一种共沉淀反应系统技术方案

本发明专利技术公开了一种共沉淀反应系统，以解决过滤浓缩器体积较大而影响反应的技术问题。共沉淀反应系统，在过滤浓缩器中，若以与所述中心轴线垂直并与所述滤芯的过滤面相交的平面为横截面，则：在所述横截面上，所述原液腔以第一图形的形式分布，所述第一图形为封闭图形，所述封闭图形的形状为圆形、环形或多边形，所述横截面上位于所述过滤浓缩器的外壳内且除所述第一图形外的区域基本上由第二图形和第三图形组成，所述清液腔以所述第二图形的形式分布，所述滤芯的过滤材料以所述第三图形的形式分布，并且，所述中心轴线在所述横截面上的对应中心点靠近或位于所述第一图形、第二图形或第三图形中。或第三图形中。或第三图形中。

【技术实现步骤摘要】
一种共沉淀反应系统


[0001]本申请实施例涉及共沉淀反应系统。所述共沉淀反应系统适用于锂离子二次电池正极材料前驱体的制备，尤其适用于三元前驱体的制备。

技术介绍

[0002]化学共沉淀法在液相化学合成粉体材料中应用较为广泛，一般是原料溶液中添加适当的沉淀剂，使溶液中已经混合均匀的各组分按化学计量比共同沉淀出来，或在溶液中先反应沉淀出一种中间产物，再把它煅烧分解制备出目标产品。采用该工艺可根据实验条件对产物的粒度、形貌进行调控，产物中的有效组分可达到原子、分子级别的均匀混合。
[0003]目前，锂离子二次电池正极材料三元前驱体的制备是化学共沉淀法在新能源产业的重要应用。制备过程中，将硫酸镍(或氯化镍)、硫酸钴(或氯化钴)、硫酸锰(或氯化锰)配置成一定摩尔浓度的混合盐溶液，将氢氧化钠配置成一定摩尔浓度的碱溶液，用一定浓度的氨水作为络合剂，再将混合盐溶液、碱溶液和络合剂以一定的流量加入反应釜，控制反应釜的搅拌速率，反应浆料的温度和pH值，以及反应气氛(目前一般要求反应过程在氮气保护下完成)等，使盐、碱发生中和反应生成三元前驱体晶核并逐渐长大，当粒度达到预定值后，将反应产物过滤、洗涤、干燥，得到三元前驱体。可见，反应过程中需要控制的工艺参数较多，主要包括：盐和间的浓度、氨水浓度、盐溶液和碱溶液加入反应釜的速率、反应温度、反应过程的pH值、搅拌速率、反应时间、反应浆料固含量、反应气氛等等。三元前驱体制备完成后，再将三元前驱体与锂源按一定比例混合均匀，然后再进行煅烧，再将冷却后的物料进行破碎、粉碎、分级和干燥，得到锂离子二次电池正极材料。
[0004]为便于生产，目前还在反应釜旁部署了过滤浓缩器，实施“釜外浓缩”。在反应釜运行过程中，随着反应原料(盐溶液、碱溶液、氨水)加入反应釜，反应釜中的部分反应浆料进入过滤浓缩器，过滤浓缩器中安装有滤芯并设有搅拌结构，通过滤芯对反应浆料进行过滤后可从过滤浓缩器输出清液，清液作为母液可重新用于反应，而过滤浓缩器中的浓缩液则通过已浓缩浆料回流结构返回反应釜。过滤浓缩器中的搅拌结构一般包括位于过滤浓缩器中的主轴和安装在主轴上的搅拌桨，主轴由过滤浓缩器外部的电机带动，滤芯间隔布置在搅拌桨外围，当搅拌桨旋转时可以对浆料进行搅拌，防止浆料中的颗粒物沉降并延长滤芯上滤饼形成时间。但上述过滤浓缩器的内部结构设计导致过滤浓缩器体积较大，使得反应浆料在反应釜体外的过滤浓缩器中停留时间较长，而反应过程又受到多种工艺参数影响，一旦环境发生变化就会影响反应，因此，当浆料在过滤浓缩器中停留时间较长时，就会影响反应和三元前驱体粒度的一致性。
[0005]针对单独部署过滤浓缩器后带来的问题，一种解决方案是将过滤浓缩器取消，而将滤芯直接安装在反应釜中，这时，反应釜可称为共沉淀反应与过滤浓缩一体化设备。由于反应与过滤浓缩均在共沉淀反应与过滤浓缩一体化设备中进行，这样，反应浆料始终处于同一环境中，杜绝了单独部署过滤浓缩器对反应的影响。但是，需要指出：共沉淀反应与过滤浓缩一体化设备对滤芯的防材料破损稳定性要求更高。因为如果一旦滤芯发生材料破
损，从滤芯上脱落的材料就会混入反应浆料，导致反应浆料污染。
[0006]另一方面，无论是采用单独部署过滤浓缩器的共沉淀反应系统还是采用共沉淀反应与过滤浓缩一体化设备的共沉淀反应系统，滤芯过滤出的清液均需通过出清系统输出。目前，出清系统主要包括管道、阀门、反冲器等多个零部件，这些零部件是随着过滤浓缩器或共沉淀反应与过滤浓缩一体化设备的现场安装再进行进行现场临时安装的，施工强度大、时间长，影响项目施工进度。

