[发明专利]一种以磷化渣为原料制备超细磷酸铁微粉的方法

说明书

技术领域

本发明属于固体废物资源化技术领域，具体的说，涉及一种以磷化渣为原料制备超细磷酸铁微粉的方法。

背景技术

磷化渣是一些金属零配件在磷化过程中产生的固体废物，通常含有Fe，Zn，Mn，Ni，Cu等金属离子，尤其是铁元素和锌元素的含量相对比较高，已列入“国家危险废物名录”了，若直接排放，会产生二次污染，严重影响周边环境。磷化渣一般呈现酸性，对生产的危害主要体现在破坏磷化膜外观、降低磷化液使用寿命、堵塞喷嘴以及喷淋设备等方面。因此，人们对于磷化渣资源化利用的需求日益强烈，通过废弃物的资源化利用，不仅能减少废弃物最终处理量，而且可以“变废为宝”，它符合社会发展的需要，同时也是走可持续发展道路的必然选择。

磷化渣中Fe元素含量在15~20%，而Zn元素在3~6%，PO₄^3-含量占50%，磷酸铁是制备磷酸铁锂正极材料的主要前体，而市面上的磷酸铁颗粒粗大，粒度不均匀，粒径大小是影响电极电化学性能关键因素，减小粒度大小可有效缩短锂离子的扩散路径，提高锂离子在电极材料中的扩散速率，制备出超细磷酸铁对于磷酸铁锂正极材料来说至关重要。更重要的是，超细磷酸铁粒径小，分布均匀，其分散性和稳定性能也比较好，可用于磷酸盐涂料，具有一定的防腐、防锈和耐磨等性能。像以磷化渣为原料制备出氧化铁红，其回收率可达到90%多，市场价在1800~5000元/t，磷化渣年处理量达到3000t，大大减轻了环境自修复的压力，为环保事业作出巨大的贡献，且具有一定的经济效益，达到变废为宝的目的。目前有很多关于制备超细磷酸铁粉体的报道，大多数铁源是硫酸铁、硝酸铁、氯化铁等，很少报道利用磷化渣提纯出的粗制磷酸铁为铁源。像利用硫酸亚铁和磷酸氢二铵直接混合，再超声辐射制备超细磷酸铁（Hikorazu Okawa Junpei Yabuki，Youhei Kawamura，Ichiro Arice，Mineo Sato. Synthesis of FePO₄ cathode material for lithium-ion batteries by a sonochemical method.J. materials research bulletin. 2008）。此工艺的缺点是对设备要求高，能耗大，成本也比较高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种以磷化渣为原料制备超细磷酸铁微粉的方法。此方法操作简单、原料价格低廉、技术设备要求低，提纯率高、产品颗粒较细、易于实现产业化。

本发明采用的技术方案具体介绍如下。

本发明提供一种以磷化渣为原料制备超细磷酸铁微粉的方法，具体步骤如下：首先将经过预处理的磷化渣置于球磨罐中，加入无水乙醇作分散剂，湿法球磨，得到细化分散的粉末；接着，将细化分散的粉末、浓磷酸、无水乙醇和去离子水按比例混合，搅拌均匀，再转移至反应釜中进行水热反应；最后对水热之后的料液进行洗涤、抽滤，并烘干，得到超细磷酸铁微粉。

本发明中，磷化渣用稀磷酸进行预处理；所述稀磷酸的质量百分比浓度在10~35%之间。

本发明中，烘干温度为50~200℃，球磨时间为8~12h，球料质量比5：1~7:1之间。

本发明中，湿法球磨过程中，经过预处理的磷化渣和无水乙醇的质量体积比为10:1~20:1g/ml。

本发明中，细化分散的粉末的平均粒径在3~7μm之间。

本发明中，浓磷酸的质量百分比浓度在70~98%之间。

本发明中，按照质量比为4:2:（1~2）:（0~1），将细化分散的粉末、浓磷酸、无水乙醇和去离子水混合搅拌1-2h使得搅拌均匀后，在95~195℃的温度下水热反应6~12h。

本发明中，洗涤采用先水洗，再醇洗的方式；烘干采用真空干燥方式，烘干时间为8~12h。

本发明中，超细磷酸铁微粉的粒径在0.4~0.8μm 之间，平均粒径在0.3~0.6μm之间。

和现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明将固废资源化利用；其结合机械球磨技术，充分采用了价格低廉的磷化渣为铁源，以简单易行的水热法制备超细磷酸铁，具有一定的环境效益；实验操作简单、技术设备要求低，制备出的磷酸铁颗粒细，形貌为薄片状，为磷酸铁锂正极材料和防腐颜料提供了很好的生产前体，易实现产业化。

附图说明

图1是本发明实施例1所得样品的扫描电子显微镜（SEM）照片。