徐榮益，李意能，者加云

（佛山市德方納米科技有限公司，廣東 佛山 528000）

磷鐵渣是黃磷生產(chǎn)過(guò)程中的一種副產(chǎn)物，原料來(lái)源廣泛，價(jià)格便宜。磷鐵渣可以用來(lái)制備磷酸鐵、磷酸三鈉、磷酸二鈉等產(chǎn)品，也可以在鋼鐵工業(yè)中作為合金劑和脫漿劑使用[1-3]。磷酸鐵是制備鋰離子電池常用原料，制備工藝備受關(guān)注，磷酸鐵的常用制備方法是以鐵鹽溶液和磷酸為原料通過(guò)液相沉淀法制備，用此方法制備磷酸鐵工藝簡(jiǎn)單，所得產(chǎn)品純度高、晶型好，但生產(chǎn)成本較高[4-6]。隨著工業(yè)的發(fā)展，磷酸鐵制備工藝不斷被開發(fā)出來(lái)，如用磷鐵礦石制備、以磷鐵渣為原料制備等，相對(duì)于利用純物質(zhì)制備磷酸鐵，用磷鐵礦石、磷鐵渣為原料制備磷酸鐵具有原料來(lái)源廣、成本低等特點(diǎn)。然而，用鋰礦石和磷鐵渣制備的磷酸鐵往往純度低，限制了其應(yīng)用[7，8]。本文以磷鐵渣為原料，用硝酸對(duì)其消解獲得磷鐵浸出液，再用P204進(jìn)行純化，獲得高純度磷鐵液，通過(guò)沉淀法制備出高純度磷酸鐵。

1 主要儀器及試劑

燒杯、三口燒瓶、油浴鍋、冷凝管、水循環(huán)式真空泵、真空烘箱，破碎機(jī)；磷鐵渣、磷酸、硝酸、氨水、去離子水、P204、磺化煤油等。

2 實(shí)驗(yàn)方法與結(jié)果分析

2.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

取一定磷鐵渣，加入破碎機(jī)中進(jìn)行破碎，破碎后的物料加硝酸進(jìn)行消解獲得磷鐵浸出液，用萃取劑進(jìn)行萃取除雜獲得高純度磷鐵液，將磷鐵液倒入三口燒瓶中，加入適量氨水，加熱反應(yīng)生成磷酸鐵沉淀，過(guò)濾、洗滌、干燥沉淀得到高純度的磷酸鐵產(chǎn)品。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.2.1 萃鐵過(guò)程相比對(duì)P204萃鐵率的影響

在實(shí)驗(yàn)中，控制其它反應(yīng)條件不變，探索萃鐵過(guò)程相比對(duì)P204萃鐵率的影響。

從表1可以看出，不同的相比對(duì)P204萃鐵率有較大的影響，隨著油水比的增加，P204萃鐵率先增大而后趨于不變。P204萃鐵具有一個(gè)最大飽和度，當(dāng)P204萃鐵達(dá)到飽和時(shí)，將不再萃取溶液中的鐵離子，因此油水比為0.5:1時(shí)，P204已飽和，但是溶液中仍然存在一定的鐵離子，導(dǎo)致P204對(duì)溶液中鐵的萃取率較低，隨著油水比增大，有機(jī)相中P204增多，可萃取鐵含量增加，萃鐵率不斷增大；當(dāng)油水比大于1:1以后， P204萃取率基本不變，因此相比為1:1較為合適。

表1 相比對(duì)P204萃鐵率的影響

2.2.2 萃取時(shí)間對(duì)P204萃鐵率的影響

在實(shí)驗(yàn)中，控制其它反應(yīng)條件不變，探索萃取時(shí)間對(duì)P204萃鐵率的影響。

從表2可以看出，萃取時(shí)間對(duì)P204萃鐵率有一定影響，P204萃鐵率隨萃取時(shí)間增大先增大后趨于不變，P204萃鐵是一個(gè)緩慢進(jìn)行的過(guò)程，萃取時(shí)間短，P204萃取的鐵較少，萃取率較低，隨著萃取時(shí)間增加，P204萃取的鐵含量增加，萃取率增大，當(dāng)萃取時(shí)間大于6min以后，萃取劑已基本飽和，很難再繼續(xù)萃取溶液中鐵離子，萃取率基本不變，從提高萃取效率方面考慮，萃取時(shí)間為6min較為合適。

表2 萃取時(shí)間對(duì)P204萃鐵率的影響

2.2.3 反萃液磷含量對(duì)P204反萃效率的影響

在實(shí)驗(yàn)中，控制其它反應(yīng)條件不變，探索反萃液磷含量對(duì)P204反萃效率的影響。

從表3可以看出，反萃液磷含量對(duì)P204反萃效率有一定影響，隨著反萃液磷含量的增大，P204反萃效率先增大而后趨于不變。P204反萃是P204與溶液中磷酸根相互爭(zhēng)奪鐵離子過(guò)程，適當(dāng)增大反萃液中磷含量，可以增強(qiáng)磷酸根與鐵離子作用力，有利于P204反萃，因此，隨著反萃液中磷含量增加，P204反萃效率變高，當(dāng)反萃液中磷含量增大至7%以后，P204反萃效率增加緩慢，反萃液中的磷含量為7%較為合適。

