一种以硫铁矿烧渣制备电池级无水磷酸铁的方法技术

本发明专利技术属于硫铁矿烧渣制备技术领域，具体的说是一种以硫铁矿烧渣制备电池级无水磷酸铁的方法；该方法包括以下步骤：S1：选材、S2：混料、S3：酸浸提铁、S4：还原、S5：初步除杂、S6：碱调节、S7：氧化及S8：晶型转化、漂洗及烧结；本发明专利技术使用磷酸二氢钙作为主材料之一，其阳离子元素钙可作为硫酸根去除剂，阴离子磷酸二氢根可作为磷酸铁合成的磷源，做到了完全利用，不引入新杂质的理想效果，且将磷酸二氢亚铁作为中间物的路线，能够针对硫铁矿烧渣中阳离子杂质种类进行经济、有效、无害地去除，同时将反应体系从反应釜移出、移入的物料流转次数减少为3次，缩减了工艺流程与物料流转次数，有效提升了产物品质与生产效率。了产物品质与生产效率。了产物品质与生产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种以硫铁矿烧渣制备电池级无水磷酸铁的方法


[0001]本专利技术属于硫铁矿烧渣制备
，具体的说是一种以硫铁矿烧渣制备电池级无水磷酸铁的方法。

技术介绍

[0002]硫铁矿有效成分为硫化亚铁FeS，在硫酸工业中会采用煅烧的方式将硫元素分离而出，形成硫的气态氧化物来加以利用，而煅烧后的残渣即本专利技术所使用的的主要原料硫铁矿烧渣，内含比例不定的氧化亚铁与氧化铁、四氧化三铁等；硫铁矿烧渣按照组分比例的不同，其外观形态也有所差异，形状多为细致粉状，颜色上有红渣、黑渣、混合渣等多种，其铁含量在20％
‑
60％不等，通常湿法提铁会选用含量大于50％的黑渣；
[0003]目前主流的利用方式分为火法冶金与湿法提铁两种；其中，湿法提铁湿法分为预先煅烧还原再酸浸和直接高浓度高温强酸提取两种；
[0004]在目前的工艺方法中，存在一个被忽略的问题点，在进行酸液提铁时所用酸液均存在过量系数，为了铁资源利用率这也是很有必要的，但这会导致两个问题；
[0005]1)、化学体系中存在阴阳离子平衡规则，过量酸根不会凭空消失，而会在后续还原、pH调节时，生成对应杂质盐继续存在于溶液中，尤其是还原剂采用非铁粉，其对应酸根的杂质盐含量甚至会超出作为反应物的铁盐含量，虽不会大量沉降于磷酸铁中，但对于磷酸铁的品质会造成显著的下降；且在采用铁粉还原的工艺中，其铁粉用量往往大幅超出作为还原剂的计量值，过量部分直接与酸进行反应，导致制作的亚铁溶液中半数以上成分是酸加单质铁所得，而非烧渣中提取；
[0006]2)、过量的酸根会直接影响铁元素的溶解上限，以CN114906830A的硫酸亚铁为例，其标准状态下溶解度约为26g(100g水)，此时硫酸根含量为16.4％，如果实际含量上升，就会开始析出硫酸亚铁结晶，从而导致铁含量下降，酸浸时酸根浓度常用30％以上级别，导致需要大量加纯水对酸根进行稀释，而酸浸提取时，液固比例设置通常溶液为固体3
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5倍，此会导致铁元素含量非常之低，大大增加了废水产生量，增加了处理成本；
[0007]因此，我们提出了一种以硫铁矿烧渣制备电池级无水磷酸铁的方法。

