[發(fā)明專(zhuān)利]一種用濕法煉鋅高鐵溶液制備磷酸鐵前驅(qū)體的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110856603.1
• 申請(qǐng)日: 2021-07-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113716539B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王勇;周玉琳;廖貽鵬;林文軍;張桂海
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C01B25/37
• 分類(lèi)號(hào): C01B25/37;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 長(zhǎng)沙中科啟明知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43226
• 代理人: 匡治兵

本發(fā)明公開(kāi)了一種用濕法煉鋅高鐵溶液制備磷酸鐵前驅(qū)體的方法，包括以下步驟：向濕法煉鋅高鐵溶液中加入中和劑進(jìn)行預(yù)中和；利用氧化劑將預(yù)中和液中的亞鐵離子氧化成三價(jià)鐵；向氧化后的溶液中加入磷源，用中和劑調(diào)整pH值合成得到粗磷酸鐵；粗磷酸鐵經(jīng)純化、洗滌、干燥得到帶有結(jié)晶水的磷酸鐵，再經(jīng)高溫脫水重結(jié)晶得到結(jié)晶度高的無(wú)水磷酸鐵前驅(qū)體。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)鋅冶煉與電池原材料制備工藝的結(jié)合，有利于擴(kuò)大磷酸鐵生產(chǎn)的原料來(lái)源，節(jié)約沉鐵及鐵渣處理的成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池原材料制備領(lǐng)域，特別涉及一種用濕法煉鋅高鐵溶液制備磷酸鐵前驅(qū)體的方法。

背景技術(shù)

隨著動(dòng)力汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，鋰離子電池逐步被用于汽車(chē)的動(dòng)力源，而磷酸鐵鋰電池具有比容量高、穩(wěn)定性好、安全性?xún)?yōu)、循環(huán)性能佳的特點(diǎn)，在動(dòng)力電池領(lǐng)域使用的比例越來(lái)越高，磷酸鐵是固相法合成磷酸鐵鋰最常用的前驅(qū)體之一，目前磷酸鐵工業(yè)化生產(chǎn)的鐵源主要為高純度的二價(jià)或三價(jià)的鐵鹽，原料對(duì)雜質(zhì)的含量嚴(yán)格，工藝具有明顯的局限性，且生產(chǎn)成本較高，如何獲得來(lái)源廣泛的鐵源進(jìn)行磷酸鐵前驅(qū)體的制備是目前尚未解決的難題。

濕法煉鋅高鐵溶液主要來(lái)源于氧化鋅系統(tǒng)，含鐵20-50g/l，還含有鋅、銅、砷、銻、鉍、硫酸根、氯等離子，濕法煉鋅高鐵溶液的常規(guī)處理方式為通過(guò)特定的沉鐵工序?qū)㈣F沉淀下來(lái)，得到的鐵渣送揮發(fā)窯回收鋅等有價(jià)金屬，最終鐵主要進(jìn)入窯渣中，該法的鐵資源沒(méi)有得到充分利用，最終作為廢渣處理。

若將濕法煉鋅與磷酸鐵的生產(chǎn)相結(jié)合，利用濕法煉鋅高鐵溶液中的鐵源制備磷酸鐵前驅(qū)體，可有效解決磷酸鐵生產(chǎn)鐵源不足的瓶頸問(wèn)題，為制備磷酸鐵鋰正極材料提供原料，同時(shí)可降低濕法煉鋅沉鐵和回轉(zhuǎn)窯處理壓力，實(shí)現(xiàn)鐵的資源化利用，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種用濕法煉鋅高鐵溶液制備磷酸鐵前驅(qū)體的方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種用濕法煉鋅高鐵溶液制備磷酸鐵前驅(qū)體的方法，包括以下步驟：

S1、溫度為50-80℃下，向濕法煉鋅高鐵溶液中加入中和劑，使終點(diǎn)pH=0.5-1.0，反應(yīng)時(shí)間為1.0-2.0h，固液分離得到預(yù)中和渣和濾液；

S2、向預(yù)中和濾液中加入氧化劑，使亞鐵離子全部轉(zhuǎn)化成三價(jià)鐵離子，氧化溫度為50-80℃，反應(yīng)時(shí)間為1.0-5.0h；

S3、以氧化液中的鐵含量為依據(jù)，計(jì)算需要加入的磷源質(zhì)量，初始鐵磷摩爾比為1:1-2:1，在溫度為50-90℃下，向補(bǔ)充磷源后的溶液中加入中和調(diào)整劑使pH=1.5-2.0，反應(yīng)時(shí)間為3-6h，固液分離得到粗磷酸鐵和合成后液；

S4、粗磷酸鐵在溫度大于85℃、液固比為3-5：1的條件下，加入純化劑磷酸調(diào)節(jié)pH=1.0-2.0進(jìn)行純化，反應(yīng)時(shí)間2.0-4.0h，過(guò)濾得到純化渣和純化后液，用去離子水充分洗滌純化渣，并在100-120℃下烘干得到帶有結(jié)晶水的磷酸鐵，再經(jīng)500-750℃脫水重結(jié)晶2-4h，得到結(jié)晶度高的無(wú)水磷酸鐵前驅(qū)體。

作為對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S1中的濕法煉鋅高鐵溶液中含有鐵、鋅、銅、硫酸根、氯等離子，其中鐵離子濃度一般為20-50g/l，鋅離子濃度為50-150g/l。

作為對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S1中，預(yù)中和采用的中和劑為碳酸鈣、氧化鈣、氫氧化鈣、氫氧化鈉、碳酸鈉中的一種或幾種。

作為對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S1中，預(yù)中和渣返回鋅系統(tǒng)用回轉(zhuǎn)窯處理回收鋅。

作為對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S2中的氧化劑為氧氣、空氣、雙氧水中的一種或幾種。

作為對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S3中的磷源為磷酸、可溶性的磷酸鹽、磷酸一氫鹽、磷酸二氫鹽中的一種或幾種；