CN219898147U - 碳酸锂碳化装置系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于碳酸锂提纯设备技术领域，具体为一种碳酸锂碳化装置系统，其包括进气管、引水管、进料管、第一反应釜、第二反应釜、第三反应釜；第一反应釜包括温控装置、第一进气口、第一出气口以及与引水管连通的第一进液口；第一输送泵通过管道连通第一反应釜和第二反应釜；第二反应釜包括温控装置、搅拌机构、第二进气口、第二出气口、第二进液口以及与进料管连通的进料口；第二输送泵通过管道连通第二反应釜和第三反应釜；第三反应釜具有第三进液口、第三出料口和第三出气口；第一进气口和第二进气口均与进气管连通；第一出气口和第二出气口处均设有减压阀。第一反应釜和第二反应釜中的反应同时进行，提高生产效率，节约设备安装空间。

Description

碳酸锂碳化装置系统

技术领域

本实用新型涉及碳酸锂提纯设备技术领域，具体涉及一种碳酸锂碳化装置系统。

背景技术

随着新能源产业的快速发展，新型锂动力汽车行业迅速崛起，锂电池的需求量越来越大。而高品质碳酸锂是生产锂电池正极材料的关键原材料，故针对碳酸锂粗品的提纯尤为重要。

传统的碳酸锂碳化工艺采用批次配料的模式，即先在碳化反应容器中加一定量的纯水或者热析母液，再加入一定比例的碳酸锂固体混合成浆料，最后通入二氧化碳与之反应。通过反应时间和取样检测溶液中的氧化锂浓度的方式来确定反应终点，再经过过滤装置将未反应完全的碳酸锂过滤得到饱和的碳酸氢锂溶液。

公开号为CN210457499U的中国专利公开一种碳酸锂提纯用的高效碳化塔，在碳化塔底部设置对二氧化碳气体具有分散效果的散气管，结合碳化塔中部设置的搅拌装置对下落的碳酸锂水溶液进行分散雾化，增大二氧化碳与碳酸锂水溶液的接触面积，提高反应效率；在碳化塔外部设置冷却盘管，降低塔体内反应产生的热量，保证碳酸锂溶于水形成碳酸锂水溶液，提高二氧化碳与碳酸锂水溶液的反应效率。

公开号为CN215626833U的中国专利公开了一种制备高纯碳酸锂的连续碳化的装置，将碳化反应釜设计成圆柱形碳化塔，并在碳化塔侧边设置搅拌装置，同时通过换热器对碳化塔中的物料进行循环降温，提高碳酸锂的碳化效果，提高二氧化碳的利用率。

以上参考文献的装置虽然提高了碳酸锂的碳化效率，但碳化效率并不理想，且碳化塔的高径比较大，需要足够的高度安装空间。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种碳酸锂碳化装置系统，提高碳酸锂碳化效率，节约生产高度空间。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种碳酸锂碳化装置系统，包括进气管、引水管和进料管；还包括竖向设置的第一反应釜、第二反应釜、第三反应釜；

所述第一反应釜包括温控装置、第一进气口、第一出气口以及与所述引水管相连通的第一进液口；第一输送泵通过管道连通所述第一反应釜和所述第二反应釜；

所述第二反应釜包括温控装置、第二进气口、第二出气口、第二进液口以及与所述进料管相连通的进料口，所述第二反应釜中还设有搅拌机构；第二输送泵通过管道连通所述第二反应釜和所述第三反应釜；

