CN217868144U - 一种磷酸铁的合成系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种磷酸铁的合成系统，属于磷酸铁生产技术领域。通过溶铁罐、第一过滤装置、沉淀池、第二过滤装置、双极膜电渗析装置、磷酸亚铁反应罐、亚铁氧化釜、陈化装置、磷酸铁结晶装置、第三过滤装置、洗涤装置及干燥箱等设置，形成以铁矿粉为原料制备磷酸铁的连续通路。解决行业废弃物资源化利用及现有技术中原料成本高，为该磷酸铁合成工艺提供优化方案。

Description

一种磷酸铁的合成系统

技术领域

本实用新型涉及一种磷酸铁的合成系统，尤其涉及一种适用于制备锂电池正极材料磷酸铁锂的磷酸铁合成系统，属于磷酸铁生产技术领域。

背景技术

磷酸铁，分子式为FePO₄，主要用途在于制备磷酸铁锂电池材料、催化剂及陶瓷等，其中，高品质磷酸铁是制度锂电池正极材料—磷酸铁锂的关键原料。

目前，磷酸铁生产工艺主要有钠法、铵法、铁粉、肥料磷酸、氧化铁红、磷酸氢钙的六种工艺。当下较主流的磷酸铁生产路线为：铵法和钠法，铵法又称工铵法，以硫酸亚铁溶液与磷酸一铵反应，经沉淀过滤后，再用氨水中和过量的酸，得到磷酸铁；钠法又称磷酸法，以硫酸亚铁经磷酸酸化后与过氧化氢反应，生成磷酸二氢铁，再用氢氧化钠溶液调节 pH值为2左右，生成磷酸铁。但涉及的制备工艺成本高、排污多，环保压力大等。

现有技术CN105236373A中公开“一种亚磷酸残液生产磷酸盐的工艺”，包括将亚磷酸生产过程的亚磷酸残液加氢氧化钠或氢氧化钾，在紫外光照条件下进行催化氧化，然后加氢氧化钠或氢氧化钾，再进行后处理得到相应磷酸盐产品。解决了亚磷酸生产中亚磷酸母液反复套用后残液资源化利用问题，将亚磷酸残液这一危险废物转化成磷酸盐产品，不仅减少了处理费用，且很好地回收利用了磷资源。

以及，CN108117055A中公开“一种电池级磷酸铁的制备方法和生产装置”，其中，生产装置包括铁盐储罐、磷酸盐储罐、反应釜、滞留釜和板框，铁盐储罐和磷酸盐储罐分别通过输料管道连通到反应釜的顶部，反应釜、滞留釜和板框依次相连，其采用采用连续进料、出料的生产装置，使氧化沉淀反应处于动态平衡的状态，反应时间短，生产的磷酸铁质量稳定，粒径可控，实现磷酸铁的连续化工业生产。

发明内容

本实用新型旨在解决行业废弃物资源化利用和现有技术中原料成本高等问题，而提出了一种磷酸铁的合成系统，保证制备得到高品质磷酸铁，纯度大于99.7%，粒度（D50）为5μm。

为了实现上述技术目的，提出如下的技术方案：

一种磷酸铁的合成系统，包括溶铁罐、第一过滤装置、沉淀池、第二过滤装置、磷酸亚铁反应罐、亚铁氧化釜、陈化装置、磷酸铁结晶装置及第三过滤装置，

所述溶铁罐的工位前侧设有铁矿粉储罐，铁矿粉储罐出料口与溶铁罐进料口连接，溶铁罐连有盐酸进管，第一过滤装置设在溶铁罐的工位后侧，溶铁罐出料口与第一过滤装置进料口连接；沉淀池设在第一过滤装置的工位后侧，第一过滤装置滤液出口与沉淀池进料口连接，沉淀池连有硫酸进管；第二过滤装置设在沉淀池的工位后侧，沉淀池出料口与第二过滤装置进料口连接；磷酸亚铁反应罐设在第二过滤装置的工位后侧，第二过滤装置滤液出口与磷酸亚铁反应罐进料口连接；

