磷酸铁的工艺合成

背景技术

传统的磷酸铁制备方法之一是用二价铁盐(如硫酸亚铁)和磷酸氢氨，磷酸，氨水， 双氧水等反应合成。该技术方法有不可避免的副产物铵盐(硫酸铵），硫酸铵溶液总量较大 且含量低，环保处理起来成本高，且容易污染环境，并且副产物价值不高。此外，以硫酸根为 例，当磷酸铁产品作为原料用于制备磷酸铁锂时，其中的硫酸根经烧结会产生二氧化硫，导致环境污染。

传统的磷酸铁制备方法之二是用纯铁与强酸反应生成三价铁，然后再与磷酸反应 生成磷酸铁。强酸引入的强酸根(例如硫酸根)容易附着在所制得的磷酸铁产品表面使产品 呈现酸性，因此往往需要再使用铵来调节酸碱度，此外，以硫酸根为例，当磷酸铁产品作为 原料用于制备磷酸铁锂时，其中的硫酸根经烧结会产生二氧化硫，导致环境污染。

发明内容

为了克服现有技术下的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种磷酸铁制备方法， 该方法生产成本低，环境友好，且所制得的磷酸铁纯度高。

本发明的技术方案是： 一种磷酸铁制备方法，包括如下步骤： (1)化铁:将铁置于磷酸溶液中，加热进行化铁反应，得到含Fe(H2PO4)2的反应液； (2 )氧化：向所述反应液的滤液中加入过氧化氢，搅拌状态下进行氧化反应，再加入聚 乙二醇继续搅拌，使Fe(H2PO4)2反应生成磷酸铁，得到氧化后液； (3 )水解:向所述氧化后液加入蒸馏水，进行水解反应； (4) 过滤洗涤:对水解后的料液进行固液分离，对分离后的固相出料进行水洗至洗涤液 的pH值达到近中性，甩干得到固体磷酸铁； (5) 脱水:对甩干后的固体磷酸铁依次进行干燥、脱水，形成脱水磷酸铁。

所述化铁步骤中，反应温度优选范围是70-95°C，反应时间优选为3-8小时。

所述化铁步骤中，所用的铁为铁棒，将所述铁棒堆码在反应釜中，然后将所述磷酸 溶液加入到反应爸中。

配制所述磷酸溶液所用的磷酸优选为食品级磷酸，所用的水为纯水。

对于前述任意一种所述的磷酸铁制备方法，所述氧化步骤均可以按照以下内容进 行操作:在反应温度下进行反应液的搅拌，在搅拌的同时以细流缓慢加入过氧化氢，加入过 氧化氢后再加入聚乙二醇溶液，加入聚乙二醇溶液的起始时间为开始加入过氧化氢后的 50-70分钟，直至Fe (H2PO4) 2反应达到工艺终点。

所述聚乙二醇溶液的质量浓度为30-55%。

所述氧化反应的反应温度为18-45°c。

对于前述任意一种所述的磷酸铁制备方法，所述水解步骤均可以为:加入水解所 需的蒸馏水，搅拌5-10分钟后，加热到70-90°C，保温50-70分钟。

对于前述任意一种所述的磷酸铁制备方法，所述过滤洗涤步骤均可以为:采用压 滤机压滤进行固液分离，固相出料导入离心机进行一次或多次离心水洗和甩干，当离心机 排出的洗涤液的pH值为5.9-6.1时，停止水洗并继续甩干获得固体磷酸铁。

所述脱水步骤可以为:对过滤洗涤步骤获得的固体磷酸铁通过闪蒸去除表面水， 产出干燥的FePO4 · 2H2O,再将FePO4 · 2H2O导入炉具，在380-420°C下高温脱水形成无水磷 酸铁。

本发明的有益效果为： 用磷酸化铁和用双氧水氧化取代传统工艺中的强酸化铁，原料成本相比采用强酸要 低，因不会引入其他金属阳离子杂质和其他酸根杂质，一方面为获得较高纯度的磷酸铁提 供了有力保证，不会导致强酸根残留，也不需要处理副产物，因此不需另行设置提纯、调产 品酸碱度等工艺步骤，生产成本得以进一步降低，另一方面也不会产生例如二氧化硫等化 学污染物，有利于减少或避免对环境的污染。

具体实施方式

图1所示为本发明的磷酸铁制备方法的工艺流程，包括用铁和磷酸反应生成磷酸 二氢亚铁Fe(H2PO4)2(即化铁），用磷酸二氢亚铁和双氧水反应形成磷酸铁悬浮液（即氧化），加热得到磷酸铁固体（即水解、过滤、洗涤），通过烘干和脱水（即脱水)形成无水磷酸铁。

具体的生产工艺过程可以为： (1)化铁工序 配置16-25%磷酸溶液:将磷酸(优选为食品级的）缓慢搅拌融入纯水中，配制成标准磷 酸溶液。

在反应釜中堆码制定规格的铁棒，加入适量标准磷酸溶液，加热至70_95°C进行化 铁反应Fe+2H3PO4= Fe(H2PO4)2+H2,反应3-8小时后，测定磷酸二氢亚铁Fe(H2PO4)2含量，当 含量达到约18-20%时，将反应液过滤至清洁透明，无悬浮沉淀物，所得到的滤液供氧化工序用。

(2)氧化工序 将所述滤液打入反应釜中，加热至18_45°C，开始搅拌，以细流缓慢加入过氧化氢(可以 是工业级的），反应50-70分钟后，继续搅拌，加入分散剂30-55%聚乙二醇溶液，至反应完全， 过氧化氢的加入量依据反应需要设定，通常可略大于工艺完成的反应量，分散剂的加入量 可以依据工艺条件，通过实验或经验确定。

反应方程式是： 2Fe(H2PO4)2+H2O2=2FePO4+2H3PO4+2H2O。

(3)水解工序 向氧化后溶液中加入适量蒸馏水，搅拌约5-10分钟后，加热到70-90°C，保温50-70分钟 后，充分水解，充分析出磷酸铁晶体。

(4)压滤洗涤工序 将水解后的料液用压滤机进行压滤分离，收集滤出液，将滤出的固相料体导入离心机 中，用水洗涤，然后甩干，收集洗涤后液并测定其pH值，以洗涤后液的pH值在5.9-6.1之间为 目标，洗涤、甩干反复进行，直至洗涤后液pH值至上述范围。

(5)干燥和脱水工序 将离心机甩干后的固体磷酸铁通过闪蒸方式去除表面水，产出干燥的二水磷酸铁 FePO4 · 2H2O。然后将二水磷酸铁导入炉具，380-420°C高温脱水形成磷酸铁。