由钛白副产硫酸亚铁生产高纯硫酸亚铁新技术

由钛白副产硫酸亚铁生产高纯硫酸亚铁新技术

我国硫酸法钛白行业每年有大量的副产硫酸亚铁产生，虽然含有锰、镁、钛、铝、钙及微量的重金属杂质，无法直接利用，但通过采取工艺与装备措施对其进行净化处理后可以用作生产高附加值铁化合物的原料。如南阳东方应用化工研究所研发的由钛白副产硫酸亚铁生产高纯硫酸亚铁新技术就是一条很好的资源化利用途径。所述高纯硫酸亚铁包括电池用硫酸亚铁和食品用硫酸亚铁。

 

随着全球能源结构转型的加速，高效、安全、环保的电池技术成为推动可再生能源利用和电动汽车发展的关键。在众多电池材料中硫酸亚铁因其独特的化学性质和成本优势正逐渐成为电池领域的研究与应用热点。作为一种常见的铁盐，硫酸亚铁不仅价格低廉、来源广泛，还具有优异的电化学性能和环境友好特性，由此使其在锂离子电池、钠离子电池和液流电池等新型储能系统中展现出巨大的潜力。

目前国内尚未出台电池用硫酸亚铁国家标准，新能源行业对电池用硫酸亚铁的技术要求为：

检测项目	指标要求	作用
FeSO4·7H2O含量	99.0~101%	高纯度，减少副反应
铁（Fe3+）	≤0.06%	影响磷酸铁锂的化学计量比
铝（Al）	≤0.06%	减缓容量衰减
钙（Ca）	≤0.06%	避免电解液副反应
镉（Cr）	≤0.06%	防止电池自放电和容量衰减
镁（Mg）	≤0.06%	影响电池电导率和倍率性能
钴（Co）	≤0.06%	可能催化电解液分解
铜（Cu）	≤0.06%	避免电解液副反应
锰（Mn）	≤0.06%	影响电池循环稳定性
钠（Na）	≤0.06%	避免电解液副反应
镍（Ni）	≤0.06%	影响电池高温性能
水不溶物	80	避免堵塞电极孔隙
pH值（10g/100ml，25℃）	2.5~3.5	酸性过强可能腐蚀设备
ROHS	合格

目前，符合用户要求的电池用硫酸亚铁市场售价2400元/t。

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食品用硫酸亚铁是一种经过提纯和严格质量控制、符合食品安全标准的铁补充剂，其主要被用作食品营养强化剂、食品加工助剂、保健品与药物中铁的补充剂等。我国食品用硫酸亚铁执行《食品安全国家标准 食品添加剂 硫酸亚铁》GB29211 -2012标准。

目前，符合国家标准的食品用硫酸亚铁市场售价1900元/t。

 

目前，我国生产高纯硫酸亚铁的工艺有重结晶法、膜分离法、溶剂萃取法、离子交换法等。不同的工艺各有其不同的优势和劣势。其中重结晶法可将产品纯度提升至99%以上，但存在的问题是对钛等特定杂质去除效果有限，生产过程能耗高。膜分离法虽然可以将产品中的钛等杂质含量有效控制到5ppm以下，但膜污染和通量衰减问题仍然需要解决。溶剂萃取法所得产品纯度可以满足电池行业要求，但有机溶剂的使用增加了生产成本，溶剂所具有的化学毒性增加了生产过程的环保负担。离子交换法对交换树脂的选择性要求较高，目前尚无有效去除钛白副产硫酸亚铁中各种金属杂质的离子交换树脂，同时树脂再生过程有大量的酸性和碱性废水产生。

针对上述工艺所存在的不足，南阳东方应用化工研究所研发出了短流程、低成本、无污染的由钛白副产硫酸亚铁生产高纯硫酸亚铁新技术。

（1）工艺过程：首先将钛白副产硫酸亚铁与高纯硫酸亚铁母液混合、溶解，再经还原、净化去除溶液中的钛、锰、镁、铝、重金属等杂质后制得纯度符合技术要求的精制硫酸亚铁溶液。将精制硫酸亚铁溶液直接送结晶工序，控制工艺条件经结晶、分离、干燥制得高纯硫酸亚铁产品。所述高纯硫酸亚铁产品包括电池用硫酸亚铁和食品用硫酸亚铁。生产过程无废水、废气排放。产生的微量净化渣收集后集中处理。

（2）主要经济技术指标

铁收率：≥95%；

杂质元素去除率：钛≥99%，镁≥98%，锰≥91%，铝≥93%，重金属≥90%。

（3）主要物资能源消耗量及产品产量

以生产电池用硫酸亚铁为例：

原料为河南某公司所产钛白副产硫酸亚铁，化学组成FeSO₄·7H₂O85%，TiO₂0.3%，MgSO₄2.8%，MnSO₄0.7%。按每处理1000kg钛白副产硫酸亚铁计，主要物资能源消耗量：

序号	项目	消耗量kg	备注
1	净化剂1	25
2	净化剂2	30
3	净化剂3	40
4	水	0.1m3
5	电	80kwh
6	蒸汽	450
7	包装	32条

产品产量及销售收入

每处理1000kg钛白副产硫酸亚铁，产出电池用硫酸亚铁812kg，单价2.4元/kg，销售收入1948.8元。

以生产食品用硫酸亚铁为例：

原料为江苏某公司所产钛白副产硫酸亚铁，化学组成FeSO₄·7H₂O88%，TiO₂0.2%，MgSO₄1.6%，MnSO₄0.4%。按每处理1000kg钛白副产硫酸亚铁计，主要物资能源消耗量：

序号	项目	消耗量kg	备注
1	还原剂	20
2	净化剂	5
3	水	0.05m3
4	电	60kwh
5	蒸汽	350
6	包装	34条

产品产量及销售收入

每处理1000kg钛白副产硫酸亚铁，可产出食品用硫酸亚铁840kg，单价1.9元/kg，销售收入1596元。

综上所述，钛白副产硫酸亚铁是生产高纯硫酸亚铁的合适原料，以其为原料生产高纯硫酸亚铁，既可以解决硫酸法钛白生产企业固体废物的存放问题，又可以生产附加值相对较高的高纯硫酸亚铁产品，创造良好的经济效益，从而为钛白副产硫酸亚铁的资源化利用开辟了一条有效途径。