技术实现思路

[0007]本申请的实施例提供了一种共沉淀反应系统以及一种用于共沉淀反应系统的过滤浓缩装置，以解决过滤浓缩器体积较大而影响反应的技术问题。
[0008]根据本申请的一个方面，提供了一种共沉淀反应系统，包括：共沉淀反应单元，所述共沉淀反应单元包含反应釜，所述反应釜具有外壳和内腔，所述反应釜的外壳上分别设有原料进料结构、待浓缩浆料出料结构和已浓缩浆料回流结构，所述原料进料结构、待浓缩浆料出料结构和已浓缩浆料回流结构分别与所述反应釜的内腔连通，所述反应釜的内腔中设有搅拌结构；过滤浓缩单元，所述过滤浓缩单元包含过滤浓缩器，所述过滤浓缩器具有外壳和滤芯，所述滤芯在所述过滤浓缩器的外壳中形成原液腔和清液腔，所述过滤浓缩器的外壳上分别设有待浓缩浆料进料结构、已浓缩浆料出料结构和清液出料结构，所述待浓缩浆料进料结构和所述已浓缩浆料出料结构分别与所述原液腔连通，所述清液出料结构与所述清液腔连通；其中，所述待浓缩浆料出料结构用于与所述待浓缩浆料进料结构连接，所述已浓缩浆料出料结构用于与所述已浓缩浆料回流结构连接，所述原料进料结构用于与共沉淀反应原料供给设备连接，所述清液出料结构用于与出清系统连接；在所述过滤浓缩器中，所述滤芯具有相互垂直的第一边缘与第二边缘，所述滤芯的过滤面的面积基本由所述第一边缘的长度与所述第二边缘的长度的乘积确定，所述第一边缘的长度的方向与所述过滤浓缩器的外壳的中心轴线的方向一致，所述待浓缩浆料进料结构与所述已浓缩浆料出料结构分别设置在所述过滤浓缩器的外壳上位于所述中心轴线方向上的两端的部位并分别与原液腔两端导通；若以与所述中心轴线垂直并与所述滤芯的过滤面相交的平面为横截面，则：在所述横截面上，所述原液腔以第一图形的形式分布，所述第一图形为封闭图形，所述封闭图形的形状为圆形、环形或多边形，所述横截面上位于所述过滤浓缩器的外壳内且除所述第一图形外的区域基本上由第二图形和第三图形组成，所述清液腔以所述第二图形的形式分布，所述滤芯的过滤材料以所述第三图形的形式分布，并且，所述中心轴线在所述横截面上的对应中心点靠近或位于所述第一图形、第二图形或第三图形中。
[0009]本申请的实施例中，所述过滤浓缩单元包含N个过滤浓缩器组件，所述N为≥1的整数，所述过滤浓缩器组件由多个过滤浓缩器连接而成，所述过滤浓缩器为管式过滤浓缩器；所述管式过滤浓缩器具有管状的外壳以及形状大小与所述外壳中的管道相适配的滤芯，所述滤芯中设有轴向通道，所述轴向通道构成所述原液腔或所述清液腔；当所述轴向通道构成所述原液腔时，所述外壳中的管道与所述滤芯之间形成所述清液腔，当所述轴向通道构成所述清液腔时，所述外壳中的管道与所述滤芯之间形成所述原液腔；所述过滤浓缩器组件中的管式过滤浓缩器的待浓缩浆料进料结构和已浓缩浆料出料结构依次首尾连接从而使这些管式过滤浓缩器的原液腔串联为一个流动通路，所述流动通路中为首的待浓缩浆料
进料结构与所述待浓缩浆料出料结构连接，末尾的已浓缩浆料出料结构与所述已浓缩浆料回流结构连接。
[0010]本申请的实施例中，所述管式过滤浓缩器的外壳的壁上设有所述清液出料结构。
[0011]本申请的实施例中，所述过滤浓缩器组件中的管式过滤浓缩器平行间隔排列设置，相邻管式过滤浓缩器之间的待浓缩浆料进料结构与已浓缩浆料出料结构通过弯头连接从而使相邻管式过滤浓缩器之间的原液腔串联。
