專利名稱：一種同時制備二種高鐵酸鹽的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高鐵酸鹽材料，尤其是涉及一種可用作電池及水處理材料的高鐵酸鹽的制備方法。
背景技術(shù)：
1999年以色列電化學學會主席S.Licht教授首次提出高鐵酸鹽可作為電池正極材料，此材料具有很高的電化學容量，他們研制的鋅-高鐵酸鹽電池比鋅錳電池的容量高50％以上，而且電池的可逆性和放電平臺高。高鐵酸鹽電池之所以有很高的容量是因為高鐵酸鹽中的鐵是六價，在放電時會失去3個電子，而現(xiàn)在用作鋅錳電池的二氧化錳電池材料最多只能失去2個電子，用作鎳系列充電池的氧氧化鎳則只能實現(xiàn)1個電子的得失轉(zhuǎn)化，用作鋰離子充電電池的鈷酸鋰正極材料還不能達到一個電子的得失轉(zhuǎn)化。而且鐵是很豐富的金屬元素，在地殼中的含量僅次于鋁金屬元素，遠遠比現(xiàn)在大量用作電池工業(yè)的錳、鎳、鈷等元素來源易得，價格低廉，對環(huán)境也不會造成污染。高鐵酸鹽具有很強的氧化性，同時還原后生成的三價鐵離子還具有絮凝性，很適合用作水處理劑。由于環(huán)保的需要，對水處理的要求和量也越來越多。高鐵酸鹽的研制，在資源、能源及環(huán)保等方面都具有重要的意義，所以，近這幾年來高鐵酸鹽在國內(nèi)外都得到積極的研究。
高鐵酸鹽研究的一個核心就是高鐵酸鹽的制備方法。高鐵酸鹽目前常有三類制備方法(1)次氯酸鹽氧化法，此方法雖操作麻煩，原材料耗用多，但成熟，產(chǎn)率高、純度好；(2)電解法，此方法雖操作簡單，但副產(chǎn)物多，產(chǎn)物純度低，消耗電量多；(3)高溫過氧化物法，此方法很少實際應用，因為此方法很容易引起爆炸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對已有的上述制備高鐵酸鹽的方法中存在的不足，提供一種直接可以充分利用原材料，并可同時制備高鐵酸鉀和高鐵酸鋇的方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是用次氯酸鉀作為氧化劑，將硝酸鐵、硫酸鐵或氯化鐵等中的至少一種氧化，并過濾后得到高鐵酸鉀粗產(chǎn)品，然后將粗產(chǎn)品重結(jié)晶純化，則可得到純度95％以上的高鐵酸鉀成品。重結(jié)晶時留在濾液中的高鐵酸鉀溶液則可用來與氯化鋇或乙酸鋇反應，用于制備高鐵酸鋇。
本發(fā)明的具體步驟如下1)在KOH溶液中加入碘化鉀制成穩(wěn)定劑溶液；2)在穩(wěn)定劑溶液中通入氯氣，再加入比穩(wěn)定劑溶液中KOH量多1～3倍的KOH固體至溶解；3)將步驟2)溶解后的溶液冷卻至-10～10℃再過濾，收集含次氯酸鉀的濾液，濾渣主要為KCl，作為副產(chǎn)品；4)將硝酸鐵、硫酸鐵和氯化鐵中的至少一種加入上述收集的次氯酸鉀溶液中，加料時控制次氯酸鉀的反應當量比鐵過量1.2～2倍，再加入同體積的已冷卻至0℃的5～15mol/LKOH溶液中，最好是10mol/L的KOH溶液后過濾，濾渣即為高鐵酸鉀粗產(chǎn)品，濾液主要含KOH，回收利用；5)將高鐵酸鉀粗產(chǎn)品溶于KOH溶液中，過濾，將濾液加入等體積0℃下的KOH溶液中進行重結(jié)晶；6)將濾液混合物過濾，并收集重結(jié)晶濾液，濾渣在30～80℃，最好60℃下烘干后即為高鐵酸鉀產(chǎn)品；7)將步驟6)收集的含高鐵酸鉀的重結(jié)晶濾液稀釋5～20倍，最好10倍后冷卻至0℃，此溶液記作A；8)將氯化鋇或乙酸鋇在0.1～5mol/L，最好1mol/L的KOH中制成飽和溶液并冷卻至0℃，此溶液記作B；9)將等體積的A、B兩溶液混合反應5～30min后過濾，將濾渣洗滌，濾渣在30～80℃，最好60℃下烘干后即為高鐵酸鋇產(chǎn)品。
