一种利用湿法磷酸制备二水磷酸铁的方法与流程

本公开属于电池材料，特别涉及一种利用湿法磷酸制备二水磷酸铁的方法。

背景技术：

1、锂离子电池自问世以来，便因其高比能量、长寿命和低污染等优势受到广泛关注。其中，磷酸铁锂电池更具有安全性高、制造成本较低、电化学性能良好等优点，成为锂电池中的重要分支。作为制备磷酸铁锂的前驱体材料，磷酸铁的低成本、高质量的合成和生产工艺越来越受到重视。其中，由磷酸与铁盐合成二水磷酸铁、再进一步焙烧脱结晶水的方法是制备磷酸铁的重要方法之一。

2、目前磷酸生产方式主要有火法和湿法两种，火法磷酸纯度高，但生产成本居高不下；湿法磷酸成本低，但其含有的杂质更多。作为湿法磷酸中含量较高的杂质之一，铝离子和铁离子一样可与磷酸根形成难溶性沉淀，且磷酸铝与磷酸铁溶度积相近，在合成过程中易混入产品中，难以实现分离。工业上常采用的萃取法、氨化法等对湿法磷酸进行除杂，但存在磷损失大、副产物利用价值低等问题。

3、二水磷酸铁是磷酸铁的前驱体，其杂质含量会很大程度上影响其焙烧得到的磷酸铁的质量，进而影响磷酸铁锂的性能。因此，把控其杂质含量尤为重要。

技术实现思路

1、本公开旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本公开提出一种利用湿法磷酸制备二水磷酸铁的方法，该方法能有效降低制备得到的二水磷酸铁中杂质的含量，尤其是降低铝杂质的含量。

2、本公开的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种利用湿法磷酸制备二水磷酸铁的方法，包括以下步骤：(1)将湿法磷酸溶液与铝屏蔽剂混合成混合液，加入ph调节剂后静置，所述铝屏蔽剂为丙二酸盐、丁二酸盐及邻苯二甲酸盐中的至少一种；(2)将步骤(1)得到的所述混合液在搅拌状态下进行水浴，并向所述混合液中加入硫酸铁，再加入二水磷酸铁晶种，反应后固液分离得到固态物，洗涤后即得所述二水磷酸铁。

4、在一实施例，步骤(1)中，所述湿法磷酸溶液中的p浓度为0.2-2.5mol/l。

5、在一实施例，步骤(1)中，所述湿法磷酸溶液中的p浓度为0.5-2.0mol/l。

6、在一实施例，步骤(1)中，所述铝屏蔽剂的浓度为0.05-2.5mol/l。

7、在一实施例，步骤(1)中，所述铝屏蔽剂的浓度为0.1-2mol/l。

8、在一实施例，步骤(1)中，所述湿法磷酸溶液与所述铝屏蔽剂混合的方式为将所述铝屏蔽剂加入所述湿法磷酸溶液中。

9、在一实施例，所述铝屏蔽剂的加入量为理论量的120％-500％，其中理论量是指加入屏蔽剂的总摩尔量为1当量磷酸溶液中al摩尔量。

10、在一实施例，步骤(1)中，所述ph调节剂为氨水，加入所述ph调节剂后，所述混合液的ph为1.0-2.5。

11、在一实施例，所述氨水的质量浓度为5％-15％。

12、在一实施例，步骤(1)中，所述静置的时间为0.5-4h。

13、在一实施例，步骤(2)中，所述水浴的温度为70-98℃。

14、在一实施例，步骤(2)中，所述搅拌的转速为300-600rpm。

15、在一实施例，步骤(2)中，所述加入硫酸铁的摩尔量为所述湿法磷酸溶液中磷酸摩尔量的0.4-0.6倍。

16、在一实施例，步骤(2)中，等加入的所述硫酸铁溶解后，再加入所述二水磷酸铁晶种。

17、在一实施例，步骤(2)中，加入二水磷酸铁晶种的质量与产品理论质量之比为1：(5-50)，其中理论量是指按100％产率计算出的合成产品质量。

18、在一实施例，步骤(2)中，加入二水磷酸铁晶种后，继续水浴加热并在搅拌状态下反应4-8h后固液分离。

19、在一实施例，本公开利用湿法磷酸制备二水磷酸铁的方法，包括以下步骤：

20、(1)配制铝屏蔽剂：取丙二酸盐、丁二酸盐、邻苯二甲酸盐等单核双齿羧酸配合物中的一种或几种配置成铝屏蔽剂，待用，铝屏蔽剂的浓度为0.1-2mol/l；

21、(2)配置稀磷酸液：取一定体积的湿法磷酸，稀释至溶液中p浓度为0.5-2.0mol/l，转移至烧杯中；

22、(3)室温下将铝屏蔽剂缓慢加入稀磷酸溶液中形成混合液，铝屏蔽剂加入量为理论量的120-500％，充分搅拌后用质量浓度为5％-15％的氨水将溶液ph调至1.0-2.5之间，室温下陈放0.5-4h，使生成的铝络合物充分稳定；

