岩征仪器三元前驱体生产设备其功能、特点

一、配料与混合设备

1. 溶解罐 / 配料釜

• 功能：溶解金属盐（如硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰）、碱液（如氢氧化钠）、络合剂（如氨水）等原料，制备反应所需的溶液。

• 特点：

• 材质：不锈钢（如 316L）或搪瓷，耐腐蚀。

• 配置：搅拌器（锚式或桨式）、加热 / 冷却夹套（控制溶解温度）、在线 pH / 浓度监测仪表。

• 容量：根据产能设计，实验室级至工业级（数立方米至数十立方米）。

2. 计量泵与流量计

• 功能：精确控制各原料溶液的进料量，确保反应体系中金属离子比例（如镍钴锰摩尔比）准确。

• 类型：

• 计量泵：隔膜泵、柱塞泵（耐腐蚀）。

• 流量计：电磁流量计、超声波流量计（用于监测液体流量）。

二、反应合成设备

1. 共沉淀反应釜

• 功能：金属盐溶液与碱液、络合剂在一定温度、pH 和搅拌条件下发生共沉淀反应，生成三元前驱体沉淀物（如氢氧化物或碳酸盐）。

• 关键参数与配置：

• 高剪切搅拌器（如涡轮式或螺带式），确保溶液均匀混合，避免局部过浓。

• 搅拌速度可调（通常 50~300 rpm），部分设备配备变频控制。

• 材质：不锈钢（内壁抛光，防止结疤）或钛材（耐强腐蚀）。

• 搅拌系统：

• 温度控制：夹套或盘管式换热，通过蒸汽 / 热水加热或冷冻水冷却，控制反应温度（通常 50~90℃）。

• pH 控制：在线 pH 电极实时监测，自动调节碱液进料量，维持体系 pH 值（如 10~12）。

• 加料方式：底部或侧部进料，避免沉淀物挂壁。

• 罐体结构：锥形底或椭圆底，便于出料和沉淀物收集。

2. 晶型调控设备

• 功能：通过添加表面活性剂、控制反应时间等手段调控前驱体的颗粒形貌（如球形、类球形）和粒径分布。

• 设备：

• 添加剂储罐与计量泵（如柠檬酸、聚乙烯醇等）。

• 陈化釜（用于沉淀物熟化，改善结晶度）。

三、洗涤与过滤设备

1. 洗涤釜

• 功能：对共沉淀产物进行水洗或醇洗，去除杂质离子（如硫酸根、钠离子）。

• 特点：

• 带搅拌的不锈钢釜体，支持逆流洗涤以提高效率。

• 配备温度控制（加热或冷却），优化洗涤效果。

2. 过滤设备

• 功能：分离沉淀物与母液，获取前驱体滤饼。

• 类型：

• 真空过滤机：如板框过滤机、离心过滤机（适用于颗粒较细的前驱体）。

• 压滤机：隔膜压滤机（提高滤饼含固率，减少后续干燥负荷）。

• 离心机：三足式离心机、碟式分离机（用于高纯度要求场景）。

四、干燥与焙烧设备

1. 干燥设备

• 功能：去除滤饼中的水分，得到干燥前驱体粉末。

• 类型：

• 桨式干燥机：通过搅拌桨加热干燥，适合粘性物料。

• 流化床干燥机：热气流使颗粒呈流化状态干燥，传热效率高。

• 原理：将滤饼制成浆料，通过雾化喷嘴喷入热气流中，瞬间干燥成球形颗粒。

• 优势：颗粒形貌可控，干燥效率高（适用于大规模生产）。

• 喷雾干燥机：

• 桨式干燥机 / 流化床干燥机：

2. 焙烧炉（烧结设备）

• 功能：干燥后的前驱体与锂源混合，在高温下焙烧生成三元正极材料。

• 设备：

• 回转窑：连续式生产，物料在旋转窑体内与热气流逆流接触，焙烧温度通常 800~1000℃。

• 箱式炉 / 推板窑：间歇式生产，适合小批量或实验室场景。

• 气氛控制：部分工艺需通入氧气或惰性气体（如氮气），调节焙烧气氛。

五、粉碎与分级设备

1. 粉碎机

• 功能：破碎焙烧后的结块物料，调整粒度分布。

• 类型：

• 气流粉碎机（超音速气流粉碎，粒度均匀，适合高纯度要求）。

• 球磨机 / 砂磨机（通过研磨介质粉碎，效率较高）。

2. 分级设备

• 功能：分离不同粒径的粉末，确保产品粒度符合要求。

• 设备：

• 振动筛（用于粗分级）。

• 空气分级机（利用气流速度分离细粉，精度高）。

六、辅助设备

1. 废水处理系统

• 功能：处理生产过程中产生的含重金属废水（如镍、钴、锰离子），达标排放或回用。

• 设备：中和反应池、沉淀池、膜处理装置（如反渗透）等。

2. 粉尘收集系统

• 功能：收集干燥、粉碎过程中产生的粉尘，防止污染和安全隐患。

• 设备：布袋除尘器、旋风分离器等。

3. 自动化控制系统

• 功能：集成 PLC 或 DCS 系统，实现配料、反应、洗涤、干燥等环节的自动化控制，监控温度、pH、流量等参数。

• 配置：人机界面（HMI）、传感器（如温度、压力、液位传感器）、执行机构（阀门、泵类）。

七、关键工艺参数与设备选型要点

1. 金属离子浓度：反应釜容积需匹配进料流量，确保混合均匀性。

2. 搅拌强度：高剪切搅拌适用于快速沉淀，低转速搅拌适用于晶型生长。

3. 温度控制精度：夹套换热面积需根据反应放热量设计，确保温度波动≤±2℃。

4. 材质耐腐蚀性：接触强碱性溶液的设备需选用 316L 不锈钢或钛材，避免金属离子污染。

5. 产能匹配：洗涤、过滤、干燥设备的处理能力需与反应釜产能衔接，避免瓶颈。

八、安全与环保注意事项

• 防腐蚀：定期检查反应釜、管道的腐蚀情况，防止泄漏。

• 粉尘防爆：干燥、粉碎车间需配备防爆电机和静电消除装置，避免粉尘爆炸。

• 重金属管控：废水、废渣需经处理后达标排放，符合《危险废物贮存污染控制标准》等法规。