一种磷酸铁废料的再生处理方法

技术领域

本发明涉及磷酸铁技术领域，更具体地，涉及一种磷酸铁废料的再生处理方法。

背景技术

在磷酸铁的生产过程中，会因为工艺过失、实验试验、设备故障、人为失误、检测等方面原因而产生一些不可直接回用的磷酸铁废料，这些磷酸铁废料如不加以利用，而当固废处理的话，既浪费也不环保，故对磷酸铁废料进行再生回收十分有必要。

名称为一种磷酸铁废料的再生方法的中国专利先加入无机酸进行溶解，然后添加铁盐、磷盐或者磷酸来控制溶解后溶液的铁磷比例，加入碱性溶液调节至一定PH进行反应，最后加入磷酸进行老化、分离和煅烧后得到电池级无水磷酸铁。该方法存在以下缺点：采用无机强酸进行磷酸铁废料的溶解，同时采用加入铁盐、磷盐或者磷酸的方式来调节铁磷比，再加入碱性溶液进行反应，这些过程会引入较多杂质离子，洗涤过程会产生较多废水，环保处理压力大。

名称为一种废旧磷酸铁的处理方法的中国专利将废旧磷酸铁加入磷酸溶液中，通过搅拌加热将其溶解，然后加入硫化铵进行除杂过滤，然后再加入尿素进行反应得二水磷酸铁，经煅烧脱水后得到无水磷酸铁，该方法处理涉及的过滤较多，流程长，同时体系引入了氨氮，产生滤渣及废水需环保处理。

因此，需解决目前磷酸铁再生方法引入杂质离子多、洗涤过滤多而产生废水多的问题。

发明内容

本发明的首要目的是克服上述现有磷酸铁再生方法引入杂质离子多、洗涤过滤多而产生废水多的问题，提供一种磷酸铁废料的再生处理方法。该再生处理方法再生后的磷酸铁的铁磷比和比表等指标符合生产标准的要求，其过程简单，体系无其他杂质离子引入，洗水少，母液及洗水均可在体系内进行循环回用，无废水产生，成本低且易操作。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种磷酸铁废料的再生处理方法，包括如下步骤：

S1.将磷酸铁废料与质量浓度为16～20％的磷酸溶液混合，反应，过滤，得滤液；

S2.将滤液与水混合后得混合液，混合液在70～90℃条件下反应，再进行陈化、过滤，对过滤得到的滤料进行煅烧，即得到再生后的磷酸铁；

步骤S1中磷酸铁废料中铁元素与磷酸溶液中磷元素的摩尔比为1：(2.8～3.4)；步骤S2中所述混合液中铁元素的质量分数1.35％～1.45％。

本发明先使用一定浓度的磷酸溶液将一定量的磷酸铁废料进行溶解，过滤后得到含磷酸二氢铁的滤液；然后对滤液进行稀释，使得滤液的铁离子的浓度为1.35％～1.45％，在该浓度以及特定的温度下进行反应，生成二水磷酸铁，进一步老化后、过滤和煅烧后，得到再生后的磷酸铁。该再生处理方法再生后的磷酸铁的铁磷比和比表等指标符合生产标准的要求，其过程简单，体系无其他杂质离子引入，洗水少，母液及洗水均可在体系内进行循环回用，无废水产生，成本低且易操作。

磷酸溶液的浓度以及磷酸铁废料中铁元素与磷酸溶液中磷元素的摩尔比都非常关键，如果磷酸溶液的浓度太低或太高，再生后的磷酸铁的铁磷比和比表都不符合生产标准的要求；如果磷酸铁废料中铁元素与磷酸溶液中磷元素的摩尔比不合适，比如，磷酸溶液中磷元素的量太高，则再生后的磷酸铁的铁磷比偏高，比表偏低。此外，步骤S2中对混合液中铁元素的质量分数的控制以及反应温度也很关键，比如，混合液中铁元素的质量分数太高，则再生后的磷酸铁的铁磷比偏低，比表偏高，不符合生产标准的要求。

