磷铁的利用

简介

磷铁来源广泛，可以从磷铁矿、热法磷酸或钙镁磷肥等化工副产物中获得，量大价廉。目前每年磷化工副产磷铁约有30万t(根据原料中铁含量不同，每生产11黄磷副产磷铁100~200kg)，价格依据品位和粒度而定，目前粒度6.5um(2000目)的约0.4万元/，粒度3.4pm (4000目)的约0.6万元/t。磷铁是一种Fe和P混合较好的金属间化合物，导电性好，密度较大，常温下化学性质稳定，耐蚀。磷铁的成分、杂质种类和含量依据原料和工艺条件而定，种类繁多，一般有FeP、Fe₂P、Fe₃P、Fe₄P和FeP₂等，通常ω(Fe)50%~75%、ω(P)18%~30%，并含少量Si、Ca、V等杂质，可以通过(区域)熔融、碱熔、重结晶、机械处理、球磨、络合等方法进行提纯。磷铁的主要元素为Fe和P，比 FePO₄少O，价格却远低于~3万元/t的FePO₄而且纯度可控，从热力学原理上分析可以制备含有Fe和P的能源材料。

随着磷矿资源的枯竭，利用磷铁制备能源材料不仅拓展磷铁的应用领域，提升磷铁的品位和价值，而且有利于开辟能源材料的新合成工艺路线，使同类产品的成本和性能具有极大的市场竞争力，同时实现废物治理、资源、能源和环境的和谐发展。

应用

1、制备磷酸亚铁锂

利用磷铁生产1t磷酸亚铁锂(LiFePO₄)的成本比利用FePO₄的生产成本降低2万元以上，但是性能可达到或超过目前的市售产品。用磷铁生产的LiFePO₄产品：ω(Li)~4.4%，ω(Fe)35.4%，ω(P)19.6%，ω(C)2%~6%，松装密度>0.5g/cm³，振实密度>1.0 g/cm³，中位粒径~4um，极片压实密度2.1~2.4g/cm³，充放电倍率为0.1C时克容量>150mAh，充放电倍率为1C时克容量>130mAh，具有极大的竞争优势。

2、制备FePO₄

应用领域广，市场大，易规模化低成本生产，是磷铁规模化应用的重要突破口。

1)化学法 将磷铁粉末在300~1300℃的干燥含氧气氛中焙烧得到中间产物P2O5气体和Fe2O3，气体经溶液吸收。根据需要补充磷源或铁源，进行不同的处理后反应生成磷酸铁，过滤洗涤后得到高纯磷酸铁。

2)电解法 通过阳极袋电解除杂，以磷铁为阳极、以石墨为阴极、以水溶液为电解液，利用水中的氧为P提供氧源，恒流无膜电解后溶液由无色变为黄色，调整pH至1~5，经过滤、洗涤、干燥，得到淡黄色FePO₄。经过初步推算，电解磷铁生产1t FePO₄约需0.35万元。

3、制备Li3PO4和Fe2O3

产物有一定市场，易规模化低成本生产。将磷铁与一定量锂盐在300~700℃的空气气氛下焙烧得到Li3PO4和Fe2O3，根据需要可以将二者进行分离或提纯。

4、制备电池负极材料Fe_xP

Fe_xP为具有很好发展前景的绿色、价廉、高密度、高容量、高能量负极材料。

目前广泛应用的石墨类负极材料脱嵌锂容量和能量密度低，难以满足高能量电源的需求。Fe_xP基负极材料具有理论容量高、Fe-P离子键强、电子云高度取向、价廉环保等优点，备受关注。该类材料传统上通过化学或电化学方法合成，实际上可直接以磷铁为原料通过活化处理或修饰改性得到。

参考文献

[1]郭和一,王贵欣,李成佳,等.利用磷铁制备能源材料的研究进展[J].磷肥与复肥,2012,27(06):14-16+19.