一種制備磷酸鐵的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備磷酸鐵的方法，先采用鐵粉或鐵的氧化物作為鐵源，以磷酸作為磷源制備磷酸亞鐵母液，然后加入過氧化氫制備磷酸鐵粗品，最后采用蒸餾水洗滌磷酸鐵粗品，將洗滌后產(chǎn)品烘干即得磷酸鐵產(chǎn)品，磷酸濾液可回收重復(fù)使用。本發(fā)明的制備磷酸鐵的方法，直接使用鐵粉或鐵的氧化物作為原料，較之磷酸鹽與鐵鹽生產(chǎn)磷酸鐵，其微量金屬含量更易控制，振實(shí)密度指標(biāo)更穩(wěn)定；使用磷酸作為磷源，磷酸可循環(huán)使用，將磷酸鐵的濾液作為磷源回收至制備磷酸亞鐵階段，有效減少了污水中磷的含量，同時提高了磷源的利用率。
【專利說明】
一種制備磷酸鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種制備能源材料的方法，尤其涉及一種制備磷酸鐵的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池是新一代的綠色高能電池，具有電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好、自放電小、無記憶效應(yīng)、工作溫度范圍寬等眾多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于移動電話、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、攝錄機(jī)、電子儀表等，在UPS、電動工具、電動自行車、電動汽車、儲能電池等領(lǐng)域也具有光明的應(yīng)用前景。近年來，鋰離子電池的產(chǎn)量飛速增長，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，已成為在二十一世紀(jì)對國民經(jīng)濟(jì)和人民生活具有重要意義的高新技術(shù)產(chǎn)品。
[0003]目前，鋰離子電池在便攜式電子產(chǎn)品用的小型電池領(lǐng)域已日趨成熟，應(yīng)用范圍正逐步向中大容量、中高功率的動力型和儲能型電池領(lǐng)域拓展。正極材料是鋰離子電池的重要組成部分，其性能在很大程度上決定了電池的綜合性能。正極材料研究和性能改進(jìn)是鋰離子電池發(fā)展的核心之一。
[0004]磷酸鐵又稱磷酸高鐵，英文名稱是iron(iii)phosphate tetrahydrate，CAS號為10045-86-0。磷酸鐵常用作制作鋰電池的磷酸鐵鋰的原料，隨著新能源的運(yùn)用，對磷酸鐵的需求越來越大，目前磷酸鐵的生產(chǎn)工藝多為磷酸鹽與鐵鹽生產(chǎn)磷酸鐵，較少有磷酸與鐵直接生產(chǎn)磷酸鐵的工藝;磷酸鹽與鐵鹽生產(chǎn)磷酸鐵的生產(chǎn)時間與能耗均高于磷酸與鐵直接生產(chǎn)磷酸鐵，而且生成了其他副產(chǎn)物鹽，后續(xù)處理較為困難。此外，由于鐵鹽的雜質(zhì)含量高，對磷酸鐵的生產(chǎn)提純有較大的影響，使用鐵鹽的生產(chǎn)過程中，對提純的工藝要求較高;而鐵粉及其氧化物純度普遍較高，在生產(chǎn)磷酸鐵的過程中大大降低了產(chǎn)物的雜質(zhì)含量。如使用硫酸亞鐵為原料，需要考慮其中鈦等金屬離子的含量，還需要考慮處理硫酸根的問題。
[0005]綜上可知，現(xiàn)有技術(shù)中的磷酸鐵生產(chǎn)工藝中制成磷酸亞鐵后難過濾，制備的產(chǎn)品純度較低、副產(chǎn)物多，有必要提供一種磷酸鐵的新的制備方法來解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種雜質(zhì)含量低、工藝簡單的制備磷酸鐵的方法。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]—種制備磷酸鐵的方法，包括如下步驟:
[0009]S1、在反應(yīng)容器中先后加入摩爾比為1:2-3的鐵源與磷源，所述鐵源為鐵粉或鐵的氧化物，然后加入適量的水使得體系中鐵的質(zhì)量百分比含量為2%_5%，不斷攪拌下升溫，在70-98 0C下反應(yīng)0.5-2h，過濾得到磷酸亞鐵母液；
[0010]S2、向步驟SI的產(chǎn)物中加入過氧化氫溶液，繼續(xù)加入乙醇溶液，不斷攪拌下升溫，在50-98°C下反應(yīng)l_4h，過濾得到磷酸鐵粗品；
[0011]S3、采用蒸餾水?dāng)嚢柘礈觳襟ES2的產(chǎn)物磷酸鐵粗品15-30min，重復(fù)洗滌2-4次，過濾得到濾液和磷酸鐵粗品A，所述濾液作為磷源回收至步驟SI中繼續(xù)使用；
[0012]S4、將步驟S3的產(chǎn)物磷酸鐵粗品A放置于65-75°C的烘箱內(nèi)干燥處理4.5-6h，即得憐酉交鐵廣品。
[0013]優(yōu)選地，所述磷源為磷酸溶液。
[0014]優(yōu)選地，所述磷酸亞鐵與過氧化氫的摩爾比為1:0.5-1.5。
[0015]優(yōu)選地，所述過氧化氫溶液與乙醇的質(zhì)量比為1:0-1。
