工业固废制备电池级草酸亚铁研究进展

利用共沉淀法,分别使用钛白废液和铁矾渣成功制得了电池级草酸亚铁和工业级草酸亚铁,分析对比二者的性质及稳定性,利用SEM-EDS、XRD分别对草酸亚铁的形貌和尺寸、结构进行初步检测,结果表明:钛白废液的副产物硫酸亚铁可以成功制备出纯度大于99%、粒径小于3.0μm、杂质含量低的电池级草酸亚铁,同时铁矾渣制得的产物有待进一步提纯优化。验证了钛白副产物这类工业固废制备电池级材料的可行性,同时为含铁组分工业固废的综合利用提供了一条有效的途径。

不同维度草酸亚铁的合成及其组织结构

采用H2CO4.2H2O和FeSO4.7H2O为原料,通过控制合成条件,合成粒径较小、维度和结构不同的草酸亚铁粉末。采用X线衍射、红外光谱、激光粒度仪和扫描电镜研究陈化温度、加料方式、pH、分散剂用量、搅拌速度、硫酸亚铁浓度等合成条件对产品组织结构、形貌和平均粒径的影响。研究结果表明:室温陈化时,得到纯相β-草酸亚铁,随陈化温度升高,草酸亚铁结构逐渐向α相转变,至90℃陈化时,得到纯相α-草酸亚铁;随pH升高,合成草酸亚铁的结晶性变差,但粒径变小;采用硫酸亚铁溶液往草酸溶液里面滴加的进料方式,增加硫酸亚铁浓度、搅拌速度和分散剂与水的体积比,均有利于降低草酸亚铁粉末的平均粒径;通过工艺控制生长,可以合成0维超细粉状、1维杆状和2维片状的草酸亚铁。

副产硫酸亚铁制备电池级草酸亚铁的研究

以钛白副产硫酸亚铁为原料制备出电池级草酸亚铁。研究了除杂、沉淀、转化反应过程中反应温度、反应时间、硫酸亚铁浓度以及反应pH等因素对产品质量的影响,并得到了优惠工艺条件。结果表明:在反应温度为95℃、反应时间为6 h的条件下用铁粉对硫酸亚铁溶液除杂,得到纯净硫酸亚铁溶液;在反应温度为40℃、铁(Ⅱ)质量浓度为90 g/L的条件下用氨水沉淀,再用草酸于反应时间为60 min、pH=2.0条件下将氢氧化亚铁转化成草酸亚铁,制备出了纯度大于99.5%、粒径小于3.0μm、杂质含量低的电池级草酸亚铁。为解决钛白副产硫酸亚铁的综合利用提供了一条有效的途径。

二水草酸亚铁热分解反应动力学

用原位XRD技术和热重法分析了二水草酸亚铁的热分解过程,并进行了动力学研究.通过结合主曲线法和统计方法判定了热分解过程的动力学模型函数,并求算了动力学参数.在静态自产气氛下,二水草酸亚铁脱水反应遵循随机成核与核增长模型,草酸亚铁热分解生成氧化铁遵循相界面控制动力学模型.结果表明,该方法可以准确、可靠地判定非等温热分解反应的动力学模型函数,并求算动力学参数.

草酸亚铁法水热合成磷酸铁锂的晶化条件研究

以草酸亚铁为原料,通过水热晶化法制备了锂电池正极材料磷酸铁锂(LiFePO_4)S1~S6、S8和S10,进一步以葡萄糖为碳源,w(C)=6%时,制得Li Fe PO4/C复合正极材料S7和S9。采用XRD和FE-SEM对产物的结构进行了表征,对水热晶化条件进行了优化,利用扣式电池充放电方法考察了S7的电化学性能。结果表明:水热晶化的最佳反应时间为10 h,最低晶化温度为190℃。当水热晶化温度达到280℃时,无碳产物(S10)中的部分Fe(Ⅱ)会被氧化为Fe(Ⅲ),生成FePO_4·2H_2O杂质相,而葡萄糖的添加则可以抑制Fe(Ⅱ)向Fe(Ⅲ)的转化。以草酸亚铁为铁源,当晶化温度为240~260℃、晶化时间为10 h时,可以通过水热法制备出颗粒团聚程度轻微的磷酸铁锂正极材料。S7的0.1 C放电比容量达到154 m Ah/g,经过42个循环测试,其0.1 C放电比容量仍可达到149 m Ah/g。与硫酸亚铁为铁源的传统水热法相比,每制备1 t纯相LiFePO_4,锂源(氢氧化锂)的使用量从190 16 mol降低到6 339 mol。

高纯超细草酸亚铁的制备研究

以硫酸亚铁和草酸为原料,通过添加分散助剂,制备了高纯超细草酸亚铁产品,并研究了分散剂浓度、硫酸亚铁浓度、加料时间、反应温度等对粒径的影响。优化工艺条件为:分散剂浓度20%～25%(m/m),硫酸铁浓度220g/L,反应温度30℃,加料时间20～30min,在此条件下产品粒径小于3.0μm、纯度大于99.5%。

