CN102820468B - 一种连续化生产电池用四氧化三钴的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

一种连续化生产电池用四氧化三钴的制备工艺,是一种用含钴物料连续化合成碳酸钴,以及在氧化气氛中连续焙烧分解制备四氧化三钴的工艺,通过钴溶液的配制、沉淀剂的配置、碳酸锂合成、陈化、过滤洗涤、煅烧、后处理几个步骤来完成四氧化三钴的连续化生产。本发明采用连续化合成碳酸钴,连续化焙烧分解四氧化三钴的工艺,生产过程中的工艺指标易控制,可以实现自动化生产,有利于降低劳动强度,提高劳动效率,降低成本,生产出的产品纯度高、物理性能指标优异并且稳定性、一致性很好。

Description

—种连续化生产电池用四氧化三钴的制备工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及金属氧化物的制备领域,具体为一种用含钴物料连续化合成碳酸钴,以及在氧化气氛中连续焙烧分解制备四氧化三钴的工艺。
背景技术
[0002] 钴作为重要战略金属,其在工业和军事领域应用日益广泛。上世纪九十年代以来,充电电池行业,特别是锂离子电池、镍氢电池行业钴消费的快速增长,目前已成为钴的最大消费领域。
[0003] 四氧化三钴是生产锂离子电池正极材料钴酸锂、镍钴锰酸锂的最主要原料之一,其对四氧化三钴有严格的化学成份要求外,对颗粒形貌、粒度组成与分布、松装密度、物料的流动性等物理指标也有特殊的要求,特别是对前后物料的稳定性、一致性要求很高。
[0004] 四氧化三钴产品的物理性能指标与其前驱体碳酸钴有很大的影响。现有技术中对制备前驱体碳酸钴中的各种操作条件控制论述较多,但对于连续化制备过程、连续化煅烧涉及很少。
发明内容
[0005] 本发明所解决的技术问题在于提供一种连续化生产电池用四氧化三钴的制备工艺,以解决上述背景技术中的缺点。
[0006] 本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
[0007] 一种连续化生产电池用四氧化三钴的制备工艺,以钴矿石为原料,经过硫酸浸出、氧化除铁、萃取除杂、镍钴镁分离,得到的钴溶液,采用沉淀剂沉淀法制备碳酸钴前驱体,再经高温煅烧对前驱体进行热分解,最终得到电池用四氧化三钴。具体制备过程步骤如下:
[0008] (I)钴溶液的制备:以钴矿石为原料,经过硫酸浸出、氧化除铁、萃取除杂、钴镍镁分离,得到含钴100-140g/l的钴溶液;
[0009] (2)沉淀剂的配制:选用合格的碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢铵、碳酸铵中的一种,用水溶解,配制成浓度为100-300g/l的沉淀剂溶液;
[0010] (3)碳酸锂合成:将钴溶液和沉淀剂溶液,用并流加料法连续加入反应釜,加料速度钴溶液lm3/h左右,控制合成反应温度为35-65°C,溶液反应pH值6.0-8.0,搅拌速度为300-1000rpm,碳酸钴产品连续不断地从一定高度的溢流口排出进入陈化槽;
[0011] (4)陈化:上步骤的碳酸钴浆料在陈化槽中进行陈化,陈化温度30-60°C,陈化时间2-12小时,搅拌速度为300-800rpm ;
[0012] (5)过滤洗涤:经过陈化后的碳酸钴浆料,送离心机过滤,经过滤后的固体碳酸钴,用60°C〜80°C的去离子水反复洗涤,直至洗水ph值彡7.5,停止洗涤;
[0013] (6)煅烧:离心后的湿碳酸钴连续送入回转炉煅烧,回转炉煅烧温度控制650〜900°C,煅烧过程控制氧化气氛,经热分解得到含钴72.6〜73.6%,松装密度0.8〜1.2g/cm3,激光粒度(D50) 5〜20um四氧化三钴产品;
[0014] (7)后处理:对过滤产生的母液送综合回收和处理,废水经检测合格后排放。
[0015] 在本发明工艺中,直接利用净化后钴溶液合成碳酸钴,溶液钴浓度高,提高了设备单产能力,减少母液水排出量和废水处理量,有利于降低成本。
[0016] 在本发明工艺中,采用连续进料、连续出料的合成碳酸钴方式,可以避免单槽合成中的诸多缺点,可以做到工艺指标控制精确,合成的碳酸钴颗粒形貌、粒度组成与分布、松装密度等物理性能指标优越;产品的物理性能指标稳定性、均一性非常良好;可以实现自动化控制,降低劳动强度,提高劳动效率。
[0017] 在本发明工艺中,采用连续进料、连续出料的回转炉煅烧方式,烧出的四氧化三钴煅烧均匀、钴含量稳定、流动性好;煅烧时间减少,降低了能源的消耗;可以不用经过粉碎,直接筛分、混料后即可得到电池用四氧化三钴产品。
[0018] 有益效果:本发明采用连续化合成碳酸钴,连续化焙烧分解四氧化三钴的工艺,生产过程中的工艺指标易控制,可以实现自动化生产,有利于降低劳动强度,提高劳动效率,降低成本,生产出的产品纯度高、物理性能指标优异并且稳定性、一致性很好。
附图说明
[0019] 图1为本发明中四氧化三钴产品的扫描电镜照片。
