本发明专利技术涉及降低磷铁杂质制备ＬｉｘＦｅｙＰｚＯ４（尤其指ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＦｅ２／３ＰＯ４、Ｌｉ４／７Ｆｅ４／７Ｐ８／７Ｏ４）的新工艺，先将磷铁在干燥氧化性气氛中充分反应生成Ｐ２Ｏ５和Ｆｅ２Ｏ３，然后将Ｐ２Ｏ５通入水中形成含Ｈ３ＰＯ４的磷源溶液１，另外，将反应产生的Ｆｅ２Ｏ３进行酸浸后过滤得到高纯铁盐溶液２，将磷源溶液１与铁盐溶液２混合后，控制温度和调ｐＨ值得到ＦｅＰＯ４，通过过滤或添加一定的络合剂或氧化还原剂或沉淀剂或电解除去来自磷铁中的杂质元素，再次过滤得到高纯ＦｅＰＯ４中间产物，最后将所得ＦｅＰＯ４与含锂物质反应得到ＬｉｘＦｅｙＰｚＯ４。该方法先制备出纯度较高的ＦｅＰＯ４再与含锂物质反应，Ｆｅ和ＰＯ４３－分散均匀，利用反应过程降低磷铁中的杂质，能够降低磷铁中杂质对ＬｉｘＦｅｙＰｚＯ４的影响，氧量容易控制，反应流程短，制备方法工艺简单，反应易操作，对设备的要求低，设备腐蚀低，清洁无污染，成本低，投资少，效益好，易实现工业化，适合于由磷铁低成本生产高性能ＬｉｘＦｅｙＰｚＯ４。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种降低磷铁杂质元素对LixFeyPz04影响的新工艺，反应流程短，可应 用于资源的循环利用和高性能电极材料的低成本开发。
技术介绍
磷铁是磷与铁反应形成的金属间化合物，比重较大，来源广泛，市场价格不高，根 据粒度大小价格有所不同，目前800目的约5000元/吨。磷铁的成分依据不同的磷矿石原 料和工艺条件而有所不同，种类繁多，一般有以下几种状态FeP、Fe2P、Fe3P和Fe^等，常温 下化学性质稳定，不锈，无磁性，熔点约1149°C。我国的磷铁资源丰富，不仅有大量的磷铁 矿冶炼制备，而且热法磷或钙镁磷肥等磷化工和硅酸盐化工等生产过程中副产较多，目前 每年仅磷化工副产磷铁就约有30万吨。磷铁的纯度与原料的组成和工艺关系密切，热法磷 生产中为了促使磷酸钙中的磷完全利用，往往加入稍微过量的Si02和C进行反应，除了造 渣外，磷酸钙中含有的铁会与生成的磷在 130(TC反应生成磷铁。因此，磷铁中除了主要 元素Fe和P外，还含有Si、Mn、S、C等杂质元素，这些杂质元素除了 Si和C是反应原料外， 其余的都是原料自身携带的，并且在造渣过程中已经除去部分原料中所带杂质元素，所以 磷铁中除Si和C外的杂质元素含量较低，国内外报道及我们实验室发现的典型杂质元素及 含量如下Si < 10. 0%、Mn < 1. 0%、C < 1. 7%、S < 0. 078%、Ti < 1. 5%， Ni < 0. 5%， V < 0. 5%、Cr < 0. 5%、Cu < 0. 5%、A1 < 0. 5%、Ca < 0. 5%。不难发现，除了 Si、Mn、C、 Ti元素外，其它杂质元素的含量都较低。 为了提升磷铁的品位，我们在国际上率先提出了利用来源丰富的价廉磷铁制备电 极材料的新思路和由磷铁制备LixFeyPz04的特殊实施工艺。由于磷铁中的杂质会影响材料的电化学性能，目前通过熔融、重结 晶方法进行提纯，需要在较高温度的惰性气氛下完成。为此，我们利用反应过程，将磷铁与 含锂物质反应的中间产物进行处理来降低磷铁中的杂质元素对L"FeyP,(^的影响。 为了简化制备工艺，本专利技术提出了一种与上述专利技术完全不同的新工艺以磷铁为 原料，对磷铁的中间产物P205和Fe203进行处理，得到纯度较高的FeP04中间产物，最后将 FeP04与添加锂源反应得到LixFeyPz04。由于Fe与P已经均匀混合，只需要Li扩散进去就 行，所以从理论上来说，FeP04工艺更容易控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，对磷铁进行提纯，降低磷铁中的杂质元素对 制备的LixFeyPz04的影B向，简化降低磷铁杂质对LixFeyPz04影响的反应流程，创造性的提出 了一种由磷铁先制备出高纯FeP(V再与添加锂源反应制备LixFeyPz04的新工艺。 本申请的基本构思在于通过磷铁的中间产物进行处理得到高纯FeP04中间产物， 首先将磷铁在干燥氧化性气氛下充分氧化生成P205和Fe203，然后将P205通入水溶液中得到3含磷酸的溶液，对Fe203进行酸浸，通过过滤或添加一定的络合剂或氧化还原剂或沉淀剂或 电解除去来自中间产物中的杂质元素，将滤液与含磷酸的溶液反应得到纯度较高的FeP04， 最后将FeP(^与含锂物质通过电化学方法或在非氧化性气氛下反应得到Li,FeyP,(V具体工 艺步骤如下 (1)将磷铁在400 900°C的氧化性气氛中焙烧2 25小时得到中间产物P205和Fe203，将P205通入水中得到磷酸； (2)将步骤(1)的中间产物Fe203进行酸浸； (3)将步骤(2)的溶液进行过滤，第一次除杂； (4)对步骤(3)的滤液与步骤(1)的磷酸溶液混合得到FeP04 ; (5)将步骤(4)的FeP04进行过滤，第二次除杂； (6)根据L"FeyPz(^的组成，添加锂源，与步骤(5)得到的FeP04按照总的磷元素和总的锂元素的摩尔比为1. 