[发明专利]制备磷酸铁的方法

说明书

本发明涉及制备磷酸铁的方法，属于湿法磷酸后续制备工艺技术领域。本发明解决的技术问题是提供一种制备磷酸铁的方法。该方法包括以下步骤：a、硝酸钙、硫酸亚铁与水混合，得到混合液，混合液于温度40～80℃反应0.5～1h，过滤，得到硫酸钙沉淀和硝酸亚铁溶液；b、将硝酸亚铁溶液与稀硝酸混合，温度50～80℃反应0.5～1.5h，得到硝酸铁溶液，然后浓缩，结晶，得到硝酸铁晶体；c、硝酸铁晶体与浓磷酸混合，于温度120～200℃反应30min以上，得到磷酸铁晶体和硝酸，所述浓磷酸的浓度≥85wt％。本发明工艺，可以利用硝酸法湿法磷酸及其副产物制备磷酸铁，也可以利用其他来源的湿法磷酸和硝酸铁制备磷酸铁，从源头上降低了工艺成本，具有极大的经济价值。且其方法简单，收率高，得到的磷酸铁纯度高，性能稳定。

技术领域

本发明涉及制备磷酸铁的方法，属于湿法磷酸后续制备工艺技术领域。

背景技术

硝酸法湿法磷酸工艺是指采用硝酸分解磷矿生产磷酸的工艺流程，根据钙离子去除方法可以将硝酸法湿法磷酸工艺分为冷冻法、碳化法和混酸法，其中，冷冻法主要是利用硝酸分解磷矿制备的酸解液通过冷冻结晶分离硝酸钙晶体，该工艺每吨产品可副产0.8～1.0吨硝酸钙。目前，该硝酸钙一般用于生产硝酸铵钙肥料，但硝酸铵钙易吸水板结以及单位养分价格高等缺陷制约了其发展，进一步拓展硝酸钙的用途成为了本领域的研究重点。

随着锂离子电池材料的迅速发展，磷酸铁作为以磷酸铁锂为正极材料的锂离子正极材料的前驱体而被关注和研究，报道研究发现磷酸铁中需要精确控制铁磷摩尔比，即铁磷元素含量，才能使得磷酸铁锂锂离子电池具有良好电化学性能此外，产品的粒径对其电化学性能也有很大的影响。现有工业生产工艺中，制备磷酸铁的工艺有多种，但是符合高品质电池级磷酸铁要求的产品较少，而且工艺有较大的提升空间，而市场对于高品质电池级磷酸铁需求日益增加。因此，磷酸铁锂电池等相关行业必然对优质前驱体磷酸铁提出了更高的要求。

目前磷酸铁大多采用硫酸亚铁、铁和铁渣混合物等与磷酸、磷酸盐反应制得，由于其合成过程会掺杂金属及非金属杂质，通常会引入铵盐、氨水、强碱等来去除杂质，因此又会产生更多副产物及固体废物；而且此类工艺体系中铵盐等的增加会提高工业废水中氨氮的含量，环保成本较高，对环境威胁较大。此外，传统磷酸铁的制备方法还采用强酸与纯铁反应，生成的三价铁产物继续与磷酸反应生成磷酸铁产品，该工艺由于强酸的引入，需要添加大量氨水、铵根、氢氧化钠或氢氧化钾来调节pH值，由此增加了产品中杂质离子浓度以及废水处理难度。杂质离子的大量引入对电池充放电过程中的循环性能及功率会产生严重的干扰，影响电池稳定性。

公开号为CN113428848A的发明专利公开了一种电池级磷酸铁的循环制备工艺，选取硝酸铁和磷酸作为原料，通过控制反应时间、温度、搅拌速度和物料配比等条件，控制硝酸铁和磷酸比例并保持磷酸过量，制备过程中无需调节pH和加入其它添加剂即可制备高纯度的磷酸铁；同时，将反应生成的硝酸与铁源进行二次反应，实现了硝酸的循环利用，仅用硝酸铁和磷酸就制备出了高纯度的磷酸铁，过程中没有NH₄⁺等杂质离子和添加剂的影响，降低了流程的生产成本和除杂成本。但该方法并未采用硝酸钙为原料制备磷酸铁，无法实现硝酸钙的利用，且该方法需要采用过量的磷酸，所得磷酸铁的收率不高。

发明内容

针对以上缺陷，本发明解决的技术问题是提供一种制备磷酸铁的方法。

本发明制备磷酸铁的方法，包括以下步骤：

a、硝酸钙、硫酸亚铁与水混合，得到混合液，混合液于温度40～80℃反应0.5～1h，过滤，得到硫酸钙沉淀和硝酸亚铁溶液；

b、将硝酸亚铁溶液与稀硝酸混合，温度50～80℃反应0.5～1.5h，得到硝酸铁溶液，然后浓缩，结晶，得到硝酸铁晶体；

c、硝酸铁晶体与浓磷酸混合，于温度120～200℃反应30min以上，得到磷酸铁晶体和硝酸，所述浓磷酸的浓度≥85wt％。