CN109941980A - 一种窄径距的磷酸铁的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种窄径距的磷酸铁的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：S1：将铁盐溶液、磷盐溶液、氧化剂和沉淀剂混合搅拌进行反应得磷酸铁浆料；S2：将S1所得磷酸铁浆料转移至乳化釜，加入乳化剂，在乳化头剪切转速作用下进行高速乳化得磷酸铁浆料；S3：将S2乳化后的磷酸铁浆料转移至熟化釜，加入熟化剂，并直接向浆料内部通入高温蒸汽升温，然后恒温静置熟化，熟化结束后得二水磷酸铁浆料；S4：将S3所得二水磷酸铁浆料过滤洗涤、干燥、脱水即得所述窄径距的磷酸铁。本发明提供的制备方法制备得到的磷酸铁粒度分布均匀，径距≤1，无拖尾峰；并且该方法的熟化时间短、能耗低。
Description
技术领域
本发明涉及磷酸铁生产技术领域，具体地，涉及一种窄径距的磷酸铁的制备方法。
背景技术
目前主流的磷酸铁制备工艺主要是先进行快速反应，然后进行加热恒温静置熟化，再经过滤洗涤、干燥、脱水等过程制备无水磷酸铁。现有技术中的主流工艺存在以下缺点：(1)反应过程因快速反应导致成核速率较快，磷酸铁浆料中产生大量细小颗粒沉淀，因为小颗粒物料比表面能较大而团聚在一起，造成磷酸铁颗粒粒度分布不均匀；(2)因部分颗粒粒度太大，其团聚的大颗粒磷酸铁内夹杂的小颗粒不易进行奥斯瓦尔德熟化，导致了后续工段的熟化时间过长，熟化时间往往≥4h。现有技术中的磷酸铁制备工艺不但生产效率低，且熟化后的磷酸铁颗粒粒度分布过宽，有拖尾峰，径距往往≥2，不利于提高产品品质。
另外，现有的磷酸铁制备工艺的熟化过程中，蒸汽往往是通入到搪瓷设备的夹层里进行加热，因搪瓷设备导热性较差，加热效率不高，不仅影响了熟化过程的升温和保温时间，还导致熟化阶段能耗过高，增加了磷酸铁生产的成本。
因此，很有必要研发一种低能耗、熟化时间短，窄径距的磷酸铁的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种窄径距的磷酸铁的制备方法，本发明提供的制备方法制备得到的磷酸铁粒度分布均匀，径距≤1，无拖尾峰；并且该方法的熟化时间短、能耗低。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种窄径距的磷酸铁的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1：将铁盐溶液、磷盐溶液、氧化剂和沉淀剂混合搅拌进行反应得磷酸铁浆料；
S2：将S1所得磷酸铁浆料转移至乳化釜，加入乳化剂，在乳化头剪切转速作用下进行高速乳化得磷酸铁浆料；
S3：将S2乳化后的磷酸铁浆料转移至熟化釜，加入熟化剂，并直接向浆料内部通入高温蒸汽升温，然后恒温静置熟化，熟化结束后得二水磷酸铁浆料；
S4：将S3所得二水磷酸铁浆料过滤洗涤、干燥、脱水即得所述窄径距的磷酸铁；
其中，S2中，所述乳化剂和铁盐溶液中铁元素干基质量比为1.67～3.35:100，乳化头剪切转速为2000～10000rpm，乳化时间为10～60min；S3中，熟化剂和铁盐溶液中铁元素质量比干基质量比为1.00～2.68:100，蒸汽温度为150～170℃，升温时间为10～30min，熟化温度为95～99℃，熟化时间为30～120min。
本发明通过在快速反应步骤后增加乳化头乳化和乳化剂加速乳化，将反应阶段因表面能过大而团聚的大团聚颗粒通过高剪切力的乳化剪切头进行乳化、打散，同时加入乳化剂促使浆料颗粒粒度分布均匀，有利于缩短后续熟化过程的时间和粒径更窄。本发明还通过在熟化过程中加入熟化剂，催化加速磷酸铁浆料颗粒的溶解和再结晶过程，这不仅缩短了磷酸铁的熟化时间且使其粒度分布更均一，粒径更窄；本发明还通过在浆料升温、保温过程中直接向熟化釜中通入蒸汽，蒸汽和物料直接接触加热的效率更高，且蒸汽对浆料颗粒还起到气流搅拌的作用，一起加速小颗粒的溶解和大颗粒的生成，减少浆料熟化过程的升温时间并使磷酸铁颗粒粒度分布更均一，节约蒸汽损耗，降低生产成本；且乳化和熟化过程加入的乳化剂和熟化剂，会在后序干燥、脱水过程中彻底分解，从而避免了乳化剂和熟化剂对无水磷酸铁产品品质造成负面影响。
