CN108275729A - 一种制备碳酸钴的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种制备碳酸钴的系统及方法，该系统包括与反应釜相连的溢流槽，所述溢流槽的溢流槽溢流口连接至浓密器的浓密入料口；所述溢流槽的溢流槽出料口连接至所述反应釜的进料口，所述浓密器的浓密出料口连接至所述反应釜的进料口；该方法包括反应釜底部的产品由反应釜底部的排料口排出；所述反应釜上部的物料由反应釜上部的反应釜溢流口溢出，并经溢流槽沉降和/或浓密器浓密后，返回所述反应釜内继续参与反应。本发明的一种制备碳酸钴的系统及方法，其结构简单、工艺控制简便，能够有效提升碳酸钴的制备效率。

Description

一种制备碳酸钴的系统及方法

技术领域

本发明涉及锂电材料制备技术，更具体地，涉及一种制备碳酸钴的系统及方法。

背景技术

锂离子电池具有高能量、长寿命、低污染等优点，被广泛用于收集、计算机、电动自行车、电动汽车、国防等多种领域。而正极材料直接决定了最终锂离子电池的性能。用于制备电池的多元材料具有高容量、可逆比容量大，同时具有较高的安全性能，价格也相对较低。且与电解液的相容性较好，循环性能优异，因此广泛应用于各个领域。

近几年来，多元材料的优势得到了充分的发挥，成为了电池材料厂家追捧的对象；与此同时，随着多元电池材料在新能源汽车行业的广泛应用。

用于制备多元材料的原料之一碳酸钴，在实际生产过程中，通常是采用试剂在反应釜中反应完全后整体排出，再进行下一工序。如公开号为CN104556248A的中国专利申请，其公开了一种连续生产大颗粒球形碳酸钴的方法。

该方法包括制作含小粒径碳酸钴晶种的悬浊液和大颗粒球形碳酸钴，还将含小粒径碳酸钴晶种的悬浊液与大粒径碳酸钴的悬浊液搅拌成混合液、固液分离、洗涤压滤出的滤饼为大颗粒碳酸钴滤饼、烘干，反复操作得到大颗粒碳酸钴粉末。

该方法通过采用小粒径碳酸钴晶种，控制了反应母液中大颗粒碳酸钴的粒径，保证了连续化生产制成的碳酸钴球形度高、粒径稳定控制在15±0.5μm范围，实现了大规模连续化生产大颗粒球形碳酸钴粒径的一致性和稳定性。

但是，上述方法实现的是碳酸钴工艺过程的连续。当向反应釜中添加试剂，需待试剂全部反应完成，达到要求后再一并排出，以连续进行下一步工序。碳酸钴在反应釜中的反应过程仍然是间歇式的，其生产效率还有待进一步提升。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的制备碳酸钴的系统及方法，以解决碳酸钴制备难以连续作业、或连续作业效果差的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种制备碳酸钴的系统，包括与反应釜相连的溢流槽，所述溢流槽的溢流槽溢流口连接至浓密器的浓密入料口；所述溢流槽的溢流槽出料口连接至所述反应釜的进料口，所述浓密器的浓密出料口连接至所述反应釜的进料口。