二水草酸亚铁热分解行为及脱水反应动力学研究

The thermal behavior of ferrous oxalate dihydrate (FeC2O4·2H2O) was studied by thermogravimetry and differential thermal analysis (TGA and DTA). Three steps could be deduced for the decomposition from the TG,DTG and DTA curves obtained. One of the steps was the dehydration, the mass loss was 20.1%(the found value was in good agreement with the calculated value). Mathematical analysis with the integral and differential methods showed that the kinetics of dehydration of FeC2O4·2H2O could be explained by F1 mechanism in nitrogen atmosphere. The kinetic equation of dehydration of FeC2O4·2H2O could be expressed as: dα/dt=6.25×1019[exp(-170.27×103/RT)](1-α)

高性能锂离子电池草酸亚铁负极材料的可控制备

针对草酸亚铁负极材料循环稳定性差的问题,采用简单的溶剂热法,通过控制表面活性剂种类,分别用可控的合成得到了两种不同形貌结构的草酸亚铁,并进一步考察了材料的储锂能力。结果表明,表面活性剂可以改变材料颗粒晶面亲水和疏水的相互作用,进而影响材料颗粒形貌和结构稳定性。基于颗粒完整的长杆状结构、N-甲基-2-吡咯烷酮条件下合成得到的草酸亚铁材料表现出更为优异的倍率和循环性能,在1、3、5C电流密度下循环50次后,仍有585.18、551.39和539.07 mA·h/g的放电比容量。

高铁脱硫渣制备高纯度硫酸亚铁及草酸亚铁的研究

以高铁脱硫渣为原料，采取酸浸、除杂和结晶等工艺制备出99％以上硫酸亚铁晶体。研究了酸浸过程中硫酸浓度、浸取温度、时间对铁浸出率的影响，分析了各个影响因素的规律性。结果表明：适宜的浸取条件为硫酸溶液质量分数为25％，在70℃下，不断搅拌浸取6h。固液分离后调节硫酸亚铁溶液pH：1～2，在70qc下蒸发浓缩结晶，即可得到99％以上硫酸亚铁晶体。

锂离子电池原材料草酸亚铁粉体的制备

以硫酸亚铁和草酸为原料,采用沉淀法制备草酸亚铁粉体材料,研究了原料纯度、试验用水种类、原料溶液浓度和反应方式对草酸亚铁粉体纯度和粒径的影响。结果表明,使用二次净化纯水作为溶剂,且在反应前对硫酸亚铁溶液和草酸溶液进行一定的净化处理,将8%(质量分数,下同)的草酸溶液滴加到10%的硫酸亚铁溶液中,可制备出纯度较高、粒径较细、颗粒均匀的草酸亚铁粉体。

合成草酸亚铁的反应时间对组成的影响

采用硫酸亚铁铵和草酸溶液在酸性介质条件下合成含有结晶水的草酸亚铁。通过优化实验条件、定性产物及组成的测定,实验结果表明,加热反应时间为120 min时,合成样品的结晶水的个数与理论值非常接近,即合成样品为FeC2O4·2.01H2O,且产率为97％其中样品中Fe3+的质量分数为0．28％。TG—DTA分析结果表明, 草酸亚铁分解是由脱水和分解两部分组成的,样品属于二水化合物。从200℃开始,草酸亚铁开始分解,到300℃完全分解为氧化亚铁、一氧化碳和二氧化碳,失重率达56．5％。这主要是由于在氧气中氧化亚铁不稳定,会有少量三氧化二铁生成。由此可见,自制的草酸亚铁可以作为合成磷酸亚铁锂的原材料,可满足其电化学性能的要求。

高铁脱硫渣制备高纯度草酸亚铁的研究

以高铁脱硫渣为原料,采取酸浸、还原反应、离心分离、结晶、合成反应、过滤、干燥等工艺制备出99%以上草酸亚铁晶体.研究了反映剂量、反应温度、加料时间对草酸亚铁纯度的影响,讨论了每个因素的规律性.结果表明:14 g硫酸亚铁溶于15 mL水中,用6 mL氨水预处理,6.5 g草酸溶于25 mL水中,用40 mL无水乙醇预处理,反应温度在40℃,加料时间在25～30 min,得到纯度为99%以上、平均粒径为5.0μm的高纯度超细草酸亚铁.

凝胶扩散体系中合成草酸亚铁的研究

介绍了一种在凝胶体系中用扩散法制备草酸亚铁的结晶方法.试验结果表明,在琼脂凝胶中生长的草酸亚铁结晶水个数趋近于2,三价铁离子含量少,生成的晶体晶型大而且规则,可作为合成磷酸亚铁锂的优质原材料.

