CN108069464A - 一种镍钴锰三元氢氧化物的连续生产系统及其工艺 - Google Patents

一种镍钴锰三元氢氧化物的连续生产系统及其工艺 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连续生产系统及其工艺，所述的连续生产系统包括沉淀反应釜、外置加热器、循环泵、离心机及连接管道，反应釜出口料液经循环泵进入外置加热器，保证反应釜浆体的温度稳定；通过控制循环泵频率，保证反应釜由上至下分为澄清区、晶体生长区、晶体陈化区；沉淀用液碱、金属混合液、络合剂、还原剂、保护气体等均在进入导流筒前加入，在导流筒中形成过饱和溶液，进入反应釜后与晶体生长区悬浮的晶核接触并在晶核上生长；晶体颗粒达到要求后，在重力的作用下进入晶体陈化区，陈化完成后固液分离、烘干、除磁、筛分得到合格产品。本发明具有控制工艺参数少、自动化程度高、生产效率高、产品质量稳定等优势。

Description

一种镍钴锰三元氢氧化物的连续生产系统及其工艺
技术领域
本发明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连续生产系统及其工艺。
背景技术
目前，镍钴锰三元氢氧化物的制备一般单反应釜沉淀，间歇或连续操作。间歇操作工艺，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、粒度分布宽、批次之间质量不稳定等问题。
ZL201520948647.7、ZL201510196055.9公开了一种镍钴锰三元氢氧化物的生产装置和生产工艺：镍钴锰三元氢氧化物的造核在一个体积较小的反应釜内进行，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。造核为间歇式生产，晶核的加入、小颗粒生长均为连续生产，颗粒生长完成后溢流至陈化釜，本装置实现了镍钴锰三元氢氧化物的半连续生产。ZL201520250444.0、ZL201510830563.8公开了一种低磁镍钴锰三元氢氧化物的连续反应装置和生产工艺，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。为保证沉淀的球形颗粒度，以上两种装置的反应釜体积仅有1个立方，没有克服沉淀反应釜不超过5立方的行业共性难题，生产效率低，产品批次间粒度、球形等差别大。
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，提供一种产品性能稳定，产品批次间指标一致，过程连续的镍钴锰三元氢氧化物的生产系统及其工艺。
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连续生产系统，包括反应釜、外置加热器、循环泵、离心机及连接管道。所述的反应釜设有溢流口、料液出口、浆体出口、导流筒；反应釜料液出口经循环泵与外置加热器进口相连，外置加热器的出口与反应釜导流筒连接；反应釜导流筒位于反应釜中心轴位置，下端靠近反应釜底部；反应釜设有溢流口，溢流口位于料液出口上方；反应釜底端设有浆体出口，接通离心机；外置加热器两端设有蒸汽进口和冷凝液出口；连接反应釜导流筒和加热器出口的管道上设有料液进口和保护气进口。
进一步地，所述反应釜容积为10m³～100m³。
进一步地，所述反应釜容积为40m³～70m³。
进一步地，所述反应釜内设有导流筒，导流筒位于沉淀槽中心轴位置，下端距反应釜底部20cm～50cm。
进一步地，所述反应釜设有料液出口，料液出口与加热器进口连通。
进一步地，所述循环泵装有变频器，通过调整变频器可以调整循环流量。
另一方面，本发明还提供一种利用上述连续生产系统生产镍钴锰三元氢氧化物的工艺，包括以下步骤。
（a）向反应釜中加入0.2～0.8mol/L氨水溶液至料液出口，开启循环泵和外置加热器，将反应釜内溶液加热至40oC～70oC，然后加入还原剂和氮气。
（b）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氨水溶液同时加入反应釜内进行造核反应，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，调整循环泵变频器频率，保持反应釜液面10～50cm内为清液。
（c）检测反应釜出料口晶体D50，达到要求后开始出料至离心机进行过滤、洗涤、干燥，得到镍钴锰氢氧化物，反应釜溢流与离心机滤液合并后送入废水处理工序。
（d）保持反应釜内浆体料液温度为40oC～70oC、pH值范围为10.0～12.0、澄清液面高度为10～50cm，进行不间断进料、出料，实现连续生产。
进一步地，步骤（b）中所述金属溶液中镍、钴、锰的摩尔占比分别为30%~90%、5%~30%、5%~40%。