0 : (0. 3 1. 3)配料混合后，通过电化学方法或在400 900°C的非氧化性气氛下焙烧0. 2 30小时，得到LixFeyPz04。 本专利技术中，所述的氧化性气氛指干燥含氧气氛，尤其指空气或氧气。 本专利技术中，所述的酸浸指用磷酸或盐酸或硫酸或硝酸浸取。 本专利技术中，所述的电化学方法指在电场作用下，锂离子嵌入到步骤(5)得到的 FeP04中形成LixFeyPz(V 本专利技术中，所述的水中可以包含补充的磷源。 本专利技术中，所述锂源来自Li20、 Li202、 LiOH、 Li2C03、 LiN(^、醋酸锂、LiPF6、 LiBF4、 LiBOB、 (CF3S02)2NLi中的一种或多种。 本专利技术中，根据权利要求1的描述，其特征在于所述的LixFeyPz04中，O < x《1. 5，0. 2《y《1. 5，0. 2《z《2. 0。 根据总的磷元素与铁元素的摩尔比为l.O : (0.4 1.5)确定补充磷源或铁源的 为了降低磷铁杂质元素对LixFeyPz04的影响，根据不同杂质及其磷酸盐的溶解度 不同，通过控制反应温度和pH值使杂质元素形成沉淀，也可以通过电解或加入络合剂或沉 淀剂将磷铁中的杂质元素除去，中间产物的溶液经过滤后得到较高纯度的FeP(^从而降低 磷铁中的杂质元素对LixFeyPz04的影响。 为了解决氧量精确控制难的问题，本专利技术采用先氧化气氛下完全反应，再在非氧 化性气氛中反应的工艺路线，很好的解决了氧量精确控制的难题。而且所述的氧化性气氛 和非氧化性气氛容易实现，前者主要指空气和氧气，后者主要指N2、 Ar、 H2、 C、 C0、 C02。 本专利技术中，掺杂元素、导电剂可以在得到高纯FeP04前加入，也可以在得到高纯 FeP04后加入。 本专利技术制备的LixFeyPz04电极材料不局限于LiFeP04、LiFe2/3P04、Li4/7Fe4/7P8/704，其 中的铁元素或磷元素可以不全部来自磷铁。 本专利技术中，可以通过工艺条件来控制产物的形貌、结晶度和粒径大小及其分布等， 也可以根据需要对产物进行球磨或气流粉碎、改性等处理。 本专利技术与现有技术相比，该工艺利用反应过程不仅解决了磷铁中杂质元素对制备 的LixFeyPz04的影响和由磷铁制备LixFeyPz04过程中氧量精确控制难的问题，而且反应工艺简单，工序少，具有以下优点和突出性效果通过对磷铁的中间产物进行处理得到高纯 FeP04，先将单一的磷铁在氧化性气氛下充分反应生成P205和Fe203，然后将P205通入水中得 到含磷酸的溶液，对Fe203进行酸浸，通过过滤或添加一定的络合剂或沉淀剂或电解除去磷 铁中的杂质元素，将过滤的滤液与上述含磷酸的溶液反应生成纯度较高的FeP04，最后将高 纯FeP04与含锂物质在非氧化性气氛中反应容易制得LixFeyPz04;反应工艺独特，氧量容易 控制，设备腐蚀少，解决了由磷铁制备LixFeyPz04过程中氧量精确控制难的问题，易工业化； 耦合不同的工艺过程，没有其他副产物产生，可以实现零排放的清洁生产工艺；制备方法工 艺简单，杂质元素易除去，氧量易控制，粒径和形貌容易调整，能够降低磷铁中杂质元素对 LixFeyP,04的影B本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种降低磷铁中杂质元素制备Ｌｉ↓［ｘ］Ｆｅ↓［ｙ］Ｐ↓［ｚ］Ｏ↓［４］的新工艺，以磷铁为原料，对反应中间产物进行处理除杂，ｘ、ｙ、ｚ为不同化学组成所确定的系数，其特征在于所使用的工艺步骤是： （１）将磷铁在４００～９００℃的氧化性气氛中焙烧２～２５小时得到中间产物Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］和Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］，将Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］通入水中得到磷酸； （２）将步骤（１）的中间产物Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］进行酸浸； （３）将步骤（２）的溶液进行过滤，第一次除杂； （４）对步骤（３）的滤液与步骤（１）的磷酸溶液混合得到ＦｅＰＯ↓［４］； （５）将步骤（４）的ＦｅＰＯ↓［４］进行过滤，第二次除杂； （６）根据Ｌｉ↓［ｘ］Ｆｅ↓［ｙ］Ｐ↓［ｚ］Ｏ↓［４］的组成，添加锂源，与步骤（５）得到的ＦｅＰＯ↓［４］按照总的磷元素和总的锂元素的摩尔比为１．０∶（０．３～１．３）配料混合后，通过电化学方法或在４００～９００℃的非氧化性气氛下焙烧０．２～３０小时，得到Ｌｉ↓［ｘ］Ｆｅ↓［ｙ］Ｐ↓［ｚ］Ｏ↓［４］。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王贵欣，闫康平，刘睿，李秀丽，陈妙，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]
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