一种以高铁型粉煤灰为原料制备电池级磷酸铁方法

1.本发明涉及锂离子电池正极材料制备方法的技术领域，尤其涉及一种以高铁型粉煤灰为原料制备电池级磷酸铁方法。


背景技术：

2.贵州六盘水以煤而闻名，号称“江南煤都”，这里是国家重要的西电东送工程发电基地之一，火电厂众多，火电厂产生的废渣粉煤灰年排灰量多达1400万t，六盘水地区粉煤灰的特点是含铁量高，据xrf分析测试表明，其含铁质量分数高达26.6％。而这些废渣目前大部分没有被利用，被厂家堆放在废弃地，造成环境污染，成为电厂和政府头疼的事情。因此，将粉煤灰进行高价值回收利用利国利民，成为电厂和政府非常欢迎的事情。
3.磷酸铁是制备锂离子电池正极材料磷酸铁锂的前驱体，磷酸铁的制备目前大多采用双氧水氧化硫酸亚铁再和磷酸反应的工艺，这种工艺成本高工艺复杂。因此，急需一种成本低廉的制备方法。


技术实现要素：

4.本发明意在提供一种以高铁型粉煤灰为原料制备电池级磷酸铁方法，以解决现有的磷酸铁制备工艺成本高工艺复杂的问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种以高铁型粉煤灰为原料制备电池级磷酸铁方法，包括如下步骤：
7.s1：将粉煤灰球磨3小时备用；
8.s2：将球磨后的10克粉煤灰和碳酸钠、氢氧化钙按质量比10:2:2混合均匀，然后在马弗炉中850℃条件下焙烧2小时；
9.s3：冷却后，加入1000毫升水洗涤3次，离心分离倒去上层液体，将下层沉淀物加入100毫升3摩尔/升氢氧化钠溶液常温下搅拌浸取12小时，得到氢氧化铁混合物；
10.s4：然后向氢氧化铁混合物中每次加入500毫升蒸馏水搅拌洗涤3次，离心分离并向得到的沉淀物中添加100毫升3摩尔/升盐酸溶液，常温下搅拌8小时得到氯化铁溶液；
11.s5：将得到的氯化铁溶液和磷酸氢二铵溶液在常温下搅拌反应18小时，得到白色沉淀物，将白色沉淀物洗涤干燥，干燥后再在850℃下焙烧3小时，得到电池级磷酸铁。
12.技术方案的原理及效果：含铁的粉煤灰经过在碳酸钠、氢氧化钙助剂的参与下高温焙烧后使铁元素得到了活化，使得铁元素能在氢氧化钠溶液的浸泡下生成氢氧化铁沉淀，同时由于使用过量的氢氧化钠溶液和洗涤离心分离操作除去了铝等其他杂质。然后进一步将得到的氢氧化铁沉淀和盐酸溶液反应得到氯化铁溶液，最后氯化铁溶液和磷酸氢二铵溶液反应制备得到磷酸铁。
13.本发明的有益效果：
14.本方案以电厂废渣粉煤灰为原料，先高温活化，经过碱溶分离得到氯化铁溶液，然后在温和条件下和磷酸氢二铵反应，制备了电池级磷酸铁，成本低廉，工艺简单温和。
附图说明
15.图1为本发明一种以高铁型粉煤灰为原料制备电池级磷酸铁方法的流程图；
16.图2为本实施例中制备的磷酸铁的xrd图；
17.图3为本实施例中粉煤灰的sem图；
18.图4为本实施例中制备的磷酸铁的sem图。
具体实施方式
19.下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
20.实施例
21.如图1-4所示，一种以高铁型粉煤灰为原料制备电池级磷酸铁方法，包括如
22.下步骤：
23.s1：将粉煤灰球磨3小时备用，然后用分析天平称量球磨后的粉煤灰10克，粉煤灰采用贵州六盘水地区某电厂的废渣粉煤灰，利用xrf分析粉煤灰各元素的含量，从而得到如下表1的粉煤灰组分主要元素含量表：
24.表1：
[0025][0026]
s2：将球磨后的粉煤灰和碳酸钠、氢氧化钙按质量比10:2:2混合均匀并放入瓷舟中，本实施例中粉煤灰的量为10克、碳酸钠的量为2克、氢氧化钙的量为2克，然后在马弗炉中850℃条件下焙烧2小时。
[0027]
s3：冷却后，加入1000毫升水洗涤3次。离心分离倒去上层液体，将下层沉淀物加入100毫升3摩尔/升氢氧化钠溶液常温下搅拌浸取12小时。
[0028]
s4：然后加水500毫升蒸馏水搅拌洗涤3次，离心分离并向得到的沉淀物中添加100毫升3摩尔/升盐酸溶液，常温下搅拌8小时得到氯化铁溶液。
[0029]
s5：将得到的氯化铁溶液和磷酸氢二铵溶液在常温下搅拌反应18小时，得到白色沉淀物，将白色沉淀物洗涤干燥，干燥后再在850℃下焙烧3小时，得到电池级磷酸铁。制备的磷酸铁xrd表征表明和磷酸铁标准卡号pdf#50-1635吻合，没有其他杂质峰，铁磷元素质量为fe:p＝71.7:26.3，和fepo4(磷酸铁)中铁磷元素质量比一致，纯度达到了电池级磷酸铁。
[0030]
以上所述的仅是本发明的实施例，实施方案中公知的具体技术方案或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。


技术特征：
1.一种以高铁型粉煤灰为原料制备电池级磷酸铁方法，其特征在于：包括如下步骤：s1：将粉煤灰球磨3小时备用；s2：将球磨后的10克粉煤灰和碳酸钠、氢氧化钙按质量比10:2:2混合均匀，然后在马弗炉中850℃条件下焙烧2小时；s3：冷却后，加入1000毫升水洗涤3次，离心分离倒去上层液体，将下层沉淀物加入100毫升3摩尔/升氢氧化钠溶液常温下搅拌浸取12小时，得到氢氧化铁混合物；s4：然后向氢氧化铁混合物中每次加入500毫升蒸馏水搅拌洗涤3次，离心分离并向得到的沉淀物中添加100毫升3摩尔/升盐酸溶液，常温下搅拌8小时得到氯化铁溶液；s5：将得到的氯化铁溶液和磷酸氢二铵溶液在常温下搅拌反应18小时，得到白色沉淀物，将白色沉淀物洗涤干燥，干燥后再在850℃下焙烧3小时，得到电池级磷酸铁。

技术总结
本发明属于锂离子电池正极材料制备方法的技术领域，公开了一种以高铁型粉煤灰为原料制备电池级磷酸铁方法，包括如下步骤：将粉煤灰球磨3小时；将球磨后的粉煤灰和碳酸钠、氢氧化钙混合均匀，在马弗炉中焙烧；冷却后，加水洗涤3次，离心分离倒去上层液体，将下层沉淀物加入氢氧化钠溶液常温下搅拌浸取12小时；加蒸馏水搅拌洗涤3次，离心分离并向得到的沉淀物中添加盐酸溶液，常温下搅拌8小时得到氯化铁溶液；将氯化铁溶液和磷酸氢二铵溶液在常温下搅拌反应18小时，得到白色沉淀物，将白色沉淀物洗涤干燥，干燥后再在850℃下焙烧3小时，得到电池级磷酸铁。本发明解决了现有的磷酸铁制备工艺成本高工艺复杂的问题，可降低电池级磷酸铁的制备成本，便于推广应用。便于推广应用。便于推广应用。


技术研发人员：李济澜
受保护的技术使用者：六盘水师范学院
技术研发日：2022.09.05
技术公布日：2023/1/6