无机化学及其化合物制造及其合成,应用技术1.本发明涉及化工生产技术领域,尤其涉及一种磷酸铁的制备方法。背景技术:2.随着新能源汽车不断向绿色、低碳发展,商业化动力电池主要以磷酸铁锂为主流。磷酸铁作为磷酸铁锂的前驱体,对其纯度要求较高。目前公开的现有技术中,磷酸铁大多采用硫酸亚铁、铁和铁渣混合物等与磷酸、磷酸盐反应制得,由于其合成过程会掺杂金属及非金属杂质,通常会引入铵盐、氨水、强碱等来去除杂质,因此又会产生更多副产物及固体废物;而且此类工艺体系中铵盐等的增加会提高工业废水中氨氮的含量,环保成本较高,对环境威胁较大。此外,传统磷酸铁的制备方法还采用强酸与纯铁反应,生成的三价铁产物继续与磷酸反应生成磷酸铁产品,该工艺由于强酸的引入,需要添加大量氨水、铵根、氢氧化钠或氢氧化钾来调节ph值,由此增加了产品中杂质离子浓度以及废水处理难度。杂质离子的大量引入对电池充放电过程中的循环性能及功率会产生严重的干扰,影响电池稳定性。3.因此,提供一种对环境友好的磷酸铁的低成本制备方法,是本领域技术人员所要解决的技术问题。技术实现要素:4.本发明的目的在于提供一种磷酸铁的制备方法,以解决现有技术存在的缺陷。5.为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:6.本发明提供了一种磷酸铁的制备方法,包括以下步骤:7.(1)将磷酸二氢铵粉料与水混合后溶解,经固液分离,液相经净化得到磷酸二氢铵溶液;8.(2)将绿矾与水混合后溶解,经固液分离,液相经净化得到硫酸亚铁溶液,然后再用硫酸调节ph值至1.6~1.8,与磷酸二氢铵溶液、双氧水混合,反应后得到磷酸铁粗品母液;9.(3)将磷酸铁粗品母液洗涤后与水以及磷酸混合,进行陈化,得到陈化母液;10.(4)将陈化母液固液分离后,即得磷酸铁。11.优选的,所述步骤(1)溶解磷酸二氢铵粉料的温度为50~70℃,溶解处理的时间为20~40min;磷酸二氢铵粉料的粒径为100~200μm,得到的磷酸二氢铵溶液的质量分数为23~24%。12.优选的,所述步骤(2)硫酸亚铁溶液中铁的质量分数为5~6%;硫酸亚铁溶液中铁、双氧水、磷酸二氢铵溶液中磷酸二氢铵的质量比为1:1.4~1.5:1~1.5。13.优选的,所述步骤(2)中硫酸亚铁溶液与磷酸二氢铵溶液、双氧水混合的方式为向硫酸亚铁溶液中同时滴加磷酸二氢铵溶液与双氧水,所述磷酸二氢铵与双氧水的加料时间为50~70min。14.优选的,所述步骤(2)反应的温度为60~70℃,反应的时间为70~90min。15.优选的,所述步骤(3)磷酸的质量分数为80~85%,洗涤后的磷酸铁粗品、水以及磷酸的质量比为8~12:90~110:1。16.优选的,所述步骤(3)陈化的温度为80~95℃,陈化的时间为150~200min。17.优选的,所述步骤(4)固液分离后还包括洗涤和干燥;其中步骤(3)和步骤(4)洗涤时水温大于等于90℃。18.优选的,所述步骤(4)干燥的温度为80~120℃,干燥的时间为6~12h。19.优选的,所述步骤(1)净化包括溶解、过滤、阳离子交换树脂吸附。20.经由上述技术方案可知,与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:21.本发明以硫酸亚铁作为铁源,减少了副产物盐的生成;以肥料级磷酸二氢铵溶液作为磷源,净化后的磷酸二氢铵与双氧水同时滴加,在硫酸亚铁氧化的同时与磷酸二氢铵反应生成磷酸铁,改善了传统工艺亚铁多步合成以及强酸化铁工艺中多种杂质离子的引入,降低了强酸化铁工艺中的原料成本;洗涤过程采用热水,能够有效的洗净残余杂质。22.本发明在无副产物生成、无需进一步调节体系酸碱度及产品提纯的情况下,制备出了高纯度(99%以上)电池级磷酸铁产品,且相对以磷酸或工业磷酸一铵为磷源制备磷酸铁的方法,成本降低10~20%。