本发明所述的技术方案与现有单反应釜间歇沉淀工艺相比，实现了连续生产，本发明的反应釜体积可达到100个立方，在实施过程中具有能耗低、生产效率高、批次之间质量稳定等优点。
本发明所述的技术方案与现有单反应釜连续沉淀工艺相比，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，在实施过程中仅需一个反应釜，具有操作控制参数少、引入杂质少等优点。
附图说明
图1为本发明所述连续生产系统的结构示意图。
附图中：1、反应釜；2、外置加热器；3、循环泵；4、溢流口；5、料液出口；6、浆体出口；7、导流筒；8、离心机；9、料液进口；10、保护气进口； 11、蒸汽进口；12、冷凝液出口。
具体实施方式
为进一步说明本发明的技术手段和目的效果，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。
一种镍钴锰三元氢氧化物的连续生产系统及其工艺，所述的生产系统包括反应釜、外置加热器、循环泵、离心机及连接管道。所述的反应釜包括溢流口、料液出口、浆体出口、导流筒；反应釜料液出口经循环泵与外置加热器进口相连，外置加热器的出口与反应釜导流筒连接；反应釜导流筒位于反应釜中心轴位置，上端与加热器出口连通，下端靠近反应釜底部；反应釜设置溢流口，溢流口位于料液出口上方；反应釜底端设置浆体出口，接通离心机；外置加热器两端设有蒸汽进口和冷凝液出口；连接反应釜导流筒和加热器出口的管道上设置有料液进口和保护气进口。
沉淀反应釜容积根据产量大小设计为10m³～100m³，优选为40m³～70m³。
反应釜内设有导流筒，导流筒位于沉淀槽中心轴位置，上端与加热器出口连通，下端距沉淀槽底部20～50cm，沉淀用液碱、金属混合液、络合剂、还原剂、保护气体等均在进入导流筒前加入，在导流筒中形成过饱和溶液，进入反应釜后与反应釜晶体生长区悬浮的晶核接触并在晶核上生长。
反应釜设有料液出口，料液出口与加热器进口连通，保证反应釜浆体的温度稳定。
循环泵装有变频器，通过调整变频器可以调整循环流量，保证反应釜由上至下分为澄清区、晶体生长区、晶体陈化区。
本发明的生产工艺其原理在于：反应釜料液出口经循环泵与外置加热器相连，保证反应釜浆体的温度稳定；通过控制循环泵频率，保证反应釜由上至下分为澄清区、晶体生长区、晶体陈化区；沉淀用液碱、金属混合液、络合剂、还原剂、保护气体等均在进入导流筒前加入，在导流筒中形成过饱和溶液，进入反应釜后与反应釜晶体生长区悬浮的晶核接触并在晶核上生长；沉淀晶体颗粒达到要求后，在重力的作用下下沉，进入晶体陈化区，陈化完成后即可出料固液分离、烘干、除磁、筛分得到合格产品。
实施例1
一种镍钴锰三元氢氧化物的连续生产的系统与工艺，生产步骤如下。
（a）向55 m³的沉淀反应釜中加入0.5mol/L氨水溶液至料液出口，开启循环泵，外置加热器通入蒸汽，加热至55oC，加入还原剂水合肼和保护气氮气。
（b）将摩尔比为9：0.5：0.5的镍钴锰三种金属离子总浓度为1.9mol/L的金属溶液、7.6mol/L氢氧化钠溶液、9.0mol/L氨水溶液同时加入反应釜内进行造核反应，控制金属液流量为25L/h、pH值11.0、总氨浓度为0.5mol/L，调整循环泵变频器频率，保持反应釜液面10cm内为清液。
（c）检测反应釜出料口晶体D50，至D50=10µm后开始出料至离心机进行过滤、洗涤、干燥，得到镍钴锰氢氧化物，反应釜溢流与离心机滤液合并后送入废水处理工序。
（d）保持反应釜浆体料液温度55oC、pH值11.0、澄清液面深度30cm等，进行不间断进料、出料，实现连续生产。
实施例2
一种镍钴锰三元氢氧化物的连续生产的系统与工艺，生产步骤如下。
（a）向100 m³的沉淀反应釜中加入0.8mol/L氨水溶液至料液出口，开启循环泵，外置加热器通入蒸汽，加热至70oC，加入还原剂水合肼和保护气氮气。
（b）将摩尔比为8：1：1的镍钴锰三种金属离子总浓度为2.4mol/L的金属溶液、9.6mol/L氢氧化钠溶液、11.0mol/L氨水溶液同时加入反应釜内进行造核反应，控制金属液流量为50L/h、pH值12.0、总氨浓度为0.8mol/L，调整循环泵变频器频率，保持反应釜液面20cm内为清液。
（c）检测反应釜出料口晶体D50，至D50=10µm后开始出料至离心机进行过滤、洗涤、干燥，得到镍钴锰氢氧化物，反应釜溢流与离心机滤液合并后送入废水处理工序。
（d）保持反应釜浆体料液温度70oC、pH值12.0、澄清液面深度50cm等，进行不间断进料、出料，实现连续生产。
实施例3
一种镍钴锰三元氢氧化物的连续生产的系统与工艺，生产步骤如下。
（a）向10 m³的沉淀反应釜中加入0.2mol/L氨水溶液至料液出口，开启循环泵，外置加热器通入蒸汽，加热至40oC，加入还原剂葡萄糖和保护气氩气。
