蔡 敏

（廣西現代職業(yè)技術學院資源工程系，廣西 河池 547000）

草酸亞鐵是一種有機化工產品，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，通過高速分散均質機和添加分散助劑，合成了高純草酸亞鐵產品，研究了硫酸亞鐵濃度、分散劑濃度、反應時間、反應溫度等對產率及純度的影響。

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，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，控制好反應的加料速度和反應溫度，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完全。待物料完全反應后，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品。

1.3 產品含量測定

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內部消失即為終點。

以質量百分數表示的草酸亞鐵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為稱取的試樣的質量，g；A為水分含量，g。

2 結果與討論

2.1 分散劑濃度對產品純度的影響

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

表1 分散劑對產品產率及純度的影響

從表1數據可以看出，以硫酸作為分散劑，能夠有效提高反應中離子間的碰撞幾率，硫酸濃度對產率的影響是非常明顯的，當硫酸濃度為20%時，產率最高為95%、純度為99.8%。當濃度繼續(xù)增加對產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 硫酸亞鐵濃度對產品純度的影響

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

表2 硫酸亞鐵濃度對產率及純度的影響

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

2.3 反應溫度對產品純度的影響

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

表3 反應溫度對產品產率及純度的影響

實驗結果表明，產率隨著反應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品。

2.4 加料時間對產品純度的影響

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，結果見表4。

表4 加料時間對產品產率及純度的影響

草酸的加料速度也是控制產品產率、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物因接觸時間過長而相互吸附粘結晶體；反之則成核速度慢生長速度快，容易得到純度高的產品，加料時間控制在40min得到較純的產品。

3 結論

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、反應溫度為30℃、加料時間為40min下，制備出了產率為95%和純度99.8%的草酸亞鐵產品。

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