一种利用双铁源合成磷酸铁的制备方法技术

本发明专利技术属于磷酸铁技术领域，具体是一种利用双铁源合成磷酸铁的制备方法。一种利用双铁源合成磷酸铁的制备方法，(1)以纯铁废料和过量的磷酸溶液加热反应得到第一固液混合物，其中第一固液混合物中的液相为含有磷酸氢铁的稀磷酸溶液，即磷酸铁前驱体A；(2)在水溶性的含铁化合物加入铁离子沉淀剂反应，得到第二固液混合物，从中分离出第二固相混合物溶液中，并用去离子水抽洗去除第二固相混合物中残留的可溶性杂质，得到铁盐沉淀物，即磷酸铁前驱体B；(3)将磷酸铁前驱体A和磷酸铁前驱体B混合，并加氧化剂，并调节pH值；(4)将步骤(3)中的混合物加热至沸腾，晶化，然后通过离心分离、洗涤、烘干、过筛，即得到磷酸铁晶体成品。即得到磷酸铁晶体成品。

【技术实现步骤摘要】
一种利用双铁源合成磷酸铁的制备方法


[0001]本专利技术属于磷酸铁制备
，具体指一种利用双铁源合成磷酸铁的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着磷酸铁锂锂离子电池在新能源汽车、风光储能、通讯基站、大型数据库储存等行业的广泛应用，磷酸铁锂正极材料的生产与制造也得到大力发展。锂电池由于电容量高、循环性好、无污染、寿命长等优点，逐渐替代传统的镍氢电池。现有技术中的锂电池正极材料主要包括钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂及三元材料，相较于其他锂电池正极材料，磷酸铁锂正极材料具有安全性高、循环寿命长、制造成本低等优点，是最具潜力的锂离子电池正极材料之一。
[0003]采用磷酸铁制备磷酸铁锂工艺路线，具有所得产品杂质含量低、电性能良好、制备工艺步骤简单等优势，已逐渐成为行业的技术趋势。
[0004]传统用废铁制备磷酸铁的方法中，通常使用强酸如硫酸，盐酸或硝酸直接溶解废铁生成可溶性的铁盐溶液，然后再用于制造磷酸铁，这种方法的缺陷在于：所用的酸是强腐蚀性酸，溶解过程中容易发生安全事故，且酸的成本高。例如，1吨纯铁需要用5吨浓硫酸来溶解，后续过程中还需要用大量的碱来中和其强酸性，大大增加了其制备成本；此外，还会引入新的杂质离子。
[0005]由于磷酸酸性强度中等，若采用磷酸溶解废纯铁需要过量的磷酸才能使反应顺利进行，而过剩的磷酸不能充分利用于磷酸铁的后续加工会造成浪费及成本增加，这也是目前制约用磷酸与纯铁反应制备磷酸铁的主要原因。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在提供解决现有技术的缺陷，提供一种利用双铁源合成磷酸铁的制备方法。
[0007]本专利技术的目的是通过以下的技术方案实现的：
[0008]一种利用双铁源合成磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)以纯铁废料和过量的磷酸溶液加热反应得到第一固液混合物，其中第一固液混合物中的液相为含有磷酸氢铁的稀磷酸溶液，将第一固液混合物中的固体杂质分离后剩下的含有磷酸氢铁的稀磷酸溶液，即为磷酸铁前驱体A；
[0010](2)在水溶性的含铁化合物加入铁离子沉淀剂反应，得到第二固液混合物，从中分离出第二固相混合物，并用去离子水抽洗去除第二固相混合物中残留的可溶性杂质，得到铁盐沉淀物，即磷酸铁前驱体B；
[0011](3)将磷酸铁前驱体A和磷酸铁前驱体B混合，并加入氧化剂将磷酸铁前驱体A和磷酸铁前驱体B中的亚铁盐氧化成正价态的铁；
[0012](4)将步骤(3)的混合物调节pH值至0.5
‑
4.0，加热至90
‑
120℃，陈化1
‑
8h，然后通
过固液分离、洗涤、烘干、过筛，即得到磷酸铁晶体成品。
[0013]作为优选，步骤(1)中所述纯铁：磷酸的摩尔比为1.0
‑
3.0：1.0
‑
3.0，溶液中磷酸的摩尔浓度为0.9
‑
3.0mol/L。
[0014]作为优选，步骤(2)中所述铁离子沉淀剂的用量按照将铁离子沉淀的比例达到90％以上的用量。
[0015]作为优选，步骤(3)中的磷酸溶液为磷酸铁前驱体A中的磷酸和加入的磷酸溶液的总和，步骤(3)中磷酸铁前驱体A和磷酸铁前驱体B中铁离子与磷酸溶液的铁：磷质量摩尔比为1.0：1.0
‑
1.2。
[0016]作为优选，步骤(3)中所述的氧化剂的摩尔质量为磷酸铁前驱体A中的亚铁和磷酸铁前驱体B中的亚铁的亚铁离子总的摩尔质量的0.8
‑
3.0。
[0017]作为优选，步骤(3)中所述氧化剂为双氧水或液氧。
[0018]作为优选，步骤(2)中所述铁离子沉淀剂为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钠溶液、氨水、可溶性碳酸盐和碳酸钾溶液中的至少一种。
