CN108706562A - 一种利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法，包括以下步骤：将硫铁矿烧渣清洗、干燥后粉碎，形成硫铁矿烧渣粉料；向硫铁矿烧渣粉料中加入硫酸溶液后搅拌，形成混合料；将混合料加热至80～120℃水热反应6～12h，然后使固液分离并收集反应液；向反应液中加入磷酸盐后搅拌，然后调节反应液的温度至60～90℃、pH值至1.8～2.0，继续搅拌后静置，获得生成有固体产物的混合物；对混合物进行纯化后分离出其中的固体产物，固体产物经过洗涤、干燥以及煅烧后，获得磷酸铁产品。本发明提供的利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法，工艺简单、条件温和，不仅能消除硫铁矿渣对环境的巨大危害，还能得到高附加值的磷酸铁，对于促进硫铁矿渣资源化利用有重要意义。

Description

一种利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法
技术领域
本发明涉及硫酸行业硫铁矿烧渣综合利用的技术领域，特别涉及一种利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法。
背景技术
硫铁矿主要由硫和铁组成，伴有少量的有色金属和稀有金属。我国工业硫酸目前主要是以硫铁矿为原料，通过原料焙烧、净化、转化和吸收等工序而制得。硫铁矿烧渣为硫铁矿焙烧提取硫后排出的残渣，硫铁矿中除了硫被利用外，铁及其他元素仍留在残渣中。我国每年用硫铁矿生产硫酸，产生了大量的硫铁矿烧渣。然而，硫铁矿烧渣的综合利用并不理想，目前除了少部分用作炼铁和建筑材料外，大部分采用堆填处理，不仅占用土地、污染环境，而且造成地下水污染，一直是硫酸企业的难题之一。
硫铁矿烧渣含有很多种贵金属元素，尤其是铁元素含量很高，是一种宝贵的二次资源，若能将铁从硫铁矿烧渣中提取出来，用作磷酸铁生产的原料，不仅可以实现危险废物的无害化处理，减少对环境的污染，而且可以显著降低磷酸铁的生产成本，实现资源的重复利用。然而，目前对硫铁矿烧渣的再利用主要是通过高温还原-酸解法、液相酸解法、氯化物法等方法进行处理来提取其中的铁元素，然后用作氧化铁、绿矾等生产的原料，但这些处理方法往往存在工艺复杂，条件苛刻，二次污染大，经济价值低等缺点。
磷酸铁化合物是一种重要的原料，在农业、防锈涂料、仿古陶瓷、钢铁及表面钝化等领域已有很好的应用。另外，因其独特的催化特性、离子交换能力和电化学性能，在催化和锂电池材料等领域也有着越来越重要的应用，而目前工农业生产用到的磷酸铁通常都是用高成本化学试剂合成的，利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法并不成熟，例如，一种利用硫铁矿烧渣生产磷酸盐的方法：先用盐酸对硫铁矿烧渣进行酸洗，滤去不溶物，然后加入稀磷酸，搅拌，反应生成磷酸铝、磷酸铁、磷酸钙和磷酸镁等磷酸盐产品。该方法虽然工艺简单、条件温和，但存在硫铁矿烧渣中铁元素的转化利用率低，磷酸铁产品纯度不高的缺点。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法，旨在提高由硫铁矿烧渣制备磷酸铁时铁元素的转化利用率和磷酸铁的产品纯度。
为实现上述目的，本发明提出一种利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法，包括以下步骤：
将硫铁矿烧渣清洗、干燥后粉碎，形成硫铁矿烧渣粉料；
向所述硫铁矿烧渣粉料中加入硫酸溶液后搅拌，形成混合料；
将所述混合料加热至80～120℃进行水热反应6～12h，然后使固液分离并收集反应液；
