CN107986338B - 一种镍钴锰三元氢氧化物的生产装置及其工艺 - Google Patents

一种镍钴锰三元氢氧化物的生产装置及其工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镍钴锰三元氢氧化物的生产装置及其工艺，所述装置主要包括密闭罐式反应釜、出料泵、离心机及连接管道，每个反应釜在上部侧壁均设置溢流口且在下部侧壁均设置进料口，每个反应釜的溢流口均与其他反应釜的进料口管道连接。所述工艺中前一级反应釜的溢流作为下一个反应釜的底液，并在下一个反应釜中进行陈化，在继续沉淀之前，陈化过程促使底液中大晶体的消损和小晶粒的成长，整体趋于一致后再进行生长。本发明中每个反应釜均具备沉淀合成和陈化两个功能，每个反应釜均可溢流到其他两个反应釜，溢流经陈化后再进行并流沉淀合成，具有终点粒度易于控制、产品粒度分布窄等优势。

Description

一种镍钴锰三元氢氧化物的生产装置及其工艺
技术领域
本实用新型属于材料湿法合成领域，具体涉及一种镍钴锰三元氢氧化物的生产装置及其工艺。
背景技术
镍钴锰三元氢氧化物的制备一般单反应釜间歇沉淀工艺，三元氢氧化物的成核、长大、陈化等均在同一个反应釜内完成，在实施过程中存在着能耗高、生产效率低、批次之间质量不稳定等问题。
ZL201520250444.0公开了一种低磁镍钴锰三元氢氧化物的连续反应工艺，将晶核生成、初级生长反应、优化生长反应、陈化分别在四个反应釜中进行，实现了连续生产，但本工艺的陈化只是在最后一个反应釜中进行，中间过程中的反应釜并无陈化过程，因为第一个反应釜溢流的沉淀晶核粒度分布范围较宽，第二个及之后的反应釜内晶核在原有的基础上生长，导致最终产品的粒度分布也较宽。
ZL201520948647.7公开了一种镍钴锰三元氢氧化物的连续生产工艺：镍钴锰三元氢氧化物的造核为间歇式生产，造核后晶核集中在一个反应釜中，再连续加入到生长釜中，生长釜进行晶核的长大，颗粒生长完成后溢流至陈化釜，本工艺实现了镍钴锰三元氢氧化物的半连续生产，但连续加入到生长釜的晶核，与已经生长的晶核混合溢流到陈化釜，同样导致最终产品的粒度分布较宽。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种产品粒度分布窄的镍钴锰三元氢氧化物的生产装置及其工艺。
为达到上述目的，本发明一方面提供了一种镍钴锰三元氢氧化物的生产装置：包括密闭罐式反应釜（1）、出料泵（2）、离心机（3）及连接管道；所述的反应釜（1）反应釜数量为3个，从左至右编号1#、2#、3#，每个反应釜都带有搅拌器（4）和电加热器（5），上部设置料液进口（6）和气体进口（7），上部侧壁均设置溢流口（8）且在下部侧壁均设置浆体进料口（9），每个反应釜的溢流口均与其他反应釜的进料口通过管道连接；每个反应釜底部设置浆体出料口（10），通过管道连通至出料泵（2）和离心机（3）。
进一步地，反应釜数量为3个，每个反应釜容积为1m3～10m3，各反应釜规格相同。
进一步地，所述反应釜（1）的溢流口（8）位于反应釜高度0.9H～1H，浆体进料口（9）位于反应釜高度0.0H～0.1H。
进一步地，所述溢流口与其他反应釜浆体进料口连接的管道上，均在靠近溢流口处设置阀门。
进一步地，反应釜浆体出料口与出料泵连通的管道上，均在靠近浆体出料口处设置阀门，各反应釜浆体出料口管道并联后接通出料泵。
本发明另一方面提供了一种利用上述生产装置生产镍钴锰三元氢氧化物的工艺，包括以下步骤。
（a）向每个反应釜中加入0.2～0.8mol/L氨水溶液做底液，底液面淹没最下层搅拌桨。
（b）1#反应釜开启搅拌、加热至40oC～70oC后加入还原剂和保护气，将镍钴锰三种金属离子总浓度为1.0～2.0mol/L的金属溶液、4.0～8.0mol/L氢氧化钠溶液、5.0～10.0mol/L氨水溶液同时加入1#反应釜中，进行造核反应，控制金属液流量为1～50L/h，控制反应釜内混合溶液的pH值范围为10.0～12.0、总氨浓度为0.2～0.8mol/L。
（c）1#反应釜开始溢流时溢流进入2#反应釜，开启2#反应釜搅拌进行陈化2~5h后，2#反应釜内晶体生长过程操作同步骤（b），若1#反应釜仍有溢流则切入3#反应釜。
（d）2#反应釜开始溢流时，2#反应釜溢流进入3#反应釜或出料清空后的1#反应釜，开启搅拌进行陈化2~5h后，3#反应釜或1#反应釜内晶体生长过程操作同步骤（b）。
（e）3#反应釜开始溢流时溢流液进入出料清空后的1#反应釜或2#反应釜，开启搅拌进行陈化2~5h后，反应釜内晶体生长过程操作同步骤（b）。
（f）在进行（b）、（c）（d）、（e）步骤过程中，随时检测1#反应釜、2#反应釜、3#反应釜的晶体D50，满足要求后停止该反应釜原液的加入，进行再陈化2~10h、过滤、洗涤、烘干即得到镍钴锰三元氢氧化物产品。
本发明与现有单反应釜间歇沉淀工艺比，实现了半连续生产，具有能耗低、生产效率高等优点。
本发明与现有单反应釜连续沉淀工艺相比，三元氢氧化物晶核在成长过程中经过了成核、陈化、生长、再陈化的过程，具有产品粒度分布范围较窄的优点。
附图说明
图1为本发明的实施示意图。
附图中：1、反应釜；2、出料泵；3、离心机；4、搅拌器；5、电加热器；6、料液进口；7、气体进口；8、溢流口；9、浆体进料口；10、浆体出料口。
具体实施方式
为进一步说明本实用新型的技术手段、新颖性和目的效果，结合实际阐述实施例，但以下实施例为示例性的，仅用于解释此发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
