[发明专利]由磷铁制备Li3PO4和Fe2O3的方法

说明书

技术领域

本发明涉及由磷铁制备Li₃PO₄和Fe₂O₃的方法，属于材料领域。

背景技术

磷铁是磷与铁反应形成的金属间化合物，资源丰富，来源广泛，可以是磷铁矿物或其冶炼产物、也可以是热法磷或钙镁磷肥等磷化工和硅酸盐化工等生产中的一种副产物、也可自制，呈灰色，略有金属光泽，比重较大，相对密度为5.6～6.0，产量较大，目前市场价格不高，如：电热法生产黄磷过程中，磷矿石里的少量铁与磷在电炉中经高温反应生成磷铁，并且生产1t黄磷副产磷铁80～150kg，其中，w_(P)＝18％～26％、w_(Fe)≈70％，磷铁的成分依据不同的磷矿石成分和工艺条件而有所不同，比较复杂，种类比较多，一般有以下几种状态：FeP、Fe₂P、Fe₃P、Fe₄P和FeP₂等，常温下化学性质稳定，不溶于酸，不锈，无磁性，熔点约1149℃，其纯度与原料的组成关系密切，可以通过熔融、重结晶、机械处理、球磨、碱熔、络合等方法进行提纯。

我国的磷铁资源丰富，不仅有大量的磷铁矿冶炼制备，而且每年仅磷化工副产磷铁就约有30万吨。然而，磷铁目前的应用领域比较窄，大部分廉价出口或被商贸部门以粗品收购，现在的应用范围有：用作冶金工业的合金剂或脱氧剂[硫磷设计与粉体工程4(2006)10]，与碱金属的碳酸盐(碳酸钾、碳酸钠)反应制备磷酸盐[加拿大CA344461]，制备磷酸与铁合金[中国专利CN1884052A]，制备电极材料[中国专利CN101219783A]，制备氧化铁红联产磷酸三钠[中国专利2008101476128]。因此，现在急需要拓展磷铁的应用新领域，提升磷铁的价值。

用作冶金工业的合金剂或脱氧剂的磷铁量不是很大[硫磷设计与粉体工程4(2006)10]，由磷铁制备磷酸三钠或磷酸三钾时[加拿大CA344461]，钠盐或钾盐的组成单一(只用碳酸盐)，反应过程中消耗比较多，需要磷酸中和，反应温度高(在900～1200℃)，反应工艺路线长，而且铁元素成为铁泥废渣，没有得到应用，反应过程中容易产生粘附于反应器壁上的黑色坚硬固体，对设备的要求比较高，而且存在一定的环保问题，经济效益差。磷铁在氧化过程中产生的P₂O₅在少量水作用下形成高温磷酸，对设备的腐蚀非常严重，而且随温度的升高腐蚀急剧增加，所以由磷铁制备磷酸和铁合金时[中国专利CN1884052A]，不仅存在P₂O₅引起的严重腐蚀，而且磷铁与氧或氧化物的反应温度更高，在1200～1800℃，氧化在纯氧下进行，对氧和设备的要求比较高，造成工艺路线复杂和成本较高。磷铁制备电极材料时氧量的严格控制非常关键[中国专利CN101219783A]，氧既参与反应，又不能过量，氧量控制不好时不仅得不到所需要的电极材料，而且会形成粘附于反应器壁上的黑色坚硬固体。磷铁制备氧化铁红联产磷酸三钠时[中国专利CN101219783A]，只采用Na₂CO₃为钠盐，热稳定性高，反应所需能量高，同时存在原料单一的问题，反应工艺长，反应产生的CO₂废气没有消除，大规模连续生产的成本较高。

Li₃PO₄是一种化工原料，主要用作生产电极材料、催化剂、彩色荧光粉、特种玻璃、光盘材料等的原料，也用于固态电解质和电极材料的修饰改性。Li₃PO₄与Fe₂O₃的混合物可以用作制备电极材料的原料。