具体实施方式
[0020] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面对本发明的工艺进行进一步的阐述。
[0021] 一种连续化生产电池用四氧化三钴的制备工艺,通过以下步骤来实现四氧化三钴的生产:
[0022] (I)钴溶液的制备:以钴矿石为原料,经过硫酸浸出、氧化除铁、萃取除杂、钴镍镁分离,得到含钴100-140g/l的钴溶液;
[0023] (2)沉淀剂的配制:选用合格的碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢铵、碳酸铵中的一种,用水溶解,配制成浓度为100-300g/l的沉淀剂溶液;
[0024] (3)碳酸锂合成:将钴溶液和沉淀剂溶液,用并流加料法连续加入反应釜,加料速度钴溶液lm3/h左右,控制合成反应温度为35-65°C,溶液反应pH值6.0-8.0,搅拌速度为300-1000rpm,碳酸钴产品连续不断地从一定高度的溢流口排出进入陈化槽;
[0025] (4)陈化:上步骤的碳酸钴浆料在陈化槽中进行陈化,陈化温度30-60°C,陈化时间2-12小时,搅拌速度为300-800rpm ;
[0026] (5)过滤洗涤:经过陈化后的碳酸钴浆料,送离心机过滤,经过滤后的固体碳酸钴,用60°C〜80°C的去离子水反复洗涤,直至洗水ph值彡7.5,停止洗涤;
[0027] (6)煅烧:离心后的湿碳酸钴连续送入回转炉煅烧,回转炉煅烧温度控制650〜900°C,煅烧过程控制氧化气氛,经热分解得到含钴72.6〜73.6%,松装密度0.8〜1.2g/cm3,激光粒度(D50) 5〜20um四氧化三钴产品;
[0028] (7)后处理:对过滤产生的母液送综合回收和处理,废水经检测合格后排放。
[0029] 在上述步骤中,对本发明的碳酸钴进行检测,报告如下:
[0030] 项i 质量要求、检测结果表观质量__粉红色粉末,色泽一致激警 _DlO (Mm)__10J6_
物理粒产 _D50 (Mm)__1444_
性能 —又__D90 (Mm)__1L67_
__松装密度CgZcmi)__02_
_Co£%)__4λ52_
_£Μ%)__O1OOi_
_ΜΆί%)__O1OOl_
化 Fe(K) 0—0013
_«WWW»* ,__
学 Ν%(%) 0.0020
成_Μ0'-。)__aooi_
份_Μ%)__aooi_
_Cui%)__O1OOI_
_歴.0)__aooi_
_I Pb(°-0) 0.001
[0031] 在上述步骤中,对本发明的四氧化三钴进行检测,报告如下:
[0032]
项B 质量要求、检测结果
耒删丙曰灰黑色粉末,干燥沽浄无衣H _夹杂物,色泽一致激光I ■ ^^-
義粒度 050 (μπ -^-
4 地 I D90 (μπ)___
恥 _松装密度(g/onO__U?_
__振实密度(g/crn3)__2.26_
Co(%} 73.15
___0J033_
___0^01_
化 _M!f)__O-OOlS_
学_Μΐί)__O-隱 2_
成 _Μ%)__0.002_
^_MS__MOi_
Cu(%} 0.002
__£__
Mim 0.002
_OvW..» __
__PMW>__O1OOl_
[0033] 本发明的产品四氧化三钴可参见图1的扫描电镜照片。
[0034] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种连续化生产电池用四氧化三钴的制备工艺,其特征在于,通过以下步骤来实现四氧化二钴的生广: (1)钴溶液的制备:以钴矿石为原料,经过硫酸浸出、氧化除铁、萃取除杂、钴镍镁分离,得到含钴100-140g/l的钴溶液; (2)沉淀剂的配制:选用合格的碳酸氢钠、碳酸钠中的一种,用水溶解,配制成浓度为100-300g/l的沉淀剂溶液; (3)碳酸钴合成:将钴溶液和沉淀剂溶液,用并流加料法连续加入反应釜,加料速度钴溶液lm3/h,控制合成反应温度为35-65 °C,溶液反应pH值6.0-8.0,搅拌速度为300-1000rpm,使碳酸钴产品连续不断地从一定高度的溢流口排出并进入陈化槽; (4)陈化:上步骤的碳酸钴浆料在陈化槽中进行陈化,陈化温度30-60°C,陈化时间2-12小时,搅拌速度为300-800rpm ; (5)过滤洗涤:经过陈化后的碳酸钴浆料,送离心机过滤,经过滤后的固体碳酸钴,用60V〜80°C的去离子水反复洗涤,直至洗水pH值< 7.5,停止洗涤; (6)煅烧:离心后的湿碳酸钴连续送入回转炉煅烧,回转炉煅烧温度控制650〜900°C,煅烧过程控制氧化气氛,经热分解得到含钴72.6〜73.6%,松装密度0.8〜1.2g/cm3,激光粒度D50大于5且小于或等于20 μ m四氧化三钴产品; (7)后处理:对过滤产生的母液送综合回收和处理,废水经检测合格后排放。
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