[发明专利]制备磷酸亚铁水合盐结晶的方法

说明书

本发明属于固体废弃物再利用领域，特别涉及一种利用钛白绿矾制备磷酸亚铁水合盐结晶的方法。本发明为解决目前钛白绿矾除杂工艺设备要求高、除杂不完全，除杂后所得产品性质不稳定的问题，提供了一种利用钛白绿矾制备磷酸亚铁水合盐结晶的方法，该方法主要包括将钛白绿矾、水和磷酸混匀，形成胶体后离心，然后向滤液中加入磷源溶液，再用碱性溶液调节pH，最后离心、过滤，对滤渣进行洗涤、干燥即得合格的磷酸亚铁水合盐结晶产品。本发明所述方法适用的绿矾来源广泛，产生的硫酸亚铁胶体吸附杂质不具有选择性，除杂率在85％以上；制备的磷酸亚铁水和结晶盐可作为制备磷酸铁锂正极材料的二价铁源前驱体，形貌规整，产品附加值高，市场前景大。

技术领域

本发明属于固体废弃物再利用领域，特别涉及一种利用钛白绿矾制备磷酸亚铁水合盐结晶的方法。

背景技术

我国的钛白粉生产以硫酸法为主，据不完全数据统计，每年钛白副产绿矾高达500万吨以上，因其Ti⁴⁺、Mn²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等杂质含量高无法利用，长期作为固体废弃物进行堆放，不仅给环境保护带来很大的压力，而且制约了钛白粉行业的发展。因此，要将钛白绿矾进行废物利用，效果优异的除杂净化工艺就是钛白绿矾再利用的第一要务。

橄榄石结构的磷酸铁锂为现行电池三大正极材料之一，在锂电池行业占有举足轻重的份额，自问世以来便因其具有长循环、高安全、低成本等优点而获得了极高的关注度，且经过近几十年的发展已得到市场的验证和认可。磷酸亚铁是制备磷酸铁锂的一种二价铁源前驱体，相较于三价铁源磷酸铁前驱体来说，具有合成过程简单控制，不需要先氧化再还原的重复过程，且煅烧温度低，堆积密度高、体积比容量大等突出优点，可以作为磷酸铁锂前驱体制备的备用选项。

将钛白绿矾净化除杂后的硫酸亚铁溶液制备成磷酸亚铁晶体，是非常有市场前景的处理方式。不仅解决了钛白绿矾固废排放的问题，而且制备成附加值很高的电池级产品磷酸亚铁，变废为宝，是真正的可持续的、绿色的发展模式。要制备优异的磷酸铁锂电极材料，前驱体磷酸亚铁的品质和杂质含量是最关键的指标，是决定磷酸亚铁品质的重要因素，因此好的钛白绿矾除杂方案和制备磷酸亚铁晶体的工艺就至关重要。球形产品不仅具有堆积密度高、体积比容量大等突出优点，而且还具有优异的流动性、分散性和可加工性能，因此球形产品更有希望通过表面修饰进一步改善综合性能，故而对球形磷酸亚铁前驱体的制备提出了更高的要求。

现有技术1采用将绿矾与硫铁矿配矿后一起掺烧，综合利用S和Fe资源，主要步骤：将七水硫酸亚铁用自控系统粉碎后与硫铁矿配矿后，一起进入到沸腾炉中焙烧，利用硫铁矿分解释放的热量分解七水硫酸亚铁，用于制备硫酸和炼铁厂的原料，其中七水硫酸亚铁掺烧量可达40％。该方法的工艺不足之处在于设备要求高、所制备的产品附加值不高，导致目前主要的钛白粉生产基地用于掺烧硫铁矿制备硫酸工艺的绿矾用量少，配备的生产线少。

现有技术2公开了一种硫酸亚铁制备磷酸亚铁的方法。包括如下步骤：(1)硫酸亚铁配置成溶液后，然后加入铁粉与碱调节pH保温后陈化；(2)向步骤(1)的产品加入含钠溶液合成磷酸亚铁产品。该方法的不足之处在于所述的方法需要升温制备且反应时间长，没有考虑到亚铁离子的抗氧化问题，导致得出的产品性质不稳定，另外，制备的磷酸铁形貌特征未展示，不利于后期磷酸铁锂的制备。

由于现有的钛白绿矾综合利用技术水平不高，产品附加值低，经济效益不理想，使得钛白粉主要产地配套的钛白绿矾再利用生产线少，大量的固废资源并未得到利用，仍以堆积为主，因此，急需市场前景好的产品来注入强心针，推进钛白绿矾固废资源再利用的研究成果，而将其通过有效地合成工艺制备为锂电池的前驱体材料无非是最优异的选项。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：目前钛白绿矾除杂工艺设备要求高、除杂不完全，除杂后所得产品性质不稳定的问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：提供一种制备磷酸亚铁水合盐结晶的方法，该方法包括如下步骤：