一种镍钴锰三元氢氧化物的生产装置，包括3个1m³相同的反应釜、出料泵、离心机及连接管道。反应釜为水封的密闭罐式反应釜，带搅拌和电加热器，上部设置料液进口和气体进口；每个反应釜在上部侧壁0.95H均设置溢流口且在下部侧壁0.15H均设置进料口，每个反应釜的溢流口均与其他反应釜的进料口管道连接，溢流口与其他反应釜进料口连接的管道上，均在靠近溢流口处设置阀门；每个反应釜底部设置浆体出料口，通过管道连通至出料泵和离心机，反应釜浆体出料口与出料泵连通的管道上，均在靠近浆体出料口处设置阀门，各反应釜浆体出料口管道并联后接通出料泵。
一种镍钴锰三元氢氧化物的生产工艺，包括以下步骤。
（a）向每个反应釜中加入0.2mol/L氨水溶液做底液，底液面淹没最下层搅拌桨。
（b）1#反应釜开启搅拌、加热至40oC后加入还原剂和保护气，将镍钴锰三种金属离子（8：1：1）总浓度为1.0mol/L的金属溶液、4.0mol/L氢氧化钠溶液、5.0mol/L氨水溶液同时加入1#反应釜中，进行造核反应，控制金属液流量为1L/h，控制反应釜内混合溶液的pH值范围为10.0、总氨浓度为0.2mol/L。
（c）1#反应釜开始溢流时溢流进入2#反应釜，开启2#反应釜搅拌进行陈化2h，2#反应釜内晶体生长过程操作同步骤（b）。
（d）2#反应釜开始溢流时，2#反应釜溢流进入出料清空后的1#反应釜，开启搅拌进行陈化2h后，1#反应釜内晶体生长过程操作同步骤（b）。
（e）在进行（b）、（c）（d）步骤过程中，随时检测1#反应釜、2#反应釜的晶体D50，D50=6.0μm后停止该反应釜原液的加入，进行再陈化2h、过滤、洗涤、烘干即得到镍钴锰三元氢氧化物产品。
实施例2
其设备与实施例1基本相同，所不同的是反应为体积为10 m³。
一种镍钴锰三元氢氧化物的生产工艺，包括以下步骤。
（a）向每个反应釜中加入0.8mol/L氨水溶液做底液，底液面淹没最下层搅拌桨。
（b）1#反应釜开启搅拌、加热至70oC后加入还原剂和保护气，将镍钴锰三种金属离子总浓度为2.0mol/L的金属溶液、8.0mol/L氢氧化钠溶液、10.0mol/L氨水溶液同时加入1#反应釜中，进行造核反应，控制金属液流量为50L/h，控制反应釜内混合溶液的pH值范围为12.0、总氨浓度为0.8mol/L。
（c）1#反应釜开始溢流时溢流进入2#反应釜，开启2#反应釜搅拌陈化5h后，2#反应釜内晶体生长过程操作同步骤（b），1#反应釜溢流切入3#反应釜。
（d）2#反应釜开始溢流时，2#反应釜溢流进入3#反应釜反应釜，开启搅拌陈化5h后，3#反应釜内晶体生长过程操作同步骤（b）。
（e）3#反应釜开始溢流时溢流液进入出料清空后的1#反应釜，开启搅拌陈化5h，反应釜内晶体生长过程操作同步骤（b）。
（f）在进行（b）、（c）（d）、（e）步骤过程中，随时检测1#反应釜、2#反应釜、3#反应釜的晶体D50，D50=10.0μm后停止该反应釜原液的加入，进行再陈化10h、过滤、洗涤、烘干即得到镍钴锰三元氢氧化物产品。
实施例3
其设备与实施例1基本相同，所不同的是反应为体积为5 m³。
一种镍钴锰三元氢氧化物的生产工艺，包括以下步骤。
（a）向每个反应釜中加入0.5mol/L氨水溶液做底液，底液面淹没最下层搅拌桨。
（b）1#反应釜开启搅拌、加热至55oC后加入还原剂和保护气，将镍钴锰三种金属离子总浓度为1.5mol/L的金属溶液、6.0mol/L氢氧化钠溶液、7.5mol/L氨水溶液同时加入1#反应釜中，进行造核反应，控制金属液流量为25L/h，控制反应釜内混合溶液的pH值范围为11.0、总氨浓度为0.5mol/L。
（c）1#反应釜开始溢流时溢流进入2#反应釜，开启2#反应釜搅拌陈化3.5h，2#反应釜内晶体生长过程操作同步骤（b）。
（d）2#反应釜开始溢流时，2#反应釜溢流进入3#反应釜，开启搅拌陈化3.5h，3#反应釜内晶体生长过程操作同步骤（b）。
（e）3#反应釜开始溢流时溢流液进入出料清空后的1#反应釜，开启搅拌陈化3.5h，反应釜内晶体生长过程操作同步骤（b）。
（f）在进行（b）、（c）（d）、（e）步骤过程中，随时检测1#反应釜、2#反应釜、3#反应釜的晶体D50，D50=10.0μm后停止该反应釜原液的加入，进行再陈化6h、过滤、洗涤、烘干即得到镍钴锰三元氢氧化物产品。
对比例1
现有市面上某厂家镍钴锰氢氧化物。
对比例2
现有市面上某厂家镍钴锰氢氧化物。
对比例3
现有市面上某厂家镍钴锰氢氧化物。
上述实施例得到的镍钴锰氢氧化物与现有市面上的镍钴锰氢氧化物产品性能对比如下表。
实施例1 对比例1 实施例2 实施例3 对比例2 对比例3
Dmin 2.56 2.20 4.46 4.58 3.01 2.98
D10 4.242 3.850 7.309 7.451 5.953 5.916
D50 5.917 6.042 10.094 10.307 10.143 10.213
D90 8.041 8.566 13.943 14.317 16.839 17.273
Dmax 12.230 13.530 21.310 21.840 24.800 28.850
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，任何依据本实用新型的技术实质对以上实施例做任何简单的修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。
值的说明的是，经实验验证，Ni、、Co、Cu、Zn、Mn、Fe、Mg等的氢氧化物沉淀、碳酸盐沉淀等等均可采用本实用新型生产，同样属于本实用新型的保护范围。