磷酸亚铁反应罐的工位前侧还设有双极膜电渗析装置，双极膜电渗析装置进盐口连接有磷酸氢二钠进管，双极膜电渗析装置出酸口与磷酸亚铁反应罐进料口连接；

亚铁氧化釜设在磷酸亚铁反应罐的工位后侧，磷酸亚铁反应罐出料口与亚铁氧化釜进料口连接，亚铁氧化釜连接有氧化剂进管；陈化装置设在亚铁氧化釜的工位后侧，亚铁氧化釜出料口与陈化装置进料口连接，陈化装置连接有碱液进管；磷酸铁结晶装置设在陈化装置的工位后侧，陈化装置出料口与磷酸铁结晶装置进料口连接；第三过滤装置设在磷酸铁结晶装置的工位后侧，磷酸铁结晶装置出料口与第三过滤装置进料口连接，第三过滤装置的工位后侧设有洗涤装置，洗涤装置的工位后侧设有干燥箱，干燥箱的工位后侧设有磷酸铁储罐；

溶铁罐、第一过滤装置、沉淀池、第二过滤装置、双极膜电渗析装置、磷酸亚铁反应罐、亚铁氧化釜、陈化装置、磷酸铁结晶装置、第三过滤装置、洗涤装置及干燥箱之间形成磷酸铁合成的连续通路。

优选的，所述溶铁罐通过盐酸进管连接有工业盐酸储罐，在溶铁罐中，铁矿粉与工业盐酸发生反应，形成包括有亚铁离子、钙离子、二氧化硅及其他酸不溶物等的溶液；后经第一过滤装置过滤，将二氧化硅及其他酸不溶物等物质过滤，形成含有亚铁离子、钙离子等的溶液。

优选的，所述沉淀池通过硫酸进管连接有硫酸储罐，在沉淀池中，含有亚铁离子、钙离子等的溶液与硫酸反应后，生成包括有亚铁离子、硫酸钙沉淀等的溶液；后经第二过滤装置过滤，将硫酸钙过滤，形成主含有亚铁离子的溶液。

优选的，所述双极膜电渗析装置连接有磷酸氢二钠储罐，在双极膜电渗析装置中，经电渗析作用，生成磷酸溶液和氢氧化钠溶液；其中，磷酸氢二钠储罐中磷酸氢二钠以草甘膦生产工艺中形成的含磷草甘膦母液为原料，经空气氧化、结晶分离等后得到；

磷酸氢二钠储罐连接有磷酸氢二钠生产系统，所述磷酸氢二钠生产系统包括含磷草甘膦含磷废水储罐、空气氧化塔、磷酸盐结晶罐、双推离心机等形成磷酸氢二钠的连续生产路线。

优选的，所述亚铁氧化釜通过氧化剂进管连接有双氧水储罐，在亚铁氧化釜中，亚铁离子被氧化为铁离子，形成含过量酸的磷酸铁溶液。

优选的，所述陈化装置通过碱液进管与双极膜电渗析装置出碱口连接，或者，陈化装置通过碱液进管连接有碳酸钠溶液储罐。经过前序的处理，可知磷酸铁溶液含有一定量的酸，通过碱液的处理，调pH值3-6，后经结晶、过滤、洗涤及干燥，制得高品质磷酸铁。

在双极膜电渗析装置中，涉及的反应式包括：

在溶铁罐中，涉及的反应式包括：

在沉淀池中，涉及的反应式包括：

在亚铁氧化釜中，涉及的反应式包括：

在陈化装置中，涉及的反应式包括：

本技术方案中涉及的“工位前侧”、“工位后侧”及“之间”等位置关系，是根据实际使用状态下的情况而定义的，为本技术领域内的常规用语，也是本领域术人员在实际使用过程中的常规用语。

在本技术方案的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

采用本技术方案，带来的有益技术效果为：

本实用新型通过溶铁罐、第一过滤装置、沉淀池、第二过滤装置、双极膜电渗析装置、磷酸亚铁反应罐、亚铁氧化釜、陈化装置、磷酸铁结晶装置、第三过滤装置、洗涤装置及干燥箱等设置，形成以铁矿粉为原料制备磷酸铁的连续通路，进而提高以铁矿粉为原料制备磷酸铁的生产工艺的稳定性和持续性，即提高本系统的实用性；