向所述反应液中加入磷酸盐后搅拌，然后调节所述反应液的温度至60～90℃、pH值至1.8～2.0，继续搅拌后静置，获得生成有固体产物的混合物；
对所述混合物进行纯化后分离出其中的固体产物，所述固体产物经过洗涤、干燥以及煅烧后，获得磷酸铁产品。
优选地，所述硫铁矿烧渣的组成成分包括四氧化三铁、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化硅和硫。
优选地，将硫铁矿烧渣清洗、干燥后粉碎，形成硫铁矿烧渣粉料的步骤中：
所述硫铁矿烧渣粉料的粒径为200～500目。
优选地，向所述硫铁矿烧渣粉料中加入硫酸溶液后搅拌，形成混合料的步骤中：
所述硫铁矿烧渣粉料与所述硫酸溶液的固液比为50～250g/L；和/或，
所述硫酸溶液的浓度为40～60％。
优选地，向所述反应液中加入磷酸盐后搅拌，然后调节所述反应液的温度至60～90℃、pH值至1.8～2.0，继续搅拌后静置，获得生成有固体产物的混合物的步骤中：
向所述反应液中加入磷酸盐时，铁元素和磷元素的摩尔比为1:(1～1.3)。
优选地，向所述反应液中加入磷酸盐后搅拌，然后调节所述反应液的温度至60～90℃、pH值至1.8～2.0，继续搅拌后静置，获得生成有固体产物的混合物的步骤中：
所述磷酸盐为磷酸钠、磷酸钾、磷酸氢钠、磷酸氢钾和磷酸二氢钠中的任意一种。
优选地，向所述反应液中加入磷酸盐后搅拌，然后调节所述反应液的温度至60～90℃、pH值至1.8～2.0，继续搅拌后静置，获得生成有固体产物的混合物的步骤中：
调节所述反应液的pH值至1.8～2.0的方法为：向所述反应液中加入氨水水溶液，所述氨水水溶液中氨水与水的体积比为1:(2～5)。
优选地，向所述反应液中加入磷酸盐后搅拌，然后调节所述反应液的温度至60～90℃、pH值至1.8～2.0，继续搅拌后静置，获得生成有固体产物的混合物的步骤中：
所述继续搅拌的搅拌时间为1～3h，所述静置的静置时间为2～8h。
优选地，对所述混合物进行纯化后分离出其中的固体产物，所述固体产物经过洗涤、干燥以及煅烧后，获得磷酸铁产品的步骤中：
对所述混合物进行纯化的方法为：将所述混合物放入渗析袋中纯化6～12h。
优选地，将所述混合物放入渗析袋中纯化6～12h的步骤中，还包括：将装有所述混合物的渗析袋每隔1～3h震荡10～30min。
本发明提供的技术方案中，先将硫铁矿烧渣粉料与硫酸溶液混合，加热至80～120℃进行水热反应6～12h后分离出反应液，向反应液中加入磷酸盐并调节温度至60～90℃、pH值至1.8～2.0，获得生成有固体产物的混合物，再对所述混合物进行纯化后分离出其中的固体产物，所述固体产物经过洗涤、干燥后煅烧，即可获得磷酸铁产品，此方法工艺简单、条件温和，不仅能消除硫铁矿渣对环境的巨大危害，还能得到高附加值的磷酸铁，对于促进硫铁矿渣资源化利用有重要意义，而且提高了硫铁矿烧渣中铁元素的转化利用率以及制备出的磷酸铁的产品纯度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提供的利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法的一实施例的流程示意图；
图2为本发明实施例1制备的磷酸铁的SEM图；
图3为本发明实施例1制备的磷酸铁的XRD图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
