一种磷石膏磷提取制备高纯度磷酸铁的方法

专利2025-04-13  5


本发明涉及磷石膏资源化利用,特别是涉及一种磷石膏磷提取制备高纯度磷酸铁的方法。


背景技术:

1、磷石膏是湿法磷酸生产过程中产生的工业废渣,据统计,全球的磷石膏堆存量已经达到70亿吨,磷石膏大量堆存不仅浪费土地,还会严重污染环境。磷石膏淋溶液溶蚀地下岩层,与地表水-地下水发生强烈的交互作用,加剧磷石膏中杂质元素流入地下水,从而引发严重的水污染事件。数据表明当水体磷浓度为0.035mg/l时发生藻华现象,因此对磷石膏磷资源回收可以从源头治理水环境总磷污染问题。

2、磷石膏外观为细粉状固体,呈酸性,微溶于水,能溶于铵盐、酸和甘油等溶剂,颜色一般呈浅灰白、黄白或深灰色。磷石膏成分复杂,含有硅、铁、钛、镁、铝、磷、氟、锰等元素,其中所含的氟化物、磷酸盐、重金属等杂质是堆存过程中环境污染的主要元素。目前,全球大量磷石膏未经任何预处理堆存在大型露天场地中,不仅占用大量的土地面积,还会向大气环境和水环境中释放污染物严重影响环境。因此,磷石膏堆存带来的环境和管理问题引起了全球高度的关注。

3、由于磷石膏预处理技术不成熟,其综合利用成为世界性难题。目前全球磷石膏综合利用率长期较低,仅为25%左右。磷石膏综合利用的重点方向与各个国家的经济发展状况有关。少数国家因磷资源缺乏,磷石膏综合利用率接近100%,主要用于制建筑材料水泥缓凝剂。大部分国家因磷矿资源丰富且磷石膏中有害有毒物质含量较高,磷石膏综合利用未得到发展,导致其综合利用率较低,大多采用堆存或排海处理。

4、随着新能源汽车和电储能系统的飞速发展,磷酸铁锂电池因其安全性高、寿命长、对环境影响低而备受关注。磷酸铁作为磷酸铁锂的前驱体,其主要成分、铁磷摩尔比、微观形貌、晶体结构等理化性能是决定磷酸铁锂电池电化学性能的关键因素,因此,如何对磷石膏进行资源化处理进而得到高附加值的磷酸铁产品是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种磷石膏磷提取制备高纯度磷酸铁的方法,以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的,本发明提供了如下方案:

3、本发明技术方案之一:提供一种磷石膏磷提取制备高纯度磷酸铁的方法,步骤包括:

4、将所述磷石膏经浸提得到浸提液;

5、对所述浸提液进行吸附洗脱,得到纯化液;

6、以所述纯化液为磷源,以硫酸铁为铁源,调节ph值后,经水热反应后得到沉淀产物;

7、将沉淀产物经洗涤、煅烧即得所述高纯度磷酸铁。

8、进一步的,所述浸提的步骤包括:

9、将磷石膏和浸提剂混合后,进行振荡处理,过滤后即得所述浸提液。

10、优选的,所述浸提剂为水、硫酸溶液、盐酸溶液或硝酸溶液,更优选为硫酸溶液。

11、更优选的,所述硫酸溶液、盐酸溶液和硝酸溶液的浓度为0~0.2m,且不为0,特别优选为0.1m。

12、优选的,所述浸提剂和磷石膏的液固比为10~40ml/g,更优选为40ml/g。

13、优选的,所述浸提时间不低于10min,更优选为10min。

14、进一步的,所述吸附洗脱的步骤包括:

15、利用zro2膜对所述浸提液进行吸附,然后使用氢氧化钠溶液进行洗脱,即得所述纯化液。

16、优选的,所述吸附时调节浸提液的ph至1~3,更优选为2。

17、优选的,所述吸附的时间不低于4h,更优选为8h。

18、优选的,所述氢氧化钠溶液的ph值为14。

19、优选的,所述洗脱时间不低于60min,更优选为60min。

20、进一步的,所述铁源和磷源中的铁磷摩尔比为1:1。

21、进一步的,所述调节ph值为将所述磷源和铁源的混合体系的ph值调节至1~2,优选为1.6。

22、进一步的,所述水热反应温度不低于80℃,优选为80℃。

23、进一步的,所述水热反应时间不低于60min,优选为60min。

24、进一步的,所述洗涤为用水洗涤至少一次。

25、进一步的,所述煅烧的温度为750℃,升温速率为10℃/min,时间为3h。

26、本发明技术方案之二:提供一种磷石膏的资源化处理方法,步骤包括:

27、将所述磷石膏经浸提得到浸提液;

28、对所述浸提液进行吸附洗脱,得到纯化液;

29、以所述纯化液为磷源,以硫酸铁为铁源,调节ph值后,经水热反应后得到沉淀产物;

30、将沉淀产物经洗涤、煅烧即得所述高纯度磷酸铁。

31、本发明公开了以下技术效果:

32、本发明通过限定浸提和吸附洗脱的步骤,能够提升磷石膏的活性磷的浸出率,进而通过吸附洗脱得到高浓度的磷酸盐溶液,提升了从浸提液中回收高纯度磷产品的纯度。

33、本发明制备方法制备得到的磷酸铁,其中的铁、磷含量和铁磷摩尔比均达到行业标准,通过水热法高效的利用了磷石膏中的磷元素,实现了其高价值化利用,减少了磷石膏对于环境的污染。



技术特征:

1.一种磷石膏磷提取制备高纯度磷酸铁的方法,其特征在于,步骤包括:

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述浸提的步骤包括:

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述浸提剂为水、硫酸溶液、盐酸溶液或硝酸溶液;所述浸提剂和磷石膏的液固比为10~40ml/g;所述浸提时间不低于10min。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述吸附洗脱的步骤包括:

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述吸附时调节浸提液的ph至1~3;所述吸附的时间不低于4h;所述氢氧化钠溶液的ph值为14;所述洗脱时间不低于60min。

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述铁源和磷源中的铁磷摩尔比为1:1;所述调节ph值为将所述磷源和铁源的混合体系的ph值调节至1~2。

7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述水热反应温度不低于80℃;所述水热反应时间不低于60min。

8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述洗涤为用水洗涤至少一次。

9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述煅烧的温度为750℃,升温速率为10℃/min,时间为3h。

10.一种磷石膏的资源化处理方法,其特征在于,步骤包括:


技术总结
本发明属于磷石膏资源化利用技术领域,涉及一种磷石膏磷提取制备高纯度磷酸铁的方法。本发明通过将所述磷石膏经浸提得到浸提液;对浸提液进行吸附洗脱,得到纯化液;以纯化液为磷源,以硫酸铁为铁源,调节pH值后,经水热反应后得到沉淀产物;将沉淀产物经洗涤、煅烧即得高纯度磷酸铁。本发明制备方法制备得到的磷酸铁,其中的铁、磷含量和铁磷摩尔比均达到行业标准,通过水热法高效的利用了磷石膏中的磷元素,实现了其高价值化利用,减少了磷石膏对于环境的污染。

技术研发人员:王敬富,赵健敏,杨姣姣,胡鑫平,陈敬安
受保护的技术使用者:中国科学院地球化学研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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