在本发明中，S4所述蒸汽是以纯水为原水制备而成。
优选地，S2中，所述乳化剂为吐温80、司盘20、十二烷基磺酸钠或三聚甘油酯中的一种或几种。
优选地，S3中，所述熟化剂为二亚乙基三胺、二甲胺基丙胺或三偏磷酸钠中的一种或几种。
优选地，S1中，所述铁盐为硫酸亚铁和/或氯化亚铁；所述氧化剂为双氧水和/或臭氧；所述磷盐为磷酸一铵和/或磷酸二铵；所述沉淀剂为氨水、尿素或碳酸氢铵中的一种或几种。
更为优选地，所述铁盐溶液中，铁元素的质量分数为5～6％；磷盐溶液中磷元素的质量分数为5～6％。
优选地，S1中，所述铁盐、磷盐和氧化剂的摩尔比为0.98～0.99：1～1.08： 0.6～0.9。
优选地，S1中，搅拌转速为20～200rpm，反应的pH为2.0～2.5，反应时间为0.5～1h，反应温度为20～40℃。
优选地，S2中，所述乳化剂和铁盐溶液中铁元素干基质量比为2.01～2.68:100。
优选地，S2中，乳化头剪切转速为5000～8000rpm，乳化时间为30～40min。
优选地，S3中，熟化剂和铁盐溶液中铁元素干基质量比为1.34～2.01:100。
优选地，S3中，蒸汽温度为155～165℃，升温时间为15～25min。
优选地，S3中，熟化温度为96～98℃，熟化时间为40～60min。
在本发明的S4中，更为优选地，将二水磷酸铁浆料经过压滤机洗涤至洗液 pH至4～6，再经闪蒸干燥设备干燥成二水磷酸铁粉末，干燥温度为170～190℃，再经辊道炉脱水，脱水温度为600～700℃，脱水时间为8～12h，气氛为空气。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的制备方法不仅缩短磷酸铁的熟化时间且使其粒度分布更均一，粒径更窄，熟化时间≤2h，径距≤1，无拖尾峰。另外，本发明提供的制备方法节约了熟化过程的蒸汽损耗，降低了磷酸铁的生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的无水磷酸铁粒度分布图；
图2为本发明对比例1制备的无水磷酸铁粒度分布图。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，本发明所用试剂和材料均为市购。
实施例1
一种窄径距的磷酸铁的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(1)将铁质量分数为5.5％硫酸亚铁溶液1766kg，磷质量分数为5.5％的磷酸二氢铵溶液990kg、质量分数为27.5％的双氧水129kg和质量分数为25％的氨水15kg，同时滴加到搅拌转速100rpm的反应釜内，控制反应浆料的pH值为2.2，反应温度控制在25℃，反应时间1h，获得反应后磷酸铁浆料。
(2)将反应后浆料转移至乳化釜，并加入2.5kg的吐司80，在经8000rpm 转速的乳化头高速剪切15min后，获得乳化后磷酸铁浆料。
(3)将乳化后磷酸铁浆料转移到熟化釜，先加入1.8kg的二亚乙基三胺，再通入160℃的高温蒸汽，升温20min后，使浆料温度恒温到97℃，静置熟化 60min后获得二水磷酸铁浆料。
(4)将二水磷酸铁浆料通过压滤机用纯水洗涤至洗液pH值为5.0，然后使用闪蒸干燥设备干燥温度175℃干燥成二水磷酸铁，再通过辊道炉在空气气氛下 650℃脱水10h后获得窄径距无水磷酸铁。
实施例2