表3 反萃液磷含量對(duì)P204反萃效率的影響。

2.2.4 除雜過(guò)程的相比對(duì)P204除雜效率的影響

在實(shí)驗(yàn)中，控制其它反應(yīng)條件不變，探索除雜過(guò)程的相比對(duì)P204除雜效率的影響。

從表4可以看出，除雜過(guò)程的相比對(duì)P204除雜效率有較大的影響，P204除雜效率隨油水相比的增大先增大而后趨于不變。P204對(duì)雜質(zhì)的萃取同樣具有一定飽和度，增大有機(jī)相用量，間接增加了P204萃取劑用量，被P204萃取的雜質(zhì)離子增多，除雜效率增大，當(dāng)油水比大于1:1以后，再繼續(xù)增大有機(jī)相用量，P204除雜效率增加較少，且容易造成有機(jī)相浪費(fèi)，除雜過(guò)程的相比Vo:Va為1:1較為合適。

表4 除雜過(guò)程的相比對(duì)P204除雜效率的影響

2.2.5 萃取時(shí)間對(duì)P204除雜效率的影響

在實(shí)驗(yàn)中，控制其它反應(yīng)條件不變，探索萃取時(shí)間對(duì)P204除雜效率的影響。

從表5可以看出，萃取時(shí)間對(duì)P204除雜效率有一定影響，除雜效率隨萃取時(shí)間增加先增大后趨于不變。當(dāng)萃取時(shí)間小于6min時(shí)，P204萃取劑不斷從溶液中萃取雜質(zhì)離子，萃取率不斷增大，當(dāng)萃取時(shí)間大于6min以后，P2P4基本飽和，對(duì)雜質(zhì)離子萃取效率變慢，P204萃取除雜過(guò)程的萃取時(shí)間以6min較為合適。

表5 萃取時(shí)間對(duì)P204除雜效率的影響

2.2.6 除雜過(guò)程反萃液硝酸濃度對(duì)P204反萃率的影響

在實(shí)驗(yàn)中，控制其它反應(yīng)條件不變，探索除雜過(guò)程反萃液硝酸濃度對(duì)P204反萃率的影響。

從表6可以看出，除雜過(guò)程反萃液硝酸濃度對(duì)P204反萃率有一定影響，特別是硝酸濃度較低時(shí)，對(duì)P204反萃率影響較大。P204反萃過(guò)程是P204萃取劑和溶液中氫離子相互爭(zhēng)奪雜質(zhì)離子過(guò)程，溶液中硝酸含量增大，反萃液對(duì)雜質(zhì)離子結(jié)合力增強(qiáng)，利于P204中雜質(zhì)離子被反萃下來(lái)，當(dāng)溶液中硝酸濃度大于6%以后，再繼續(xù)增大硝酸含量，對(duì)提升P204反萃效率不明顯，同時(shí)容易造成硝酸浪費(fèi)，硝酸濃度為6%較合適。

表6 除雜過(guò)程反萃液硝酸濃度對(duì)P204反萃率的影響

2.2.7 磷酸鐵制備過(guò)程中磷鐵比對(duì)磷酸鐵收率的影響

在實(shí)驗(yàn)中，控制其它反應(yīng)條件不變，探索磷酸鐵制備過(guò)程中磷鐵比對(duì)磷酸鐵收率的影響。

從表7可以看出，磷酸鐵制備過(guò)程中磷鐵比對(duì)磷酸鐵收率有較大的影響，磷酸鐵收率隨磷鐵比增大先增大后減小，磷鐵比小于1.1:1時(shí)，溶液中鐵離子未沉淀完全，隨著磷酸根含量增大，生成的磷酸鐵增多，磷酸鐵收率增加，當(dāng)磷鐵比大于1.1:1以后，溶液pH降低，磷酸鐵生成速率減慢，收率有所下降，磷鐵比為1.1:1較為合適。

表7 磷酸鐵制備過(guò)程中磷鐵比對(duì)磷酸鐵收率的影響

2.2.8 磷酸鐵制備過(guò)程中溶液pH對(duì)磷酸鐵收率的影響

在實(shí)驗(yàn)中，控制其它反應(yīng)條件不變，探索磷酸鐵制備過(guò)程中溶液pH對(duì)磷酸鐵收率的影響。

從表8可以看出，磷酸鐵制備過(guò)程中溶液pH對(duì)磷酸鐵收率有一定的影響，磷酸鐵收率隨溶液pH增大先增大后減小，溶液pH小于1時(shí)，磷酸鐵生成速率較慢，收率有所下降，隨著溶液pH增加，磷酸鐵生成速率加快，收率變高；當(dāng)溶液pH大于1以后，部分磷酸鐵開始向氫氧化鐵轉(zhuǎn)化，收率又開始下降，綜合考慮，溶液pH為1較合適。

表8 磷酸鐵制備過(guò)程中溶液pH對(duì)磷酸鐵收率的影響

3 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)磷酸鐵合成過(guò)程中各因素進(jìn)行探索，得到最佳條件為：P204萃鐵過(guò)程最佳相比為Vo:Va=1:1，萃取時(shí)間6min，反萃液磷含量7%；P204除雜過(guò)程最佳相比為Vo:Va=1:1，萃取時(shí)間6min，反萃液硝酸濃度6%；磷酸鐵制備過(guò)程的最佳實(shí)驗(yàn)條件為磷鐵比1.1:1，反應(yīng)pH=1。

（2）在影響產(chǎn)品收率的因素中，磷鐵比和pH對(duì)磷酸鐵收率均有一定影響，在合成過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制。