草酸亚铁制备及组分测定综合实验之更新探索

在实验教学中,增加综合性实验内容,开设研究性、探索性和创新性综合实验是化学专业人才培养的重要组成部分。改革更新"草酸亚铁制备及组成测定"的实验方法,并以此创新综合实验为例,引导学生综合运用所学理论知识设计并优选实验方案。通过综合实验的训练,加深学生对实验及科研方法的理解,提高其实验技能及合作交流的能力。

合成草酸亚铁实验条件的考察

采用硫酸亚铁铵和草酸溶液在酸性介质条件下合成含有结晶水的草酸亚铁。通过优化实验条件、定性产物及组成的测定,实验结果表明:加热反应时间为120 min时,合成样品的结晶水的个数与理论值非常接近,即合成样品为FeC2O4.2.01H2O,且产率为96%,其中样品w(Fe3+)=0.28%。TG-DTA分析结果表明草酸亚铁分解是由脱水和分解两部分组成,样品属于二水化合物。从200℃开始,草酸亚铁开始分解,到300℃完全分解为氧化亚铁、一氧化碳和二氧化碳,失重率达56.5%。这主要是由于在氧气气氛中进行,氧化亚铁不稳定,会有少量三氧化二铁生成。由此可见,自制的草酸亚铁可以作为合成磷酸亚铁锂的原材料,可满足其电化学性能的要求。

杯式连续沉淀器中草酸亚铁的沉淀工艺

采用着色法研究了杯式连续沉淀器中流场形状与性质,并采用加入颗粒、即时沉淀反应生成颗粒两种方式考察了沉淀颗粒在中心涡流区域的分布与扩散情况。在26℃时,采用杯式连续沉淀器研究了料液的加料方式、搅拌速率、表观反应时间等因素对生成的草酸亚铁沉淀颗粒粒径分布和平均粒径、对连续沉淀器和搅拌桨表面颗粒粘结的影响。当草酸料液与硫酸亚铁料液均从杯式连续沉淀器中心涡流区域加入时,可以有效避免沉淀器内壁产生颗粒粘附、结块现象,且所生成的颗粒平均粒径较大,其中生成的粒径为2~5μm和小于10μm的颗粒所占比例较小。当搅拌速率在500~800 r/min时,提高搅拌转速不利于生成粒径为2~5μm和小于10μm的沉淀颗粒,而草酸亚铁连续沉淀反应的表观反应时间大于30.0 min时,沉淀颗粒的生长速率逐渐变缓。

氰化尾渣浸出液光催化制备草酸亚铁及再生C_(2)O_(4)^(2-)的研究

针对草酸浸出氰化尾渣过程产出的大量浸出液资源化利用问题,在分析Fe^(3+)-H_(2)C_(2)O_(4)-H_(2)O体系中Fe_(3+)和C_(2)O_(2-)_(4)的形态分布及电位-pH图的基础上,提出采用光催化法处理浸出液制备草酸亚铁和再生C_(2)O^(2-)_(4)。初步研究了静态和磁力搅拌状态下浸出液中C_(2)O^(2-)_(4)氧化率、铁沉淀率及草酸亚铁沉淀形貌与晶型。结果表明:与静态光催化相比,磁力搅拌虽可缩短光催化时间,强化光催化效果,减小β-FeC_(2)O_(4)·2H_(2)O粒度,但破坏其形貌,并使C_(2)O^(2-)_(4)氧化率增加,不利于C_(2)O^(2-)_(4)的再生,可根据草酸亚铁的具体使用性能确定相应的光催化条件。采用无污染光催化法回收浸出液中的铁和再生部分C_(2)O^(2-)_(4),实现了浸出液的循环利用,同时开发了以草酸铁配合物为铁源制备FeC_(2)O_(4)的新工艺。

草酸亚铁综合性实验的教学

综合性实验——草酸亚铁的制备及其组成分析实验中,针对学生在实验过程中存在的诸多问题予以解释和改进,使学生的实验过程更加顺畅,提高了产品的产率、纯度及测定结果.同时,强化了学生综合实验能力的培养和综合素质的提高.

草酸亚铁的制备及光诱导丙烯腈的沉淀聚合

以硫酸亚铁和草酸为原料,聚乙烯吡咯烷酮为分散剂,制备了草酸亚铁.草酸亚铁制备的工艺条件为:分散剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的质量浓度为35%,温度为30℃,反应时间为30 min,硫酸亚铁的浓度为200 g·L^-1.将制备的草酸亚铁作为光引发剂,采用沉淀聚合技术进行光诱导丙烯腈的聚合.研究了HCl的量、单体丙烯腈的量和温度对聚丙烯腈收率的影响.在本文实验条件下,当盐酸的量为0. 75 mL,引发剂的量为丙烯腈的质量的3%,丙烯腈的量为4 g,聚合温度60℃,聚合反应时间3 h时,得到的聚丙烯腈的收率最高.

锂离子电池用草酸亚铁的合成研究

采用扫描电镜、激光粒度仪、振实密度仪,研究了陈化时间、分散剂浓度、亚铁离子浓度对草酸亚铁产品形貌、振实密度和粒径的影响。优化的草酸亚铁制备工艺条件为:亚铁离子浓度为85 g/L,分散剂浓度为0. 65 mol/L,陈化时间为9 h。制备得到的草酸亚铁产品振实密度为1. 22 g/cm^3,粒度(D_(50))为3. 16μm;以制备的草酸亚铁为原料,采用高温固相法合成磷酸铁锂正极材料,得到的正极材料充放电性能良好。