磷酸铁性质、用途与生产工艺
磷酸铁FePO4又称为正磷酸铁、磷酸高铁(二价铁离子为磷酸亚铁),比重 为2.74,自然界存在的FePO4又叫做蓝铁矿,FePO4中铁为三价铁,以二水合物 居多,除了硫酸之外它难溶于其他酸,几乎不溶于水、醋酸、醇。是一种白色、 灰白色单斜晶体粉末,为铁盐溶液和磷酸钠作用的盐,其中的铁为正三价。具有 无毒、成本低、结构稳定等特点。
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磷酸铁有许多不同的结构,主要有异磷铁锰矿、单斜、a—石英结构、斜方 和无定形等结构。而具有异磷铁锰矿的结构的磷酸铁是LiFePO4的脱锂产物,两 者的结构相似,都属于正交晶系。单斜晶系磷铁矿FePO4·2H2O的晶体结构,是由PO4四面体和FeO6八面体共享角形成三维框架结构,相对于三方品系这种结构的FePO4·2H2O热稳定性较差。
研究发现单斜晶系的FePO4·2H0的电化学性能要优于三方品系,单斜晶系FePOa·2Hz0中由于Fe-O-Fe键的相互作用化合 物表现出强烈的反磁性,其电化学性能和磁性都与它的结构有关。
铁器的使用,已延续千年,对于铁盐的全面利用则是工业革命以后的事。磷 酸铁经过数年的开发与使用,其应用领域士分广泛,在催化剂、添加剂、电极材 料合成原料等方面均有应用。
作为催化剂,纳米级磷酸铁可以作为催化剂是用,在脱氢氧化方面效果显著, 可以实现选择性氧化催化,在有机合成领域显示了其应用潜力。
作为添加剂,磷酸铁可以作为水泥添加剂,也可以作为铁质强化剂。在氧化 镁水泥中加入磷酸铁之后,可以得到镁胶和水泥,该水泥具有良好的抗水性能。 由于铁是三价的,在空气中不容易氧化,因此可以将FePO4添加到食品中,使食 品可以长期储存,并且也可以补充人体内铁元素,提高血红蛋白负载氧气的能力, 避免缺铁性贫血症状的发生。
作为电极材料和原料,三价FePOa原料成本较低,来源又十分广泛,并且具 有适宜的电压和较高的理论比容量,是很有前途的锂离子电池阴极材料。但FePOa 存在多种晶型,并且电化学活性不尽相同,若要获得更高的比容量,缩小颗粒粒 径是一种行之有效的手段。FePOa作为电极材料是它在工业上的主要应用。它是 LiFePO4的脱锂产物,所以可以作为该材料的前驱体合成原料。
作为防锈颜料,磷酸铁可以代替常用的有毒的红丹(Pb3O4)、磷酸锌[Zn3(PO4)2]、铅铬黄(PbCro及锌铬黄主要成分ZnCro4〉等材料,广泛应用于钢铁制 品的防锈颜料。其防锈机理可以认为是:二水磷酸铁通过水解产生磷酸根离子与 钢铁制品表面的三价铁离子相互作用后形成了FePO4钝化薄膜,避免了空气和水 分与钢铁制品表面直接接触,从而达到了防锈目的。
一般公认为是安全的(美国食品和药物管理局)。
化学性质
白色、灰白色或浅桃红色的单斜结晶或无定形粉末。密度2.74g/cm
3。溶于盐酸、硫酸,不溶于冷水和硝酸。
用途
在食品工业中用作营养增补剂(铁质强化剂),特别用于面包。也作饲料添加剂。
用途
用作食品和饲料添加剂
生产方法
在氧化剂(双氧水、氯酸钠等)存在下,用已除砷的精制磷酸处理已除砷和重金属的亚铁盐(如硝酸亚铁、硫酸亚铁等),然后加碱调节Ph值到2~6,即析出磷酸铁。
硝酸亚铁法 先将硝酸亚铁溶液加热至95~110℃使其全部溶解后,在氧化剂存在下,加入除砷剂和除重金属剂进行溶液净化,过滤,除去砷和重金属杂质,把精制硝酸亚铁溶液加入反应器,在搅拌下加入已除砷的精制浓磷酸和纯净的磷酸铁晶种,在不断搅拌下加热反应4h,生成磷酸铁沉淀物,经过滤,洗涤,干燥,制得食用磷酸铁成品。其
2Fe(NO3)2?9H2O+2H3PO4+0.5O2[FePO4?2H2O晶种]→2FePO4?2H2O+4HNO3+15H2O
硫酸亚铁法先将硫酸亚铁加入蒸馏水中加热全部溶解,在氧化剂存在下,加入除砷剂和除重金属剂进行溶液净化,过滤,把精制硫酸亚铁溶液加入反应器中,在搅拌下加入已除砷的精制浓磷酸,再加入精制氯酸钠溶液,于85℃进行反应30min,再缓慢加入食用烧碱溶液,调整Ph值至2~6,使磷酸铁沉淀析出。经过滤,洗涤,干燥,制得食用磷酸铁成品。其
6FeSO4+6H3PO4+NaC1O3+12NaOH→6FePO4?2H2O+6Na2SO4+NaCl+13H2O
类别
有毒物品
可燃性危险特性
可燃, 火场排出含铁和磷氧化物辛辣刺激烟雾
储运特性
库房低温, 通风, 干燥 ; 防光照; 与氧化剂分开存放
灭火剂
水, 二氧化碳, 干粉, 砂土
职业标准
TWA 1 毫克(铁)/立方米
磷酸铁
上下游产品信息
上游原料
下游产品