CN111377425A - 一种低成本磷酸铁颗粒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种低成本磷酸铁颗粒的制备方法，包括以下步骤:1)溶解含磷盐、2)、调节体系pH、3)加入含铁盐、4)搅拌氧化反应、5)、压滤干燥脱水;本发明成分控制容易，通过水热沉淀法，在100‑180℃下反应5‑15小时，就可合成产物磷酸铁，所用的原料都是常用的化工原料，反应用水作为溶剂，所需设备简单，环保能耗小，成本低，可实现工业化生产。

Description

一种低成本磷酸铁颗粒的制备方法
技术领域
本发明属于磷酸铁材料的制备技术，具体涉及到一种低成本的磷酸铁材料的制备方法。
背景技术
磷酸铁是一种用途广泛的化工原料，可用作食品的增稠剂和补铁剂，还可以用于料、陶瓷金属和色和料。近年来，磷酸铁锂由于具有高理论容量，高工作电压，适当的质量密度，自放电小，循环寿命长，无记忆效应，价格低廉，热稳定性能好，对环境友好等特点，有望取代成本较高的LiCoO2成为新一代锂离子电池正极材料。目前，固相反应法是磷酸铁锂材料合成的主要方法，而磷酸铁做为合成磷酸铁锂的主要原料，具有重要的市场价值。
磷酸铁的合成方法有很多种，最传统的是用硝酸铁与磷酸反应，再将反应溶液在高温下使硝酸分解得到磷酸铁产品。该方法的缺点是对生产设备要求苛刻，污染严重，成本高。另种方法是硫酸亚铁用磷酸酸化后与氯酸钠反应，生产磷酸二氢铁溶液，再用氢氧化钠调节pH值为2左右，磷酸铁则沉淀出来，该方法的缺点是磷酸的消耗量大，生产成本非常高。每年因为生产磷酸铁所消耗的磷酸就要产生几十多万吨湿法磷酸工艺副产品磷石膏。随着新能源汽车产量不断上升，这个数值每年都在快速增长。而磷石膏属于工业固废，现利用率低，每年要排放上千万吨，排出的磷石膏渣占用大量土地，形成渣山，严重污染环境。
发明内容
针对以上磷酸铁合成的高成本缺陷，本发明的目的在于提供一种低成本磷酸铁颗粒的制备方法，其中使用的铁源为钛白粉副产物七水合硫酸亚铁；磷源为磷酸氢钙，所得磷酸铁经过压滤水洗除杂可达到电池级磷酸铁水平。
本发明的技术方案包括以下步骤：1）溶解含磷盐、2）调节体系pH、3）加入含铁盐、4）搅拌氧化反应、5）压滤干燥脱水；以重量百分比计，其特征在于：
1）、溶解含磷盐：称取100g的磷酸氢钙，搅拌分散于1L水中，加入5mL硫酸：其中磷酸氢钙的磷含量大于等于18%，硫酸为分析纯，进行搅拌溶解为溶解液；
2）、调节体系pH：向溶解液中加入一定量的NaOH，调节pH至1.7-1.85；
3）、加入含铁盐：加入300g七水合硫酸亚铁:含量为89.5%，钛白粉副产物；
4）、搅拌氧化反应：控制溶解液温度为100℃，滴加15g双氧水：其为工业级27.5%，反应15h；
5）、压滤干燥脱水:冷却至室温后，过滤，干燥，得到反应产物磷酸铁。
采用本发明，成分控制容易，通过水热法，在100-180℃下反应5-15小时，就可合成磷酸铁，所用的原料都是常用的化工原料，铁源为钛白粉副产物七水合硫酸亚铁；磷源为磷酸氢钙，为制备磷酸中间副产物，价格只有磷酸的15%-25%，反应在水相中进行，所需设备简单，能耗小，产品成本低，产率高，易于工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1中所制备磷酸铁的扫描电镜照片；
图2为本发明实施例1中所制备磷酸铁的XRD衍射曲线；
图3为本发明实施例2中所制备磷酸铁的扫描电镜照片；
图4为本发明实施例2中所制备磷酸铁的XRD衍射曲线。
具体实施方式
实施例1：
低成本磷酸铁颗粒的制备方法，将100g的工业级磷酸氢钙，搅拌分散于1L水中，加入5mL分析纯硫酸搅拌溶解，1h后向上述体系中加入一定量的NaOH，调节pH至1.7-1.85，加入300g钛白粉副产物七水合硫酸亚铁，控制体系温度为100℃，滴加15g 27.5%双氧水，反应15h，冷却至室温后，过滤，干燥，得到反应产物磷酸铁。图1、图2是本实施例中所制备磷酸铁的扫描电镜照片和XRD衍射曲线。
实施例2：
低成本磷酸铁颗粒的制备方法，称取100g的工业级磷酸氢钙，搅拌分散于1L水中，加入5mL分析纯硫酸，进行搅拌溶解;向上述体系中加入一定量的NaOH，调节pH至1.85-2.0；再加入300g钛白粉副产物七水合硫酸亚铁，控制体系温度为130℃，滴加15g 27.5%双氧水，反应12h，压滤干燥脱水，冷却至室温后，过滤，干燥，得到反应产物磷酸铁。图3、图4是本实施例中所制备磷酸铁的扫描电镜照片和XRD衍射曲线。
实施例3：
低成本磷酸铁颗粒的制备方法，称取100g工业级磷酸氢钙，搅拌分散于1L水中，加入5mL分析纯硫酸，进行搅拌溶解，向上述体系中加入一定量的氨水，调节pH至2.0-2.15；是再加入300g钛白粉副产物七水合硫酸亚铁，控制体系温度为160℃，滴加15g 27.5%双氧水,反应9h，压滤干燥脱水，冷却至室温后，过滤，干燥，得到反应产物磷酸铁。
实施例4：
低成本磷酸铁颗粒的制备方法，称取100g工业级磷酸氢钙，搅拌分散于1L水中，加入5mL分析纯硫酸，进行搅拌溶解，向上述体系中加入一定量的氢氧化钾，调节pH至2.15-2.25；再加入300g钛白粉副产物七水合硫酸亚铁，控制体系温度为180℃，滴加15g 27.5%双氧水,反应5h,压滤干燥脱水，冷却至室温后，过滤，干燥，得到反应产物磷酸铁。

