本發(fā)明涉及化工生產(chǎn)，尤其是一種純鐵制備磷酸鐵的工藝。

背景技術(shù)：

1、磷酸鐵(fepo4)作為一種性能優(yōu)異的化合物，廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，尤其在鋰離子電池正極材料、催化劑、涂料和顏料等方面具有重要作用。在電池領(lǐng)域，磷酸鐵因其較高的熱穩(wěn)定性和較好的電化學(xué)性能，常被作為磷酸鐵鋰(lifepo4)的前驅(qū)體。磷酸鐵鋰以其低成本、優(yōu)異的循環(huán)壽命和安全性，成為電動(dòng)汽車(chē)和儲(chǔ)能系統(tǒng)中應(yīng)用的主流材料之一。因此，磷酸鐵的質(zhì)量直接關(guān)系到電池材料的性能表現(xiàn)。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，磷酸鐵的制備方法多采用鐵鹽(如硫酸亞鐵、氯化亞鐵)與磷酸鹽溶液反應(yīng)生成磷酸鐵。如專(zhuān)利文獻(xiàn)：一種由硫酸亞鐵直接合成磷酸鐵鋰的方法(專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)：cn118026132a)包括以下方法步驟：s1、將硫酸亞鐵配置為26～40wt％的溶液；s2、向硫酸亞鐵溶液中加入分散劑；s3、向上述溶液中加入碳源，控制磷酸鐵鋰含碳量為1～5wt％；s4、向上述溶液中加入鋰源，控制鐵鋰摩爾比為0.98～1.05；s5、向上述溶液中加入磷源，控制鐵磷摩爾比為0.965～1.02；s6、將上述溶液混合均勻后，通過(guò)噴霧干燥進(jìn)行造粒；s7、將造粒后的產(chǎn)品進(jìn)行曲線燒結(jié)，得到碳包覆的磷酸鐵鋰產(chǎn)品。

3、然而，這種方法存在以下不足之處：顆粒團(tuán)聚問(wèn)題：由于反應(yīng)過(guò)程中的沉淀反應(yīng)較快，生成的磷酸鐵顆粒易于團(tuán)聚，導(dǎo)致產(chǎn)品的粒徑分布不均勻，影響材料的可加工性和后續(xù)應(yīng)用中的性能穩(wěn)定性；反應(yīng)不完全：鐵鹽與磷酸鹽的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，受溶液ph值、反應(yīng)溫度及反應(yīng)時(shí)間的影響，反應(yīng)往往不能完全進(jìn)行，容易殘留未反應(yīng)的前驅(qū)體，降低了磷酸鐵產(chǎn)品的純度，影響最終材料的電化學(xué)性能及催化活性。

4、針對(duì)上述問(wèn)題，近年來(lái)一些新的技術(shù)方案逐漸被提出，如采用純鐵直接與磷酸溶液反應(yīng)生成磷酸亞鐵母液的工藝。這種方法不僅減少了中間鹽類(lèi)反應(yīng)步驟，而且有效避免了鐵鹽不完全反應(yīng)和雜質(zhì)產(chǎn)生的問(wèn)題。通過(guò)控制反應(yīng)條件，例如磷酸溶液的濃度、ph值以及氧化劑的添加量，可以更好地控制生成的磷酸鐵顆粒的形態(tài)和純度，減少顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象。此外，結(jié)合表面活性劑的使用，可以進(jìn)一步改善磷酸鐵的分散性，確保顆粒均勻且具有良好的可加工性能。這種方法相較于傳統(tǒng)方法具有工藝簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)、產(chǎn)品純度高、環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì)，因而在工業(yè)化生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明基于上述技術(shù)背景，開(kāi)發(fā)了一種以純鐵塊為原料、操作簡(jiǎn)便、反應(yīng)控制性強(qiáng)、并且能夠有效提高磷酸鐵純度和粒徑分布均勻性的新型工藝，不僅能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，還能進(jìn)一步提升磷酸鐵在電池材料和催化劑等領(lǐng)域的應(yīng)用性能，具有重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種純鐵制備磷酸鐵的工藝，其特征在于，包括以下步驟：

4、將純鐵塊以10～20重量份溶解于100～120重量份的磷酸溶液中，溶解溫度為70～90℃，固液分離后得到磷酸亞鐵母液；在磷酸亞鐵母液中加入表面活性劑，攪拌均勻后與10～15重量份的雙氧水混合，使用氨水調(diào)節(jié)ph，進(jìn)行氧化反應(yīng)，得到磷酸鐵粗品；將磷酸鐵粗品用60～80℃的熱水洗滌2～5次；將洗滌后的磷酸鐵粗品與水和5～10重量份磷酸混合，陳化4～6小時(shí)；陳化后固液分離，再次用60～80℃的熱水洗滌，干燥后得到磷酸鐵成品。

5、在一些實(shí)施方式中，所述磷酸溶液濃度為10％～30％。

6、在一些實(shí)施方式中，所述表面活性劑加入量為純鐵塊的0.1～2wt％。

7、在一些實(shí)施方式中，所述表面活性劑的制備方法為：

8、按重量份，在反應(yīng)釜中加入17-34份三甲基乙烯基溴化銨，cas號(hào)：10603-92-6；0.02-0.5份4-甲基丙烯酰胺基水楊酸，cas號(hào)：50512-48-6；3-8份11-二茂鐵基-1-十一烷硫醇，cas號(hào)：127087-36-9；0.8-2份過(guò)氧化苯甲酰，300-400份甲苯，70-90℃攪拌100-160分鐘，蒸餾除去甲苯，得到表面活性劑。

