[发明专利]一种正磷酸铁的清洁生产方法

说明书

本发明公开了一种正磷酸铁的清洁生产方法，其包括溶解、精密过滤、氧化和沉淀、过滤和洗涤等步骤。本发明以纯铁金属和磷酸为原料，以氧气作为氧化剂，不引入其他杂质元素，生产流程简短，条件控制稳定，达到节能减排的效果，可实现节能环保生产。

技术领域

本发明属于化工制备技术领域，涉及一种正磷酸铁的制备方法，具体涉及一种正磷酸铁的清洁生产方法。

背景技术

1997年Goodenough等首次报道了锂离子电池正极材料磷酸铁锂(LiFePO₄)，由于具有理论比容量高、结构稳定、循环性能良好、安全性高、原料丰富、价格低廉、无毒无害、环境友好等优点，被认为是新一代理想的锂离子电池正极材料，尤其在中国因其原料丰富和好的安全性能被主推为新能源汽车和储能电站动力源。

磷酸铁主要用于制造锂离子电池正极材料磷酸铁锂。受新能源汽车政策因素刺激，2014年中国磷酸铁锂的需求出现爆炸式增长，需求量达到16500吨，同比增长158％；2015年中国磷酸铁锂需求量3.2万吨以上，增长率100％以上，2016年达到5.7万吨，未来三年将保持年增长率20％以上。磷酸铁作为磷酸铁锂生产的主要原料将随之增长。

目前通行的磷酸铁生产方法是化学沉淀法，以可溶性铁盐溶液为原料，以磷酸(氢)铵或磷酸(氢)钠溶液为沉淀剂，生产过程中会产生大量的含磷含铵废水，废水处理难度大且处理成本高。又如中国发明专利“正磷酸铁的制备方法”(申请公布号CN 103569988A)中，其以磷酸亚铁类化合物为原料，将其与络合剂混合后以臭氧氧化得到正磷酸铁晶种，将所述正磷酸铁晶种与亚铁盐和磷源混合，以臭氧为氧化剂将亚铁氧化为三价铁，得到正磷酸铁。该正磷酸铁的制备过程中，由于以磷酸亚铁为铁源，并加入了络合剂，以臭氧作为氧化剂，制备过程中会产生大量废水，制备条件也难以控制，存在较大的安全性风险。

发明内容

本发明的目的要提供一种以纯铁金属和磷酸为原料，不引入其他杂质元素、不排放废水前提下清洁生产磷酸铁的方法。

为解决上述技术问题，本发明釆取的技术方案如下：

一种正磷酸铁的清洁生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)溶解

将条状厚度为10～20mm的过量纯铁放置在有温度控制及搅拌装置的溶解器内，在溶解器中通过计量泵缓慢加入磷酸，铁与磷酸反应慢慢溶解得到磷酸亚铁或磷酸氢亚铁溶液；未完全溶解反应的纯铁再加入磷酸进行溶解；

b)精密过滤

将所述步骤a)得到的磷酸亚铁或磷酸氢亚铁溶液，用过滤器精密过滤得到的滤液为磷酸亚铁溶液；

c)氧化和沉淀

将所述步骤b)过滤得到的磷酸亚铁溶液，加入耐腐蚀的氧化反应容器中，纯氧通过拉法尔喷嘴喷入磷酸亚铁溶液中，计量泵加入磷酸，定时抽样检测，控制溶液pH值0.5～1.5，生成磷酸铁沉淀；

d)过滤和洗涤

在氧化反应器中，定时抽样检测二价铁含量，二价铁含量低于10ppm后，用泵将所述步骤c)得到的磷酸铁沉淀和母液的混合浆料打入板框式压滤机或离心分离机，并搅拌洗涤，其母液未完全反应的部分和洗水通过管道返回所述步骤a)的溶解工序；过滤并洗涤得到的未干燥的磷酸铁；

e)干燥和脱水

将所述步骤d)未干燥的磷酸铁加入到回转窑进行干燥和脱水，回转窑温度控制在250℃～550℃，得到无水磷酸铁。

上述步骤a)溶解的温度控制在80℃～100℃。

进一步地，上述步骤b)精密过滤中滤膜的滤径优选为0.2～0.8μm。