巖征儀器三元前驅體生產設備其功能、特點

一、配料與混合設備

1. 溶解罐 / 配料釜

• 功能：溶解金屬鹽（如硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳）、堿液（如氫氧化鈉）、絡合劑（如氨水）等原料，制備反應所需的溶液。

• 特點：

• 材質：不銹鋼（如 316L）或搪瓷，耐腐蝕。

• 配置：攪拌器（錨式或槳式）、加熱 / 冷卻夾套（控制溶解溫度）、在線 pH / 濃度監測儀表。

• 容量：根據產能設計，實驗室級至工業級（數立方米至數十立方米）。

2. 計量泵與流量計

• 功能：精確控制各原料溶液的進料量，確保反應體系中金屬離子比例（如鎳鈷錳摩爾比）準確。

• 類型：

• 計量泵：隔膜泵、柱塞泵（耐腐蝕）。

• 流量計：電磁流量計、超聲波流量計（用于監測液體流量）。

二、反應合成設備

1. 共沉淀反應釜

• 功能：金屬鹽溶液與堿液、絡合劑在一定溫度、pH 和攪拌條件下發生共沉淀反應，生成三元前驅體沉淀物（如氫氧化物或碳酸鹽）。

• 關鍵參數與配置：

• 高剪切攪拌器（如渦輪式或螺帶式），確保溶液均勻混合，避免局部過濃。

• 攪拌速度可調（通常 50~300 rpm），部分設備配備變頻控制。

• 材質：不銹鋼（內壁拋光，防止結疤）或鈦材（耐強腐蝕）。

• 攪拌系統：

• 溫度控制：夾套或盤管式換熱，通過蒸汽 / 熱水加熱或冷凍水冷卻，控制反應溫度（通常 50~90℃）。

• pH 控制：在線 pH 電極實時監測，自動調節堿液進料量，維持體系 pH 值（如 10~12）。

• 加料方式：底部或側部進料，避免沉淀物掛壁。

• 罐體結構：錐形底或橢圓底，便于出料和沉淀物收集。

2. 晶型調控設備

• 功能：通過添加表面活性劑、控制反應時間等手段調控前驅體的顆粒形貌（如球形、類球形）和粒徑分布。

• 設備：

• 添加劑儲罐與計量泵（如檸檬酸、聚乙烯醇等）。

• 陳化釜（用于沉淀物熟化，改善結晶度）。

三、洗滌與過濾設備

1. 洗滌釜

• 功能：對共沉淀產物進行水洗或醇洗，去除雜質離子（如硫酸根、鈉離子）。

• 特點：

• 帶攪拌的不銹鋼釜體，支持逆流洗滌以提高效率。

• 配備溫度控制（加熱或冷卻），優化洗滌效果。

2. 過濾設備

• 功能：分離沉淀物與母液，獲取前驅體濾餅。

• 類型：

• 真空過濾機：如板框過濾機、離心過濾機（適用于顆粒較細的前驅體）。

• 壓濾機：隔膜壓濾機（提高濾餅含固率，減少后續干燥負荷）。

• 離心機：三足式離心機、碟式分離機（用于高純度要求場景）。

四、干燥與焙燒設備

1. 干燥設備

• 功能：去除濾餅中的水分，得到干燥前驅體粉末。

• 類型：

• 槳式干燥機：通過攪拌槳加熱干燥，適合粘性物料。

• 流化床干燥機：熱氣流使顆粒呈流化狀態干燥，傳熱效率高。

• 原理：將濾餅制成漿料，通過霧化噴嘴噴入熱氣流中，瞬間干燥成球形顆粒。

• 優勢：顆粒形貌可控，干燥效率高（適用于大規模生產）。

• 噴霧干燥機：

• 槳式干燥機 / 流化床干燥機：

2. 焙燒爐（燒結設備）

• 功能：干燥后的前驅體與鋰源混合，在高溫下焙燒生成三元正極材料。

• 設備：

• 回轉窯：連續式生產，物料在旋轉窯體內與熱氣流逆流接觸，焙燒溫度通常 800~1000℃。

• 箱式爐 / 推板窯：間歇式生產，適合小批量或實驗室場景。

• 氣氛控制：部分工藝需通入氧氣或惰性氣體（如氮氣），調節焙燒氣氛。

五、粉碎與分級設備

1. 粉碎機

• 功能：破碎焙燒后的結塊物料，調整粒度分布。

• 類型：

• 氣流粉碎機（超音速氣流粉碎，粒度均勻，適合高純度要求）。

• 球磨機 / 砂磨機（通過研磨介質粉碎，效率較高）。

2. 分級設備

• 功能：分離不同粒徑的粉末，確保產品粒度符合要求。

• 設備：

• 振動篩（用于粗分級）。

• 空氣分級機（利用氣流速度分離細粉，精度高）。

六、輔助設備

1. 廢水處理系統

• 功能：處理生產過程中產生的含重金屬廢水（如鎳、鈷、錳離子），達標排放或回用。

• 設備：中和反應池、沉淀池、膜處理裝置（如反滲透）等。

2. 粉塵收集系統

• 功能：收集干燥、粉碎過程中產生的粉塵，防止污染和安全隱患。

• 設備：布袋除塵器、旋風分離器等。

3. 自動化控制系統

• 功能：集成 PLC 或 DCS 系統，實現配料、反應、洗滌、干燥等環節的自動化控制，監控溫度、pH、流量等參數。

• 配置：人機界面（HMI）、傳感器（如溫度、壓力、液位傳感器）、執行機構（閥門、泵類）。

七、關鍵工藝參數與設備選型要點

1. 金屬離子濃度：反應釜容積需匹配進料流量，確保混合均勻性。

2. 攪拌強度：高剪切攪拌適用于快速沉淀，低轉速攪拌適用于晶型生長。

3. 溫度控制精度：夾套換熱面積需根據反應放熱量設計，確保溫度波動≤±2℃。

4. 材質耐腐蝕性：接觸強堿性溶液的設備需選用 316L 不銹鋼或鈦材，避免金屬離子污染。

5. 產能匹配：洗滌、過濾、干燥設備的處理能力需與反應釜產能銜接，避免瓶頸。

八、安全與環保注意事項

• 防腐蝕：定期檢查反應釜、管道的腐蝕情況，防止泄漏。

• 粉塵防爆：干燥、粉碎車間需配備防爆電機和靜電消除裝置，避免粉塵爆炸。

• 重金屬管控：廢水、廢渣需經處理后達標排放，符合《危險廢物貯存污染控制標準》等法規。