在步驟1)中，KOH溶液的濃度最好為10～15mol/L，并在溶液中加入0.1％～0.5％的碘化鉀作為穩(wěn)定劑。
在步驟2)中，在上述穩(wěn)定劑溶液中通入氯氣2～10h，并保持KOH溶液溫度在0～30℃之間。在已通過氯氣的KOH溶液中加入比溶液中KOH量多1～3倍的KOH固體并攪溶，控制此操作時溶液溫度不能超過35℃。
在步驟4)中，控制反應體系的溫度在25～35℃，反應1～5h后，加同體積已冷卻至0℃的10mol/L的KOH溶液，攪拌5～10min后過濾。
在步驟5)中，將高鐵酸鉀粗產(chǎn)品溶于3mol/L的KOH溶液中，快速過濾到等體積0℃下的12mol/L KOH溶液中進行重結(jié)晶。
在步驟6)中，濾渣60℃烘干12h后即為高鐵酸鉀產(chǎn)品。
在步驟7)中，將步驟6)收集的含高鐵酸鉀的重結(jié)晶濾液稀釋10倍后冷卻至0℃。
在步驟8)中，將氯化鋇或乙酸鋇在1mol/L的KOH中制成飽和溶液，并冷卻至0℃。
在步驟9)中，將等體積的A、B兩溶液混合反應5--30min后過濾，將濾渣洗滌，60℃烘干12h后即為高鐵酸鋇產(chǎn)品。
與已有的高鐵酸鹽制備方法相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于利用制備高鐵酸鉀時還殘留在重結(jié)晶濾液中的大量高鐵酸鉀來同時制備高鐵酸鋇，解決了普通次氯酸鹽氧化法制備高鐵酸鉀時，重結(jié)晶濾液中的大量的高鐵酸鉀無法被利用的問題。同時制得的高鐵酸鉀和高鐵酸鋇都可以滿足用作電池正極材料及水處理劑的要求。
具體實施例方式
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進行更詳細的說明。
實施例1配制10mol/L的KOH溶液1L，在溶液中加入1g碘化鉀作為穩(wěn)定劑，在KOH溶液中通入氯氣2h，并保持KOH溶液溫度30℃；然后加入600g KOH固體并攪溶，控制此操作時溶液溫度不超過35℃；將溶液冷卻至10℃后進行過濾，收集含次氯酸鉀的濾液，濾液中次氯酸鉀濃度約0.5mol/L，濾渣主要為KCl，作為副產(chǎn)品；將50g硫酸鐵加入收集得的次氯酸鉀溶液中在25℃反應1h；將1L已冷卻至0℃的10mol/L的KOH溶液，攪拌10min后過濾，濾渣即為高鐵酸鉀粗產(chǎn)品，濾液主要含KOH，回收利用；將粗產(chǎn)品溶于300mL3mol/L的KOH溶液中，快速過濾到等體積0℃下的300mL 12mol/L KOH溶液中；將濾液混合物快速過濾，并收集此重結(jié)晶濾液，濾渣60℃烘干10h后即為高鐵酸鉀產(chǎn)品，純度為95％；將重結(jié)晶濾液稀釋10倍后冷卻至0℃，此溶液記作A；將氯化鋇在1mol/L的KOH中制成飽和溶液，并冷卻至0℃，此溶液記作B；將100mL溶液A與100mL溶液B混合反應5min后過濾，將濾渣洗滌，60℃烘干10h后即為高鐵酸鋇產(chǎn)品，純度94％。
