[发明专利]一种提纯硫酸亚铁和制备磷酸铁的方法

说明书

本发明提供了一种提纯硫酸亚铁和制备磷酸铁的方法。所述提纯硫酸亚铁的方法包括：将硫酸法钛白粉副产物溶于水中，加入抗坏血酸，并用硫酸调节pH至1‑2.5，混合，固液分离；向液相中加入络合剂，以及硫化物和/或草酸盐，混合反应，固液分离；向液相中加入磷酸，混合，沉淀，固液分离，得到提纯的硫酸亚铁溶液。所述制备磷酸铁的方法包括：将上述提纯的硫酸亚铁溶液与磷酸盐和双氧水混合反应，固体产物干燥，焙烧后得到磷酸铁。本发明提供的方法制备的磷酸铁纯度高，杂元素含量低，满足电池级磷酸铁的性能要求。

技术领域

本发明属于无机材料技术领域，具体涉及一种提纯硫酸亚铁和制备磷酸铁的方法。

背景技术

钛白粉，即二氧化钛，是一种重要的无机颜料。工业上制备钛白粉的工艺主要有硫酸法和氯化法，其中硫酸法制备钛白粉的主要副产物为硫酸亚铁。随着钛白粉生产量逐年提高，产生了大量的副产物硫酸亚铁，大量的随意堆存既污染环境又浪费资源。

硫酸亚铁是制备磷酸铁的一种原材料，而FePO₄又可作为铁源制备锂离子电池的正极材料LiFePO₄。随着新能源技术的不断进步，为锂离子电池在储能电池领域的应用提供了发展的机遇。LiFePO₄由于循环寿命长、成本低且环境友好、安全性高等优点，是目前最有市场前景的锂离子电池正极材料，而作为其前驱体的FePO₄，结构稳定、成本低和无毒等优点，也越来越引起人们的关注。如果将硫酸法钛白粉的副产物硫酸亚铁用于制备电池级磷酸铁，则既能实现资源的回收利用，又能解决环境污染等问题。但是硫酸法钛白粉的副产物中含有多种杂质，且含量较高，无法直接用于制备电池级磷酸铁。

目前，FePO₄的制备方法主要有共沉淀法、水热法、喷雾干燥法等。共沉淀法是将铁源与磷源溶解之后，加入其他的化合物使之析出沉淀，然后经过洗涤、干燥、煅烧得到FePO₄。水热法是在高温高压条件下进行反应，难溶物质可以溶解和重结晶，达到生成产物的目的。但此方法需要较高的温度和较大的压力，对反应容器的耐压性能有较高要求，因此该方法耗能高，不具有大批量生产的优势。喷雾干燥法所用干燥器属于对流型干燥器，热效率比较低。

CN 109775679A提出了一种高纯高压实磷酸铁锂用的磷酸铁的制备方法：利用钛白粉副产品硫酸亚铁为原料，通过硫化物和氢氧化铁反应生成沉淀，除去硫酸亚铁中的杂质，再用氢氧化铁滤饼制备磷酸铁。CN 108101016A公开了一种钛白副产硫酸亚铁制备磷酸铁锂的方法，采用硫化钠对硫酸法钛白粉副产硫酸亚铁进行纯化后，与磷酸、双氧水反应，制备磷酸铁。但是上述方法得到的磷酸铁杂质元素含量仍然较高，而且工艺复杂，耗能高，成本高，分离效率低，有待于研究一种改进的电池级磷酸铁的制备方法，以满足锂离子电池正极材料的使用需求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种提纯硫酸亚铁和制备磷酸铁的方法。该方法制备的磷酸铁纯度高，杂元素含量低，满足电池级磷酸铁的性能要求。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种提纯硫酸亚铁的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将硫酸法钛白粉副产物溶于水中，加入抗坏血酸，并用硫酸调节pH至1-2.5(例如可以是1、1.2、1.5、1.8、2、2.2或2.5等)，混合，固液分离；

(2)向步骤(1)得到的液相中加入络合剂，以及硫化物和/或草酸盐，混合反应，固液分离；

(3)向步骤(2)得到的液相中加入磷酸，混合，沉淀，固液分离，得到提纯的硫酸亚铁溶液。

本发明所述硫酸法钛白粉副产物是指工业上采用硫酸法制备钛白粉的副产物，其主要成分为硫酸亚铁。

在本发明一些实施方式中，所述硫酸法钛白粉副产物中硫酸亚铁的含量为95-99.5wt％。