进一步地，所述反应釜的上部设置反应釜溢流口，所述反应釜溢流口连接至所述溢流槽的溢流槽进料口，且所述反应釜溢流口的高度高于所述溢流槽进料口的高度。

进一步地，所述反应釜溢流口的高度比所述溢流槽进料口的高度高30-60cm。

进一步地，所述溢流槽进料口的高度比所述溢流槽溢流口的高度低。

进一步地，所述溢流槽进料口的高度比所述溢流槽溢流口的高度低10-20cm。

进一步地，所述溢流槽的有效使用体积为所述反应釜的有效使用体积的10％-40％。

根据本发明的另一个方面，还提供一种制备碳酸钴的方法，

反应釜底部的产品由反应釜底部的排料口排出；

所述反应釜上部的物料由反应釜上部的反应釜溢流口溢出，并经溢流槽沉降和/或浓密器浓密后，返回所述反应釜内继续参与反应。

进一步地，所述反应釜的有效使用体积为6-16m³；

所述溢流槽的有效使用体积为所述反应釜的有效使用体积的10％-40％；

所述浓密器的有效使用体积为所述反应釜的有效使用体积的25％-66％。

本发明的有益效果主要如下：

(1)反应釜、溢流槽与浓密器之间的相互的连接关系，能够实现碳酸钴的连续生产作业方式，能够有效地提高处理效率；且其连接方式简单，易于工艺改造；

(2)反应釜溢流口、溢流槽进料口与溢流槽溢流口之间的高度差设置，能够降低物料输送过程中的能耗，提高沉降/浓密的效果；

(3)反应釜、溢流槽与浓密器之间的有效使用体积/体积比设置在合理的范围，能够提高处理量、提升产品品质；

(4)采用反应釜、溢流槽与浓密器的结构，在相应反应釜、溢流槽与浓密器规格的基础上，合理的控制反应釜和/或浓密器的流量，进提高生产效率和生产品质。

附图说明

图1为根据本发明实施例中一种制备碳酸钴的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1所示，一种制备碳酸钴的系统，包括反应釜1、溢流槽2和浓密器3。反应釜1与溢流槽2相连，溢流槽2与浓密器3相连，并且，溢流槽2和浓密器3分别与反应釜1相连。

具体地，反应釜1内的物料溢流至溢流槽2后，物料在溢流槽2内自由沉降，使溢流槽2下部的物料的浓度增大，而溢流槽2上部的物料的浓度较低。

溢流槽2的上部设置有溢流槽溢流口；浓密器3上设置有浓密器入料口。浓密器入料口的位置可以根据实际情况合理设置。溢流槽2上部的浓度较小的物料经溢流槽溢流口溢流，并经浓密器入料口流入至浓密器3中，由浓密器3将浓度较小的物料进行浓密处理。

溢流槽2的底部设置有溢流槽出料口。溢流槽出料口与反应釜1的进料口相连。溢流槽2内经自由沉降至溢流槽2下部的、浓度较大的物料由溢流槽出料口输送至反应釜1内，继续参与反应釜1的反应，直至满足产品要求，由反应釜1下端设置的排料口排出，进入下一工序。

由溢流槽2上部的溢流槽溢流口进入浓密器3内的物料，经浓密器3浓密处理，再由浓密器3底部设置的浓密出料口将浓密后的物料输送至反应釜1内，继续参与反应釜1内的反应，直至满足产品要求，由反应釜1底部设置的排料口排出，进入下一工序。

具体地，反应釜1、溢流槽2和浓密器3依次相连，并且，溢流槽2和浓密器3的排料出口均与反应釜1的进料口相连，使反应釜1能够实现连续/半连续的生产。即能够向反应釜1内连续的加料，而加入到反应釜1内物料能够在反应釜1、溢流槽2和浓密器3之间循环，不仅能够保证反应物料的充分反应时间，还能够使得未充分反应的物料能够在系统内循环，不会随反应完全的物料一起排出反应釜进入下一工序，从而实现连续生产。

反应釜1、溢流槽2和浓密器3所形成的系统，在开始生产以后，可以向反应釜1内连续的添加试剂，试剂在反应釜1内反应，所得到的合格的产品由反应釜1底部的排料口排出，进入下一工序。

暂时达不到要求的中间产物/试剂由反应釜1输送至溢流槽2中，在溢流槽2中自由沉降后返回反应釜1中继续参与反应；或者，经溢流槽2自由沉降后，再继续经浓密器3浓密处理后返回反应釜1继续参与反应。

反应釜1中的试剂或所产生的中间产品实现不断的循环过程，从而实现连续作业以制备碳酸钴，能够有效提高生产效率。

此外，在实际生产过程中，当浓密器3出现故障，或者出现其他生产需求时，该系统还可实现制备碳酸钴的半连续作业方式。

即当反应釜1的中间产物/试剂循环一定时间或次数时，可关闭溢流槽2与浓密器3之间的通道，并使反应釜1和溢流槽2组成的系统中的试剂在合适的条件下反应完全，使之达到产品要求后，再将反应釜1内的产品全部排出。反应釜1内的产品全部排出后，再向反应釜1内添加试剂，继续生产，从而实现半连续的生产工艺。

