CN106748745A - 电池级醋酸亚铁的制备方法 - Google Patents

电池级醋酸亚铁的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明电池级醋酸亚铁的制备方法，涉及一种电池级醋酸亚铁的制备方法。其目的是为了提供一种生产原理简单、原料来源广、易于工业化生产的电池级醋酸亚铁的制备方法。本发明通过加入过量一氧化碳高温还原磁铁矿生成铁单质，再与一定浓度的稀盐酸反应生成氯化亚铁，用反应生成的氯化亚铁与硫化铵反应生成硫化亚铁沉淀，过滤处理后，利用强酸制弱酸原理让其与醋酸反应生成醋酸亚铁沉淀和硫化氢气体，整个工艺过程控制了铁离子是以亚铁离子形式存在，使得产品纯度高，反应原料易得，反应容易控制，方法可控。本发明用于能源材料制备技术领域。

Description

电池级醋酸亚铁的制备方法
技术领域
本发明涉及一种电池级醋酸盐生产方法，具体涉及一种电池级醋酸亚铁生产方法。
背景技术
锂离子电池由于能量密度大，平均输出电压高，自放电小，没有记忆效应，工作温度范围宽，循环性能好、充放电快速、充电效率高，使用寿命长且不含有毒有害物质等原因，被称为绿色电池。它广泛应用于移动电话、笔记本电脑、数码相机、摄录机、电子仪表等电子设备上，而且近年来，锂离子电池的产量增长，应用领域不断扩大，已成为在二十一世纪对国民经济和人民生活具有重要影响的高新技术产品。
以磷酸亚铁锂为正极材料的锂离子储能电池将可能是太阳能、风能、潮汐能发电系统的绝配。而制备磷酸亚铁锂所用的重要铁源材料就是醋酸亚铁，因此，醋酸亚铁材料的研究不仅在锂离子电池领域具有重要价值，对太阳能、风能、潮汐能等新能源技术的发展应用也具有十分重要的意义。
醋酸亚铁的传统制备过程通常是将铁粉加入醋酸反应，不过由于醋酸的酸性很弱，电离度非常低，而铁粉的反应活性不是很强，因此反应速率很慢，再者铁源中存在的铁离子还需要还原成亚铁离子，反应过程复杂不易控制，生成的醋酸亚铁容易水解和氧化，导致合成该物质困难。
发明内容
本发明是为了解决以上技术问题，而提供一种电池级醋酸亚铁的制备方法，该方法通过加入过量一氧化碳高温还原磁铁矿生成铁单质，再与一定浓度的稀盐酸反应生成氯化亚铁，用反应生成的氯化亚铁与硫化铵反应生成硫化亚铁沉淀，过滤处理后，利用强酸制弱酸原理让其与醋酸反应生成醋酸亚铁沉淀和硫化氢气体，整个工艺过程控制了铁离子是以亚铁离子形式存在，使得产品纯度高，反应原料易得，反应容易控制，方法可控。
本发明涉及一种电池级醋酸亚铁的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将磁铁矿高温焙烧，除去矿石中的游离水和结晶水，制得无水的磁铁矿；
(2)取步骤(1)中所述无水的磁铁矿粉碎过筛，称重后用去离子水和醇洗涤、过滤、干燥；
(3)将步骤(2)干燥后的磁铁矿放入反应器里，通入过量一氧化碳气体高温还原磁铁矿，还原完全制得铁粉；
(4)取步骤(3)所得铁粉与稀盐酸反应，生成氯化亚铁溶液；
(5)将步骤(4)得到的氯化亚铁溶液与硫化铵溶液反应，过滤干燥后制得的硫化亚铁粉末；
(6)将步骤(5)得到的硫化亚铁粉末与醋酸反应，反应过程产生的气体硫化氢用氨水吸收生成硫化铵溶液，回用于步骤(5)，反应后溶液经浓缩结晶、离心、干燥，即制得电池级醋酸亚铁。
采用上述技术方案，利用还原磁铁矿制得的铁粉与稀盐酸生成的亚铁盐与硫化铵反应制得硫化亚铁避免了反应过程生成三价铁盐，最后加入醋酸制得醋酸亚铁的同时用氨水收集硫化氢气体循环利用制得硫化亚铁。该方法制备醋酸亚铁反应原料是自然界常见的铁氧化物磁铁矿，原料易得，降低成本，磁铁矿焙烧后去掉游离水和结晶水，使矿石气孔率增加，大大改善了矿石的还原性，还原后制得铁粉。铁粉与盐酸反应生成的氯化亚铁再与用硫化铵反应，反应速度快且不生成三价铁盐，使产品纯度提高，硫化亚铁与醋酸反应生成的硫化氢气体用氨水回收得到硫化铵还可以循环利用，不仅解决了硫化氢的回收问题降低对环境的污染，还实现了原料的循环利用。
优选地，所述步骤(1)中高温焙烧温度为1100～1150℃。
优选地，所述步骤(2)中的过筛，筛孔目数为50～100。
优选地，所述步骤(2)中的醇为甲醇或乙醇。