优选地，步骤S1中所述磷酸溶液的浓度为18～20％。

调控磷酸溶液的浓度在18～20％范围内，可使再生的磷酸铁的各指标符合生产标准的情况下，比表更高，从而使材料的倍率性能更高。

优选地，步骤S1中磷酸铁废料中铁元素与磷酸溶液中磷元素的摩尔比为1:(2.8～3)。

控制磷酸铁废料中铁元素与磷酸溶液中磷元素的摩尔比为1:(2.8～3)，可使再生的磷酸铁的振实密度更高，从而使材料的能量密度更大。

优选地，步骤S1中所述反应在砂磨机中进行。

在砂磨机中进行反应，有利于加快反应速率且更有利于反应完全。

更为优选地，所述砂磨机的搅拌速率为300～1000rpm。

优选地，步骤S1中所述反应的反应温度为20～80℃，反应时间为0.5～1.5h。

在该温度范围下，更有利于反应的进行。

优选地，所述过滤的方式为压滤。

优选地，步骤S2中所述混合液的pH为1.0～1.2。

在该pH范围下，更合适二水磷酸铁的生成，再生后的磷酸铁的品质(铁磷比、比表等)更好。

更为优选地，步骤S2中所述混合液的pH为1.02～1.19。

优选地，步骤S2中所述反应的反应温度为70～90℃，反应时间1～2h。

在该温度和时间范围下进行反应，更有利于二水磷酸铁的生成。

优选地，步骤S2中所述混合液中铁元素的质量分数为1.40～1.45％。

控制混合液中铁元素的质量分数为1.40～1.45％，可使再生的磷酸铁的振实密度更高，从而使材料的能量密度更大。

优选地，步骤S2中所述混合液在80～90℃条件下反应。

调控温度为80～90℃，再生后的磷酸铁的各指标符合生产标准的情况下，比表更高，从而使材料的倍率性能更高。

优选地，步骤S2中所述反应和陈化在搅拌的条件下进行。

更为优选地，所述搅拌的转速60～200rpm。

优选地，步骤S2中所述陈化的陈化温度为70～90℃。

在该温度下进行陈化，可得到形貌和晶型更好的磷酸铁，进一步提高磷酸铁的品质。

优选地，步骤S2中所述陈化的陈化时间为2～4h。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

该再生处理方法再生后的磷酸铁的铁磷比和比表等指标符合生产标准的要求，其过程简单，体系无其他杂质离子引入，洗水少，母液及洗水均可在体系内进行循环回用，无废水产生，成本低且易操作。

具体实施方式

为了更清楚、完整的描述本发明的技术方案，以下通过具体实施例进一步详细说明本发明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，可以在本发明权利限定的范围内进行各种改变。

实施例1

本实施例提供一种磷酸铁废料的再生处理方法，包括如下步骤：

1、将一定量磷酸铁废料投入到溶解罐中，再加入一定量质量浓度为18％的磷酸溶液，混合均匀后，在50℃下进行反应1h至磷酸铁废料溶解完全，反应过程中，通过砂磨机对溶解罐内的浆料进行循环砂磨，砂磨机搅拌速率700rpm。反应结束后，通过板框压滤机进行过滤处理，得到含有磷酸二氢铁的滤液。

其中，磷酸铁废料中铁元素与磷酸溶液中磷元素的摩尔比为1：3。磷酸铁废料来源于因反应温度异常而产生的磷酸铁废料，该磷酸铁废料的各指标检测值如下表1。

表1实施例1的磷酸铁废料的各指标检测值

2、经检测滤液中的铁元素的质量浓度为3.13％。按0.809:1的质量比将滤液与水注入到反应釜中，反应釜中的混合液中铁元素的质量分数为1.40％，测得混合液的pH为1.12，在搅拌转速为120rpm、温度为80℃条件下反应1.5h。反应结束后，将反应后得到的浆料进行陈化，陈化的陈化温度为80℃、搅拌转速为120rpm、陈化时间为3h。