其中，解决行业废弃物资源化利用和现有技术中原料成本高等问题，为该磷酸铁合成工艺提供优化方案；

涉及的原料铁矿粉成本低，易获得，更容易实现经济利益化；

在涉及的磷酸铁合成工艺中，产物主要为氢气排放，废水少、环保压力小，不新增三废，友好环境。

附图说明

图1为本实用新型结构框图（一）；

图2为本实用新型结构框图（二）；

图3为本实用新型工作原理示意图（一）；

图4为本实用新型工作原理示意图（二）；

图中，1、溶铁罐，2、第一过滤装置，3、沉淀池，4、第二过滤装置，5、磷酸亚铁反应罐，6、亚铁氧化釜，7、陈化装置，8、磷酸铁结晶装置，9、第三过滤装置，10、双极膜电渗析装置，11、工业盐酸储罐，12、硫酸储罐，13、磷酸氢二钠储罐，14、磷酸氢二钠生产系统，15、含磷草甘膦废水储罐，16、催化剂回收罐，17、膜分离装置，18、空气氧化塔，19、无机磷结晶装置，20、草甘膦生产系统，21、磷酸铁储槽，22、洗涤装置，23、干燥箱，24、双氧水储罐。

具体实施方式

下面通过对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1、图3所示：一种磷酸铁的合成系统，包括溶铁罐1、第一过滤装置2、沉淀池3、第二过滤装置4、磷酸亚铁反应罐5、亚铁氧化釜6、陈化装置7、磷酸铁结晶装置8及第三过滤装置9，

所述溶铁罐1的工位前侧设有铁矿粉储罐，铁矿粉储罐出料口与溶铁罐1进料口连接，溶铁罐1连有盐酸进管，第一过滤装置2设在溶铁罐1的工位后侧，溶铁罐1出料口与第一过滤装置2进料口连接；沉淀池3设在第一过滤装置2的工位后侧，第一过滤装置2滤液出口与沉淀池3进料口连接，沉淀池3连有硫酸进管；第二过滤装置4设在沉淀池3的工位后侧，沉淀池3出料口与第二过滤装置4进料口连接；磷酸亚铁反应罐5设在第二过滤装置4的工位后侧，第二过滤装置4滤液出口与磷酸亚铁反应罐5进料口连接；

磷酸亚铁反应罐5的工位前侧还设有双极膜电渗析装置10，双极膜电渗析装置10进盐口连接有磷酸氢二钠进管，双极膜电渗析装置10出酸口与磷酸亚铁反应罐5进料口连接；

亚铁氧化釜6设在磷酸亚铁反应罐5的工位后侧，磷酸亚铁反应罐5出料口与亚铁氧化釜6进料口连接，亚铁氧化釜6连接有氧化剂进管；陈化装置7设在亚铁氧化釜6的工位后侧，亚铁氧化釜6出料口与陈化装置7进料口连接，陈化装置7连接有碱液进管；磷酸铁结晶装置8设在陈化装置7的工位后侧，陈化装置7出料口与磷酸铁结晶装置8进料口连接；第三过滤装置9设在磷酸铁结晶装置8的工位后侧，磷酸铁结晶装置8出料口与第三过滤装置9进料口连接，第三过滤装置9的工位后侧设有洗涤装置22，洗涤装置22的工位后侧设有干燥箱23，干燥箱23的工位后侧设有磷酸铁储罐21；

溶铁罐1、第一过滤装置2、沉淀池3、第二过滤装置4、双极膜电渗析装置10、磷酸亚铁反应罐5、亚铁氧化釜6、陈化装置7、磷酸铁结晶装置8、第三过滤装置9、洗涤装置22及干燥箱23之间形成磷酸铁合成的连续通路。

实施例2

基于实施例1，本实施例对溶铁罐1做进一步的限定，以对本技术方案做进一步的说明。

溶铁罐1通过盐酸进管连接有工业盐酸储罐11，在溶铁罐1中，铁矿粉与工业盐酸发生反应，形成包括有亚铁离子、钙离子、二氧化硅及其他酸不溶物等的溶液；后经第一过滤装置2过滤，将二氧化硅及其他酸不溶物等物质过滤，形成含有亚铁离子、钙离子等的溶液。

实施例3

基于实施例1-2，本实施例对沉淀池3做进一步的限定，以对本技术方案做进一步的说明。

沉淀池3通过硫酸进管连接有硫酸储罐12，在沉淀池3中，含有亚铁离子、钙离子等的溶液与硫酸反应后，生成包括有亚铁离子、硫酸钙沉淀等的溶液；后经第二过滤装置4过滤，将硫酸钙过滤，形成主含有亚铁离子的溶液。