一种窄径距的磷酸铁的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(1)将铁质量分数为5.7％硫酸亚铁溶液1704kg，磷质量分数为5.3％的磷酸二氢铵溶液1027kg、质量分数为27.5％的双氧水128kg和质量分数为25％的氨水16kg，同时滴加到搅拌转速120rpm的反应釜内，控制反应浆料的pH值为 2.1，反应温度控制在27℃，反应时间0.5h，获得反应后磷酸铁浆料。
(2)将反应后浆料转移至乳化釜，并加入3.15kg的十二烷基磺酸钠，在经 7000rpm转速的乳化头高速剪切18min后，获得乳化后磷酸铁浆料。
(3)将乳化后磷酸铁浆料转移到熟化釜，先加入2.23kg的二甲胺基丙胺，再通入163℃的高温蒸汽，升温23min后，使浆料温度恒温到98℃，静置熟化 50min后获得二水磷酸铁浆料。
(4)将二水磷酸铁浆料通过压滤机用纯水洗涤至洗液pH值为4.5，然后使用闪蒸干燥设备干燥温度170℃干燥成二水磷酸铁，再通过辊道炉在空气气氛下 625℃脱水10h后获得窄径距无水磷酸铁。
实施例3
一种窄径距的磷酸铁的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(1)将铁质量分数为5.0％硫酸亚铁溶液1943kg，磷质量分数为6.0％的磷酸二氢铵溶液907kg、质量分数为27.5％的双氧水131kg和质量分数为25％的氨水17kg，同时滴加到搅拌转速110rpm的反应釜内，控制反应浆料的pH值为2.3，反应温度控制在28℃，反应时间0.6h，获得反应后磷酸铁浆料。
(2)将反应后浆料转移至乳化釜，并加入2.79kg的三聚甘油酯，在经 7500rpm转速的乳化头高速剪切17min后，获得乳化后磷酸铁浆料。
(3)将乳化后磷酸铁浆料转移到熟化釜，先加入2.07kg的三偏磷酸钠，再通入163℃的高温蒸汽，升温23min后，使浆料温度恒温到99℃，静置熟化40min 后获得二水磷酸铁浆料。
(4)将二水磷酸铁浆料通过压滤机用纯水洗涤至洗液pH值为5.3，然后使用闪蒸干燥设备干燥温度172℃干燥成二水磷酸铁，再通过辊道炉在空气气氛下 630℃脱水9h后获得窄径距无水磷酸铁。
实施例4
一种窄径距的磷酸铁的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(1)将铁质量分数为5.3％氯化亚铁溶液1833kg，磷质量分数为5.9％的磷酸二氢铵溶液922kg、质量分数为27.5％的双氧水129kg和质量分数为25％的氨水16kg，同时滴加到搅拌转速115rpm的反应釜内，控制反应浆料的pH值为2.3，反应温度控制在26℃，反应时间0.7h，获得反应后磷酸铁浆料。
(2)将反应后浆料转移至乳化釜，并加入2.12kg的吐司80，在经4000rpm 转速的乳化头高速剪切18min后，获得乳化后磷酸铁浆料。
(3)将乳化后磷酸铁浆料转移到熟化釜，先加入1.99kg的三偏磷酸钠，再通入170℃的高温蒸汽，升温29min后，使浆料温度恒温到99℃，静置熟化60min 后获得二水磷酸铁浆料。
(4)将二水磷酸铁浆料通过压滤机用纯水洗涤至洗液pH值为5.9，然后使用闪蒸干燥设备干燥温度190℃干燥成二水磷酸铁，再通过辊道炉在空气气氛下 700℃脱水12h后获得窄径距无水磷酸铁。
对比例1
一种窄径距的磷酸铁的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(1)将铁质量分数为5.5％硫酸亚铁溶液1766kg，磷质量分数为5.5％的磷酸二氢铵溶液990kg、质量分数为27.5％的双氧水129kg和质量分数为25％的氨水15kg，同时滴加到搅拌转速100rpm的反应釜内，控制反应浆料的pH值为2.2，反应温度控制在25℃，反应时间1h，获得反应后磷酸铁浆料。
(2)将磷酸铁浆料转移到熟化釜，先加入1.8kg的二亚乙基三胺，再通入 160℃的高温蒸汽，升温20min后，使浆料温度恒温到97℃，静置熟化60min后获得二水磷酸铁浆料。
