[發(fā)明專利]一種電池級(jí)磷酸鐵的制備方法和生產(chǎn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711493056.5
• 申請(qǐng)日: 2017-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN108117055B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 晉平;柯君雄;王鏢;王猛;李亞鵬;王紅強(qiáng);崔鳳桐;張吉曄;段衛(wèi)東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北彩客化學(xué)股份有限公司
• 主分類號(hào): C01B25/37
• 分類號(hào): C01B25/37
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 13108
• 代理人: 周曉萍;李羨民

一種電池級(jí)磷酸鐵的制備方法，包括如下步驟，制備鐵鹽溶液、制備磷源溶液、氧化沉淀反應(yīng)，反應(yīng)后的料液經(jīng)板框過濾，濾餅經(jīng)洗滌、燒結(jié)，最終得到磷酸鐵產(chǎn)品。生產(chǎn)裝置包括鐵鹽儲(chǔ)罐、磷酸鹽儲(chǔ)罐、反應(yīng)釜、滯留釜和板框，鐵鹽儲(chǔ)罐和磷酸鹽儲(chǔ)罐分別通過輸料管道連通到反應(yīng)釜的頂部，所述反應(yīng)釜、滯留釜和板框依次相連。上述制備工藝采用連續(xù)進(jìn)料、出料的生產(chǎn)裝置，使氧化沉淀反應(yīng)處于動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)，反應(yīng)時(shí)間短，生產(chǎn)的磷酸鐵質(zhì)量穩(wěn)定，粒徑可控，實(shí)現(xiàn)了磷酸鐵的連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磷酸鐵制備工藝的技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種適用于制造電池的磷酸鐵的生產(chǎn)工藝。

背景技術(shù)

磷酸鐵(FePO₄·nH₂O，n＝0-2)，又名正磷酸鐵或磷酸高鐵，隨著結(jié)晶水的減少，顏色逐漸變黃，無水磷酸鐵為黃白色粉末。它主要用于制造磷酸鐵鋰，另外還可用作催化劑及制造陶瓷等。磷酸鐵的產(chǎn)品性能對(duì)于制備電池正極的磷酸鐵鋰至關(guān)重要，其主要性能指標(biāo)為粒度大小及分布、鐵磷比、比表面積、振實(shí)密度等。目前，國內(nèi)外生產(chǎn)電池級(jí)磷酸鐵的廠家有很多，由于各廠家的生產(chǎn)工藝及質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)不同，因此產(chǎn)品性能也參差不齊。中國專利CN101244813B介紹了一種堿式磷酸鐵銨及制備方法、磷酸鐵的制備方法及磷酸亞鐵鋰的制備方法，它以硫酸亞鐵、雙氧水、磷酸、氨水為原料，首先用雙氧水把硫酸亞鐵進(jìn)行部分氧化，形成硫酸鐵和硫酸亞鐵的混合液，再向鐵鹽混合物中加入磷酸。然后用氨水調(diào)pH值，使得堿式磷酸鐵沉淀出來，沉淀形成后需要繼續(xù)保溫4-16h。最后將料液進(jìn)行過濾、洗滌、焙燒，從而得到磷酸鐵產(chǎn)品。上述工藝存在諸多缺點(diǎn)，首先磷酸鐵的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率低、反應(yīng)周期長，不適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；使用磷酸、氨水作為主要原料，生產(chǎn)成本較高；共沉淀出來的產(chǎn)品為無定形態(tài)，燒結(jié)后容易出現(xiàn)板結(jié)，最終導(dǎo)致磷酸鐵成品的粒度分布寬、比表面積小。

專利CN104944400B介紹了水解法制備磷酸鐵的工藝，它以硫酸亞鐵、雙氧水、磷酸為原料，經(jīng)氧化、水解、過濾、轉(zhuǎn)化、洗滌、烘干六個(gè)步驟最終得到磷酸鐵產(chǎn)品。其中水解反應(yīng)是在90-95℃的熱水中進(jìn)行的，由于消耗大量熱水，能耗相對(duì)較高。同時(shí)這種條件會(huì)造成水解不充分，使收率降低，產(chǎn)品的粒度大小及分布不均勻。

中國專利CN 106379877A公開了一種磷酸鐵的連續(xù)制備裝置，由料倉、螺桿加料器、連續(xù)管道反應(yīng)器、水泵、液體計(jì)量加料泵、臥式離心機(jī)和管道一起構(gòu)成。它是通過螺桿加料器將鐵鹽、磷酸鹽分別加入連續(xù)管道反應(yīng)器中加水溶解成溶液，兩種溶液按比例進(jìn)入連續(xù)管道反應(yīng)器1反應(yīng)，連續(xù)管道反應(yīng)器2中調(diào)節(jié)pH為中性，通過臥式離心機(jī)，洗去雜質(zhì)離子，得磷酸鐵固體。由于硫酸鐵在水中是微溶的鹽類，而且溶解速度緩慢，在短時(shí)間內(nèi)不能形成鐵鹽溶液，只能形成硫酸鐵懸濁液，另外硫酸鐵還存在緩慢的水解，形成氫氧化鐵膠體。所以在管道1中容易造成未溶固體堵塞，導(dǎo)致進(jìn)料不穩(wěn)，局部濃度過高，無法得到性質(zhì)穩(wěn)定的產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服已有技術(shù)之缺陷，提供一種電池級(jí)磷酸鐵的制備方法和生產(chǎn)裝置，它采用連續(xù)進(jìn)料、出料的生產(chǎn)裝置，使氧化沉淀反應(yīng)處于動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)，反應(yīng)時(shí)間短，生產(chǎn)的磷酸鐵質(zhì)量穩(wěn)定，粒徑可控，實(shí)現(xiàn)磷酸鐵的連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)。

本發(fā)明所述技術(shù)問題是以下述技術(shù)方案解決的：

一種電池級(jí)磷酸鐵的制備方法，制備按如下步驟進(jìn)行：

a、制備鐵鹽溶液，將鐵源溶解于純水中制成鐵鹽溶液，溶液中亞鐵離子的質(zhì)量百分比濃度為5％-8％，所述鐵源為硫酸亞鐵、氯化亞鐵或草酸亞鐵中的一種；

b、制備磷源溶液，將磷源溶解于純水中，溶解后加入氧化劑和表面活性劑，攪拌均勻制成磷源溶液，溶液中磷酸根的質(zhì)量百分比濃度為14.5％-18.0％，所述磷源為磷酸鈉、磷酸鉀、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉或磷酸銨中的一種；

c、氧化沉淀反應(yīng)，將鐵鹽溶液與磷源溶液分別連續(xù)加入到反應(yīng)釜中，連續(xù)攪拌使料液混合均勻并充分反應(yīng)，隨著溶液的加入反應(yīng)釜內(nèi)液面上升，停留一定時(shí)間后打開反應(yīng)釜底部的出料閥，反應(yīng)后的料液連續(xù)緩慢流出；