磷酸铁化合物是一种重要的原料，在农业、防锈涂料、仿古陶瓷、钢铁及表面钝化等领域已有很好的应用。另外，因其独特的催化特性、离子交换能力和电化学性能，在催化和锂电池材料等领域也有着越来越重要的应用，而目前工农业生产用到的磷酸铁通常都是用高成本化学试剂合成的，利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法并不成熟，例如，一种利用硫铁矿烧渣生产磷酸盐的方法：先用盐酸对硫铁矿烧渣进行酸洗，滤去不溶物，然后加入稀磷酸，搅拌，反应生成硫酸铝、磷酸铁、磷酸钙和磷酸镁等磷酸盐产品。该方法虽然工艺简单、条件温和，但存在硫铁矿烧渣中铁元素的转化利用率低，磷酸铁产品纯度不高的缺点。
为解决上述硫铁矿烧渣中铁元素的转化利用率低、磷酸铁产品纯度不高的问题，本发明提出一种利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法，图1所示为本发明提供的利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法的一实施例。请参阅图1，在本实施例中，所述利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法包括以下步骤：
步骤S10、将硫铁矿烧渣清洗、干燥后粉碎，形成硫铁矿烧渣粉料；
硫铁矿烧渣为硫铁矿焙烧提取硫后排出的残渣，硫铁矿中除了硫被利用外，硫铁矿烧渣中还含有很多种贵金属元素，尤其是铁元素含量很高，是一种宝贵的二次资源，若能将铁从硫铁矿烧渣中提取出来，用作磷酸铁生产的原料，不仅可以实现危险废物的无害化处理，减少对环境的污染，而且可以显著降低磷酸铁的生产成本，实现资源的重复利用。本发明提供的利用硫铁矿烧渣为原料制备磷酸铁的方法，包括硫铁矿烧渣的强酸处理，控制结晶法合成磷酸铁晶体，磷酸铁晶体的纯化、干燥及高温晶化等工艺，实现了对硫铁矿烧渣的有效再利用，通过对原料的选择以及工艺流程和条件的设计，使得本发明提供的方法所制备的产物仅为磷酸盐，相对于现有技术中以硫铁矿烧渣为原料制备包括磷酸铝、磷酸铁、磷酸钙和磷酸镁在内的磷酸盐的方法，显著提高了对硫铁矿烧渣中铁的回收利用率以及磷酸铁的产品纯度。
在本实施例中，所选用的硫铁矿烧渣优选为组成成分包括四氧化三铁、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化硅和硫的硫铁矿烧渣，更优选为所用硫铁矿烧渣中的四氧化三铁、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化硅和硫的质量百分比为43.31％、8.13％、1.63％、0.46％、35.73％和0.16％。当然，在本发明的其他实施例中，所述硫铁矿烧渣也可以选用除上述组分之外，还含有其他组分的硫铁矿烧渣，例如，部分硫铁矿烧渣中还含有氧化铜、氧化锌或者铂、银等等成分。
在本实施例实施时，首先对硫铁矿烧渣进行充分水洗，去除其表面的浮灰等杂质，然后再对水洗后的硫铁矿烧渣进行干燥，去除其中的水分，最后粉碎成为硫铁矿烧渣粉料。在本实施例中，所述硫铁矿烧渣粉料的粒径为200～500目，可以在通过高速粉碎机等常规粉碎设备将所述硫铁矿烧渣粉碎后，将粉碎料过200～500目筛，从而获得粒径为200目的硫铁矿烧渣粉料。
步骤S20、向所述硫铁矿烧渣粉料中加入硫酸溶液后搅拌，形成混合料；
向所述硫铁矿烧渣粉料中加入适量的硫酸溶液，不断搅拌使两者混合均匀，形成混合料，其中，所述硫酸溶液加入所述硫铁矿烧渣粉料时的添加固液比为50～250g/L，即每50～250g的硫铁矿烧渣粉料中对应加入1L的硫酸溶液，如此，所加入的酸溶液能够将所述硫铁矿烧渣粉料完全浸没，而使得所述硫铁矿烧渣粉料完全处于酸性环境中，到达后续水热反应所需的酸度条件。
所述硫酸溶液可以选用任意浓度的硫酸溶液，当选用的硫酸溶液浓度较高时，可适当减少硫酸溶液的添加量，当选用的硫酸溶液浓度较低时，则可以适当增加硫酸溶液的添加量，在本实施例，所述硫酸溶液优选为浓度为40～60％的硫酸溶液，此浓度范围内的硫酸溶液的pH值小于1.0，能满足对所述混合料进行水热反应所需的酸度值，也可以避免在对所述混合料进行水热反应时受热而产生腐蚀性，对反应产物或者反应容器产生不利的影响。