（b）将摩尔比为4：2：4的镍钴锰三种金属离子总浓度为1.4mol/L的金属溶液、5.6mol/L氢氧化钠溶液、6.0mol/L氨水溶液同时加入反应釜内进行造核反应，控制金属液流量为1L/h、pH值10.0、总氨浓度为0.2mol/L，调整循环泵变频器频率，保持反应釜液面10cm内为清液。
（c）检测反应釜出料口晶体D50，至D50=9µm后开始出料至离心机进行过滤、洗涤、干燥，得到镍钴锰氢氧化物，反应釜溢流与离心机滤液合并后送入废水处理工序。
（d）保持反应釜浆体料液温度40oC、pH值10.0、澄清液面深度10cm等，进行不间断进料、出料，实现连续生产。
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。
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 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
磁性异物 0.0015% 0.0010% 0.0020% 0.0060% 0.0070%
非磁性异物Si 0.0016% 0.0012% 0.0020% 0.0045% 0.0041%
批次D50误差 ±0.2µm ±0.1µm ±0.3µm ±0.6µm ±0.5µm
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，任何依据本发明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，均属于本发明技术方案的范围内。
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发明生产，同样属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种镍钴锰三元氢氧化物的连续生产系统，其特征在于，所述连续生产系统包括反应釜（1）、外置加热器（2）、循环泵（3）、离心机（8）及连接管道；所述的反应釜（1）设有溢流口（4）、料液出口（5）、浆体出口（6）、导流筒（7）；反应釜料液出口（5）经循环泵（3）与外置加热器（2）进口相连，外置加热器（2）的出口与反应釜导流筒（7）连接；反应釜导流筒（7）位于反应釜中心轴位置，下端靠近反应釜底部；反应釜（1）设有溢流口（4），溢流口（4）位于料液出口（5）上方；反应釜（1）底端设有浆体出口（6），接通离心机（8）；外置加热器（2）两端设有蒸汽进口（11）和冷凝液出口（12）；连接反应釜导流筒（7）和加热器（2）出口的管道上设有料液进口（9）和保护气进口（10）。
2.根据权利要求1所述的连续生产系统，其特征在于：所述反应釜（1）容积为10m³～100m³。
3.根据权利要求1所述的连续生产系统，其特征在于：所述反应釜（1）容积为40m³～70m³。
4.根据权利要求1所述的连续生产系统，其特征在于：所述反应釜（1）内设有导流筒（7），导流筒位于沉淀槽中心轴位置，下端距反应釜底部20cm～50cm。
5.根据权利要求1所述的连续生产系统，其特征在于：所述反应釜（1）设有料液出口（4），料液出口与加热器（2）进口连通。
6.根据权利要求1所述的连续生产系统，其特征在于：所述循环泵（3）装有变频器，通过调整变频器可以调整循环流量。
7.一种利用权利要求1所述的连续生产系统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）向反应釜中加入0.2～0.8mol/L氨水溶液至料液出口，开启循环泵和外置加热器，将反应釜内溶液加热至40oC～70oC，然后加入还原剂和保护气体；
（b）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氨水溶液同时加入反应釜内进行造核反应，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，调整循环泵变频器频率，保持反应釜液面10～50cm内为清液；
（c）检测反应釜出料口晶体D50，至达到要求后开始出料至离心机进行过滤、洗涤、干燥，得到镍钴锰氢氧化物，反应釜溢流与离心机滤液合并后送入废水处理工序；
（d）保持反应釜内浆体料液温度为40oC～70oC、pH值范围为10.0～12.0、澄清液面高度为10～50cm，进行不间断进料、出料，实现连续生产。
8.根据权利要求7所述的工艺，其特征在于，步骤（b）中所述金属溶液中镍、钴、锰的摩尔占比分别为30%~90%、5%~30%、5%~40%。
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