(3)将二水磷酸铁浆料通过压滤机用纯水洗涤至洗液pH值为5.0，然后使用闪蒸干燥设备干燥温度175℃干燥成二水磷酸铁，再通过辊道炉在空气气氛下 650℃脱水10h后获得窄径距无水磷酸铁。
对比例2
本对比例提供的制备方法除乳化剂与磷酸铁浆料的干基质量比为0.1:100之外，其它参数均与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供的制备方法除未添加熟化剂之外，其它参数均与实施例1相同。
对比例4
本对比例提供的制备方法除熟化剂与磷酸铁浆料的干基质量比为0.1:100之外，其它参数均与实施例1相同。
表1实施例1～4和对比例1～4制备的无水磷酸铁粒度和径距数据
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种窄径距的磷酸铁的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
S1：将铁盐溶液、磷盐溶液、氧化剂和沉淀剂混合搅拌进行反应得磷酸铁浆料；
S2：将S1所得磷酸铁浆料转移至乳化釜，加入乳化剂，在乳化头剪切转速作用下进行高速乳化得磷酸铁浆料；
S3：将S2乳化后的磷酸铁浆料转移至熟化釜，加入熟化剂，并直接向浆料内部通入高温蒸汽升温，然后恒温静置熟化，熟化结束后得二水磷酸铁浆料；
S4：将S3所得二水磷酸铁浆料过滤洗涤、干燥、脱水即得所述窄径距的磷酸铁；
其中，S2中，所述乳化剂和铁盐溶液中铁元素干基质量比为1.67～3.35:100，乳化头剪切转速为2000～10000rpm，乳化时间为10～60min；S3中，熟化剂和铁盐溶液中铁元素质量比干基质量比为1.00～2.68:100，蒸汽温度为150～170℃，升温时间为10～30min，熟化温度为95～99℃，熟化时间为30～120min。
2.根据权利要求1所述磷酸铁的制备方法，其特征在于，S2中，所述乳化剂为吐温80、司盘20、十二烷基磺酸钠或三聚甘油酯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述磷酸铁的制备方法，其特征在于，S3中，所述熟化剂为二亚乙基三胺、二甲胺基丙胺或三偏磷酸钠中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述磷酸铁的制备方法，其特征在于，S1中，所述铁盐为硫酸亚铁和/或氯化亚铁；所述氧化剂为双氧水和/或臭氧；所述磷盐为磷酸一铵和/或磷酸二铵；所述沉淀剂为氨水、尿素或碳酸氢铵中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述磷酸铁的制备方法，其特征在于，S2中，所述乳化剂和铁盐溶液中铁元素干基质量比为2.01～2.68:100。
6.根据权利要求1所述磷酸铁的制备方法，其特征在于，S2中，乳化头剪切转速为5000～8000rpm，乳化时间为30～40min。
7.根据权利要求1所述磷酸铁的制备方法，其特征在于，S3中，熟化剂和铁盐溶液中铁元素干基质量比为1.34～2.01:100。
8.根据权利要求1所述磷酸铁的制备方法，其特征在于，S3中，蒸汽温度为155～165℃，升温时间为15～25min。
9.根据权利要求1所述磷酸铁的制备方法，其特征在于，S3中，熟化温度为96～98℃，熟化时间为40～60min。
10.根据权利要求1所述磷酸铁的制备方法，其特征在于，S4的具体操作为：S3所得二水磷酸铁浆料经过压滤机洗涤至洗液pH至4～6，然后经闪蒸干燥设备干燥成二水磷酸铁粉末，干燥温度为170～190℃，再经辊道炉脱水，脱水温度为600～700℃，脱水时间为8～12h，气氛为空气。
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