技术实现思路

[0008]为了弥补现有技术的不足，以解决
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提出了一种以硫铁矿烧渣制备电池级无水磷酸铁的方法。
[0009]本专利技术通过以下技术方案实现：一种以硫铁矿烧渣制备电池级无水磷酸铁的方法，该方法包括以下步骤：
[0010]S1：选材：选取铁含量大于50％的黑渣作为硫铁矿烧渣、选取含量为98％的浓硫酸稀释至15
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45％作为提铁酸液、选取硫酸根的沉淀剂、磷酸铁合成的磷源、碱调节剂、氢氧化物杂质沉淀剂、还原剂及氧化剂；由于实际生产中煅烧后的渣已经是细致粉体因此不需研磨，故选取的硫铁矿烧渣不需要研磨，提铁酸液通过98％的浓硫酸稀释，最优为25
‑
30％；
[0011]S2：混料：将硫铁矿烧渣倒入到装有提铁酸液的反应釜中，并进行搅拌，使其进行充分的混合；搅拌的转速设置与反应釜状态相关，至少应保持反应釜底部不出现静止沉底物；
[0012]S3：酸浸提铁：在S2的基础上将反应釜的温度体系升温至80
‑
95℃，保持时间为2
‑
5h，以实现提铁工作，反应过程为Fe2O3+3H2SO4＝3H2O+Fe2(SO4)3；在常压下的硫酸体系中由于硫酸根对水离子的亲和度较高，其与铁离子的络合物常常会使剩余粉末中铁元素难以反应，因此此处提铁完成度约为50
‑
60％左右；
[0013]S4：还原：在S3的基础上将反应釜的温度体系保持在80
‑
90℃，并向反应釜中加入还原剂，其还原剂的用量为加入的硫铁矿烧渣加入量的12
‑
15％，并继续反应0.5
‑
1h；
[0014]S5：初步除杂：在S4的基础上将反应釜的温度体系保持在70
‑
80℃，并向反应釜中加入磷酸铁合成的磷源，其用量为加入的硫铁矿烧渣加入量的55
‑
60％，并继续反应2
‑
4h，使得PH值小于2；该步骤中残余硫酸将与钙离子反应生成硫酸钙沉淀，后续与未反应的硫铁矿烧渣一同滤除，同时磷酸氢根与磷酸二氢根与亚铁离子反应生成磷酸二氢亚铁(pH＜3.5时可溶解)；
[0015]S6：碱调节：保持与S5中温度体系相同，先通过碱调节剂将体系PH值调整至3.0
‑
3.5，此时氢氧化铝少量沉淀，磷酸铝大量沉淀，氢氧化钛、氢氧化铬等杂质均去除完成，以得到较为纯净的磷酸二氢亚铁溶液，然后，在将PH值调整至5
‑
5.5，可以实现磷酸亚铁、磷酸亚铁的完全沉降，将沉淀滤出即可去除沉降pH值较高的杂质元素，视原料纯度决定此时滤饼是否需要漂洗，通常不需要在此步就开始漂洗滤饼，以实现滤饼的获取；
[0016]S7：氧化：在S6的基础上，使得反应釜在室温下进行，将滤饼按照1:6
‑
1:8的重量比例加纯水于反应釜中浆化0.5
‑
1h，并加入氧化剂，氧化剂的含量小于5％，且时间保持在20
‑
40min；在亚铁氧化为三价铁后，与磷酸根生成磷酸铁沉淀即为目标产物的初始状态，随着双氧水的加入与亚铁的氧化，体系PH会出现下降，而后磷酸铁溶解，因此在加入双氧水时需要再次加入碱调节剂进行沉降，调节至pH值为2
‑
2.5即可完成沉降；
[0017]Fe(H2PO4)2+Fe3(PO4)2+2H2O2＝4FePO4+4H2O；
[0018]2Fe(H2PO4)2+H2O2＝2FePO4+2H2O+2(H2PO4)
‑
+2H
+
；
[0019]S8：晶型转化、漂洗及烧结：在S7的基础上向其加入磷酸，反应釜的温度体系为85
‑
95℃，保温2h，保温结束后过滤并漂洗滤饼至新滤出漂洗水电导率低于200μs/cm，漂洗完成的滤饼烘干控水后于550
‑
650℃氛围烧结1
‑
2h，烧结完成后即得无水磷酸铁。
[0020]优选地，S1中磷酸铁合成的磷源为磷酸二氢钙粉末，氢氧化物杂质沉淀剂为氢氧化钠或氨水，还原剂为铁粉或硫化物，其S5中的反应过程为：Ca(H2PO4)2+SO
42
‑
＝CaSO4+2H2PO4‑
；选用氢氧化钠可以减少杂质硫酸盐对磷酸铁品质下降的效果，使用氨水可以后续回收副产品硫酸铵，两种调节剂不会对方案步骤产生变动；使用铁粉可以减少其他还原剂引入的阳离子杂质含量，并通过置换除去磷酸铁中严控的铜离子，使用硫化物可以在还原的同时捕捉大部分重金属元素杂质，但会产生斜方硫单质，想要实现产业化难度非常大。
[0021]优选地，S3中温度为90
‑
95℃。
[0022]优选地，S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以硫铁矿烧渣制备电池级无水磷酸铁的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1：选材：选取铁含量大于50％的黑渣作为硫铁矿烧渣、选取含量为98％的浓硫酸稀释至15
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45％作为提铁酸液、选取硫酸根的沉淀剂、磷酸铁合成的磷源、碱调节剂、氢氧化物杂质沉淀剂、还原剂及氧化剂；S2：混料：将硫铁矿烧渣倒入到装有提铁酸液的反应釜中，并进行搅拌，使其进行充分的混合；S3：酸浸提铁：在S2的基础上将反应釜的温度体系升温至80
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95℃，保持时间为2
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5h，以实现提铁工作，反应过程为Fe2O3+3H2SO4＝3H2O+Fe2(SO4)3；S4：还原：在S3的基础上将反应釜的温度体系保持在80
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90℃，并向反应釜中加入还原剂，其还原剂的用量为加入的硫铁矿烧渣加入量的12
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15％，并继续反应0.5
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1h；S5：初步除杂：在S4的基础上将反应釜的温度体系保持在70
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80℃，并向反应釜中加入磷酸铁合成的磷源，其用量为加入的硫铁矿烧渣加入量的55
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60％，并继续反应2
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4h，使得PH值小于2；S6：碱调节：保持与S5中温度体系相同，先通过碱调节剂将体系PH值调整至3.0
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3.5，以得到较为纯净的磷酸二氢亚铁溶液，然后，在将PH值调整至5
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5.5，以实现滤饼的获取；S7：氧化：在S6的基础上，使得反应釜在室温下进行，将滤饼按照1:6
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1:8的重量比例加纯水于反应釜中浆化0.5
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1h，并加入氧化剂，氧化剂的含量小于5％，且时间保持在20
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40min；S8：晶型转化、漂洗及烧结：在S7的基础上向其加入磷酸，反应釜的温度体系为85
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95℃，保温2h，保温结束后过滤并漂洗滤饼至新滤出漂洗水电导率低于200μs/cm，漂洗完成的滤饼烘干控水后于550
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄天宇，郭米艳，方定坤，徐善皖，韩洁，
申请(专利权)人：湖北虹润高科新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：