一种利用铁渣固废制备复合磷酸铁钠正极材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用铁渣固废制备复合磷酸铁钠正极材料的方法，属于钠离子电池正极材料领域，其具体包括以下步骤：将铁渣进行破碎筛分后用硫酸将其溶解，而后加入铁粉反应后过滤，将滤液除磁处理后升温至特定温度并保温，缓慢滴加氢氧化钠溶液沉淀杂质离子，而后加入絮凝剂后进行过滤，固液分离得过滤液；往过滤液中滴加磷酸，而后真空蒸发浓缩冷却结晶得固体磷酸亚铁；将磷酸亚铁

【技术实现步骤摘要】
一种利用铁渣固废制备复合磷酸铁钠正极材料的方法


[0001]本专利技术涉及钠离子电池正极材料
，具体涉及一种利用铁渣固废制备复合磷酸铁钠正极材料的方法
。

技术介绍

[0002]近年来，随着新能源汽车市场高速发展，带动锂离子电池产业持续高增长，而国内锂资源匮乏，供给处于紧张状态
。
锂离子电池亟需寻找高性价比替补方案，钠离子电池由于其综合的性价比优势，目前是锂离子电池最佳的替补方案
。
[0003]聚阴离子型材料具有晶体结构稳定
、
热稳定性高
、
电压可调
、
化学成分可调等特点，是目前研究最广泛的钠离子电池正极材料之一
。PO
43
‑
和
P2O
74
‑
聚阴离子共存的复合磷酸铁钠正极材料
(Na4Fe3(PO4)2(P2O7)
，简称
NFPP)
，具有成本低
、
安全性好
、
制备工艺简单
、
循环稳定性强等优点，成为最具有发展潜力的钠离子电池聚阴离子型正极材料
。
[0004]根据铁源选择的不同，可以将
NFPP
主流生产工艺分为磷酸铁工艺
、
草酸亚铁工艺
、
氧化铁红工艺
、
硝酸铁这四种路线
。
以上几种技术路线中，磷酸铁技术壁垒高，工艺成本较高，且磷酸铁生产过程产生大量的含有氮磷的废水；草酸亚铁供应链配套不足，使得铁源成本远高于其他路线；硝酸铁生产过程环保压力大，工艺控制难，生产管控难度大；氧化铁红制备的正极材料电化学性能差，市场竞争力弱
。
[0005]我国是钢铁大国，钢铁产量世界第一，铁渣是钢铁生产过程中产生的废弃物，其主要成分是铁，以及少量
SiO2、Al2O3、CaO、MgO、MnO、Fe2O3等杂质
。
开发基于废铁渣制备复合磷酸铁钠正极材料工艺，一方面可实现固体废弃物循环利用，另一方面可以降低材料成本，具有非常明显的经济和社会效益
。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术旨在提供一种利用铁渣固废制备复合磷酸铁钠正极材料的方法，以解决现有复合磷酸铁钠正极材料制备工艺复杂
、
制备成本高的问题
。
[0007]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0008]一种利用铁渣固废制备复合磷酸铁钠正极材料的方法，包括以下步骤：
[0009]1)
将铁渣进行破碎和筛分，得到铁渣颗粒；
[0010]2)
向所述铁渣颗粒中加入硫酸进行溶解反应，反应过程中边加热边搅拌，得到酸解液
A
；
[0011]3)
向所述酸解液
A
中加入铁粉，搅拌反应一段时间后进行过滤处理，所得过滤液经除磁处理，得到溶液
B
；
[0012]4)
将所述溶液
B
升温至特定温度后保温，然后缓慢滴加氢氧化钠溶液，滴加过程中维持搅拌，当
pH
值达到指定
pH
值时停止氢氧化钠溶液滴加，而后加入絮凝剂继续搅拌一段时间后，进行过滤处理，固液分离，得过滤液
C
；
[0013]5)
检测分析所述过滤液
C
中
Fe
2+
浓度，在惰性气氛保护下，向所述过滤液
C
中滴加磷
酸，而后真空蒸发浓缩冷却结晶，得固体磷酸亚铁；
[0014]6)
向所述磷酸亚铁加入纯水
、
焦磷酸钠
、
蔗糖
、
草酸，搅拌均匀得到浆料
D
，所述浆料
D
经研磨和除磁处理，再经喷雾干燥处理，得前驱体粉末；
[0015]7)
在惰性气氛下对所述前驱体粉末进行高温烧结
、
气流粉碎和除铁处理后，制得复合磷酸铁钠正极材料
。。