附图说明23.图1为本发明制备磷酸铁的流程图。具体实施方式24.本发明提供了一种磷酸铁的制备方法,包括以下步骤:25.(1)将磷酸二氢铵粉料与水混合后溶解,经固液分离,液相经净化得到磷酸二氢铵溶液;26.(2)将绿矾与水混合后溶解,经固液分离,液相经净化得到硫酸亚铁溶液,然后再用硫酸调节ph值至1.6~1.8,优选为1.65~1.75,与磷酸二氢铵溶液、双氧水混合,反应后得到磷酸铁粗品母液;27.(3)将磷酸铁粗品母液洗涤后与水以及磷酸混合,进行陈化,得到陈化母液;28.(4)将陈化母液固液分离后,即得磷酸铁。29.在本发明中,所述步骤(1)溶解磷酸二氢铵粉料的温度为50~70℃,优选为55~65℃,溶解处理的时间为20~40min,优选为25~35min;磷酸二氢铵粉料的粒径为100~200μm,优选为120~180μm,得到的磷酸二氢铵溶液的质量分数为23~24%,优选为23.2~23.6%。30.在本发明中,所述步骤(2)硫酸亚铁溶液中铁的质量分数为5~6%;硫酸亚铁溶液中铁、双氧水、磷酸二氢铵溶液中磷酸二氢铵的质量比为1:1.4~1.5:1~1.15,优选为1:1.42~1.48:1.05~1.13。31.在本发明中,所述步骤(2)中硫酸亚铁溶液与磷酸二氢铵溶液、双氧水混合的方式为向硫酸亚铁溶液中同时滴加磷酸二氢铵溶液与双氧水,所述磷酸二氢铵与双氧水的加料时间为50~70min,优选为55~64min。32.在本发明中,所述步骤(2)反应的温度为60~70℃,优选为62~66℃,反应的时间为70~90min,优选为75~85min。33.在本发明中,所述双氧水的质量分数为20~40%,优选为25~35%。34.在本发明中,所述步骤(2)的硫酸浓度为90~98%,优选为95~98%。35.在本发明中,所述步骤(3)磷酸的质量分数为80~85%,优选为81~84%,洗涤后的磷酸铁粗品、水以及磷酸的质量比为8~12:90~110:1,优选为9~11:95~105:1。36.在本发明中,所述步骤(3)陈化的温度为80~95℃,优选为85~90℃,陈化的时间为150~200min,优选为160~190min。37.在本发明中,所述步骤(4)固液分离后还包括洗涤和干燥;其中步骤(3)和步骤(4)洗涤时水温大于等于90℃,优选为大于等于92℃。38.在本发明中,所述步骤(4)干燥的温度为80~120℃,优选为90~110℃,干燥的时间为6~12h,优选为8~10h。39.在本发明中,所述步骤(1)净化为阳离子交换树脂吸附。40.在本发明中,所述步骤(2)净化为阳离子交换树脂吸附。41.下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明,但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。42.实施例143.一种磷酸铁的制备方法,包括以下步骤:44.(1)将粒径为100μm的磷酸二氢铵粉料与水混合后加入反应釜,加热反应釜的温度到60℃,保温反应30min,将混合液进行固液分离,液相经阳离子交换树脂吸附后得到磷酸二氢铵溶液磷酸根质量分数为23%的溶液;45.(2)将绿矾与水混合后溶解,固液分离,液相经阳离子交换树脂吸附得到的质量浓度浓度为5%的硫酸亚铁溶液,其作为底液,采用98%硫酸将所得体系的ph值调节至1.8,将所述磷酸二氢铵溶液与双氧水(30%)同时滴加到底液中,控制加料时间为60min,然后进行氧化与合成反应15min,得到磷酸铁粗品母液,其中硫酸亚铁溶液中铁、双氧水、磷酸二氢铵溶液中磷酸根的质量比为1:1.45:1~1.09;46.