[发明专利]一种一步法制备纳米无水磷酸铁的方法

说明书

本发明公开一种一步法制备纳米无水磷酸铁的方法。将炼钢厂产生的氧化铁红废料放入密封反应釜内，通入CO，在温度为300‑350℃，压力为5‑6个大气压下反应5‑6小时，然后降低温度为200℃，压力提升至150‑200atm,继续通入CO反应2‑3小时后，将压力缓慢释放，同时将释放出的气体冷却得到羰基铁；将磷酸恒温至温度为70‑95℃，然后将羰基铁与磷酸同时喷雾至反应釜内，喷雾采用的气体为空气,反应釜与旋风收尘装置连接，然后收集旋风收尘装置内的物料，经过真空包装得到纳米无水磷酸铁。本发明工艺简单，成本低，得到的无水磷酸铁为纳米颗粒，分散性好，纯度高，杂质含量低，铁磷比能够精确控制，且生产效率高。

技术领域

本发明涉及一种一步法制备纳米无水磷酸铁的方法，属于锂电池新能源材料领域。

背景技术

磷酸铁，又名磷酸高铁、正磷酸铁，分子式为FePO4，是一种白色、灰白色单斜晶体粉末。是铁盐溶液和磷酸钠作用的盐，其中的铁为正三价。其主要用途在于制造磷酸铁锂电池材料、催化剂及陶瓷等。

高纯度的二水磷酸铁的颜色为近白色或浅(淡)黄白色粉末，随着结晶水的丢失，颜色逐渐变黄，纯无水物呈黄白色粉末。二水物磷酸铁中磷(P)超标时外观呈灰白色或暗灰白色；如铁超标时呈暗黄色。磷铁比是衡量磷酸铁品质最关键的指标，也是决定磷酸铁锂品质最关键的因素。磷酸铁中如存在大量的二价铁或钠、钾、硫酸根、铵根离子时，二水磷酸铁则呈暗黑色或灰白色。振实密度：1.13～1.59g/cm3，松装密度0.75～0.97g/cm3。加热时易容于盐酸，但难溶于其它酸，几不溶于水、醋酸、醇。在自然界中以蓝铁矿形式存在。

目前无水磷酸铁的制备均为磷酸盐与铁盐反应得到二水磷酸铁，再经过高温煅烧(一般温度为500-600℃)脱去两个结晶水得到无水磷酸铁，由于高温煅烧，导致无水磷酸铁的比表面积急剧降低，且煅烧过程能耗高，据实际生产，每吨无水磷酸铁消耗电能3500-5500度电，且对设备要求高，工艺繁琐，烧结过程会造成磷的挥发损失，从而使得铁磷比升高，且容易造成产品的污染。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种一步法制备纳米无水磷酸铁的方法，工艺简单，成本低，得到的无水磷酸铁为纳米颗粒，分散性好，纯度高，杂质含量低，铁磷比能够精确控制，且生产效率高。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种一步法制备纳米无水磷酸铁的方法，其为以下步骤：

(1)羰基铁的制备，将炼钢厂产生的氧化铁红废料放入密封反应釜内，通入CO，在温度为300-350℃，压力为5-6个大气压下反应5-6小时，然后降低温度为200℃，压力提升至150-200atm,继续通入CO反应2-3小时后，将压力缓慢释放，同时将释放出的气体冷却至温度为70-85℃，得到的液体为羰基铁，将收集得到的羰基铁再冷却到温度为15-25℃；

(2)将磷酸恒温至温度为70-95℃，然后将羰基铁与磷酸同时喷雾至反应釜内，喷雾采用的气体为空气，同时采用微波加热反应釜使得反应釜内的温度为250-350℃，压力维持在2-2.2个大气压，同时维持物料的反应时间为30-60min,反应釜与旋风收尘装置连接，维持旋风收尘装置内的温度为150-180℃，然后收集旋风收尘装置内的物料，经过真空包装得到纳米无水磷酸铁。

所述步骤(2)喷入反应釜内的磷酸与羰基铁的摩尔比为1.02-1.05：1，喷雾时采用的空气的压力为3-4个大气压，磷酸雾滴和羰基铁雾滴的粒径为5-10微米，羰基铁在反应釜底部喷雾，磷酸在反应釜顶部喷雾。

所述步骤(2)在羰基铁与磷酸进行喷雾时，同时从反应釜底部鼓入空气，鼓入空气的流速为3-5m/s，每小时鼓入的空气量为反应釜总体积的1-1.5倍。

所述步骤(2)中反应釜的球形结构，反应釜与旋风收尘装置的连接处设置在反应釜的中部。