3、对陈化结束后的浆料进行固液分离处理，得到滤料，对滤料进行105℃干燥处理，再在550℃的条件下进行煅烧处理，脱水，得到再生后的磷酸铁。

实施例2

本实施例提供一种磷酸铁废料的再生处理方法，包括如下步骤：

1、将一定量磷酸铁废料投入到溶解罐中，再加入一定量质量浓度为16％的磷酸溶液，混合均匀后，在50℃下进行反应1h至磷酸铁废料溶解完全，反应过程中，通过砂磨机对溶解罐内的浆料进行循环砂磨，砂磨机搅拌速率700rpm。反应结束后，通过板框压滤机进行过滤处理，得到含有磷酸二氢铁的滤液。

其中，磷酸铁废料中铁元素与磷酸溶液中磷元素的摩尔比为1：3。磷酸铁废料来源于与实施例1的相同。

2、经检测滤液中的铁元素的浓度为2.81％。按0.994:1的质量比将滤液与水注入到反应釜中，反应釜中的混合液中铁元素的质量分数为1.40％，测得混合液的pH为1.11，在搅拌转速为120rpm、温度为70℃条件下反应1.5h。反应结束后，将反应后得到的浆料进行陈化，陈化的陈化温度为80℃、搅拌转速120rpm、陈化时间为3h。

3、对陈化结束后的浆料进行固液分离处理，得到滤料，对滤料进行105℃干燥处理，再在550℃的条件下进行煅烧处理，脱水，得到再生后的磷酸铁。

实施例3

本实施例提供一种磷酸铁废料的再生处理方法，包括如下步骤：

1、将一定量磷酸铁废料投入到溶解罐中，再加入一定量质量浓度为20％的磷酸溶液，混合均匀后，在50℃下进行反应1h至磷酸铁废料溶解完全，反应过程中，通过砂磨机对溶解罐内的浆料进行循环砂磨，砂磨机搅拌速率700rpm。反应结束后，通过板框压滤机进行过滤处理，得到含有磷酸二氢铁的滤液。

其中，磷酸铁废料中铁元素与磷酸溶液中磷元素的摩尔比为1：3。磷酸铁废料来源于与实施例1的相同。

2、经检测滤液中的铁元素的浓度为3.45％。按0.684:1的质量比将滤液与水注入到反应釜中，反应釜中的混合液中铁元素的质量分数为1.40％，测得混合液的pH为1.10，在搅拌转速为120rpm、温度为90℃条件下反应1.5h。反应结束后，将反应后得到的浆料进行陈化，陈化的陈化温度为80℃、搅拌转速120rpm、陈化时间为3h。

3、对陈化结束后的浆料进行固液分离处理，得到滤料，对滤料进行105℃干燥处理，再在550℃的条件下进行煅烧处理，脱水，得到再生后的磷酸铁。

实施例4

本实施例提供一种磷酸铁废料的再生处理方法，包括如下步骤：

1、将一定量磷酸铁废料投入到溶解罐中，再加入一定量质量浓度为18％的磷酸溶液，混合均匀后，在50℃下进行反应1h至磷酸铁废料溶解完全，反应过程中，通过砂磨机对溶解罐内的浆料进行循环砂磨，砂磨机搅拌速率700rpm。反应结束后，通过板框压滤机进行过滤处理，得到含有磷酸二氢铁的滤液。

其中，磷酸铁废料中铁元素与磷酸溶液中磷元素的摩尔比为1：2.8。磷酸铁废料来源于与实施例1的相同。

2、经检测滤液中的铁元素的浓度为3.33％。按0.724:1的质量比将滤液与水注入到反应釜中，反应釜中的混合液中铁元素的质量分数为1.40％，测得混合液的pH为1.11，在搅拌转速为120rpm、温度为80℃条件下反应1.5h。反应结束后，将反应后得到的浆料进行陈化，陈化的陈化温度为80℃、搅拌转速120rpm、陈化时间为3h。