优选地，所述步骤(4)中铁粉与稀盐酸的摩尔比为1:1.2～1.5，稀盐酸的质量分数为3％～10％。
优选地，所述步骤(5)中硫化铵的质量分数为9％～15％。
本发明电池级醋酸亚铁的制备方法与现有技术不同之处在于：
1.本发明的电池级醋酸亚铁的制备方法生产原理简单、原料易得成本低，且易于工业化生产。
2.本发明通过将磁铁矿焙烧后去掉游离水和结晶水，使矿石气孔率增加，大大改善了矿石的还原性，还原后制得铁粉；铁粉与盐酸反应生成的氯化亚铁再与用硫化铵反应，反应速度快且不生成三价铁盐，使产品纯度提高；硫化亚铁与醋酸反应生成的硫化氢气体用氨水回收得到硫化铵还可以循环利用，不仅解决了硫化氢的回收问题降低对环境的污染，还实现了原料的循环利用。
3.采用本发明的技术方案制得的电池级醋酸亚铁纯度高，可用于制备电池。
具体实施方式
通过以下实施例和验证试验对本发明的电池级醋酸亚铁的制备方法作进一步的说明。
实施例1
本实施例的电池级醋酸亚铁的制备方法按步骤进行：
(1)将磁铁矿在1100℃高温焙烧24h，除去矿石中的游离水和结晶水，制得无水的磁铁矿；
(2)取所述去除结晶水的磁铁矿用粉碎机粉碎，并过50目的筛，称重后依次用去离子水洗涤三次和无水醇洗涤两次。
(3)将步骤(2)得到的磁铁矿放入反应器里，通入过量一氧化碳气体高温还原磁铁矿，还原完全制得铁粉；
(4)取与步骤(3)还原好的铁粉与盐酸反应，摩尔比为1:1.2，盐酸的浓度为3％，制得氯化亚铁溶液。
(5)将步骤(4)得到的溶液与浓度为9％硫化铵溶液反应，将上层清夜除去，将沉淀物加入无水乙醇后移入离心机，离心机转速为800r/min，离心分离8h，洗涤，真空干燥后制得干燥的硫化亚铁沉淀；
(6)将步骤(5)得到的硫化亚铁粉末与醋酸反应，反应过程产生的气体硫化氢用氨水吸收生成硫化铵溶液，回用于步骤(5)，反应后溶液经浓缩结晶、离心干燥，制得醋酸亚铁。
经测定，制得的醋酸亚铁晶体，纯度为98.6％。
实施例2
本实施例的电池级醋酸亚铁的制备方法按步骤进行：
(1)将磁铁矿在1150℃高温焙烧24h，除去矿石中的游离水和结晶水，制得无水的磁铁矿；
(2)取所述去除结晶水的磁铁矿用粉碎机粉碎，并过100目的筛，称重后依次用去离子水洗涤三次和无水醇洗涤两次。
(3)将步骤(2)得到的磁铁矿放入反应器里，通入过量一氧化碳气体高温还原磁铁矿，还原完全制得铁粉；
(4)取与步骤(3)还原好的铁粉与盐酸反应，摩尔比为1:1.5，盐酸的浓度为10％，制得氯化亚铁溶液。
(5)将步骤(4)得到的溶液与浓度为12％硫化铵溶液反应，将上层清夜除去，将沉淀物加入无水乙醇后移入离心机，离心机转速在1300r/min，离心分离8h，洗涤，真空干燥后制得干燥的硫化亚铁沉淀；
(6)将步骤(5)得到的硫化亚铁粉末与醋酸反应，反应过程产生的气体硫化氢用氨水吸收生成硫化铵溶液，回用于步骤(5)，反应后溶液经浓缩结晶、离心干燥，制得醋酸亚铁。
经测定，制得的醋酸亚铁晶体，纯度为99.2％。
实施例3
本实施例的电池级醋酸亚铁的制备方法按步骤进行：
(1)将磁铁矿在1130℃高温焙烧24h，除去矿石中的游离水和结晶水，制得无水的磁铁矿；
(2)取所述去除结晶水的磁铁矿用粉碎机粉碎，并过80目的筛，称重后依次用去离子水洗涤三次和无水醇洗涤两次。
(3)将步骤(2)得到的磁铁矿放入反应器里，通入过量一氧化碳气体高温还原磁铁矿，还原完全制得铁粉；
(4)取与步骤(3)还原好的铁粉与盐酸反应，摩尔比为1:1.4，盐酸的浓度为5％，制得氯化亚铁溶液。
(5)将步骤(4)得到的溶液与浓度为10％硫化铵溶液反应，将上层清夜除去，将沉淀物加入无水乙醇后移入离心机，离心机转速为1000r/min，离心分离8h，洗涤，真空干燥后制得干燥的硫化亚铁沉淀；
(6)将将步骤(5)得到的硫化亚铁粉末与醋酸反应，反应过程产生的气体硫化氢用氨水吸收生成硫化铵溶液，回用于步骤(5)，反应后溶液经浓缩结晶、离心干燥，制得醋酸亚铁。
经测定，制得的醋酸亚铁晶体，纯度为98.9％。
实施例4
本实施例的电池级醋酸亚铁的制备方法按步骤进行：
(1)将磁铁矿在1100℃高温焙烧24h,除去矿石中的游离水和结晶水，制得无水的磁铁矿；
(2)取所述去除结晶水的磁铁矿用粉碎机粉碎，并过50目的筛，称重后依次用去离子水洗涤三次和无水醇洗涤两次。