實施例2配制15mol/L的KOH溶液1L，在溶液中加入2g碘化鉀作為穩(wěn)定劑，在KOH溶液中通入氯氣10h，并保持KOH溶液溫度在0℃然后加入1000g KOH固體并攪溶，控制此操作時溶液溫度不超過35℃；將溶液冷卻至-10℃后進行過濾，收集含次氯酸鉀的濾液，濾液中次氯酸鉀濃度約1.5mol/L，濾渣主要為KCl，作為副產(chǎn)品；將150g硝酸鐵加入收集得的次氯酸鉀溶液中在25℃反應5h；將1L已冷卻至0℃的10mol/L的KOH溶液，攪拌5-10min后過濾，濾渣即為高鐵酸鉀粗產(chǎn)品，濾液主要含KOH，回收利用；將粗產(chǎn)品溶于1.2L3mol/L的KOH溶液中，快速過濾到等體積0℃下的1.2L 12mol/L KOH溶液中；將濾液混合物快速過濾，并收集此重結(jié)晶濾液，濾渣30℃烘干12h后即為高鐵酸鉀產(chǎn)品，純度為98％；將重結(jié)晶濾液稀釋lO倍后冷卻至0℃，此溶液記作A將乙酸鋇在1mol/L的KOH中制成飽和溶液，并冷卻至0℃，此溶液記作B；將500mL溶液A與500mL溶液B混合反應5min后過濾，將濾渣洗滌，30℃烘干12h后即為高鐵酸鋇產(chǎn)品，純度96％。
實施例3與實施例1和2類似，其區(qū)別在于在KOH溶液中加入1.5g碘化鉀作為穩(wěn)定劑，在KOH溶液中通入氯氣5h，并保持KOH溶液溫度15℃；然后加入800g KOH固體并攪溶，控制此操作時溶液溫度不超過35℃；將溶液冷卻至2℃后進行過濾，收集含次氯酸鉀的濾液，濾液中次氯酸鉀濃度約1.0mol/L，濾渣主要為KCl，作為副產(chǎn)品；將100g硫酸鐵加入收集得的次氯酸鉀溶液中在35℃反應2h；將1L已冷卻至0℃的10mol/L的KOH溶液，攪拌5min后過濾，濾渣即為高鐵酸鉀粗產(chǎn)品，濾液主要含KOH，回收利用；將粗產(chǎn)品溶于150mL1.5mol/L的KOH溶液中，快速過濾到等體積0℃下的150mL 6mol/L KOH溶液中；將濾液混合物快速過濾，并收集此重結(jié)晶濾液，濾渣80℃烘干8h后即為高鐵酸鉀產(chǎn)品，純度為95％；將重結(jié)晶濾液稀釋10倍后冷卻至0℃，此溶液記作A；將氯化鋇在1mol/L的KOH中制成飽和溶液，并冷卻至0℃，此溶液記作B；將100mL溶液A與100mL溶液B混合反應8min后過濾，將濾渣洗滌，80℃烘干8h后即為高鐵酸鋇產(chǎn)品，純度94％。
權(quán)利要求
1.一種同時制備二種高鐵酸鹽的方法，其特征在于其具體步驟如下1)在KOH溶液中加入碘化鉀制成穩(wěn)定劑溶液；2)在穩(wěn)定劑溶液中通入氯氣，再加入比穩(wěn)定劑溶液中KOH量多1～3倍的KOH固體至溶解；3)將步驟2)溶解后的溶液冷卻至-10～10℃再過濾，收集含次氯酸鉀的濾液，濾渣主要為KCl，作為副產(chǎn)品；4)將硝酸鐵、硫酸鐵和氯化鐵中的至少一種加入上述收集的次氯酸鉀溶液中，加料時控制次氯酸鉀的反應當量比鐵過量1.2～2倍，再加入同體積的已冷卻至0℃的5～15mol/LKOH溶液中，濾渣即為高鐵酸鉀粗產(chǎn)品，濾液主要含KOH，回收利用；5)將高鐵酸鉀粗產(chǎn)品溶于KOH溶液中，過濾，將濾液加入等體積0℃下的KOH溶液中進行重結(jié)晶；6)將濾液混合物過濾，并收集重結(jié)晶濾液，濾渣在30～80℃下烘干后即為高鐵酸鉀產(chǎn)品；7)將步驟6)收集的含高鐵酸鉀的重結(jié)晶濾液稀釋5～20倍后冷卻至0℃，此溶液記作A；8)將氯化鋇或乙酸鋇在0.1～5mol/L的KOH中制成飽和溶液并冷卻至0℃，此溶液記作B；9)將等體積的A、B兩溶液混合反應5～30min后過濾，將濾渣洗滌，濾渣在30～80℃下烘干后即為高鐵酸鋇產(chǎn)品。