[0016]可选地，步骤
1)
中所述铁渣颗粒的粒径
≤3mm。
[0017]可选地，步骤
2)
中所述硫酸的质量浓度为
30
％～
40
％，所述溶解反应的反应液温度为
30
‑
40℃。
[0018]可选地，步骤
3)
中所述铁粉的粒径
≤50
μ
m
，所述铁粉的加入量为所述铁渣颗粒总质量的5％，所述除磁处理的磁力强度
≥8000GS。
[0019]可选地，步骤
4)
中所述氢氧化钠溶液的质量浓度为8％～
10
％，所述指定
pH
值为4～5，所述特定温度为
70
‑
90℃。
[0020]可选地，步骤
4)
中所述絮凝剂为聚丙烯酰胺，所述絮凝剂的加入量为步骤
4)
中溶液总质量的1％～3％
。
[0021]可选地，步骤
5)
中所述过滤液
C
的
Fe
2+
和所述磷酸的摩尔比为
3∶(2.1
～
2.3)。
[0022]可选地，步骤
6)
中所述磷酸亚铁
、
所述焦磷酸钠和所述草酸的摩尔比为
1∶(1
～
1.2)∶(0.8
～
1)。
[0023]可选地，步骤
6)
中所述蔗糖的加入量为所述磷酸亚铁和所述焦磷酸钠总质量的4～6％
[0024]可选地，步骤
6)
中所述浆料
D
的固含量为
30
％～
40
％，所述除磁处理的磁力强度
≥8000GS。
[0025]可选地，步骤
7)
中所述除铁处理为电磁除铁方式，除铁电流为
22
‑
26A
，除铁电压为
170
‑
190V
；所述高温烧结的烧结温度为
600
‑
800℃
，烧结时间为8‑
10h。
[0026]相对于现有技术，本专利技术所述的利用铁渣固废制备复合磷酸铁钠正极材料的方法具有以下优势：
[0027]1、
对铁渣固废中的杂质，本专利技术通过多级除杂方式达到净化除杂，通过氢氧化钠调节溶液
pH
值，将杂质阳离子形成氢氧化物沉淀进行除杂；加入聚丙烯酰胺，通过凝聚和絮凝两种作用去除杂质；通过永磁除铁和电磁除铁两种方式进行深度除杂，有效降低材料中杂质元素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种利用铁渣固废制备复合磷酸铁钠正极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)
将铁渣进行破碎和筛分，得到铁渣颗粒；
2)
向所述铁渣颗粒中加入硫酸进行溶解反应，反应过程中边加热边搅拌，得到酸解液
A
；
3)
向所述酸解液
A
中加入铁粉，搅拌反应一段时间后进行过滤处理，所得过滤液经除磁处理，得到溶液
B
；
4)
将所述溶液
B
升温至特定温度后保温，然后缓慢滴加氢氧化钠溶液，滴加过程中维持搅拌，当
pH
值达到指定
pH
值时停止氢氧化钠溶液滴加，而后加入絮凝剂继续搅拌一段时间后，进行过滤处理，固液分离，得过滤液
C
；
5)
检测分析所述过滤液
C
中
Fe
2+
浓度，在惰性气氛保护下，向所述过滤液
C
中滴加磷酸，而后真空蒸发浓缩冷却结晶，得固体磷酸亚铁；
6)
向所述磷酸亚铁加入纯水
、
焦磷酸钠
、
蔗糖
、
草酸，搅拌均匀得到浆料
D
，所述浆料
D
经研磨和除磁处理，再经喷雾干燥处理，得前驱体粉末；
7)
在惰性气氛下对所述前驱体粉末进行高温烧结
、
气流粉碎和除铁处理后，制得复合磷酸铁钠正极材料
。2.
根据权利要求1所述的利用铁渣固废制备复合磷酸铁钠正极材料的方法，其特征在于，步骤
1)
中所述铁渣颗粒的粒径
≤3mm。3.
根据权利要求1所述的利用铁渣固废制备复合磷酸铁钠正极材料的方法，其特征在于，步骤
2)
中所述硫酸的质量浓度为
30
％～
40
％，所述溶解反应的反应液温度为
30
‑
40℃。4.
根据权利要求1所述的利用铁渣固废制备复合磷酸铁钠正极材料的方法，其特征在于，步骤
3)
中所述铁粉的粒径
≤50
μ...

【专利技术属性】
技术研发人员：史德友，李仲君，陈鹏，涂全，
申请(专利权)人：武汉启钠新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：