此外，在反应釜1与浓密器3之间设置溢流槽2，由反应釜1中溢流出的物料先经溢流槽2自然沉降处理后，溢流槽2上部的浓度较小的物料再进入浓密器3内进一步浓密处理。这种设置方式，使进入浓密器3中浓密处理的物料的量减少，从而减轻了浓密器3的处理负荷。

更进一步，由反应釜1上部的反应釜溢流口溢流出的物料在溢流槽2、浓密器3以及反应釜1之间循环时，其依然处于持续反应的状态，从而能够有效的提高反应的效率和品质。

在一个具体的实施例中，所述反应釜1的反应釜溢流口连接至所述溢流槽2的溢流槽进料口，且所述反应釜溢流口的高度高于所述溢流槽进料口的高度。

具体地，反应釜1的上部设置有反应釜溢流口；溢流槽2的上部还设置有溢流槽进料口。反应釜溢流口与溢流槽进料口相连。反应釜1内的中间产品和/或试剂经反应釜溢流口溢出，并经溢流槽进料口流入到溢流槽2内，在溢流槽2内自由沉降。

进一步地，反应釜溢流口的高度位置比溢流槽进料口的高度位置要高，使反应釜1内的中间产品/试剂能够在重力作用下自行向溢流槽2内溢流，从而节省能耗。

可以理解的是，在反应釜溢流口与溢流槽进料口之间也可设置输送泵，以将反应釜1的中间产品和/或试剂泵送至溢流槽2中。在设置输送泵的同时，将反应釜溢流口相对设置高一些，仍能够起到降低能耗的作用，便于反应釜1的中间产品和/或试剂顺畅的溢流至溢流槽2中。

在另一个具体的实施例中，溢流槽2的溢流槽溢流口与所述浓密器3的浓密入料口通过第一管道相连通，且该第一管道上设置可开闭阀门。

具体地，当进行半连续作业，在溢流槽溢流口溢流至浓密器3时，即可通过关闭第一管道上设置的可开闭阀门，使溢流槽的物料通过泵强制循环至反应釜1内继续反应。待反应釜1中的试剂全部反应完全后，将所得产品由反应釜1的排料口排出，再继续进行下一作业。

在另一个具体的实施例中，浓密出料口与反应釜1的入料口通过第二管道相连，且该第二管道上设置可开闭阀门。第二管道上设置可开闭阀门，便于控制浓密器3中物料浓密的时间和浓度的调节。

在另一个具体的实施例中，所述反应釜溢流口的高度比所述溢流槽进料口的高度高30-60cm。反应釜溢流口与溢流槽进料口的高度差设置在合适的范围内，既能够便于反应釜1中的中间产品和/或试剂顺畅且低耗地溢流入溢流槽2中，又能够避免高度差过大而导致反应釜1内的中间产品和/或试剂溢流过快。反应釜1内的中间产品和/或试剂溢流过快不仅会增加溢流槽2的处理负荷，还会影响产品质量和正常生产。

在另一个具体的实施例中，所述溢流槽进料口的高度比所述溢流槽溢流口的高度低。具体地，溢流槽进料口的高度比溢流槽溢流口的高度要低，避免反应釜1中的中间产品/试剂进入溢流槽2后，直接由溢流槽溢流口溢流入浓密器3中。避免反应釜1中的中间产品/试剂直接进入浓密器3中，会增加浓密器3的处理处理负荷，影响浓密器3的处理效率。

在另一个具体的实施例中，所述溢流槽进料口的高度比所述溢流槽溢流口的高度低10-20cm。溢流槽进料口与溢流槽溢流口的高度差不宜过大。该高度差过大，溢流槽2内经自由沉降后，上部浓度较小的物料难以顺利溢流入浓密器3中，会影响系统的处理效率；该高度差过小，会增加浓密器3的处理处理负荷，影响浓密器3的处理效率。

在上述实施例的基础上，反应釜1的有效使用体积为6-16m³。具体地，在制备碳酸钴的过程中，反应釜1的规格可以根据生产规模或处理量的要求进行适当的调整。但是，反应釜1的规格不宜过大，其有效使用体积过大会导致反应釜1内的试剂相互接触时间过长而产生副反应，同时也会影响反应釜1的生产效率。