所述第三反应釜具有第三进液口、第三出料口和第三出气口；

所述第一进气口和所述第二进气口分别与所述进气管相连通；所述第一出气口和所述第二出气口处均设有减压阀。

进一步的，所述第一进液口位于所述第一反应釜顶部；所述第二进液口和所述进料口均位于所述第二反应釜顶部；所述第三进液口位于所述第三反应釜顶部。

进一步的，还包括与所述第三反应釜相连通的出料管道，所述出料管道上设有第三输送泵。

进一步的，所述第一进气口位于所述第一反应釜底部，所述第二进气口位于所述第二反应釜底部。

进一步的，所述第一出气口位于所述第一反应釜的顶部，所述第二出气口位于所述第二反应釜的顶部，所述第三出气口位于所述第三反应釜的顶部。

进一步的，所述第一出气口、所述第二出气口和所述第三出气口均与排气管道相连通，所述减压阀设置在所述排气管道上。

进一步的，所述搅拌机构包括电机和与电机输出轴相连接的搅拌轴，搅拌轴上设置搅拌叶，所述搅拌叶沿着所述搅拌轴的周向均匀分布；

所述搅拌轴竖向设置，所述电机位于所述搅拌轴的上端。

进一步的，所述第三反应釜中还设置有搅拌机构。

进一步的，所述第一输送泵、所述第二输送泵和所述第三输送泵为隔膜泵。

进一步的，所述温控装置为夹套结构，所述夹套结构设置在所述第一反应釜和所述第二反应釜的外壁上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：纯水/热析母液提前在第一反应釜中与二氧化碳混合形成碳酸溶液，热析母液中的碳酸锂提前在第一反应釜中完成碳化反应。第一反应釜中形成的碳酸溶液在第二反应釜中与碳酸锂粗品反应生成溶解度更大的碳酸氢锂，即碳酸锂在第一反应釜和第二反应釜中连续完成碳化反应，且第一反应釜和第二反应釜中的反应可同时进行，提高生产效率。进气口设置在反应釜的底部，使二氧化碳气体充分溶解在反应釜中；第三反应釜中设有搅拌机构，使多余的二氧化碳气体快速溢出，进一步提高生产效率；对反应釜中溢出的二氧化碳气体进行集中回收，节能环保；反应釜的高径比较小，对厂房的高度要求较低，节约设备安装空间。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

附图标记：1-进气管；11-输送泵；2-引水管；3-进料管；4-第一反应釜；41-第一输送泵；45-温控装置；5-第二反应釜；51-第二输送泵；56-搅拌机构；6-第三反应釜；61-第三输送泵；7-排气管道；8-出料管道；9-减压阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1所示，一种碳酸锂碳化装置系统，包括进气管1、引水管2和进料管3；还包括竖向设置的第一反应釜4、第二反应釜5、第三反应釜6；所述第一反应釜4包括温控装置45、第一进气口、第一出气口以及与所述引水管2相连通的第一进液口；第一输送泵41通过管道连通所述第一反应釜4和所述第二反应釜5；所述第二反应釜5包括温控装置45、第二进气口、第二出气口、第二进液口以及与所述进料管3相连通的进料口，所述第二反应釜5中还设有搅拌机构56；第二输送泵51通过管道连通所述第二反应釜5和所述第三反应釜6；所述第三反应釜6具有第三进液口、第三出料口和第三出气口；所述第一进气口和所述第二进气口分别与所述进气管1相连通；所述第一出气口和所述第二出气口处均设有减压阀9。

该装置系统工作时，温控装置45将第一反应釜4调节(通常为冷却)到指定温度、调节第一出气口处的减压阀9使第一反应釜4内达到指定压力并保持。纯水/热析母液通过引水管2注入第一反应釜4中停留10～30min，该过程中，高压二氧化碳气体由进气管1持续通入第一反应釜4的液体中，得到碳化稀释液。同样温控装置45将第二反应釜5调节(通常为冷却)到指定温度、并调节第二出气口处的减压阀9使第二反应釜5内达到指定压力并保持，第一输送泵41通过管道将第一反应釜4中得到的碳化稀释液通入第二反应釜5中，碳酸锂粗品由进料管3注入第二反应釜5中，搅拌机构56转动将碳化稀释液和碳酸锂粗品混合搅拌0.5～2h，该过程中，高压二氧化碳气体由进气管1持续通入第二反应釜5的液体中，得到高压碳化液。第二输送泵51通过管道将第二反应釜5中得到的高压碳化液通入常压的第三反应釜6中、并停留10～30min，多余的二氧化碳气体从高压碳化液中脱出，经过第三出气口排出；余液为碳化完全的液体，成为常压碳化液，常压碳化液通过第三出料口排出进入下一道工序。

上述的第一反应釜4中的指定温度一般为20℃～40℃，指定压力一般为2Mpa～5Mpa；第二反应釜5中的指定温度一般为20℃～40℃，指定压力一般为3Mpa～10Mpa；热析母液为碳酸氢锂溶液热析过程产生的滤液；碳酸锂粗品为碳酸锂固体或碳酸锂浆料，碳酸锂粗品优选为浆料。