9、在一些實(shí)施方式中，所述雙氧水的濃度為5％～10％。

10、在一些實(shí)施方式中，所述氨水調(diào)節(jié)ph值為1.3～1.6。

11、在一些實(shí)施方式中，所述氧化反應(yīng)溫度為20～40℃，反應(yīng)時(shí)間為1～3h。

12、在一些實(shí)施方式中，所述陳化溫度為50～70℃

13、在一些實(shí)施方式中，所述干燥溫度為100～120℃。

14、上述表面活性劑制備機(jī)理：

15、1)點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)：

16、所述三甲基乙烯基溴化銨與11-二茂鐵基-1-十一烷硫醇的巰基通過(guò)點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)形成新的化學(xué)鍵。

17、2)表面活性劑的形成：

18、通過(guò)點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)生成的產(chǎn)物進(jìn)一步與4-甲基丙烯酰胺基水楊酸反應(yīng)，最終形成接枝水楊酸、二茂鐵基和聚三甲基溴化銨的表面活性劑。這種表面活性劑結(jié)合了多種功能性基團(tuán)，包括水楊酸基團(tuán)、二茂鐵基團(tuán)和季銨鹽陽(yáng)離子基團(tuán)，這些基團(tuán)賦予了該表面活性劑獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)。

19、所述表面活性劑具有如下效果：

20、1)促進(jìn)球形磷酸鐵的形成：

21、表面活性劑能夠顯著改善磷酸鐵晶體的生長(zhǎng)過(guò)程。通過(guò)調(diào)節(jié)表面活性劑的濃度和種類(lèi)，可以控制磷酸鐵晶體的形貌，使其趨向于形成球形結(jié)構(gòu)。球形磷酸鐵相比其他形態(tài)的磷酸鐵具有更高的堆積密度和更好的流動(dòng)性，這在實(shí)際應(yīng)用中具有重要意義。

22、2)改善磷酸鐵的形貌：

23、表面活性劑能夠降低磷酸鐵晶體的表面能，從而影響其生長(zhǎng)習(xí)性。通過(guò)引入特定的表面活性劑，可以使磷酸鐵晶體沿著特定的方向生長(zhǎng)，從而改善其形貌。

24、3)提高磷酸鐵的性能：

25、表面活性劑不僅能夠改善磷酸鐵的形貌，還能夠提高其電化學(xué)性能。例如，通過(guò)電化學(xué)方法可以實(shí)現(xiàn)表面活性劑在還原態(tài)與氧化態(tài)之間的可逆變換，從而調(diào)控磷酸鐵的電化學(xué)行為。表面活性劑還能夠增強(qiáng)磷酸鐵的穩(wěn)定性和分散性，使其在應(yīng)用過(guò)程中更加穩(wěn)定可靠。

26、技術(shù)效果：

27、通過(guò)本發(fā)明的制備方法，可以有效提高磷酸鐵顆粒的分散性和均勻性，避免顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象。同時(shí)，通過(guò)嚴(yán)格控制氧化反應(yīng)的ph和溫度條件，可以保證磷酸鐵的純度和質(zhì)量穩(wěn)定性。該方法工藝簡(jiǎn)單，操作方便，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種純鐵制備磷酸鐵的工藝，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純鐵制備磷酸鐵的工藝，其特征在于：所述磷酸溶液濃度為10％～30％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純鐵制備磷酸鐵的工藝，其特征在于：所述表面活性劑加入量為純鐵塊的0.1～2wt％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純鐵制備磷酸鐵的工藝，其特征在于：所述表面活性劑的制備方法為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純鐵制備磷酸鐵的工藝，其特征在于：所述雙氧水的濃度為5％～10％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純鐵制備磷酸鐵的工藝，其特征在于：所述氨水調(diào)節(jié)ph值為1.3～1.6。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純鐵制備磷酸鐵的工藝，其特征在于：所述氧化反應(yīng)溫度為20～40℃，反應(yīng)時(shí)間為1～3h。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純鐵制備磷酸鐵的工藝，其特征在于：所述陳化溫度為50～70℃。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純鐵制備磷酸鐵的工藝，其特征在于：所述干燥溫度為100～120℃。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種純鐵制備磷酸鐵的工藝，涉及化工生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。具體步驟包括：首先將純鐵塊溶解于磷酸溶液中，經(jīng)過(guò)固液分離得到磷酸亞鐵母液。在磷酸亞鐵母液中加入適量的表面活性劑，改善后續(xù)反應(yīng)中顆粒的分散性和均勻性。然后將磷酸亞鐵母液與雙氧水混合，用氨水調(diào)節(jié)進(jìn)行氧化反應(yīng)，得到磷酸鐵粗品。粗品經(jīng)過(guò)熱水洗滌后，再與水和磷酸混合進(jìn)行陳化處理。陳化后進(jìn)行固液分離，熱水洗滌并干燥，得到高純度的磷酸鐵。該方法具有工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：黃耀博,吳清國(guó),唐子蘭,黃柳源
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江領(lǐng)億新能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17