[0012]本申请的实施例中，所述过滤浓缩器组件中的弯头呈水平设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共沉淀反应系统，其特征在于，包括：共沉淀反应单元，所述共沉淀反应单元包含反应釜，所述反应釜具有外壳和内腔，所述反应釜的外壳上分别设有原料进料结构、待浓缩浆料出料结构和已浓缩浆料回流结构，所述原料进料结构、待浓缩浆料出料结构和已浓缩浆料回流结构分别与所述反应釜的内腔连通，所述反应釜的内腔中设有搅拌结构；过滤浓缩单元，所述过滤浓缩单元包含过滤浓缩器，所述过滤浓缩器具有外壳和滤芯，所述滤芯在所述过滤浓缩器的外壳中形成原液腔和清液腔，所述过滤浓缩器的外壳上分别设有待浓缩浆料进料结构、已浓缩浆料出料结构和清液出料结构，所述待浓缩浆料进料结构和所述已浓缩浆料出料结构分别与所述原液腔连通，所述清液出料结构与所述清液腔连通；其中，所述待浓缩浆料出料结构用于与所述待浓缩浆料进料结构连接，所述已浓缩浆料出料结构用于与所述已浓缩浆料回流结构连接，所述原料进料结构用于与共沉淀反应原料供给设备连接，所述清液出料结构用于与出清系统连接；在所述过滤浓缩器中，所述滤芯具有相互垂直的第一边缘与第二边缘，所述滤芯的过滤面的面积基本由所述第一边缘的长度与所述第二边缘的长度的乘积确定，所述第一边缘的长度的方向与所述过滤浓缩器的外壳的中心轴线的方向一致，所述待浓缩浆料进料结构与所述已浓缩浆料出料结构分别设置在所述过滤浓缩器的外壳上位于所述中心轴线方向上的两端的部位并分别与原液腔两端导通；若以与所述中心轴线垂直并与所述滤芯的过滤面相交的平面为横截面，则：在所述横截面上，所述原液腔以第一图形的形式分布，所述第一图形为封闭图形，所述封闭图形的形状为圆形、环形或多边形，所述横截面上位于所述过滤浓缩器的外壳内且除所述第一图形外的区域基本上由第二图形和第三图形组成，所述清液腔以所述第二图形的形式分布，所述滤芯的过滤材料以所述第三图形的形式分布，并且，所述中心轴线在所述横截面上的对应中心点靠近或位于所述第一图形、第二图形或第三图形中。2.如权利要求1所述的共沉淀反应系统，其特征在于：所述过滤浓缩单元包含N个过滤浓缩器组件，所述N为≥1的整数，所述过滤浓缩器组件由多个过滤浓缩器连接而成，所述过滤浓缩器为管式过滤浓缩器；所述管式过滤浓缩器具有管状的外壳以及形状大小与所述外壳中的管道相适配的滤芯，所述滤芯中设有轴向通道，所述轴向通道构成所述原液腔或所述清液腔；当所述轴向通道构成所述原液腔时，所述外壳中的管道与所述滤芯之间形成所述清液腔，当所述轴向通道构成所述清液腔时，所述外壳中的管道与所述滤芯之间形成所述原液腔；所述过滤浓缩器组件中的管式过滤浓缩器的待浓缩浆料进料结构和已浓缩浆料出料结构依次首尾连接从而使这些管式过滤浓缩器的原液腔串联为一个流动通路，所述流动通路中为首的待浓缩浆料进料结构与所述待浓缩浆料出料结构连接，末尾的已浓缩浆料出料结构与所述已浓缩浆料回流结构连接。3.如权利要求2所述的共沉淀反应系统，其特征在于：所述管式过滤浓缩器的外壳的壁上设有所述清液出料结构；...

【专利技术属性】
技术研发人员：何志，赵聪，杨光耀，何劲松，康彬，
申请(专利权)人：四川思达能环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：