步骤S30、将所述混合料加热至80～120℃进行水热反应6～12h，然后使固液分离并收集反应液；
使所述硫铁矿烧渣粉料与所述硫酸溶液充分混合形成所述混合料后，将所述混合料加热至80～120℃进行水热反应6～12h，在步骤S20中的所述水热反应过程中，发生了如下反应：
Fe2O3+6H+→2Fe3++3H2O
Fe3O4+8H+→2Fe3++4H2O+Fe2+
待所述水热反应完成后，对反应后的混合料进行过滤或者离心等处理，分离出滤渣和反应液，其中，滤渣主要为氧化硅、硫酸钙等不溶性物质，反应液中含有Fe3+、Fe2+、Ca2+、Mg2+等无机离子，舍弃掉滤渣并收集反应液，用作下一步处理的原料。其中，所述水热反应可以在本领域常规的反应容器中进行，例如反应釜、反应罐等，在实验室进行小规模试验时也可用三口烧瓶等替代。
步骤S40、向所述反应液中加入磷酸盐后搅拌，然后调节所述反应液的温度至60～90℃、pH值至1.8～2.0，继续搅拌后静置，获得生成有固体产物的混合物；
向通过水热反应后获得的所述反应液中加入适量的磷酸盐，不断搅拌使两者混合均匀，然后调节添加有磷酸盐的所述反应液至温度为60～90℃、pH值为1.8～2.0，在搅拌下使所述反应液中的Fe3+和Fe2+发生如下反应而生成磷酸铁：
Fe3++PO4 3+→FePO4↓
不断搅拌1～3h，待搅拌完成后再静置2～8h，静置陈化以获得磷酸铁晶体，即获得生成有固体产物的混合物，所述固体产物即为磷酸铁的粗产物。
在本实施例中，所述磷酸盐在添加时，按照铁元素与磷元素的摩尔比为1:(1～1.3)进行，其中，铁元素的摩尔数可以根据所选用的硫铁矿烧渣的质量以及其中铁元素的质量百分数来进行计算，即可根据铁元素的摩尔数来确定磷元素对应的摩尔数，进而确定磷酸盐的添加量。由于磷酸铁(FePO4)中铁元素和磷元素的摩尔比为1:1，因此，磷元素的摩尔数至少应不少于铁元素的摩尔数，而如果磷元素稍过量，则可以有效地促使铁元素全部参与反应生成磷酸铁，有利于提高硫铁矿烧渣中铁元素的回收利用率。
所述磷酸盐优选为正磷酸盐，例如磷酸二氢盐MH2PO4(又称为一代磷酸盐)、磷酸氢盐M2HPO4(又称为二代磷酸盐)和正磷酸盐M3PO4(又称三代磷酸盐)，在本实施例中，所述磷酸盐为磷酸钠、磷酸钾、磷酸氢钠、磷酸氢钾和磷酸二氢钠中的任意一种，具有原料易得、成本低廉的优点，而且均可溶于水，有利于磷酸盐的充分反应。
进一步地，在步骤S40中，要调节所述反应液的pH值至1.8～2.0，可以为向所述反应液中加入碱性物质进行调节，例如氢氧化钠或氢氧化钾等，但是，由于经过水热反应后所形成的反应液本身即为强酸性，pH值小于1.0，要调节pH值至1.8～2.0，仅需要小幅度的调节即可，故而，在本实施例中，调节所述反应液的pH值至1.8～2.0的方法优选为：向所述反应液中加入氨水水溶液，所述氨水水溶液中氨水与水的体积比为1:(2～5)，相对于强氧化钠或氢氧化钾而言，所述氨水溶液的碱性较弱，适宜于对所述反应液的pH值进行微量的调节，避免由于所添加的碱性物质的碱性太强而将所述反应液的pH值调节至大于2.0的范围。需要说明的是，在向所述反应液中加入所述氨水溶液的时候，为避免所述氨水溶液的添加量过多而使得pH值的变化太大，应该借助于滴管等工具将所述氨水溶液缓慢地滴加到所述反应液中。
步骤S50、对所述混合物进行纯化后分离出其中的固体产物，所述固体产物经过洗涤、干燥以及煅烧后，获得磷酸铁产品。