Claims (4)

1.一种低成本磷酸铁颗粒的制备方法，包括以下步骤:1)溶解含磷盐、2)、调节体系pH、3)加入含铁盐、4)搅拌氧化反应、5)、压滤干燥脱水;其特征在于：
1)、溶解含磷盐:称取100g的磷酸氢钙，搅拌分散于1L水中，加入5mL硫酸:其中磷酸氢钙的磷含量大于等于18%，硫酸为分析纯，进行搅拌溶解;
2)、调节体系pH:向上述体系中加入一定量的NaOH，调节pH至1.7-1.85；
3)、加入含铁盐:加入300g七水合硫酸亚铁:含量为89.5%，钛白粉副产物；
4)、搅拌氧化反应:控制体系温度为100℃，滴加15g双氧水：其为工业级27.5%，反应15h；
5)、压滤干燥脱水:冷却至室温后，过滤，干燥，得到反应产物磷酸铁。
2.一种低成本磷酸铁颗粒的制备方法，其特征在于：称取100g的磷酸氢钙，搅拌分散于1L水中，加入5mL硫酸，其中磷酸氢钙的磷含量大于等于18%，硫酸为分析纯，进行搅拌溶解;向上述体系中加入一定量的NaOH，调节pH至1.85-2.0；再加入300g七水合硫酸亚铁，其含量为89.5%，为钛白粉副产物；控制体系温度为130℃，滴加15g双氧水，反应12h，压滤干燥脱水:冷却至室温后，过滤，干燥，得到反应产物磷酸铁。
3.一种低成本磷酸铁颗粒的制备方法，其特征在于：称取100g的磷酸氢钙，搅拌分散于1L水中，加入5mL硫酸，其中磷酸氢钙的磷含量大于等于18%，硫酸为分析纯，进行搅拌溶解;向上述体系中加入一定量的氨水，调节pH至2.0-2.15；再加入300g七水合硫酸亚铁，其含量为89.5%，为钛白粉副产物；控制体系温度为160℃，滴加15g双氧水,反应9h，压滤干燥脱水:冷却至室温后，过滤，干燥，得到反应产物磷酸铁。
4.一种低成本磷酸铁颗粒的制备方法，其特征在于：称取100g的磷酸氢钙，搅拌分散于1L水中，加入5mL硫酸，其中磷酸氢钙的磷含量大于等于18%，硫酸为分析纯，进行搅拌溶解;向上述体系中加入一定量的氢氧化钾，调节pH至2.15-2.25；再加入300g七水合硫酸亚铁，其含量为89.5%，为钛白粉副产物；控制体系温度为180℃，滴加15g双氧水,反应5h,压滤干燥脱水:冷却至室温后，过滤，干燥，得到反应产物磷酸铁。
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