以磷铁为原料水热法制备电池级磷酸铁的研究

以黄磷所得副产品磷铁为原料,通过湿法溶解、除杂、结晶等工艺制备电池级磷酸铁,然后利用制备出的磷酸铁制备磷酸铁锂。制备电池级磷酸铁的最佳工艺参数为：硝酸浓度为3.0 mol/L、最佳反应温度为110℃、最佳反应时间为120 min、反应体系铁质量浓度为18.0 g/L,此时样品中铁含量与铁磷比接近理论值。LiFePO₄/C样品首次充电容量、放电容量、放电的库伦效率分别为158.8 mAh/g、147.8 Ah/g、93.1%,说明磷酸铁锂电化学性能较好,能用于锂电池的正极材料。     

电池级磷酸铁的制备及性能

以铁粉和H₃PO₄为原料,采用沉淀法制备了FePO₄,并研究了反应温度、反应时间、过氧化氢加入量对FePO₄性能的影响。利用X射线衍射分析仪、扫描电子显微镜、激光粒度分析仪、TG/DTA和电感耦合等离子体发射光谱仪等对制备的磷酸铁形貌、晶体结构与化学成分进行了表征。实验结果表明,磷酸铁制备过程的最佳实验条件为：反应温度70℃,反应时间1h,H₂O₂过量10%滴加时间60min。在最佳条件下制备的磷酸铁粒径为1~4μm,结晶度好,纯度高。样品中铁的质量分数为36.37%,磷的质量分数为20.86%,铁磷物质的量比为0.97,均可达到电池级磷酸铁的标准,完全可以满足磷酸铁锂正极材料前体的要求。     

镍电解一次铁渣浸出的研究

控制不同工艺条件浸出镍电解一次铁渣研究表明,升高温度有利于铁渣中铁、镍、铜元素的浸出;当反应体系温度≥60℃时,采用浓度为20%的硫酸浸出镍电解一次铁渣,反应1.5 h,可以将铁渣中的绝大多数铁、镍、铜元素浸出;正交实验表明,当控制反应时间为1.5 h时,镍电解一次铁渣浸出的最佳工艺条件为:硫酸浓度20%,反应液固比10∶4,反应温度90℃。     

磷铁制备电池级磷酸铁放大实验研究

以磷铁、硝酸和磷酸为原料,采用液相结晶法制备电池级磷酸铁,并对磷酸铁结晶产物进行结构和元素分析。500 L结晶反应器的放大实验表明,制备出的磷酸铁热稳定性好,晶体结构和元素含量符合市场所售电池级磷酸铁的行业标准,磷铁中铁元素回收率高达98 %以上,具有较好的工业化应用前景。同时以不同来源的磷铁来探讨原料磷铁的适用性,发现硅质量分数在大于0.5%时,无法结晶制得产品。通过添加晶种对产品粒度、产量、结晶时间、形貌特征影响做了分析, 发现添加晶种的方式可以提升生产效率。电镜扫描照片显示,片状磷酸铁与市场所售产品相比表面光滑,团聚现象明显改善,并进一步分析了差异形成的原因。     

利用钛白副产硫酸亚铁制备电池级磷酸铁的工艺研究

以硫酸法钛白粉生产过程中的副产硫酸亚铁为原料制备电池级磷酸铁,研究了硫酸亚铁的净化除杂、磷酸铁的合成反应过程中不同的实验条件对产品质量的影响。结果表明:硫化钠加入量占硫酸亚铁质量分数的4.0%、水解温度90℃、水解时间2 h、水解pH为4.0时除杂可得纯净的硫酸亚铁溶液;合成磷酸铁的最优工艺条件为反应温度85℃、磷铁摩尔投料比1.5︰1、表面活性剂CTAB用量1.5%、反应p H值1.8。在此最佳工艺条件下制备的磷酸铁纯度较高,满足电池级磷酸铁的技术指标,为钛白粉固废资源化利用提供了有效的途径。     