对于所述混合物而言，其中不仅含有生成的固体产物磷酸铁，还含有很多离子，例如Ca2+、Mg2+等等，因此，需要对所述混合物进行纯化，去除其中残留的无机离子以及部分小分子杂质，以避免在对所述固体产物进行煅烧时生成不必要的副产物而降低磷酸铁的产品纯度。在本实施例中，以渗析的方式对所述混合物进行纯化，具体操作可以按照以下方式进行：将所述混合物放入渗析袋中纯化6～12h，其中，所述渗析袋即为半渗透膜袋，其材质有醋酸纤维素膜、芳香聚酰胺膜以及多孔玻璃膜等，孔径一般为10～100nm左右，在纯化过程中，所述混合物中的无机离子以及小分子杂质透过所述渗析袋移动到所述渗析袋外部，从而将所生成的磷酸铁与其他无机离子以及小分子杂质分离，实现对所述混合物的纯化，得到磷酸铁粗产物。
待纯化完毕后，分离出所述固体产物的方式可以采用本领域常规的使固液分离的方法进行，例如过滤或者离心等，优选为离心分离，具有操作简便、固液分离效率高的优点。所分离出的固体产品即为主要成分为磷酸铁的粗品，经过洗涤、干燥后再进行煅烧，在煅烧的过程中去除磷酸盐粗品中的有机质或者碳酸盐等成分，即可获得高纯度的磷酸铁产品，其中，通过煅烧获得磷酸铁可通过本领域的常规方法实现，在此不做赘述。
更优选地，将所述混合物放入渗析袋中进行纯化的过程中，还包括：将装有所述混合物的渗析袋每隔1～3h震荡10～30min，所述震荡可以是将装载有所述混合物的渗析袋放置到超声波振荡器中进行震荡，也可以是将装载有所述混合物的渗析袋放置到摇床上震荡，本实施例中以摇床震荡为例进行说明，所述摇床震荡的摇床转速可以设置为50～150rpm。通过每隔1～3h将装载有所述混合物的渗析袋震荡10～30min，有利于加速所述混合物中的离子自所述渗析袋内部迁移至外部的速率，从而提高对所述混合物进行纯化的效率。需要说明的是，每隔1～3h震荡10～30min在具体实施时，如果距离所述纯化时间最终完成的时间已不足1～3h，则在上一次震荡之后继续在渗析袋中纯化而不做震荡。
本发明提供的技术方案中，先将硫铁矿烧渣粉料与硫酸溶液混合，加热至80～120℃进行水热反应6～12h后分离出反应液，向反应液中加入磷酸盐并调节温度至60～90℃、pH值至1.8～2.0，获得生成有固体产物的混合物，再对所述混合物进行纯化后分离出其中的固体产物，所述固体产物经过洗涤、干燥后煅烧，即可获得磷酸铁产品，此方法不仅可以实现硫铁矿烧渣的资源再利用，减少环境污染，而且工艺简单、条件温和、二次污染少，不仅能消除硫铁矿渣对环境的巨大危害，还能得到高附加值的磷酸铁，对于促进硫铁矿渣资源化利用有重要意义，而且提高了硫铁矿烧渣中铁元素的转化利用率以及制备出的磷酸铁的产品纯度，所制备的磷酸铁产品具有多种用途，可用于制造磷酸铁锂电池材料、催化剂及陶瓷，提高了利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的产品附加值，使硫铁矿烧渣的再利用产生了一定的经济效益。
以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
(1)将硫铁矿烧渣(含有以下质量百分比的组分：四氧化三铁43.31％、三氧化二铁8.13％、氧化钙1.63％、氧化镁0.46％、氧化硅35.73％和硫0.16％)水洗后干燥，再用高速粉碎机粉碎后过200目筛，制得粒径为200目的硫铁矿烧渣粉料；
(2)按照固液比为150g/L，向硫铁矿烧渣粉料中加入浓度为50％的硫酸溶液，不断搅拌使硫酸溶液与硫铁矿烧渣充分混合均匀，形成混合料；
(3)将所述混合料转入至80℃的反应釜中水热反应12h，然后将反应后的混合料过滤并收集滤液，获得反应液；
(4)按照铁磷摩尔比为1:1.3，向反应液中加入磷酸钠，不断搅拌使磷酸钠与反应液充分混合均匀，然后将反应液加热至80℃，缓慢地向反应液中滴加氨水溶液(氨水与水的体积比为1:2)，直至反应液的pH值为1.9，停止滴加氨水溶液，并继续搅拌添加有磷酸钠的反应液1h，搅拌完之后静置6h，获得生成有固体产物的混合物；