(3)将步骤(2)得到的磁铁矿放入反应器里，通入过量一氧化碳气体高温还原磁铁矿，还原完全制得铁粉；
(4)取与步骤(3)还原好的铁粉与盐酸反应，摩尔比为1:1，盐酸的浓度为3％，制得氯化亚铁溶液。
(5)将步骤(4)得到的溶液与浓度为9％硫化铵溶液反应，将上层清夜除去，将沉淀物加入无水乙醇后移入离心机，离心机转速为800r/min，离心分离8h，洗涤，真空干燥后制得干燥的硫化亚铁沉淀；
(6)将步骤(5)得到的硫化亚铁粉末与醋酸反应，反应过程产生的气体硫化氢用氨水吸收生成硫化铵溶液，回用于步骤(5)，反应后溶液经浓缩结晶、离心干燥，制得醋酸亚铁。
经测定，制得的醋酸亚铁晶体，纯度为98.0％。
实施例5
本实施例的电池级醋酸亚铁的制备方法按步骤进行：
(1)将磁铁矿在1150℃高温焙烧24h,除去矿石中的游离水和结晶水，制得无水的磁铁矿；
(2)取所述去除结晶水的磁铁矿用粉碎机粉碎，并过100目的筛，称重后依次用去离子水洗涤三次和无水醇洗涤两次。
(3)将步骤(2)得到的磁铁矿放入反应器里，通入过量一氧化碳气体高温还原磁铁矿，还原完全制得铁粉；
(4)取与步骤(3)还原好的铁粉与盐酸反应，摩尔比为1:1.5，盐酸的浓度为10％，制得氯化亚铁溶液。
(5)将步骤(4)得到的溶液与浓度为15％硫化铵溶液反应，将上层清夜除去，将沉淀物加入无水乙醇后移入离心机，离心机转速在1300r/min，离心分离8h，洗涤，真空干燥后制得干燥的硫化亚铁沉淀；
(6)将步骤(5)得到的硫化亚铁粉末与醋酸反应，反应过程产生的气体硫化氢用氨水吸收生成硫化铵溶液，回用于步骤(5)，反应后溶液经浓缩结晶、离心干燥，制得醋酸亚铁。
经测定，制得的醋酸亚铁晶体，纯度为98.3％。
通过以上实施例可知，由实施例1-3中所生产的醋酸亚铁纯度较高，而实施例4和实施例5制得的产品纯度也达到了98％以上，说明本发明的方法制备得到的产品纯度显著优于现有方法制得的产品。因此，本发明的方法制备得到的醋酸亚铁纯度高，且制备方法操作简便，原料来源广，成本低。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电池级醋酸亚铁的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将磁铁矿焙烧，除去矿石中的游离水和结晶水，制得无水的磁铁矿；
(2)取步骤(1)中所述无水的磁铁矿粉碎过筛，称重后用去离子水和醇洗涤、过滤、干燥；
(3)将步骤(2)干燥后的磁铁矿放入反应器里，通入过量一氧化碳气体高温还原磁铁矿，还原完全制得铁粉；
(4)取步骤(3)所得铁粉与稀盐酸反应，生成氯化亚铁溶液；
(5)将步骤(4)得到的氯化亚铁溶液与硫化铵溶液反应，过滤干燥后制得的硫化亚铁粉末；
(6)将步骤(5)得到的硫化亚铁粉末与醋酸反应，反应过程产生的气体硫化氢用氨水吸收生成硫化铵溶液，回用于步骤(5)，反应后溶液经浓缩结晶、离心、干燥，即制得电池级醋酸亚铁。
2.根据权利要求1所述的电池级醋酸亚铁的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中高温焙烧温度为1100～1150℃。
3.根据权利要求1所述的电池级醋酸亚铁的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的过筛，筛孔目数为50～100。
4.根据权利要求1所述的电池级醋酸亚铁的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的醇为甲醇或乙醇。
5.根据权利要求1所述的电池级醋酸亚铁的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中铁粉与稀盐酸的摩尔比为1:1.2～1.5，稀盐酸的质量分数为3％～10％。
6.根据权利要求1所述的电池级醋酸亚铁的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中硫化铵的质量分数为9％～15％。
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