3、对陈化结束后的浆料进行固液分离处理，得到滤料，对滤料进行105℃干燥处理，再在550℃的条件下进行煅烧处理，脱水，得到再生后的磷酸铁。

实施例5

本实施例提供一种磷酸铁废料的再生处理方法，包括如下步骤：

1、将一定量磷酸铁废料投入到溶解罐中，再加入一定量质量浓度为18％的磷酸溶液，混合均匀后，在50℃下进行反应1h至磷酸铁废料溶解完全，反应过程中，通过砂磨机对溶解罐内的浆料进行循环砂磨，砂磨机搅拌速率700rpm。反应结束后，通过板框压滤机进行过滤处理，得到含有磷酸二氢铁的滤液。

其中，磷酸铁废料中铁元素与磷酸溶液中磷元素的摩尔比为1：3.4。磷酸铁废料来源于与实施例1的相同。

2、经检测滤液中的铁元素的浓度为2.79％。按1.007:1的质量比将滤液与水注入到反应釜中，反应釜中的混合液中铁元素的质量分数为1.40％，测得混合液的pH为1.13，在搅拌转速为120rpm、温度为80℃条件下反应1.5h。反应结束后，将反应后得到的浆料进行陈化，陈化的陈化温度为80℃、搅拌转速120rpm、陈化时间为3h。

3、对陈化结束后的浆料进行固液分离处理，得到滤料，对滤料进行105℃干燥处理，再在550℃的条件下进行煅烧处理，脱水，得到再生后的磷酸铁。

实施例6

本实施例提供一种磷酸铁废料的再生处理方法，包括如下步骤：

1、将一定量磷酸铁废料投入到溶解罐中，再加入一定量质量浓度为18％的磷酸溶液，混合均匀后，在50℃下进行反应1h至磷酸铁废料溶解完全，反应过程中，通过砂磨机对溶解罐内的浆料进行循环砂磨，砂磨机搅拌速率700rpm。反应结束后，通过板框压滤机进行过滤处理，得到含有磷酸二氢铁的滤液。

其中，磷酸铁废料中铁元素与磷酸溶液中磷元素的摩尔比为1：3。磷酸铁废料来源于与实施例1的相同。

2、经检测滤液中的铁元素的浓度为3.13％。按0.758:1的质量比将滤液与水注入到反应釜中，反应釜中的混合液中铁元素的质量分数为1.35％，测得混合液的pH为1.19，在搅拌转速为120rpm、温度为80℃条件下反应1h。反应结束后，将反应后得到的浆料进行陈化，陈化的陈化温度为80℃、搅拌转速120rpm、陈化时间为3h。

3、对陈化结束后的浆料进行固液分离处理，得到滤料，对滤料进行105℃干燥处理，再在550℃的条件下进行煅烧处理，脱水，得到再生后的磷酸铁。

实施例7

本实施例提供一种磷酸铁废料的再生处理方法，包括如下步骤：

1、将一定量磷酸铁废料投入到溶解罐中，再加入一定量质量浓度为18％的磷酸溶液，混合均匀后，在50℃下进行反应1h至磷酸铁废料溶解完全，反应过程中，通过砂磨机对溶解罐内的浆料进行循环砂磨，砂磨机搅拌速率700rpm。反应结束后，通过板框压滤机进行过滤处理，得到含有磷酸二氢铁的滤液。

其中，磷酸铁废料中铁元素与磷酸溶液中磷元素的摩尔比为1：3。磷酸铁废料来源于与实施例1的相同。

2、经检测滤液中的铁元素的浓度为3.13％。按0.863:1的质量比将滤液与水注入到反应釜中，反应釜中的混合液中铁元素的质量分数为1.45％，测得混合液的pH为1.02，在搅拌转速为120rpm、温度为80℃条件下反应1.5h。反应结束后，将反应后得到的浆料进行陈化，陈化的陈化温度为80℃、搅拌转速120rpm、陈化时间为3h。