由该装置系统的工作过程可知，第一反应釜4用于使纯水/热析母液在其内部与二氧化碳混合形成碳酸溶液，使热析母液中的部分碳酸锂提前完成碳化反应，形成碳酸化稀释液。第二反应釜5用于使第一反应釜4产生的碳酸化稀释液与碳酸锂粗品在其内部反应生成溶解度更大的碳酸氢锂，即高压碳化液。第三反应釜6用于使第二反应釜5产生的高压碳化液中的多余气体排出，得到常压碳化液。采用该装置体系，可以使碳酸锂在第一反应釜4和第二反应釜5中连续完成碳化反应，且第一反应釜4和第二反应釜5中的反应可同时进行，提高生产效率。并且，相较于反应塔等反应容器，反应釜的高径比较小，对厂房的高度要求较低，节约设备在高度方向的安装空间。

进液口和进料口可以为一个也可以为多个，可以位于反应釜上的任意位置。若反应釜中的液位高度大于进液口和进料口在反应釜上的位置高度，物料或者液体注入反应釜中需要一定的压力，且与进液口相连的进液管上需要设有防止液体倒流的阀，以防液体从反应釜中倒流出来。优选的，所述第一进液口位于所述第一反应釜4顶部；所述第二进液口和所述进料口均位于所述第二反应釜5顶部；所述第三进液口位于所述第三反应釜6顶部。结构简单，节约能源。

反应釜上的出料口用于将反应釜中最终形成的液体排出。第三反应釜6最终形成的常压碳化液可以直接排出，也可通过管道引流至其他容器中，为便于输送第三反应釜6中的常压碳化液、配合执行后续工艺的装置形成连续的装置体系，优选的，还包括与所述第三反应釜6相连通的出料管道8，所述出料管道8上设有第三输送泵61。

为使二氧化碳气体溶于反应釜中的液体，第一进气口的位置高度应低于第一反应釜4中液体的液面，第二进气口的位置高度应低于第二反应釜5中液体的液面。优选的，所述第一进气口位于所述第一反应釜4底部，所述第二进气口位于所述第二反应釜5底部。此时，二氧化碳气体均可充分溶于反应釜内液体中，提高整个工艺流程的反应效率。第一进气口和第二进气口可连接同一根进气管1，也可以分别连接互相独立的两个进气管1。为减少两个反应釜中的压力互相干涉，优选的，第一进气口和第二进气口分别连接互相独立、且不连通的两个进气管1。

为使多余的二氧化碳气体排出反应釜，出气口均应位于反应釜中的液面以上。优选的，所述第一出气口位于所述第一反应釜4的顶部，所述第二出气口位于所述第二反应釜5的顶部，所述第三出气口位于所述第三反应釜6的顶部。此时，反应釜中的液位高度不受限制，可一次性投入更多物料进行反应，提高了生产效率。

反应釜中多余的二氧化碳气体可以直接排到外界环境当中，也可以回收再利用。优选的，所述第一出气口、所述第二出气口和所述第三出气口均与排气管道7相连通，所述减压阀9设置在所述排气管道7上。二氧化碳经过排气管道7统一输送并回收利用，节能环保。

第二反应釜5中的搅拌机构56用于将碳酸锂粗品和液体混合搅拌，尽量使其均匀混合，并增大液体与二氧化碳气体的接触面积，提高反应效率。搅拌机构56有多种结构形式，优选的，所述搅拌机构56包括电机和与电机输出轴相连接的搅拌轴，搅拌轴上设置搅拌叶，所述搅拌叶沿着所述搅拌轴的周向均匀分布。搅拌机构56可横向设置，也可竖向设置，作为进一步的优选，所述搅拌轴竖向设置，所述电机位于所述搅拌轴的上端。该搅拌机构56结构简单，方便控制，所述电机位于第二反应釜5外部，所述搅拌轴和搅拌叶位于所述第二反应釜5中。所述搅拌叶有多种结构形式，如锚式搅拌叶、螺旋式搅拌叶、弯叶圆盘涡轮式搅拌叶、螺带式搅拌叶等。

优选的，所述第三反应釜6中还设置有搅拌机构56。搅拌机构56对第三反应釜6内液体进行搅拌，液体中的二氧化碳气体快速排出，进一步提高了生产效率。

反应釜内的液体通过输送泵11输出，液体输送装置可设置在反应釜中，也可设置在反应釜以外的管路上。所述输送泵11可以为多种类型，如离心泵、自吸泵、潜水泵等。考虑到碳酸锂等固体物质不能完全溶于液体中，优选的，所述第一输送泵41、所述第二输送泵51和所述第三输送泵61为隔膜泵。隔膜泵体积小巧，可输送颗粒或者粘稠的液体。反应釜中的液体通过吸水管进入隔膜泵中，再经过隔膜泵的排水口排入管道或者下一个容器中。