(3)以100℃的热水作为洗涤液,将磷酸铁粗品母液用压滤机进行压滤洗涤,至所得滤液呈无色透明状态,将压滤洗涤后所得固体物料与水以及质量分数为80~85%的磷酸按照质量比为10:100:1混合后,在90℃陈化180min,得到陈化母液;47.(4)将陈化母液用压滤机进行压滤,以100℃的热水作为洗涤液,将所得固体物料用压滤机进行压滤洗涤,将压滤洗涤后所得固体物料转移至100℃烘箱中,干燥8h即得磷酸铁,得到的产品产率为87%(产率=实际产品产量/理论产品产量),纯度为99.95%。48.实施例249.一种磷酸铁的制备方法,包括以下步骤:50.(2)将粒径为150μm的磷酸二氢铵粉料与水混合后加入反应釜,加热反应釜的温度到50℃,保温反应40min,将混合液进行固液分离,液相经阳离子交换树脂吸附后得到磷酸二氢铵溶液磷酸根质量分数为23-24%的溶液;51.(2)将绿矾与水混合后溶解,固液分离,液相经阳离子交换树脂吸附得到的质量浓度浓度为6%的硫酸亚铁溶液,其作为底液,采用90%硫酸将所得体系的ph值调节至1.7,将所述磷酸二氢铵溶液与双氧水(20%)同时滴加到底液中,控制加料时间为50min,然后进行氧化与合成反应15min,得到磷酸铁粗品母液,其中硫酸亚铁溶液中铁、双氧水、磷酸二氢铵溶液中磷酸根的质量比为1:1.4:1;52.(3)以90℃的热水作为洗涤液,将磷酸铁粗品母液用压滤机进行压滤洗涤,至所得滤液呈无色透明状态,将压滤洗涤后所得固体物料与水以及质量分数为80%的磷酸按照质量比为8:90:1混合后,在80℃陈化200min,得到陈化母液;53.(4)将陈化母液用压滤机进行压滤,以90℃的热水作为洗涤液,将所得固体物料用压滤机进行压滤洗涤,将压滤洗涤后所得固体物料转移至80℃烘箱中,干燥12h即得磷酸铁,得到的产品产率为85%(产率=实际产品产量/理论产品产量),纯度为99.95%。54.实施例355.一种磷酸铁的制备方法,包括以下步骤:56.(3)将粒径为200μm的磷酸二氢铵粉料与水混合后加入反应釜,加热反应釜的温度到70℃,保温反应20min,将混合液进行固液分离,液相经阳离子交换树脂吸附后得到磷酸二氢铵溶液磷酸根质量分数为24%的溶液;57.(2)将绿矾与水混合后溶解,固液分离,液相经阳离子交换树脂吸附得到的质量浓度浓度为6%的硫酸亚铁溶液,其作为底液,采用95%硫酸将所得体系的ph值调节至1.6,将所述磷酸二氢铵溶液与双氧水(40%)同时滴加到底液中,控制加料时间为70min,然后进行氧化与合成反应15min,得到磷酸铁粗品母液,其中硫酸亚铁溶液中铁、双氧水、磷酸二氢铵溶液中磷酸根的质量比为1:1.5:1.15;58.(3)以98℃的热水作为洗涤液,将磷酸铁粗品母液用压滤机进行压滤洗涤,至所得滤液呈无色透明状态,将压滤洗涤后所得固体物料与水以及质量分数为85%的磷酸按照质量比为12:110:1混合后,在95℃陈化150min,得到陈化母液;59.(4)将陈化母液用压滤机进行压滤,以98℃的热水作为洗涤液,将所得固体物料用压滤机进行压滤洗涤,将压滤洗涤后所得固体物料转移至120℃烘箱中,干燥6h即得磷酸铁,得到的产品产率为86%(产率=实际产品产量/理论产品产量),纯度为99.95%。60.以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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一种磷酸铁的制备方法 专利技术说明
作者:admin
2022-11-30 07:05:39
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