CN112158818B - 改性磷酸铁及钢材酸洗废液制备改性磷酸铁的方法、应用 - Google Patents

改性磷酸铁及钢材酸洗废液制备改性磷酸铁的方法、应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢材酸洗废液制备改性磷酸铁的方法，包括如下步骤：S1、将钢材的酸洗废液过滤得到滤液A；向滤液A中加入二氧化钛，进行光照氧化，然后加入磷酸，调节pH＝2.7‑3.8，进行反应过滤得到滤液B和滤饼，滤饼即为磷酸铁粗品；S2、将滤液B浓缩回收得到盐酸，然后将磷酸铁粗品溶解在盐酸中，调节pH＝3.0‑5.0，进行反应，过滤取滤饼，烘干得到磷酸铁。本发明还公开了一种改性磷酸铁，按照上述钢材酸洗废液制备改性磷酸铁的方法制得。本发明还公开了上述改性磷酸铁的应用。本发明在完成钢材酸洗废液回收利用的同时，引入二氧化钛改性磷酸铁，使后期制得的磷酸铁锂发挥优异的循环容量性能，实现降本增效。

Description

改性磷酸铁及钢材酸洗废液制备改性磷酸铁的方法、应用
技术领域
本发明涉及磷酸铁制备技术领域，尤其涉及一种改性磷酸铁及钢材酸洗废液制备改性磷酸铁的方法、应用。
背景技术
钢铁热轧所产生的酸洗废液一般含有H+和Fe2+，由于严重的腐蚀性，已被列入《国家危险废物名录》。该类废液的直接排放不仅严重污染环境，而且造成极大的浪费。为避免酸洗液的酸污染，传统方法一般采用石灰、电石渣或石灰消化反应的产物Ca(OH)2进行中和，中和后虽然pH值可以达到要求，但是其余各项指标很难达标，而且产生的泥渣脱水困难、不易干燥、后处理难度大，大部分情况是堆积待处理，占用了大量土地，造成二次污染，同时该方法浪费了大量的酸和铁资源。
如何将钢材盐酸酸洗废液中大量的酸、铁及少量重金属回收利用，具有重要的经济和社会价值。磷酸铁锂材料作为新能源电池中的主要正极材料之一，其开发与应用具有重要的里程碑意义，但是如何将其性能很好的发挥出来，相关研究者也进行了大量的改性和报道。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种改性磷酸铁及钢材酸洗废液制备改性磷酸铁的方法、应用，本发明在完成钢材酸洗废液回收利用的同时，引入二氧化钛改性磷酸铁，使后期制得的磷酸铁锂发挥优异的循环容量性能；且二氧化钛的引入，无需额外加入氧化剂，仅凭光照驱动，即可促使体系中产生双氧水，完成Fe2+氧化成Fe3+，实现一举多得的效果，从而实现降本增效的目的。
本发明提出的一种钢材酸洗废液制备改性磷酸铁的方法，包括如下步骤：
S1、将钢材的酸洗废液过滤得到滤液A；向滤液A中加入二氧化钛，进行光照氧化，然后加入磷酸，调节pH＝2.7-3.8，进行反应过滤得到滤液B和滤饼，滤饼即为磷酸铁粗品；
S2、将滤液B浓缩回收得到盐酸，然后将磷酸铁粗品溶解在盐酸中，调节pH＝3.0-5.0，进行反应，过滤取滤饼，烘干得到磷酸铁。
优选地，在S1中，二氧化钛与滤液A中Fe2+的摩尔比为1:18-30。
优选地，在S1中，光照光源为太阳光或紫外光。
优选地，在S1中，光照氧化1.5-3h。
优选地，在S1中，磷酸与滤液A中Fe2+的摩尔比为1-1.07:1。
优选地，在S1中，反应温度为50-70℃，反应时间2-3.5h。
优选地，在S1、S2中，均用尿素调节pH。
优选地，在S2中，反应温度为65-80℃，反应时间为1.0-2.5h。
优选地，在S2中，烘干温度100-120℃。
优选地，在S1中，用格栅过滤得到滤液A。
优选地，格栅为双层格栅。
本发明还提出了一种改性磷酸铁，按照上述钢材酸洗废液制备改性磷酸铁的方法制得。
本发明还提出了上述改性磷酸铁在锂离子电池中的应用。
有益效果：
本发明综合考虑钢材酸洗废液的处理及磷酸铁的生产，以钢铁酸洗废液中的铁资源为磷酸铁生产的铁源，利用简单的工艺及设备对钢材酸洗废液进行了处理，做到了资源的回收利用；引入二氧化钛，利用其光催化活性，在光照驱动下产生双氧水，用以将废液中的Fe2+氧化为Fe3+，无需额外添加双氧水，再加入磷酸，用尿素调节pH，在合适的条件下制备磷酸铁；与此同时，二氧化钛的引入对所制得的磷酸铁具有改性的作用，使得本发明制得的磷酸铁锂具有优异的容量发挥性能；整个反应过程合理利用了废液中的资源，在一定程度上达到了变废为宝的目的和降本增效的效果。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种钢材酸洗废液制备改性磷酸铁的方法，包括如下步骤：