(5)将混合物装入到渗析袋中纯化12h，纯化时每隔3h将装载有混合物的渗析袋置于转速为100rpm的摇床上震荡30min，待纯化完毕后，离心分离出其中的固体产物，然后对固体产物进行洗涤、干燥以及煅烧后，制得磷酸铁产品。
其中，硫铁矿烧渣中铁的回收率为96.3％，所制备的磷酸铁产品的纯度为91.0％。
实施例2
(1)将硫铁矿烧渣(含有以下质量百分比的组分：四氧化三铁43.31％、三氧化二铁8.13％、氧化钙1.63％、氧化镁0.46％、氧化硅35.73％和硫0.16％)水洗后干燥，再用高速粉碎机粉碎后过300目筛，制得粒径为300目的硫铁矿烧渣粉料；
(2)按照固液比为200g/L，向硫铁矿烧渣粉料中加入浓度为60％的硫酸溶液，不断搅拌使硫酸溶液与硫铁矿烧渣充分混合均匀，形成混合料；
(3)将所述混合料转入至110℃的反应釜中水热反应6h，然后将反应后的混合料过滤并收集滤液，获得反应液；
(4)按照铁磷摩尔比为1:1，向反应液中加入磷酸钾，不断搅拌使磷酸钠与反应液充分混合均匀，然后将反应液加热至60℃，缓慢地向反应液中滴加氨水溶液(氨水与水的体积比为1:3)，直至反应液的pH值为1.8，停止滴加氨水溶液，并继续搅拌添加有磷酸钠的反应液3h，搅拌完之后静置5h，获得生成有固体产物的混合物；
(5)将混合物装入到渗析袋中纯化6h，纯化时每隔1h将装载有混合物的渗析袋置于转速为100rpm的摇床上震荡20min，待纯化完毕后，离心分离出其中的固体产物，然后对固体产物进行洗涤、干燥以及煅烧后，制得磷酸铁产品。
其中，硫铁矿烧渣中铁的回收率为92.5％，所制备的磷酸铁产品的纯度为90.1％。
实施例3
(1)将硫铁矿烧渣(含有以下质量百分比的组分：四氧化三铁43.31％、三氧化二铁8.13％、氧化钙1.63％、氧化镁0.46％、氧化硅35.73％和硫0.16％)水洗后干燥，再用高速粉碎机粉碎后过250目筛，制得粒径为250目的硫铁矿烧渣粉料；
(2)按照固液比为100g/L，向硫铁矿烧渣粉料中加入浓度为40％的硫酸溶液，不断搅拌使硫酸溶液与硫铁矿烧渣充分混合均匀，形成混合料；
(3)将所述混合料转入至80℃的反应釜中水热反应10h，然后将反应后的混合料过滤并收集滤液，获得反应液；
(4)按照铁磷摩尔比为1:1.1，向反应液中加入磷酸氢钠，不断搅拌使磷酸钠与反应液充分混合均匀，然后将反应液加热至60℃，缓慢地向反应液中滴加氨水溶液(氨水与水的体积比为1:4)，直至反应液的pH值为1.9，停止滴加氨水溶液，并继续搅拌添加有磷酸钠的反应液3h，搅拌完之后静置5h，获得生成有固体产物的混合物；
(5)将混合物装入到渗析袋中纯化6h，纯化时每隔1h将装载有混合物的渗析袋置于转速为100rpm的摇床上震荡20min，待纯化完毕后，离心分离出其中的固体产物，然后对固体产物进行洗涤、干燥以及煅烧后，制得磷酸铁产品。
其中，硫铁矿烧渣中铁的回收率为91.5％，所制备的磷酸铁产品的纯度为90.6％。
实施例4
(1)将硫铁矿烧渣(含有以下质量百分比的组分：四氧化三铁43.31％、三氧化二铁8.13％、氧化钙1.63％、氧化镁0.46％、氧化硅35.73％和硫0.16％)水洗后干燥，再用高速粉碎机粉碎后过400目筛，制得粒径为400目的硫铁矿烧渣粉料；
(2)按照固液比为250g/L，向硫铁矿烧渣粉料中加入浓度为45％的硫酸溶液，不断搅拌使硫酸溶液与硫铁矿烧渣充分混合均匀，形成混合料；
(3)将所述混合料转入至120℃的反应釜中水热反应8h，然后将反应后的混合料过滤并收集滤液，获得反应液；
