[发明专利]一种阳离子金属除杂剂及其应用

说明书

本发明涉及一种金属阳离子除杂剂，所述除杂剂的成分包括：络合分散剂、缓冲剂以及沉淀剂。所述除杂剂可适用于去除以铁和磷酸为原料制备磷酸铁的过程中，过滤收集磷酸铁结晶后剩余的母液以及对所述磷酸铁结晶进行洗涤后的洗液中所含的金属阳离子杂质。本发明提供的除杂剂采用了分散络合‑团聚‑沉降的原理，可有效去除溶液中的金属阳离子杂质，使磷酸法制备磷酸铁工艺中所得的滤洗液循环使用，从而降低了生产成本，保证了产品纯度，减少了废液排放，改善了环境。

技术领域

本发明属于无机新材料技术领域，具体涉及一种阳离子金属除杂剂，及其在电池级片状结构无水磷酸铁制备工艺中的应用。

背景技术

磷酸铁主要用于制备锂离子电池正极材料磷酸铁锂的前驱体，其制备工艺方法有硫酸法、草酸法、盐酸法，硝酸法和磷酸法。目前广泛应用的是铁与硫酸反应生成硫酸亚铁溶液，用双氧水氧化，再与磷磷酸二铵或者磷酸一铵反应生成球形磷酸铁。在上述生产过程中，将铁粉与磷酸在反应器中反应后，进行氧化，在进行晶化，过滤得到含水磷酸铁，而过滤液和洗液经过蒸发浓缩后再加新磷酸调配到一定的浓度后，可以循环用于化铁。

上述工艺采用的铁粉可以是多次精选的铁矿粉，也可以是经还原烧结的高纯度铁矿粉，也可以是电解铁粉，也可以是球墨铸铁粉，或任意二种及三种的混合铁粉，但不管哪种铁粉都含有许多微量的杂质金属阳离子，常见的是Mn、Ti、K、Na、Cr、Zn、Pb、Ca、Mg、Cu等金属杂质。不管铁粉的纯度多高、杂质含量的多少，经循环使用后，上述金属杂质都会进入亚铁溶液中，最终会造成磷酸铁产品的杂质超标，从而影响电池产品的性能。

如何低成本、高效率除去由于原料循环利用过程中，杂质元素的积累给产品质量带来的危害，是生产磷酸铁过程中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种金属阳离子除杂剂。该除杂剂优选适用于以铁和磷酸为原料制备磷酸铁的过程中，过滤收集磷酸铁结晶后剩余的母液以及对所述磷酸铁结晶进行洗涤后的洗液。本发明提供的除杂剂采用了分散络合-团聚-沉降的原理，可有效去除溶液中的杂质元素，使滤洗液循环使用，降低了生产成本，保证了产品纯度，减少了废液排放，改善了环境。

具体而言，本发明提供金属阳离子除杂剂包括：络合分散剂、缓冲剂以及沉淀剂。

其中，所述络合分散剂的分子式为C_aH_bN_EO_F，其中a＝3～6，b＝6～8，E＝3～6，F＝0～3。具体而言，所述络合分散剂可以为胺类化合物或聚胺类多元醇，例如：三聚醇胺、乙二胺四乙酸、1,3,5-三嗪-2,4,6-三胺等。

所述缓冲剂为酰胺类有机化合物，例如：乙酰胺、碳酰胺、甲酸胺等。

所述沉淀剂为无机或有机聚合物。为了实现最佳的沉淀效果，所述沉淀剂为分子量1500～2500的无机聚合物，例如黄腐酸铁、聚合硫酸铁等，或分子量1500～2500的有机聚合物，例如聚丙烯酰胺等。

为了实现最佳的分散络合-团聚-沉降效果，本发明对三种成分的含量进行优化。具体而言，所述除杂剂包括如下重量百分比的成分：络合分散剂20～30％，缓冲调整剂20～30％，沉淀剂40～60％。

本发明同时保护除杂剂在去除溶液中所含金属阳离子杂质中的应用。其中，所述金属阳离子杂质包括：Mn、Ti、K、Na、Cr、Cd、Co、Zn、Ni、Pb、Ca、Mg、Al离子中的一种或多种。本发明提供的除杂剂对Al、Ca、Cr、Mg、Mn、Ni、Po、Zn、Ti离子具有更好的去除效果，对上述离子的去除效果可达到50％以上。在实际应用中，所述金属阳离子杂质可以为铁粉中所含金属杂质的阳离子。

一般而言，溶液中离子浓度较低时，其去除难度更大。当金属阳离子在溶液中的含量为0.001ppm～100ppm时，本发明提供的除杂剂仍然可以实现优异的除杂效果。