S1、将钢材的酸洗废液转入带有双层格栅的处理池进行过滤得到滤液A，将滤液A通入氧化池中，加入二氧化钛，太阳光照射1.5h将Fe2+完全氧化成Fe3+，然后加入磷酸，再加入尿素调节pH＝2.7，于50℃反应2h，过滤得到滤液B和滤饼(即为磷酸铁粗品)，其中，二氧化钛与滤液A中Fe2+的摩尔比为1:18，磷酸与滤液A中Fe2+的摩尔比为1:1；
S2、将滤液B经浓缩回收得到盐酸，然后将磷酸铁粗品溶解在盐酸中，加入尿素调节pH＝3.0，于65℃反应1h，过滤取滤饼，于100℃烘干得到磷酸铁。
实施例2
一种钢材酸洗废液制备改性磷酸铁的方法，包括如下步骤：
S1、将钢材的酸洗废液转入带有双层格栅的处理池进行过滤得到滤液A，将滤液A通入氧化池中，加入二氧化钛，太阳光照射2h将Fe2+完全氧化成Fe3+，然后加入磷酸，再加入尿素调节pH＝3.0，于60℃反应2.5h，过滤得到滤液B和滤饼(即为磷酸铁粗品)，其中，二氧化钛与滤液A中Fe2+的摩尔比为1:25，磷酸与滤液A中Fe2+的摩尔比为1.05:1；
S2、将滤液B经浓缩回收得到盐酸，然后将磷酸铁粗品溶解在盐酸中，加入尿素调节pH＝4.0，于75℃反应2h，过滤取滤饼，于110℃烘干得到磷酸铁。
实施例3
一种钢材酸洗废液制备改性磷酸铁的方法，包括如下步骤：
S1、将钢材的酸洗废液转入带有双层格栅的处理池进行过滤得到滤液A，将滤液A通入氧化池中，加入二氧化钛，太阳光照射3h将Fe2+完全氧化成Fe3+，然后加入磷酸，再加入尿素调节pH＝3.8，于70℃反应3.5h，过滤得到滤液B和滤饼(即为磷酸铁粗品)，其中，二氧化钛与滤液A中Fe2+的摩尔比为1:30，磷酸与滤液A中Fe2+的摩尔比为1.07:1；
S2、将滤液B经浓缩回收得到盐酸，然后将磷酸铁粗品溶解在盐酸中，加入尿素调节pH＝5.0，于80℃反应2.5h，过滤取滤饼，于120℃烘干得到磷酸铁。
对比例1
一种磷酸铁的制备方法：将二氧化钛替换成双氧水，其他同实施例2。
试验例
取实施例2制得的磷酸铁，制备磷酸铁锂记为A组；取对比例1制得的磷酸铁，制备磷酸铁锂记为B组；取对比例1制得的磷酸铁，制备磷酸铁锂，并在制备过程中添加了2％的二氧化钛，记为C组；其中C组除了添加二氧化钛的步骤，其他步骤均与A、B组相同。
用A、B、C组制得磷酸铁锂，采用相同方法分别制成扣式电池，并对上述扣式电池进行循环容量测试，结果如表1所示。
表1扣式电池的性能检测结果
Figure BDA0002671465570000051
由表1可以看出：实施例2所制磷酸铁锂材料展现出优异的循环容量特性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钢材酸洗废液制备改性磷酸铁的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将钢材的酸洗废液过滤得到滤液A；向滤液A中加入二氧化钛，二氧化钛与滤液A中Fe2+的摩尔比为1:18-30，进行光照氧化，然后加入磷酸，调节pH=2.7-3.8，于50-70℃下反应2-3.5h，过滤得到滤液B和滤饼，滤饼即为磷酸铁粗品；
S2、将滤液B浓缩回收得到盐酸，然后将磷酸铁粗品溶解在盐酸中，调节pH=3.0-5.0，于65-80℃下反应1.0-2.5h，过滤取滤饼，烘干得到磷酸铁。
2.根据权利要求1所述钢材酸洗废液制备改性磷酸铁的方法，其特征在于，在S1中，光照光源为太阳光或紫外光；在S1中，光照氧化1.5-3h。
3.根据权利要求1所述钢材酸洗废液制备改性磷酸铁的方法，其特征在于，在S1中，磷酸与滤液A中Fe2+的摩尔比为1-1.07:1。
4.根据权利要求1所述钢材酸洗废液制备改性磷酸铁的方法，其特征在于，在S1、S2中，均用尿素调节pH。
5.根据权利要求1所述钢材酸洗废液制备改性磷酸铁的方法，其特征在于，在S2中，烘干温度100-120℃。
6.根据权利要求1所述钢材酸洗废液制备改性磷酸铁的方法，其特征在于，在S1中，用格栅过滤得到滤液A；格栅为双层格栅。
7.一种改性磷酸铁，其特征在于，按照如权利要求1-6任一项所述钢材酸洗废液制备改性磷酸铁的方法制得。
8.一种如权利要求7所述改性磷酸铁在锂离子电池中的应用。
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