(4)按照铁磷摩尔比为1:1.2，向反应液中加入磷酸氢钾，不断搅拌使磷酸钠与反应液充分混合均匀，然后将反应液加热至80℃，缓慢地向反应液中滴加氨水溶液(氨水与水的体积比为1:5)，直至反应液的pH值为2.0，停止滴加氨水溶液，并继续搅拌添加有磷酸钠的反应液2h，搅拌完之后静置2h，获得生成有固体产物的混合物；
(5)将混合物装入到渗析袋中纯化8h，纯化时每隔2h将装载有混合物的渗析袋置于转速为100rpm的摇床上震荡25min，待纯化完毕后，离心分离出其中的固体产物，然后对固体产物进行洗涤、干燥以及煅烧后，制得磷酸铁产品。
其中，硫铁矿烧渣中铁的回收率为95.8％，所制备的磷酸铁产品的纯度为91.4％。
实施例5
(1)将硫铁矿烧渣(含有以下质量百分比的组分：四氧化三铁43.31％、三氧化二铁8.13％、氧化钙1.63％、氧化镁0.46％、氧化硅35.73％和硫0.16％)水洗后干燥，再用高速粉碎机粉碎后过500目筛，制得粒径为500目的硫铁矿烧渣粉料；
(2)按照固液比为50g/L，向硫铁矿烧渣粉料中加入浓度为55％的硫酸溶液，不断搅拌使硫酸溶液与硫铁矿烧渣充分混合均匀，形成混合料；
(3)将所述混合料转入至100℃的反应釜中水热反应9h，然后将反应后的混合料过滤并收集滤液，获得反应液；
(4)按照铁磷摩尔比为1:1.2，向反应液中加入磷酸二氢钠，不断搅拌使磷酸钠与反应液充分混合均匀，然后将反应液加热至90℃，缓慢地向反应液中滴加氨水溶液(氨水与水的体积比为1:3)，直至反应液的pH值为1.8，停止滴加氨水溶液，并继续搅拌添加有磷酸钠的反应液2.5h，搅拌完之后静置8h，获得生成有固体产物的混合物；
(5)将混合物装入到渗析袋中纯化10h，纯化时每隔1.5h将装载有混合物的渗析袋置于转速为100rpm的摇床上震荡10min，待纯化完毕后，离心分离出其中的固体产物，然后对固体产物进行洗涤、干燥以及煅烧后，制得磷酸铁产品。
其中，硫铁矿烧渣中铁的回收率为94.7％，所制备的磷酸铁产品的纯度为90.5％。
以上述实施例1为例，测试其所制备的磷酸铁产品的微观结构，图2和图3所示分别为实施例1中制备的磷酸铁产品的SEM图(扫描电子显微镜拍摄的表面微观结构)以及XRD图(X射线衍射图谱)。
由图2可知，实施例1制得的磷酸铁样品粒径5微米左右，形状各一，其由许多微小的表面光滑的块状固体团聚而成。从图2中还可知，所制得的磷酸铁没有杂物，样品纯度较高，可用作化学纯工业原料。
由图3可知，实施例1制得的磷酸铁样品显现的衍射峰与标准卡PDF#29-715完全吻合，在20°、25°、42°、58°分别出现[100]、[102]、[201]、[211]等特征晶面的衍射峰，衍射峰窄小尖锐，没有杂峰，表明所制得磷酸铁产品为纯相六方晶系FePO4。从图3中还可知，磷酸铁样品晶胞参数为
综上所述，通过本发明实施例提供的利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法，不仅可以实现硫铁矿烧渣的资源再利用，减少环境污染，而且工艺简单、条件温和、二次污染少，不仅能消除硫铁矿渣对环境的巨大危害，还能得到高附加值的磷酸铁，对于促进硫铁矿渣资源化利用有重要意义，而且提高了硫铁矿烧渣中铁元素的转化利用率以及制备出的磷酸铁的产品纯度，其中，硫铁矿烧渣中铁的回收率可达91.5～96.3％，磷酸铁产品的纯度可达90.1～91.4％，制备出的磷酸铁产品纯度高，可用作化学纯工业原料，具有较高的应用价值。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将硫铁矿烧渣清洗、干燥后粉碎，形成硫铁矿烧渣粉料；
向所述硫铁矿烧渣粉料中加入硫酸溶液后搅拌，形成混合料；
将所述混合料加热至80～120℃进行水热反应6～12h，然后使固液分离并收集反应液；