实施例4

基于实施例1-3，本实施例对双极膜电渗析装置10做进一步的限定，以对本技术方案做进一步的说明。

如图2、图4所示：双极膜电渗析装置10连接有磷酸氢二钠储罐13，在双极膜电渗析装置10中，经电渗析作用，生成磷酸溶液和氢氧化钠溶液。

其中，磷酸氢二钠储罐13中磷酸氢二钠以草甘膦生产工艺中形成的含磷草甘膦母液为原料，经含磷草甘膦母液中催化剂三乙胺回收、膜分离、有机磷溶液氧化而得到；

磷酸氢二钠储罐13连接有磷酸氢二钠生产系统14，所述磷酸氢二钠生产系统14包括膜分离装置17、空气氧化塔18和无机磷结晶装置19，膜分离装置17的工位前侧设有含磷草甘膦母液储罐15，含磷草甘膦废水储罐15与草甘膦生产系统20连接；含磷草甘膦废水储罐15与膜分离装置17之间设有催化剂回收罐16；

空气氧化塔18设置在膜分离装置17的工位后侧，膜分离装置17上有机磷溶液出口与空气氧化塔18中进料口连接；无机磷结晶装置19设置在空气氧化塔18的工位后侧，空气氧化塔18上无机磷溶液出口与无机磷结晶装置19上进料口连接；磷酸氢二钠储罐13设置在在无机磷结晶装置19的工位后侧，含磷草甘膦废水储罐15、催化剂回收罐16、膜分离装置17、空气氧化塔18和无机磷结晶装置19之间形成磷酸氢二钠的连续生产路线。

或者，磷酸氢二钠储罐13中涉及的磷酸氢二钠直接购买，再配制即可。

实施例5

基于实施例1-4，本实施例对亚铁氧化釜6做进一步的限定，以对本技术方案做进一步的说明。

亚铁氧化釜6通过氧化剂进管连接有双氧水储罐24，在亚铁氧化釜6中，亚铁离子被氧化为铁离子，形成含过量酸的磷酸铁溶液。

实施例6

基于实施例1-5，本实施例对陈化装置7做进一步的限定，以对本技术方案做进一步的说明。

陈化装置7通过碱液进管与双极膜电渗析装置10出碱口连接，或者，陈化装置7通过碱液进管连接有碳酸钠溶液储罐。经过前序的处理，可知磷酸铁溶液含有一定量的酸，通过碱液的处理，调pH值3-6，后经结晶、过滤、洗涤及干燥，形成高品质磷酸铁。

实施例7

基于实施例1-6，本实施例提供一种磷酸铁的合成工艺，具体包括如下步骤：

1、取磷酸氢二钠，配制浓度为6-30%的磷酸氢二钠溶液，过滤去除不溶性杂质，经双极膜电渗析作用，得到磷酸溶液及氢氧化钠溶液；

2、将盐酸（5-37%W/W）加入至溶铁罐1中，在搅拌作用下，再向溶铁罐1中加入铁矿粉反应，反应一段时间后，加热再继续反应一段时间，反应毕，经第一过滤装置2过滤除去二氧化硅及其它不溶物。其中，在溶铁罐1中，铁矿粉与盐酸发生反应，形成包括有亚铁离子、钙离子、二氧化硅及其他酸不溶物等的溶液；

3、将所得的一次滤液通入至沉淀池3中，向沉淀池3中加入浓度为5-15%的硫酸，沉淀钙离子等硫酸盐，经第二过滤装置4过滤。其中，在沉淀池3中，含有亚铁离子、钙离子等的溶液与硫酸反应后，生成包括有亚铁离子、硫酸钙沉淀等的溶液，后经第二过滤装置4过滤，将硫酸钙过滤，形成主含有亚铁离子的溶液；

4、将所得的二次滤液通入至磷酸亚铁反应罐5中，同时，将经双极膜电渗析装置10产生的磷酸通入至磷酸亚铁反应罐5中，形成磷酸亚铁盐和氯化亚铁盐的亚铁盐溶液；

5、将亚铁盐溶液通入至亚铁氧化釜6中，并向亚铁氧化釜6中加入双氧水，反应30min-2h，形成铁盐溶液；

6、将铁盐溶液通入至陈化装置7中，加入氢氧化钠溶液或碳酸钠溶液，中和过量的酸，调节pH值3-6，保温成化5-15h；然后，通入至磷酸铁结晶装置8中结晶，得到磷酸铁粗品；