在上述实施例的基础上，所述溢流槽2的有效使用体积为所述反应釜1的有效使用体积的10％-40％。具体地，溢流槽2作为设置在反应釜1和浓密器3之间的过渡装置，其处理能力的合理性设置对反应釜1和浓密器3均会产生影响。溢流槽2的有效使用体积设置在合理的范围内，能够提高系统的处理效率。

在上述实施例的基础上，浓密器3的有效体积为反应釜1的有效体积的25％-66％。反应釜1与浓密器3的有效体积之比保持在合适的范围，使反应釜1与浓密器3的处理量相匹配，能够提高系统的处理效率；同时，增强物料循环的合理性，进而提高所得产品的品质。

本发明还提供一种制备碳酸钴的方法，反应釜底部的产品由反应釜底部的排料口排出；所述反应釜上部的物料由反应釜上部的反应釜溢流口溢出，并经溢流槽沉降和/或浓密器浓密后，返回所述反应釜内继续参与反应。

具体地，反应釜1与溢流槽2相连，溢流槽2与浓密器3相连，并且，溢流槽2和浓密器3分别与反应釜1相连。

具体地，将用于制备碳酸钴的各原料添加到反应釜1中。在实际操作过程中，可先向反应釜1中添加适量的底液，然后，通过计量泵同时加入各种原料，并调节反应釜内1内试剂的pH值至合适的范围。

同时，通过调节反应釜1内试剂反应的条件，使反应釜1内试剂发生化学反应以生成碳酸钴产品。碳酸钴产品由反应釜1底部的排料口排出，进入下一工序。

进一步地，加入到反应釜1内试剂反应所得的中间产物以及部分未反应的试剂经由反应釜1上部的反应釜溢流口溢出，并进入溢流槽2和/或浓密器3中处理。可以理解的是，可能会有少量符合要求的产品也会随中间产物/试剂一起溢出反应釜1，但其随中间产物/试剂一起循环，再进入到反应釜1中继续反应，因此，不会造成损失。

具体地，中间产物/试剂溢流入溢流槽2中，在溢流槽2中自然沉降。溢流槽2中底部浓度较大的物料直接由溢流槽2底部的溢流槽出料口进入反应釜1中循环，继续参与反应。

溢流槽2上部的浓度较小的物料由溢流槽溢流口溢流入浓密器3中继续浓密处理。浓密处理后的浓度较大的物料经由浓密器3的浓密出料口进入反应釜1中循环，继续参与反应。物料经浓密后得到的上清液进入废水处理系统回收利用。

在另一个具体的实施例中，所述反应釜1的有效使用体积为6-16m³；所述溢流槽2的有效使用体积为所述反应釜1的有效使用体积的10％-40％；所述浓密器3的有效使用体积为所述反应釜1的有效使用体积的25％-66％。

具体地，在制备碳酸钴的过程中，反应釜1的规格可以根据生产规模或处理量的要求进行适当的调整。但是，反应釜1的规格不宜过大，其有效使用体积过大会导致反应釜1内的试剂相互接触时间过长而产生副反应，同时也会影响反应釜1的生产效率。

具体地，溢流槽2和浓密器3的有效使用体积相对于反应釜1设置在合理的范围内，能够提高系统的处理效率、提高所得产品的品质。

在另一个具体的实施例中，反应釜1内试剂的反应温度为50-60℃；所述反应釜1内试剂反应的pH为7-8。

具体地，生产的初始阶段，先向反应釜1中添加适量的底液，例如碳酸氢铵溶液。然后通过计量泵向反应釜1中同时加入用于制备碳酸钴的原料。例如采用计量泵向反应釜1中同时加入碳酸氢铵溶液和氯化钴溶液。可以理解的是，以上试剂种类只是举例说明，向反应釜1中添加的原料种类也可以是其他用于制备碳酸钴的试剂。

具体地，以原料为碳酸氢铵和氯化钴为例。在初始阶段，可先向反应釜1内添加一定量的纯水，再向反应釜1内添加浓度为200g/L～250g/L的碳酸氢铵溶液作为底液，添加时间为2～20min。然后，升温至50～60℃。

添加底液后，通过计量泵同时打入浓度为200g/L～250g/L的碳酸氢铵溶液和浓度为120g/L～140g/L的氯化钴溶液。其中，碳酸氢铵溶液的流量控制在500～900L/h；氯化钴溶液的流量控制在200L/h～800L/h。