向所述反应液中加入磷酸盐后搅拌，然后调节所述反应液的温度至60～90℃、pH值至1.8～2.0，继续搅拌后静置，获得生成有固体产物的混合物；
对所述混合物进行纯化后分离出其中的固体产物，所述固体产物经过洗涤、干燥以及煅烧后，获得磷酸铁产品。
2.如权利要求1所述的利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法，其特征在于，所述硫铁矿烧渣的组成成分包括四氧化三铁、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化硅和硫。
3.如权利要求1所述的利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法，其特征在于，将硫铁矿烧渣清洗、干燥后粉碎，形成硫铁矿烧渣粉料的步骤中：
所述硫铁矿烧渣粉料的粒径为200～500目。
4.如权利要求1所述的利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法，其特征在于，向所述硫铁矿烧渣粉料中加入硫酸溶液后搅拌，形成混合料的步骤中：
所述硫铁矿烧渣粉料与所述硫酸溶液的固液比为50～250g/L；和/或，
所述硫酸溶液的浓度为40～60％。
5.如权利要求1所述的利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法，其特征在于，向所述反应液中加入磷酸盐后搅拌，然后调节所述反应液的温度至60～90℃、pH值至1.8～2.0，继续搅拌后静置，获得生成有固体产物的混合物的步骤中：
向所述反应液中加入磷酸盐时，铁元素和磷元素的摩尔比为1:(1～1.3)。
6.如权利要求1所述的利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法，其特征在于，向所述反应液中加入磷酸盐后搅拌，然后调节所述反应液的温度至60～90℃、pH值至1.8～2.0，继续搅拌后静置，获得生成有固体产物的混合物的步骤中：
所述磷酸盐为磷酸钠、磷酸钾、磷酸氢钠、磷酸氢钾和磷酸二氢钠中的任意一种。
7.如权利要求1所述的利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法，其特征在于，向所述反应液中加入磷酸盐后搅拌，然后调节所述反应液的温度至60～90℃、pH值至1.8～2.0，继续搅拌后静置，获得生成有固体产物的混合物的步骤中：
调节所述反应液的pH值至1.8～2.0的方法为：向所述反应液中加入氨水水溶液，所述氨水水溶液中氨水与水的体积比为1:(2～5)。
8.如权利要求1所述的利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法，其特征在于，向所述反应液中加入磷酸盐后搅拌，然后调节所述反应液的温度至60～90℃、pH值至1.8～2.0，继续搅拌后静置，获得生成有固体产物的混合物的步骤中：
所述继续搅拌的搅拌时间为1～3h，所述静置的静置时间为2～8h。
9.如权利要求1所述的利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法，其特征在于，对所述混合物进行纯化后分离出其中的固体产物，所述固体产物经过洗涤、干燥以及煅烧后，获得磷酸铁产品的步骤中：
对所述混合物进行纯化的方法为：将所述混合物放入渗析袋中纯化6～12h。
10.如权利要求9所述的利用硫铁矿烧渣制备磷酸铁的方法，其特征在于，将所述混合物放入渗析袋中纯化6～12h的步骤中，还包括：将装有所述混合物的渗析袋每隔1～3h震荡10～30min。
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