反应釜的温控装置45有多种形式，如夹套冷却、蛇管冷却、外部循环冷却等。优选的，所述温控装置45为夹套结构，所述夹套结构设置在所述第一反应釜4和所述第二反应釜5的外壁上。结构简单，便于安装，成本低。

以上为本实用新型的具体实施方式，从实施过程可以看出，碳酸锂在第一反应釜和第二反应釜中连续完成碳化反应，且第一反应釜和第二反应釜中的反应可同时进行，提高生产效率。进气口设置在反应釜的底部，使二氧化碳气体充分溶解在反应釜中；第三反应釜中设有搅拌机构，使多余的二氧化碳气体快速溢出，进一步提高生产效率；对反应釜中溢出的二氧化碳气体进行集中回收，节能环保反应釜的高径比较小，对厂房的高度要求较低，节约设备安装空间。

Claims (10)

1.一种碳酸锂碳化装置系统，包括进气管(1)、引水管(2)和进料管(3)；其特征在于：还包括竖向设置的第一反应釜(4)、第二反应釜(5)、第三反应釜(6)；

所述第一反应釜(4)包括温控装置(45)、第一进气口、第一出气口以及与所述引水管(2)相连通的第一进液口；第一输送泵(41)通过管道连通所述第一反应釜(4)和所述第二反应釜(5)；

所述第二反应釜(5)包括温控装置(45)、第二进气口、第二出气口、第二进液口以及与所述进料管(3)相连通的进料口，所述第二反应釜(5)中还设有搅拌机构(56)；第二输送泵(51)通过管道连通所述第二反应釜(5)和所述第三反应釜(6)；

所述第三反应釜(6)具有第三进液口、第三出料口和第三出气口；

所述第一进气口和所述第二进气口分别与所述进气管(1)相连通；所述第一出气口和所述第二出气口处均设有减压阀(9)。

2.根据权利要求1所述的碳酸锂碳化装置系统，其特征在于：所述第一进液口位于所述第一反应釜(4)顶部；所述第二进液口和所述进料口均位于所述第二反应釜(5)顶部；所述第三进液口位于所述第三反应釜(6)顶部。

3.根据权利要求1所述的碳酸锂碳化装置系统，其特征在于：还包括与所述第三反应釜(6)相连通的出料管道(8)，所述出料管道(8)上设有第三输送泵(61)。

4.根据权利要求1所述的碳酸锂碳化装置系统，其特征在于：所述第一进气口位于所述第一反应釜(4)底部，所述第二进气口位于所述第二反应釜(5)底部。

5.根据权利要求1所述的碳酸锂碳化装置系统，其特征在于：所述第一出气口位于所述第一反应釜(4)的顶部，所述第二出气口位于所述第二反应釜(5)的顶部，所述第三出气口位于所述第三反应釜(6)的顶部。

6.根据权利要求1-5中任一项权利要求所述的碳酸锂碳化装置系统，其特征在于：所述第一出气口、所述第二出气口和所述第三出气口均与排气管道(7)相连通，所述减压阀(9)设置在所述排气管道(7)上。

7.根据权利要求1所述的碳酸锂碳化装置系统，其特征在于：所述搅拌机构(56)包括电机和与电机输出轴相连接的搅拌轴，搅拌轴上设置搅拌叶，所述搅拌叶沿着所述搅拌轴的周向均匀分布；

所述搅拌轴竖向设置，所述电机位于所述搅拌轴的上端。

8.根据权利要求1或7所述的碳酸锂碳化装置系统，其特征在于：所述第三反应釜(6)中还设置有搅拌机构(56)。

9.根据权利要求3所述的碳酸锂碳化装置系统，其特征在于：所述第一输送泵(41)、所述第二输送泵(51)和所述第三输送泵(61)为隔膜泵。

10.根据权利要求1所述的碳酸锂碳化装置系统，其特征在于：所述温控装置(45)为夹套结构；所述夹套结构设置在所述第一反应釜(4)和所述第二反应釜(5)的外壁上。