[0016]優(yōu)選地，所述步驟S3中磷酸鐵粗品A與蒸餾水的質(zhì)量比為1:2-4。
[0017]優(yōu)選地，所述步驟S3中蒸餾水的溫度為50-80°C。
[0018]優(yōu)選地，所述鐵的氧化物為四氧化三鐵。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:
[0020](I)直接使用鐵粉或鐵的氧化物作為原料制備磷酸亞鐵，有效解決了磷酸鹽與鐵鹽進(jìn)行置換反應(yīng)制成磷酸亞鐵后難過濾等問題，提高了反應(yīng)速度與生產(chǎn)效率，降低了能耗，同時減少了配水量；
[0021](2)直接使用鐵粉或鐵的氧化物作為原料，較之磷酸鹽與鐵鹽生產(chǎn)磷酸鐵，避免了大量副產(chǎn)物鹽的產(chǎn)生，同時提高了產(chǎn)品收率；
[0022](3)直接使用鐵粉或鐵的氧化物作為原料，較之磷酸鹽與鐵鹽生產(chǎn)磷酸鐵，其微量金屬含量更易控制，振實(shí)密度指標(biāo)更穩(wěn)定；
[0023](4)使用磷酸作為磷源，磷酸可循環(huán)使用，將磷酸鐵的濾液作為磷源回收至制備磷酸亞鐵階段，有效減少了污水中磷的含量，同時提高了磷源的利用率。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0025]實(shí)施例1:
[0026]—種制備磷酸鐵的方法，包括如下步驟:
[0027]S1、稱取27g鐵粉于反應(yīng)釜中，加入94g磷酸后加入1230mL蒸餾水，不斷攪拌下升溫至70°C，反應(yīng)2h，過濾得到磷酸亞鐵母液；
[0028]S2、向步驟SI的產(chǎn)物磷酸亞鐵母液中加入9.0g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的過氧化氫溶液，繼續(xù)加入9.0g乙醇溶液，不斷攪拌下升溫至50°C，反應(yīng)4h，過濾得到磷酸鐵粗品；
[0029]S3、采用50°C的蒸餾水180g攪拌洗滌步驟S2的產(chǎn)物磷酸鐵粗品15min，重復(fù)洗滌2次，過濾得到濾液和磷酸鐵粗品A，所述濾液作為磷源回收至步驟SI中繼續(xù)使用；
[0030]S4、將步驟S3的產(chǎn)物磷酸鐵粗品A放置于65 V的烘箱內(nèi)干燥處理6h，即得磷酸鐵產(chǎn)品O
[0031]以鐵源計(jì)算產(chǎn)品收率達(dá)到99.1%，粒度達(dá)到3um滿足HG/T4701-2014《電池用磷酸鐵》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，振實(shí)密度達(dá)到0.75g/cm3，滿足HG/T4701-2014《電池用磷酸鐵》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0032]實(shí)施例2:
[0033]—種制備磷酸鐵的方法，包括如下步驟:
[0034]S1、稱取116g四氧化三鐵于反應(yīng)釜中，加入141g磷酸后加入283mL蒸餾水，不斷攪拌下升溫至98 °C，反應(yīng)0.5h，過濾得到磷酸亞鐵母液；
[0035]S2、向步驟SI的產(chǎn)物磷酸亞鐵母液中加入27g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 %的過氧化氫溶液，繼續(xù)加入20g乙醇溶液，不斷攪拌下升溫至98°C，反應(yīng)lh，過濾得到磷酸鐵粗品；
[0036]S3、采用80°C的蒸餾水360g攪拌洗滌步驟S2的產(chǎn)物磷酸鐵粗品30min，重復(fù)洗滌4次，過濾得到濾液和磷酸鐵粗品A，所述濾液作為磷源回收至步驟SI中繼續(xù)使用；
[0037]S4、將步驟S3的產(chǎn)物磷酸鐵粗品A放置于75°C的烘箱內(nèi)干燥處理4.5h，即得磷酸鐵
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[0038]以鐵源計(jì)算產(chǎn)品收率達(dá)到99.3%，粒度達(dá)到4um滿足HG/T4701-2014《電池用磷酸鐵》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，振實(shí)密度達(dá)到0.85g/cm3，滿足HG/T4701-2014《電池用磷酸鐵》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0039]實(shí)施例3:
[0040]一種制備磷酸鐵的方法，包括如下步驟:
[0041]S1、稱取27g鐵粉于反應(yīng)釜中，加入138g磷酸后加入600mL蒸餾水，不斷攪拌下升溫至80°C，反應(yīng)2h，過濾得到磷酸亞鐵母液；
[0042]S2、向步驟SI的產(chǎn)物磷酸亞鐵母液中加入65g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 %的過氧化氫溶液，不斷攪拌下升溫至60°C，反應(yīng)4h，過濾得到磷酸鐵粗品；