基于响应面法的黄磷副产物磷铁制备磷酸铁的参数优化

为了解决黄磷副产物磷铁附加值低的问题，采用Design Expert软件设计和优化了黄磷副产物制备磷酸铁的实验，考察了温度、反应时间和酸浓度等因素对黄磷副产物制备磷酸铁的浸取率的影响。通过响应面分析法的预测与实际实验验证，当硝酸质量分数为30%、固液质量比为1∶8、反应温度为95℃、反应时间为6 h时，实验效果最佳，浸取率可达70.5%。为黄磷副产物制备磷酸铁方法的工业应用提供了新思路。     

不同种类无机酸浸出钢渣中磷、铁元素的研究

为了促进钢渣中磷的高效浸出,降低浸出过程铁的损失,研究了钢渣中磷、铁元素在盐酸、硝酸、硫酸中的溶出行为,考察了浓度、反应时间、反应温度、酸溶液与渣样液固比及混合酸等因素对钢渣中磷、铁元素浸出率的影响。结果表明,酸浓度、反应时间、液固比对磷、铁元素浸出率有较大影响,反应温度的影响不明显,当钢渣平均粒径为65μm,酸浓度为0.1 mol/L,反应时间为10 min,搅拌速率为800 r/min,温度为298 K,液固比为80∶1 mL/g时,最优磷浸出率为99.07%;磷和铁在硫酸溶液中的浸出率最高,而在硝酸及盐酸溶液中的浸出效果相差不大;混合酸溶液的浸出效果要优于单酸。浸出前,渣样呈不规则块状,表面致密。酸浸后,渣样颗粒表面呈蜂窝状,有大量孔洞形成。     

硝酸分解磷钾矿的浸出工艺及动力学

针对硫酸法湿法磷酸工艺分解磷钾矿难以实现工业规模化连续生产的问题，提出了硝酸法加工磷钾矿的新技术。研究了反应温度、液固质量比、硝酸质量分数、颗粒细度等因素对硝酸浸出磷钾矿中磷浸出率的影响，结果表明：磷浸出率随着反应温度、液固质量比、硝酸质量分数的增加而增加，而随着磷钾矿粒度和磷酸浓度的增加而减小；在温度为50℃、液固质量比为7.3∶1、硝酸质量分数为40%、反应时间为1 h条件下，磷、钾浸出率分别为96.62%、2.45%，实现了磷的高效浸出和磷钾元素的分离。动力学分析表明，磷元素的浸出属于固体产物层扩散控制，活化能为4.77 kJ/mol，研究结果可为磷钾矿的利用提供新思路。     

撞击流反应器制备电池级超细磷酸铁

本文运用撞击流反应器,以工业亚硫酸铁,磷酸为原料由水热法制备电池级超细磷酸铁并探究了相关反应条件对产品粒径的影响,确定了适宜工艺条件为:制备原料液过程中氧化反应温度65℃,过氧化氢过量用量为理论量的120%,氧化时间1小时;撞击流反应器中反应条件为反应、结晶温度90℃,Fe3+浓度为0.4 mol/L,磷铁比1.4:1,反应、结晶时间为4小时,选择PEG为分散剂,用量为理论磷酸铁产量的2%,终点pH值为2.0,洗涤用水量为滤饼量的6倍。由化学分析和SEM测定,实验产品满足HG/T4701-2014行业标准要求。     

熔盐高效分解含钛高炉渣制备纳米二氧化钛

采用熔盐法对含钛高炉渣进行高效分解并提取含钛组分,利用含钛滤液为原料制备了纳米二氧化钛粉体。对熔盐分解含钛高炉渣进行了热力学分析,并研究了碱渣比、熔盐反应温度及熔盐反应时间对钛组分浸出率的影响和pH及水解温度对二氧化钛产品纯度的影响。实验结果表明高炉钛渣在氢氧化钠熔盐中反应生成钛酸钠在热力学上是可行的。确定了最佳的碱渣比为3:1,最佳熔盐反应温度为500℃,最佳反应时间为3 h,在此条件下钛元素的浸出率为99.8%。得出较佳的水解pH范围为0.1～0.2,最佳水解温度为100℃。实验中制备的纳米二氧化钛粒子球形度好,粒度大小均匀且分散性好,颗粒直径为100 nm左右。     