23、(4)将装有混合液的烧杯转移至水浴锅中，设置水浴温度在70-98℃之间，搅拌桨转速调整在300-600rpm，不断搅拌，同时向体系中加入事先称好的硫酸铁，加入的硫酸铁摩尔量为磷酸摩尔量的0.7-1.1倍；

24、(5)硫酸铁溶解后，向体系中加入二水磷酸铁晶种，促进二水磷酸铁产品析出，加入的晶种质量与产品理论质量之比在1：(5-50)之间；

25、(6)水浴加热搅拌下反应4-8h，过滤，去离子水洗涤沉淀，即可制备得到二水磷酸铁产品。

26、本公开的有益效果是：

27、(1)本公开的制备方法通过选用特定的不与铁离子络合的铝屏蔽剂，通过掩蔽混合液中的铝离子的方法，可使铝离子以络合物的形式留在溶液中不参与沉淀，使铝离子以络合物的形式存在于溶液中、不进入二水磷酸铁产品里的同时，也避免了屏蔽剂与铁络合导致铁利用率不高的情况，从而实现二水磷酸铁产品中杂质铝含量的大大降低，实现产品与杂质的高效分离，提高产品质量；

28、(2)本公开的制备方法采用的铝屏蔽法受体系限制小，可用于其它非氧化性酸性体系中，适用范围大，因此对湿法磷酸合成磷酸铁工艺的改进具有现实意义；

29、(3)本公开通过简易的制备方法，制备得到了铝含量合格的二水磷酸铁产品，且无需通过沉淀过滤除铝，减少了除杂过程中磷的损失。

技术特征：

1.一种利用湿法磷酸制备二水磷酸铁的方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种利用湿法磷酸制备二水磷酸铁的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述湿法磷酸溶液中的p浓度为0.2-2.5mol/l。

3.根据权利要求1所述的一种利用湿法磷酸制备二水磷酸铁的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述铝屏蔽剂的浓度为0.1-2mol/l。

4.根据权利要求1所述的一种利用湿法磷酸制备二水磷酸铁的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述湿法磷酸溶液与所述铝屏蔽剂混合的方式为将所述铝屏蔽剂加入所述湿法磷酸溶液中。

5.根据权利要求4所述的一种利用湿法磷酸制备二水磷酸铁的方法，其特征在于：所述铝屏蔽剂的加入量为理论量的120％-500％。

6.根据权利要求1所述的一种利用湿法磷酸制备二水磷酸铁的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述ph调节剂为氨水，加入所述ph调节剂后，所述混合液的ph为1.0-2.5。

7.根据权利要求1所述的一种利用湿法磷酸制备二水磷酸铁的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述水浴的温度为70-98℃。

8.根据权利要求1所述的一种利用湿法磷酸制备二水磷酸铁的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述加入硫酸铁的摩尔量为所述湿法磷酸溶液中磷酸摩尔量的0.4-0.6倍。

9.根据权利要求1所述的一种利用湿法磷酸制备二水磷酸铁的方法，其特征在于：步骤(2)中，加入二水磷酸铁晶种的质量与产品理论质量之比为1：(5-50)。

10.根据权利要求1所述的一种利用湿法磷酸制备二水磷酸铁的方法，其特征在于：步骤(2)中，加入二水磷酸铁晶种后，继续水浴加热并在搅拌状态下反应4-8h后固液分离。

技术总结
本公开属于电池材料技术领域，特别涉及一种利用湿法磷酸制备二水磷酸铁的方法，包括以下步骤：(1)将湿法磷酸溶液与铝屏蔽剂混合成混合液，加入pH调节剂后静置，铝屏蔽剂为丙二酸盐、丁二酸盐及邻苯二甲酸盐中的至少一种；(2)将步骤(1)得到的混合液在搅拌状态下进行水浴，并向混合液中加入硫酸铁，再加入二水磷酸铁晶种，反应后固液分离得到固态物，洗涤后即得二水磷酸铁。

技术研发人员：周怡,阮丁山,徐文彬,李长东,时振栓,李玲
受保护的技术使用者：广东邦普循环科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17