[0043]S3、采用70°C的蒸餾水400g攪拌洗滌步驟S2的產(chǎn)物磷酸鐵粗品20min，重復(fù)洗滌3次，過濾得到濾液和磷酸鐵粗品A，所述濾液作為磷源回收至步驟SI中繼續(xù)使用；
[0044]S4、將步驟S3的產(chǎn)物磷酸鐵粗品A放置于70 V的烘箱內(nèi)干燥處理5h，即得磷酸鐵產(chǎn)品O
[0045]以鐵源計(jì)算產(chǎn)品收率達(dá)到99.0%，粒度達(dá)到3.6um滿足HG/T4701-2014《電池用磷酸鐵》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，振實(shí)密度達(dá)到0.82g/cm3，滿足HG/T4701-2014《電池用磷酸鐵》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0046]本發(fā)明的有益效果是:
[0047](I)直接使用鐵粉或鐵的氧化物作為原料制備磷酸亞鐵，有效解決了磷酸鹽與鐵鹽進(jìn)行置換反應(yīng)制成磷酸亞鐵后難過濾等問題，提高了反應(yīng)速度與生產(chǎn)效率，降低了能耗，同時減少了配水量；
[0048](2)直接使用鐵粉或鐵的氧化物作為原料，較之磷酸鹽與鐵鹽生產(chǎn)磷酸鐵，避免了大量副產(chǎn)物鹽的產(chǎn)生，同時提高了產(chǎn)品收率；
[0049](3)直接使用鐵粉或鐵的氧化物作為原料，較之磷酸鹽與鐵鹽生產(chǎn)磷酸鐵，其微量金屬含量更易控制，振實(shí)密度指標(biāo)更穩(wěn)定；
[0050](4)使用磷酸作為磷源，磷酸可循環(huán)使用，將磷酸鐵的濾液作為磷源回收至制備磷酸亞鐵階段，有效減少了污水中磷的含量，同時提高了磷源的利用率。
[0051]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)該指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備磷酸鐵的方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、在反應(yīng)容器中先后加入摩爾比為1:2-3的鐵源與磷源，所述鐵源為鐵粉或鐵的氧化物，然后加入適量的水使得體系中鐵的質(zhì)量百分比含量為2%-5%，不斷攪拌下升溫，在70-98 0C下反應(yīng)0.5-2h，過濾得到磷酸亞鐵母液； 52、向步驟SI的產(chǎn)物中加入過氧化氫溶液，繼續(xù)加入乙醇溶液，不斷攪拌下升溫，在50-98°C下反應(yīng)l_4h，過濾得到磷酸鐵粗品； 53、采用蒸餾水?dāng)嚢柘礈觳襟ES2的產(chǎn)物磷酸鐵粗品15-30min，重復(fù)洗滌2-4次，過濾得到濾液和磷酸鐵粗品A，所述濾液作為磷源回收至步驟SI中繼續(xù)使用； 54、將步驟S3的產(chǎn)物磷酸鐵粗品A放置于65-75°C的烘箱內(nèi)干燥處理4.5-6h，即得磷酸鐵廣品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備磷酸鐵的方法，其特征在于，所述磷源為磷酸溶液。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種制備磷酸鐵的方法，其特征在于，所述磷酸亞鐵與過氧化氫的摩爾比為1:0.5-1.5。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種制備磷酸鐵的方法，其特征在于，所述過氧化氫溶液與乙醇的質(zhì)量比為1:0-1。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種制備磷酸鐵的方法，其特征在于，所述步驟S3中磷酸鐵粗品A與蒸餾水的質(zhì)量比為1:2-4。6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種制備磷酸鐵的方法，其特征在于，所述步驟S3中蒸餾水的溫度為50-80 °C。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種制備磷酸鐵的方法，其特征在于，所述鐵的氧化物為四氧化三鐵。
【文檔編號】C01B25/37GK106064810SQ201610373365
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年5月31日 公開號201610373365.8, CN 106064810 A, CN 106064810A, CN 201610373365, CN-A-106064810, CN106064810 A, CN106064810A, CN201610373365, CN201610373365.8
【發(fā)明人】鄭鐵江, 蔣國強(qiáng), 曹圣平, 趙躍, 肖春生, 姜偉偉
【申請人】百川化工(如皋)有限公司, 無錫百川化工股份有限公司, 百川化工銷售如皋有限公司