高純草酸亞鐵的制備工藝研究

蔡 敏

（廣西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學院資源工程系，廣西 河池 547000）

草酸亞鐵是一種有機化工產(chǎn)品，除了作化學試劑外，還用于涂料、染料、陶瓷、光學玻璃及玻璃器皿著色，感光材料的制備等。草酸亞鐵也是合成新型鋰離子電池正極材料——磷酸亞鐵鋰的重要原料，其純度和粒徑對磷酸亞鐵鋰的導電性、阻抗、電化學容量等性能影響較大，純度高的草酸亞鐵可以制備出電化學性能較好的磷酸亞鐵鋰。目前市場上所銷售的草酸亞鐵的純度在98.5%左右，不能夠滿足合成磷酸亞鐵鋰的需要。本文以硫酸亞鐵和草酸為原料，通過高速分散均質(zhì)機和添加分散助劑，合成了高純草酸亞鐵產(chǎn)品，研究了硫酸亞鐵濃度、分散劑濃度、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度等對產(chǎn)率及純度的影響。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

儀器：SD101-2電熱鼓風干燥箱，SHZ-Ⅲ型循環(huán)水真空泵，HH-S4數(shù)顯恒溫水浴鍋，300-2型電子天平，e104型電子天平。

試劑：草酸、七水合硫酸亞鐵、高錳酸鉀、硫酸、磷酸(均為分析純)。

1.2 實驗步驟

稱取14g固體硫酸亞鐵用水溶解，過濾除去雜質(zhì)，制成純凈硫酸亞鐵溶液，備用。稱取6.3g草酸用25mL水加熱溶解，制成草酸溶液，備用。以硫酸作為分散劑加入到硫酸亞鐵溶液中，在攪拌條件下，將上述草酸溶液往硫酸亞鐵溶液中滴加，控制好反應(yīng)的加料速度和反應(yīng)溫度，即可得到草酸亞鐵沉淀。草酸溶液滴加完后繼續(xù)保持40min，使硫酸亞鐵和草酸反應(yīng)完全。待物料完全反應(yīng)后，用循環(huán)水真空泵將物料進行固液分離，水洗、干燥后即可得到黃色產(chǎn)品。

1.3 產(chǎn)品含量測定

稱取試樣0.10～0.15g，置于錐形瓶中，加硫磷混酸，搖動至試樣溶解，以高錳酸鉀標準溶液滴至粉紅色在30s內(nèi)部消失即為終點。

以質(zhì)量百分數(shù)表示的草酸亞鐵FeC2O4·2H2O含量按下式計算：

其中：V為滴定試樣所消耗的高錳酸鉀標準溶液的體積，mL；C為高錳酸鉀標準溶液的濃度，mol·L-1；G為稱取的試樣的質(zhì)量，g；A為水分含量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 分散劑濃度對產(chǎn)品純度的影響

在硫酸亞鐵濃度為210g·L-1、反應(yīng)溫度為30℃、加料時間40min條件下考察了分散劑硫酸濃度對產(chǎn)品產(chǎn)率及純度的影響，結(jié)果見表1。

表1 分散劑對產(chǎn)品產(chǎn)率及純度的影響

從表1數(shù)據(jù)可以看出，以硫酸作為分散劑，能夠有效提高反應(yīng)中離子間的碰撞幾率，硫酸濃度對產(chǎn)率的影響是非常明顯的，當硫酸濃度為20%時，產(chǎn)率最高為95%、純度為99.8%。當濃度繼續(xù)增加對產(chǎn)率及純度的影響較小，從合成成本及操作過濾工藝上考慮，分散劑濃度為20%較為合適。

2.2 硫酸亞鐵濃度對產(chǎn)品純度的影響

在分散劑濃度為20%、反應(yīng)溫度為30℃、加料時間為40min的條件下對草酸亞鐵產(chǎn)率及純度的影響，結(jié)果如表2所示。

表2 硫酸亞鐵濃度對產(chǎn)率及純度的影響

硫酸亞鐵溶液濃度也是一個重要的影響因素，這是因為反應(yīng)物濃度越高，反應(yīng)速率加快，另外，溶液濃度增大使得反應(yīng)過程中放熱量增加，反應(yīng)溫度上升后，提高了反應(yīng)效率，因此產(chǎn)率和純度有所提高。濃度控制在210g·L-1時，反應(yīng)結(jié)果較好。但濃度過高硫酸亞鐵容易結(jié)晶析出，造成工藝復(fù)雜化。

2.3 反應(yīng)溫度對產(chǎn)品純度的影響

在分散劑濃度為20%、硫酸亞濃度為210g·L-1、加料時間為40min條件下考察了反應(yīng)溫度對草酸亞鐵純度的影響，結(jié)果見表3。

表3 反應(yīng)溫度對產(chǎn)品產(chǎn)率及純度的影響

實驗結(jié)果表明，產(chǎn)率隨著反應(yīng)溫度的升高先升高后降低，純度基本保持在99%以上，這是因為溫度越低則體系的過飽和度越大，在反應(yīng)過程中晶體的成核速度要大于生長速率；另一方面，溫度降低溶液的黏度增大，從而限制了溶質(zhì)分子的運動性，使得生長速度下降，因此在低溫下容易得到純度較高的草酸亞鐵產(chǎn)品。

2.4 加料時間對產(chǎn)品純度的影響

在分散劑濃度為20%，硫酸亞鐵濃度為210g·L-1，反應(yīng)溫度為30℃條件下考察了加料時間對草酸亞鐵純度的影響，結(jié)果見表4。

表4 加料時間對產(chǎn)品產(chǎn)率及純度的影響

草酸的加料速度也是控制產(chǎn)品產(chǎn)率、純度的一個有效途徑，加料速度快則晶體的成核速度快，生長速度慢，可以有效防止生成的產(chǎn)物因接觸時間過長而相互吸附粘結(jié)晶體；反之則成核速度慢生長速度快，容易得到純度高的產(chǎn)品，加料時間控制在40min得到較純的產(chǎn)品。

3 結(jié)論

通過添加分散助劑，在優(yōu)化工藝條件硫酸濃度20%、硫酸亞鐵濃度為210g·L-1、反應(yīng)溫度為30℃、加料時間為40min下，制備出了產(chǎn)率為95%和純度99.8%的草酸亞鐵產(chǎn)品。

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