7、磷酸铁粗品可经乳化机或胶体磨处理，控制结晶体粒径，经第三过滤装置9过滤，然后，用去离子水反复洗涤，脱水、干燥，控制干燥温度最终达到320%以上，最终，制得高品质磷酸铁，纯度大于99.7%，粒度（D50）为5μm。

Claims (6)

1.一种磷酸铁的合成系统，其特征在于：包括溶铁罐（1）、第一过滤装置（2）、沉淀池（3）、第二过滤装置（4）、磷酸亚铁反应罐（5）、亚铁氧化釜（6）、陈化装置（7）、磷酸铁结晶装置（8）及第三过滤装置（9），

所述溶铁罐（1）的工位前侧设有铁矿粉储罐，铁矿粉储罐出料口与溶铁罐（1）进料口连接，溶铁罐（1）连有盐酸进管，第一过滤装置（2）设在溶铁罐（1）的工位后侧，溶铁罐（1）出料口与第一过滤装置（2）进料口连接；沉淀池（3）设在第一过滤装置（2）的工位后侧，第一过滤装置（2）滤液出口与沉淀池（3）进料口连接，沉淀池（3）连有硫酸进管；第二过滤装置（4）设在沉淀池（3）的工位后侧，沉淀池（3）出料口与第二过滤装置（4）进料口连接；磷酸亚铁反应罐（5）设在第二过滤装置（4）的工位后侧，第二过滤装置（4）滤液出口与磷酸亚铁反应罐（5）进料口连接；

磷酸亚铁反应罐（5）的工位前侧还设有双极膜电渗析装置（10），双极膜电渗析装置（10）进盐口连接有磷酸氢二钠进管，双极膜电渗析装置（10）出酸口与磷酸亚铁反应罐（5）进料口连接；

亚铁氧化釜（6）设在磷酸亚铁反应罐（5）的工位后侧，磷酸亚铁反应罐（5）出料口与亚铁氧化釜（6）进料口连接，亚铁氧化釜（6）连接有氧化剂进管；陈化装置（7）设在亚铁氧化釜（6）的工位后侧，亚铁氧化釜（6）出料口与陈化装置（7）进料口连接，陈化装置（7）连接有碱液进管；磷酸铁结晶装置（8）设在陈化装置（7）的工位后侧，陈化装置（7）出料口与磷酸铁结晶装置（8）进料口连接；第三过滤装置（9）设在磷酸铁结晶装置（8）的工位后侧，磷酸铁结晶装置（8）出料口与第三过滤装置（9）进料口连接，第三过滤装置（9）的工位后侧设有洗涤装置（22），洗涤装置（22）的工位后侧设有干燥箱（23），干燥箱（23）的工位后侧设有磷酸铁储罐（21）；

溶铁罐（1）、第一过滤装置（2）、沉淀池（3）、第二过滤装置（4）、双极膜电渗析装置（10）、磷酸亚铁反应罐（5）、亚铁氧化釜（6）、陈化装置（7）、磷酸铁结晶装置（8）、第三过滤装置（9）、洗涤装置（22）及干燥箱（23）之间形成磷酸铁合成的连续通路。

2.根据权利要求1所述的磷酸铁的合成系统，其特征在于：所述溶铁罐（1）通过盐酸进管连接有工业盐酸储罐（11）。

3.根据权利要求1所述的磷酸铁的合成系统，其特征在于：所述沉淀池（3）通过硫酸进管连接有硫酸储罐（12）。

4.根据权利要求1所述的磷酸铁的合成系统，其特征在于：所述双极膜电渗析装置（10）连接有磷酸氢二钠储罐（13）。

5.根据权利要求1所述的磷酸铁的合成系统，其特征在于：所述亚铁氧化釜（6）通过氧化剂进管连接有双氧水储罐（24）。

6.根据权利要求1所述的磷酸铁的合成系统，其特征在于：所述陈化装置（7）通过碱液进管与双极膜电渗析装置（10）出碱口连接，或者，陈化装置（7）通过碱液进管连接有氢氧化钠或碳酸钠溶液储罐。

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