3、对陈化结束后的浆料进行固液分离处理，得到滤料，对滤料进行105℃干燥处理，再在550℃的条件下进行煅烧处理，脱水，得到再生后的磷酸铁。

实施例8

本实施例提供一种磷酸铁废料的再生处理方法，包括如下步骤：

1、将一定量磷酸铁废料投入到溶解罐中，再加入一定量质量浓度为18％的磷酸溶液，混合均匀后，在50℃下进行反应1h至磷酸铁废料溶解完全，反应过程中，通过砂磨机对溶解罐内的浆料进行循环砂磨，砂磨机搅拌速率700rpm。反应结束后，通过板框压滤机进行过滤处理，得到含有磷酸二氢铁的滤液。

其中，磷酸铁废料中铁元素与磷酸溶液中磷元素的摩尔比为1：3。磷酸铁废料来源于电磁磁选机进行除磁性异物时排出的磷酸铁废料。该磷酸铁废料的各指标检测值如下表2。

表2实施例8的磷酸铁废料的各指标检测值

2、经检测滤液中的铁元素的浓度为3.14％。按0.858:1的体积比将滤液与水注入到反应釜中，反应釜中的混合液中铁元素的质量分数为1.45％，测得混合液的pH为1.03，在搅拌转速为120rpm、温度为80℃条件下反应1.5h。反应结束后，将反应后得到的浆料进行陈化，陈化的陈化温度为80℃、搅拌转速120rpm、陈化时间为3h。

3、对陈化结束后的浆料进行固液分离处理，得到滤料，对滤料进行105℃干燥处理，再在550℃的条件下进行煅烧处理，脱水，得到再生后的磷酸铁。

对比例1

本对比例提供一种磷酸铁废料的再生处理方法，其与实施例1的不同之处在于：第1步的磷酸溶液的质量浓度为15％，磷酸铁废料中铁元素与磷酸溶液中磷元素的摩尔比为1:3.4。

对比例2

本对比例提供一种磷酸铁废料的再生处理方法，其与实施例1的不同之处在于：第1步的磷酸溶液的质量浓度为21％，磷酸铁废料中铁元素与磷酸溶液中磷元素的摩尔比为1:2.8。

对比例3

本对比例提供一种磷酸铁废料的再生处理方法，其与实施例1的不同之处在于：第1步的磷酸浓度为16％，磷酸铁废料中铁元素与磷酸溶液中磷元素的摩尔比为1:3.5。

对比例4

本对比例提供一种磷酸铁废料的再生处理方法，其与实施例1的不同之处在于：第2步按0.920:1的质量比将滤液与水注入到反应釜中，反应釜中的混合液中铁元素的质量分数为为1.5％。

性能测试

对实施例1～8、对比例1～4的再生后的磷酸铁的各指标值进行测定，结果如表3所示。

表3各实施例和对比例的再生后的磷酸铁的测试指标结果

从表3可知，实施例1～8的再生后的磷酸铁的各项指标都符合标准的要求，表明本发明的再生处理方法再生后的磷酸铁的铁磷比(控制在0.9700～0.9900之间)和比表(控制在3.000～10.000㎡/g之间)等指标符合生产标准的要求，其过程简单，体系无其他杂质离子引入，洗水少，母液及洗水均可在体系内进行循环回用，无废水产生，成本低且易操作。

对比例1的磷酸溶液的浓度太低，再生后的磷酸铁的铁磷比偏高，比表偏低，不符合生产标准的要求；对比例2的磷酸溶液的浓度太高，再生后的磷酸铁的铁磷比偏低，比表偏高，不符合生产标准的要求；对比例3的磷酸溶液中磷元素的摩尔量太高，对比例4的混合液中铁元素的质量分数太高，则再生后的磷酸铁的铁磷比和比表都不符合生产标准的要求。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。