燥，除去磷酸铁滤饼中大量的自由水，得到二水磷酸铁粉末，将二水磷酸铁粉末输送至高温烧结设备（015），在400‑800℃下烧结时间2‑8h，脱除二水磷酸铁中的结晶水，同时进行晶型转化，得到产品无水磷酸铁；6）粉碎混合包装将步骤5）高温烧结后的无水磷酸铁输送至粉碎混合装置（05）中的粉碎机进行粉碎，粉碎至颗粒大小为D50<3μm，多个批次粉碎好的磷酸铁加入混料机混合2‑8h，混合后产品在包装设备（06）中按规格包装。...

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁的生产工艺，其特征在于包括如下步骤：1）铁溶液合成将铁源、磷源、酸及纯水通过进料口（010）加入铁溶液反应设备（01）中，在反应温度为30-90℃下进行酸解反应，反应结束后过滤、除磁，得到铁溶液；2）磷酸铁合成将步骤1）的铁溶液加入磷酸铁反应设备（02）中，同时经氧化剂入口（011）加入氧化剂，在温度为30-70℃进行氧化反应，至二价铁离子全部氧化为三价铁离子，从pH值调节剂入口（09）加入pH值调节剂，至pH为1.0-2.5，得到黄色或淡黄色二水磷酸铁浆料，所述二水磷酸铁浆料升温至90-99℃反应1-4h，无定型磷酸铁转化为二水磷酸铁晶型，晶型转化完成后浆料由黄色或淡黄色转化为白色或粉白色，得到磷酸铁浆料；3）洗涤将步骤2）得到的磷酸铁浆料过滤，磷酸铁滤饼加入洗涤设备（03）中，经纯水入口（08）加入纯水，用纯水洗涤3-10次，温度控制10-50℃，得到洗液和产品磷酸铁滤饼；4）洗液回收步骤3）的洗液收集至洗液回收系统（07）中，从中和剂加入口（014）加入中和剂，将洗液pH调节至6.0-9.0，中和反应得到沉淀物，过滤后滤液在洗液回收系统（07）进行浓缩，得到纯水和浓盐水，向浓盐水中加入高纯生石灰或熟石灰，将pH值调节至10-12，得到副产品硫酸钙和碱，碱从碱出口（012）回收送至pH值调节剂入口（09）用于调节pH值，水经纯水出口（013）流出后进入纯水入口（08）或进料口（10）回用；5）干燥和烧结设备将步骤3）的磷酸铁滤饼加入干燥烧结装置（04）中在100-300℃下进行脱水干燥，除去磷酸铁滤饼中大量的自由水，得到二水磷酸铁粉末，将二水磷酸铁粉末输送至高温烧结设备（015），在400-800℃下烧结时间2-8h，脱除二水磷酸铁中的结晶水，同时进行晶型转化，得到产品无水磷酸铁；6）粉碎混合包装将步骤5）高温烧结后的无水磷酸铁输送至粉碎混合装置（05）中的粉碎机进行粉碎，粉碎至颗粒大小为D50<3μm，多个批次粉碎好的磷酸铁加入混料机混合2-8h，混合后产品在包装设备（06）中按规格包装。2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁的生产工艺，其特征在于步骤1）中的铁源为铁粉、铁屑、废铁、硫酸亚铁、硫酸铁、氧化亚铁、氧化铁、氯化亚铁或氯化铁中一种或几种；磷源为磷酸；酸为硫酸、磷酸、盐酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、酒石酸中的一种或几种；所得铁溶液中磷酸浓度为0-2.0mol/L、酸提供H+浓度为0-3.0mol/L、亚铁离子与铁离子浓度和为1.0-2.0mol/L。3.根据权利要求1所述的一种磷酸铁的生产工艺，其特征在于步骤2）中的氧化剂为双氧水、过氧乙酸、硝酸、过硫酸铵、次氯酸中一种或几种混合物，氧化剂与亚铁离子的投料摩尔比为0.5-1.5:1；二价铁离子反应完成的检测方法为邻二氮菲指示剂法或高锰酸钾滴定法。4.根据权利要求1所述的一种磷酸铁的生产工艺，其特征在于步骤2）中的pH值调节剂为pH大于4的氨水、碱溶液或盐溶液；碱为氢氧化钠或氢氧化钾；盐为碳酸钠、碳酸氢钠、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、碳酸铵或碳酸氢铵。5.根据权利要求1所述的一种磷酸铁的生产工艺，其特征在于步骤3）中的纯水用量为7-15倍磷酸铁干料量重量。6.根据权利要求1所述的一种磷酸铁的生产工艺，其特征在于步骤4）中的中和剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾或氨水。7.根据权利要求1所述的一种磷酸铁的生产工艺，其特征在于步骤4）中的洗液回收系统（07）为离子交换膜或蒸发废水浓缩设备，所述蒸发废水浓缩设备为MVR、三效蒸发器或多效蒸发器；所述高纯生石灰纯度>95%，细度>2...

【专利技术属性】
技术研发人员：江文革，方东东，
申请(专利权)人：深圳海纳百川科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44