前驱体二水磷酸铁对磷酸铁锂电化学性能的影响

以钛白生产副产物七水硫酸亚铁为铁源,工业磷酸二氢铵为磷源,双氧水为氧化剂,采用共沉淀法合成了不同粒径和形貌的二水磷酸铁,并以此为前驱体,通过碳热还原法制备了粒径不同的LiFePO₄/C正极材料。经过对样品进行X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）以及恒电流充放电测试,研究了二水磷酸铁及LiFePO₄/C的结构、形貌以及电化学性能。结果表明,以较细的二水磷酸铁为铁源,制备得到的LiFePO₄/C颗粒较细,且具有更优异的电化学性能。0.1、0.5、1、2、5、10 C放电比容量分别为154、148、144、140、130、120 mA·h/g。     

乙醇-水体系3D纳/微米球形磷酸铁的制备与表征

提出了一种在温和条件下制备高振实密度球形磷酸铁的简单方法。制备过程中无需引入碱性物质调节pH和添加其他模板剂,仅以九水合硝酸铁[Fe（NO₃）·9H₂O]和磷酸（H₃PO₄）为原料,在乙醇-水体系中即可制备3D纳/微米球形磷酸铁（记为FPE）。采用扫描电镜（SEM）、激光粒度仪、X射线衍射仪（XRD）、热重-差式扫描量热仪（TG-DSC）、比表面积测试仪（BET）等对制备的磷酸铁进行表征分析。结果显示,制备的磷酸铁具有3D纳/微米球形结构,平均一次粒径为27.2 nm,二次粒径D₅₀为3.75 μm。FPE的组成为二水合磷酸铁（FePO₄·2H₂O）,纯度较高,具有介孔结构,平均孔径为2.75 nm,比表面积为22.41 cm ²/g,同时具有较高的振实密度（1.34 g/cm ³）。3D纳/微米球形磷酸铁制备方法简单,性能优异,以其为前驱体制备的磷酸铁锂（LiFePO₄/C）具有较高的振实密度（1.46 g/cm ³）,在0.2C倍率下的放电比容量为157.9 mA·h/g。     

片状LiFePO4/C正极材料制备及其电化学性能研究

在温和的反应条件下，使用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)成功合成了片状二水磷酸铁，并将其与氢氧化锂、柠檬酸球磨混合，采用碳热还原法制备了具有纳米厚度的片状LiFePO₄/C电极材料。研究了SDBS对磷酸铁形貌以及LiFePO₄/C电极材料电化学性能的影响。利用X-射线衍射、扫描电子显微镜和充放电测试等技术手段，对合成样品的物相、形貌和电化学性能进行了分析测试。电化学测试表明，在25℃，2.0～4.2 V电压范围条件下，使用片状二水磷酸铁为前驱体制备的LiFePO₄/C样品，在0.1 C下放电比容量高达166.4 mA·h·g^-1，且首次库仑效率达到99.6%，在1 C下循环500次容量保持率为99%，表现出了优异的电化学性能。     

Preparation and characterization of lithium λ-MnO2 ion-sieves

Lithium λ-MnO₂ ion-sieves were prepared from spinel LiMn₂O₄ via treatment with nitric acid. The LiMn₂O₄ was synthesized by a solid state reaction between LiOH·H₂O and MnO₂. The effects of the calcination time and temperature on the preparation of the LiMn₂O₄ precursor and the lithium ion-sieve were investigated. In addition, the Li⁺ extraction ratio, the Mn²⁺ dissolving ratio and the adsorption properties of the lithium ion-sieve were all measured. The lithium ion-sieve had a high exchange capacity and was selective for Li⁺. Specifically, at pH= 13, the ion exchange capacity of Li⁺ was 30.9 mg/g in 10 mmol/L LiCl solution and the lithium extraction ratio and manganese dissolving ratio were 95% and 25%, respectively.     