反应釜1内添加碳酸氢铵溶液和氯化钴溶液后，反应釜1内的试剂开始反应。反应过程中，在30min～60min内调节pH使之缓慢降至7.15±0.05内，2～4h内缓慢降至7.10±0.05内。

过程反应的温度控制为50～60℃，过程pH控制为7.0-7.3。搅拌转速前24h控制为150～200r/min，24h后控制为150～200r/min。

具体地，在实际操作过程中，反应前应先对浓密器3进行检查：检查压缩空气压力、溢流口阀门、回流泵出口阀门。检查气动阀门气压≥0.3MPa、反吹气压在0.3MPa～0.6MPa范围、正吹压力在0.2MPa～0.3MPa范围。然后，按照工艺单条件设定浓密器3的运行参数。

例如，可设定浓缩时间为600-900s、反吹时间为3-5s、反吹次数1-2次、起始浓缩液位0.4-0.8m、停止浓缩液位0.6-1.5m。设定完成后，返回至浓密器界面显示；根据浓密器设定参数同步设定真空负压站运行参数，设定压力为-30KPa-70KPa，设定完成返回至界面显示。正压浓密器参数设定：设定主要参数控制液位为1.4m-1.9m，浓缩恒定流量为1-5m³/h，反吹间隔时间为5s-10s，回流调节开度为25％-85％。设定浓密器3的工艺参数在合理的范围，能够提高浓密器3的浓密效果。在碳酸钴制备过程中，能够有效的提高生产效率。

具体地，待系统/工艺稳定后，通过控制向反应釜1中添加原料/试剂的流量和浓密器3的浓密出料口的流量，使系统/工艺的生产效率以及物料在反应釜1、溢流槽2和浓密器3之间的循环效率都得到提升，同时提高产品质量。

本发明的一种制备碳酸钴的系统及方法，该系统包括反应釜1、溢流槽2和浓密器3。反应釜1与溢流槽2相连，溢流槽2与浓密器3相连，并且，溢流槽2和浓密器3分别与反应釜1相连。采用该系统结合碳酸钴的制备工艺的调节，能够有效的提高生产效率和产品品质。采用本发明的系统及方法，在制备碳酸钴的实际生产中，能够实现连续/半连续的生产，其单釜的产能能够提高40％。

最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种制备碳酸钴的系统，其特征在于，包括与反应釜相连的溢流槽，所述溢流槽的溢流槽溢流口连接至浓密器的浓密入料口；所述溢流槽的溢流槽出料口连接至所述反应釜的进料口，所述浓密器的浓密出料口连接至所述反应釜的进料口。

2.如权利要求1所述的一种制备碳酸钴的系统，其特征在于，所述反应釜的上部设置反应釜溢流口，所述反应釜溢流口连接至所述溢流槽的溢流槽进料口，且所述反应釜溢流口的高度高于所述溢流槽进料口的高度。

3.如权利要求2所述的一种制备碳酸钴的系统，其特征在于，所述反应釜溢流口的高度比所述溢流槽进料口的高度高30-60cm。

4.如权利要求2所述的一种制备碳酸钴的系统，其特征在于，所述溢流槽进料口的高度比所述溢流槽溢流口的高度低。

5.如权利要求4所述的一种制备碳酸钴的系统，其特征在于，所述溢流槽进料口的高度比所述溢流槽溢流口的高度低10-20cm。

6.如权利要求1所述的一种制备碳酸钴的系统，其特征在于，所述溢流槽的有效使用体积为所述反应釜的有效使用体积的10％-40％。

7.一种制备碳酸钴的方法，其特征在于，

反应釜底部的产品由反应釜底部的排料口排出；

所述反应釜上部的物料由反应釜上部的反应釜溢流口溢出，并经溢流槽沉降和/或浓密器浓密后，返回所述反应釜内继续参与反应。

8.如权利要求7所述的一种制备碳酸钴的方法，其特征在于，所述反应釜的有效使用体积为6-16m³；

所述溢流槽的有效使用体积为所述反应釜的有效使用体积的10％-40％；

所述浓密器的有效使用体积为所述反应釜的有效使用体积的25％-66％。