磷酸铁锂作为动力电池、储能电站主流正极材料,铁源是整个产业链基础、体量大的原料。国内大型磷酸铁锂生产企业,主流铁源路线分为硫酸亚铁路线、草酸亚铁路线、氧化铁路线三大类,其中硫酸亚铁与草酸亚铁是当前产业化应用普遍的前驱体铁源。而工业级亚铁盐想要升级至电池级,高纯还原铁粉是湿法提纯工序里不可或缺的核心还原剂。
国内大型磷酸铁锂工厂,绝大多数硫酸亚铁来源于钛白粉行业副产物。硫酸法生产钛白粉时,会副产大量七水硫酸亚铁,原料供应充足、成本优势明显。但钛白副产的粗硫酸亚铁溶液中,含有大量三价铁离子、钛、锰以及铅、铬等重金属杂质,无法直接用于制备磷酸铁锂。三价铁残留会直接造成磷酸铁锂电化学性能衰减、电芯自放电变大、循环寿命缩短;重金属杂质更是电池生产的红线,微量超标就会带来安全隐患。

另一类高端路线以草酸亚铁作为铁源。草酸亚铁工艺制备的磷酸铁锂结晶均匀、压实密度更高,多用于高端动力电池产品。草酸亚铁同样由硫酸亚铁溶液反应制备,母液纯度直接决定草酸亚铁晶体品质,因此前期溶液除杂、还原工序,是草酸亚铁生产的重中之重。
在硫酸亚铁、草酸亚铁的湿法提纯工艺中,高纯还原铁粉承担两大核心作用。
第一,还原三价铁。粗亚铁溶液里大量三价铁,加入还原铁粉发生反应,将有害的三价铁转化为目标二价亚铁,从根源降低高价铁杂质。
第二,置换去除重金属。单质铁的金属活性高于铅、镉、铜等重金属,可置换溶液中的重金属离子,形成固体沉淀,后续过滤即可分离,并且不会引入其他阴离子杂质,不污染亚铁盐母液。
提纯用铁粉的品质,直接决定亚铁盐成品能否达到电池级标准。如果铁粉杂质高、活性不足,会出现还原不彻底,或是带入硫、硅等有害元素,污染整套母液,造成大批量前驱体报废。因此电池级亚铁盐生产企业,对铁粉的单质铁含量、粒度、活性、微量元素控制有着严苛要求。

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