2.如權(quán)利要求1所述的一種同時制備二種高鐵酸鹽的方法，其特征在于在步驟1)中，KOH溶液的濃度為10～15mol/L，并在溶液中加入0.1％～0.5％的碘化鉀作為穩(wěn)定劑。
3.如權(quán)利要求1所述的一種同時制備二種高鐵酸鹽的方法，其特征在于在步驟2)中在步驟1)所得的穩(wěn)定劑溶液中通入氯氣2～10h，并保持KOH溶液溫度在0～30℃之間。在已通過氯氣的KOH溶液中加入比溶液中KOH量多1～3倍的KOH固體并攪溶，控制此操作時溶液溫度不能超過35℃。
4.如權(quán)利要求1所述的一種同時制備二種高鐵酸鹽的方法，其特征在于在步驟4)中，控制反應體系的溫度在25～35℃，反應1～5h后，加同體積已冷卻至0℃的10mol/L的KOH溶液，攪拌5～10min后過濾。
5.如權(quán)利要求1所述的一種同時制備二種高鐵酸鹽的方法，其特征在于在步驟5)中，將高鐵酸鉀粗產(chǎn)品溶于3mol/L的KOH溶液中，過濾到等體積0℃下的12mol/L KOH溶液中進行重結(jié)晶。
6.如權(quán)利要求1所述的一種同時制備二種高鐵酸鹽的方法，其特征在于在步驟6)中，濾渣60℃烘干12h后即為高鐵酸鉀產(chǎn)品。
7.如權(quán)利要求1所述的一種同時制備二種高鐵酸鹽的方法，其特征在于在步驟7)中，將步驟6)收集的含高鐵酸鉀的重結(jié)晶濾液稀釋10倍后冷卻至0℃。
8.如權(quán)利要求1所述的一種同時制備二種高鐵酸鹽的方法，其特征在于在步驟8)中，將氯化鋇或乙酸鋇在1mol/L的KOH中制成飽和溶液，并冷卻至0℃。
9.如權(quán)利要求1所述的一種同時制備二種高鐵酸鹽的方法，其特征在于在步驟9)中，將等體積的A、B兩溶液混合反應5-30min后過濾，將濾渣洗滌，60℃烘干12h后即為高鐵酸鋇產(chǎn)品。
全文摘要
一種同時制備二種高鐵酸鹽的方法，涉及一種高鐵酸鹽材料，尤其是涉及一種可用作電池及水處理材料的高鐵酸鹽的制備方法。提供一種直接可充分利用原材料，可同時制備高鐵酸鉀和高鐵酸鋇的方法。在KOH溶液中加碘化鉀，通氯氣，再加KOH固體至溶解，冷卻后過濾，收集含次氯酸鉀濾液，將硝酸鐵、硫酸鐵和氯化鐵中的至少一種加入次氯酸鉀溶液中，再加入已冷卻至0℃的KOH溶液中，過濾，濾渣即為高鐵酸鉀粗產(chǎn)品，粗產(chǎn)品溶于KOH溶液，過濾，加入KOH溶液中重結(jié)晶，收集重結(jié)晶濾液，濾渣烘干后即為高鐵酸鉀產(chǎn)品，將含高鐵酸鉀的重結(jié)晶濾液稀釋后冷卻，再與氯化鋇或乙酸鋇在KOH中制成的和溶液混合，將濾渣洗滌烘干即為高鐵酸鋇產(chǎn)品。
文檔編號C01F11/00GK1752002SQ200510118359
公開日2006年3月29日 申請日期2005年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者廖代偉, 盧成慧, 符顯珠, 林敬東, 李俊 申請人:廈門大學