PVA/SO42——AAO催化-渗透汽化双功能复合膜合成乙酸乙酯

采用浸渍-涂覆法制备了聚乙烯醇/阳极氧化铝固体酸（PVA/SO₄^2--AAO）催化-渗透汽化双功能膜,并用于乙酸与乙醇的催化酯化反应。用SEM、XRD、NH₃-TPD分析了双功能膜的结构及性能。考察了双功能膜用量、乙酸/乙醇摩尔比及反应温度对酯化反应转化率的影响。结果表明：乙酸/双功能膜质量比为30∶1,乙酸/乙醇摩尔比为4∶1,料液温度为80℃时乙醇的500 min转化率可以达到87%。反应活化能为41.84 kJ/mol,比浓硫酸作催化剂的经典反应活化能降低6.74 kJ/mol。     

类球形低硫磷酸铁的制备技术研究

磷酸铁（FePO₄）是锂电池正极材料磷酸铁锂（LiFePO₄）的核心前驱体,FePO₄形貌及硫含量对合成的LiFePO₄材料性能有重要影响。为得到类球形低硫FePO₄产品,在传统液相沉淀法技术基础上做了改进优化,添加十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）作为形貌助剂提高产品球形度,添加氨水作为配体形成磷酸铁铵配合物改善结晶过程,降低产品硫含量。结果表明：所制备的FePO₄产品硫质量分数低,达到2.6×10 ^-5,形貌为均一的微米类球形颗粒,D₅₀=11.4 μm,振实密度达到1.22 g/cm ³,有望成为制备高压实密度LiFePO₄材料的核心前驱体。     

Fe掺杂WO_3催化剂制备及催化降解染料性能

以钨酸钠、硝酸铁为原料,采用水热法制备WO_3和铁掺杂WO_3(Fe-WO_3)固体催化剂。通过红外光谱(FT-IR)、X射线多晶衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)及固体紫外-可见漫反射等表征催化剂。结果表明,制备的Fe-WO_3样品粒子呈片状,厚度达到纳米级。Fe掺杂WO_3的晶体结构受焙烧温度的影响,400℃焙烧得到的四方晶型样品具有较高的催化活性。固体紫外-可见漫反射表明,与WO_3相比,Fe掺杂WO_3发生红移,增强了可见光下的催化活性。以Fe-WO_3为催化剂降解亚甲基蓝,当亚甲基蓝初始浓度为10 mg·L^(-1),pH=11,催化剂用量1 g·L^(-1),质量分数30%的H_2O_2用量2.5 mL·100 mL^(-1),反应时间100 min时,亚甲基蓝降解率可达95.56%。     

中低品位磷矿预处理提磷降杂技术研究

针对中低品位磷矿无法直接加工的问题及云南晋宁磷矿的组成特点,使用YP系列捕收剂对原矿进行正浮选脱硅,再利用浓缩湿法磷酸和硝酸对脱硅后的磷矿进行脱镁处理。正交实验结果表明,以硝酸为预处理剂时,液固质量比为4、pH为2.5、温度为60 ℃、反应时间为4 h是最佳的脱镁条件,此条件下精矿镁磷比（氧化镁与五氧化二磷质量分数之比）为2.16%,磷损失率为1.7%;以湿法磷酸为预处理剂时,pH为2.5、液固质量比为3、反应时间为2 h、温度为50 ℃是最佳的脱镁条件,此条件下精矿镁磷比为3.32%,磷损失率为0.3%。同时对实验数据进行拟合分析,得到了干基镁磷比核心指标变化的动力学模型。该研究为有效利用高硅型中低品位磷矿提供了新的思路和参考。     

硝酸钙-磷酸-水-异丙醇体系中溶析结晶工艺研究

酸解液中氮磷的高效分离是发展硝酸法湿法磷酸的关键技术之一。提出采用溶析结晶使酸解液中磷以磷酸钙盐形式析出从而达到氮磷分离的研究思路。以异丙醇为溶析剂,通过单因素实验考察了溶析剂加入比（异丙醇与模拟酸解液质量比）、温度、五氧化二磷质量分数、溶析时间对析出晶体物相结构以及磷析出率的影响。结果表明,溶析时间不会影响析出晶体物相结构,增大溶析剂加入比、升高温度、降低五氧化二磷质量分数都会使得析出的晶体由磷酸二氢钙转变成磷酸氢钙。通过对比磷析出率得出适宜的工艺条件：溶析剂加入比为3∶1、温度为5.0 ℃、五氧化二磷质量分数为30%、溶析时间为1.0 h,在此条件下磷析出率可达73.58%。