Claims (1)

1.一种生产镍钴锰三元氢氧化物的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（a）向每个反应釜中加入0.2～0.8mol/L氨水溶液做底液，底液面淹没最下层搅拌桨；
（b）1#反应釜开启搅拌、加热至40oC～70oC后加入还原剂和保护气，将镍钴锰三种金属离子总浓度为1.0～2.0mol/L的金属溶液、4.0～8.0mol/L氢氧化钠溶液、5.0～10.0mol/L氨水溶液同时加入1#反应釜中，进行造核反应，控制金属液流量为1～50L/h，控制反应釜内混合溶液的pH值范围为10.0～12.0、总氨浓度为0.2～0.8mol/L；
（c）1#反应釜开始溢流时溢流进入2#反应釜，开启2#反应釜搅拌进行陈化2~5h后，2#反应釜内晶体生长过程操作同步骤（b），若1#反应釜仍有溢流则切入3#反应釜；
（d）2#反应釜开始溢流时，2#反应釜溢流进入3#反应釜或出料清空后的1#反应釜，开启搅拌进行陈化2~5h后，3#反应釜或1#反应釜内晶体生长过程操作同步骤（b）；
（e）3#反应釜开始溢流时溢流液进入出料清空后的1#反应釜或2#反应釜，开启搅拌进行陈化2~5h后，反应釜内晶体生长过程操作同步骤（b）；
（f）在进行（b）、（c）、（d）、（e）步骤过程中，随时检测1#反应釜、2#反应釜、3#反应釜的晶体D50，满足要求后停止该反应釜原液的加入，进行再陈化2~10h、过滤、洗涤、烘干即得到镍钴锰三元氢氧化物产品。
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