[0019]作为优选，步骤(2)中所述的含铁离子化合物为硫酸亚铁、硫酸铁、聚硫酸铁、氯化亚铁、氯化铁和硝酸铁中的至少一种。
[0020]与现有技术相比，本专利技术有益效果如下：
[0021]本专利技术采用过量磷酸与废纯铁反应制备含有磷酸的磷酸铁前驱体A，采用铁离子与铁离子沉淀剂反应制备得磷酸铁前驱体B，最后用前驱体A和前驱体B这两个前驱体制备得到磷酸铁，解决了溶解废纯铁中过量磷酸再利用的问题，避免了使用强酸易发生安全事故的问题，不仅不会引入新的杂质，而且还简化了工序，降低成本。
具体实施方式
[0022]下面通过实施例对本专利技术做出进一步的说明。
[0023]实施例1
[0024]一种利用双铁源合成磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：
[0025](1)以纯铁废料和过量的磷酸溶液加热反应得到第一固液混合物，其中第一固液混合物中的液相为含有磷酸氢铁的稀磷酸溶液，将第一固液混合物中的固体杂质分离后剩下的含有磷酸氢铁的稀磷酸溶液，即为磷酸铁前驱体A；所述纯铁：磷酸的摩尔比为1.0：1.3，溶液中磷酸的摩尔浓度为0.9mol/L；
[0026](2)在水溶性的含铁化合物硫酸亚铁溶液中加入铁离子沉淀剂氢氧化钠溶液反应，得到第二固液混合物，从中分离出第二固相混合物氢氧化亚铁Fe(0H)2，并用去离子水抽洗去除第二固相混合物中残留的可溶性杂质硫酸钠，得到氢氧化亚铁Fe(0H)2沉淀物，即磷酸铁前驱体B；其中，硫酸亚铁溶液：氢氧化钠溶液用量摩尔比为1.0：0.6；
[0027](3)将磷酸铁前驱体A和磷酸铁前驱体B混合，并加入双氧水与磷酸混合液，双氧水将磷酸铁前驱体A和磷酸铁前驱体B中的磷酸氢铁和氢氧化亚铁氧化成正价态的铁盐溶液，磷酸再与铁盐溶液反应，使其中的铁盐转化成正磷酸铁，得到正磷酸铁溶液；其中，与铁盐溶液反应的磷酸溶液为磷酸铁前驱体A中的磷酸和加入的磷酸溶液的总和，磷酸铁前驱体A和磷酸铁前驱体B中的亚铁离子与磷酸溶液的铁：磷质量摩尔比为1.0：1.05；所述的双氧水的摩尔质量为磷酸铁前驱体A中的亚铁和磷酸铁前驱体B中的亚铁的亚铁离子总的摩尔质
量的1.1
‑
1.3％；
[0028](4)将步骤(3)反应结束后得到的正磷酸铁溶液加入碱液调节其pH值至0，并加热至60℃进行晶化1h，然后通过离心分离、洗涤、烘干、过筛，即得到磷酸铁晶体成品。
[0029]实施例2
[0030]一种利用双铁源合成磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：
[0031](1)以纯铁废料和过量的磷酸溶液加热反应得到第一固液混合物，其中第一固液混合物中的液相为含有磷酸氢铁的稀磷酸溶液，将第一固液混合物中的固体杂质分离后剩下的含有磷酸氢铁的稀磷酸溶液，即为磷酸铁前驱体A；所述纯铁：磷酸的摩尔比为1.0：1.5，溶液中磷酸的摩尔浓度为3.0mol/L；
[0032](2)水溶性的含铁化合物硫酸铁溶液中加入铁离子沉淀剂氢氧化钾溶液反应，得到第二固液混合物，从中分离出第二固相混合物氢氧化铁，并用去离子水抽洗去除第二固相混合物中残留的可溶性杂质硫酸钾，得到氢氧化铁沉淀物，即磷酸铁前驱体B；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用双铁源合成磷酸铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以纯铁废料和过量的磷酸溶液加热反应得到第一固液混合物，其中第一固液混合物中的液相为含有磷酸氢铁的稀磷酸溶液，将第一固液混合物中的固体杂质分离后剩下的含有磷酸氢铁的稀磷酸溶液，即为磷酸铁前驱体A；(2)在水溶性的含铁化合物加入铁离子沉淀剂反应，得到第二固液混合物，从中分离出第二固相混合物，并用去离子水抽洗去除第二固相混合物中残留的可溶性杂质，得到铁盐沉淀物，即磷酸铁前驱体B；(3)将磷酸铁前驱体A和磷酸铁前驱体B混合，并加入氧化剂将磷酸铁前驱体A和磷酸铁前驱体B中的亚铁盐氧化成正价态的铁；(4)将步骤(3)的混合物调节pH值至0.5
‑
4.0，加热至90
‑
120℃，陈化1
‑
8h，然后通过固液分离、洗涤、烘干、过筛，即得到磷酸铁晶体成品。2.根据权利要求1所述利用双铁源合成磷酸铁的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述纯铁：磷酸的摩尔比为1.0
‑
3.0：1.0
‑
3.0，溶液中磷酸的摩尔浓度为0.9
‑
3.0mol/L。3.根据权利要求1所述利用双铁源...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄桂清，莫博山，许海峰，莫有德，
申请(专利权)人：波士顿环球科技公司，
类型：发明
国别省市：