隨著鋰離子電池行業(yè)的快速發(fā)展,目前已經商品化鈷酸鋰材料由于成本較高、比容量偏低、毒性大等方面的原因已經面臨逐漸被三元材料的替代的趨勢。層狀結構的三元材料鎳鈷錳酸鋰由于綜合了錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰三種材料的優(yōu)點而具備協(xié)同效應,成為具有良好應用前景的鋰離子正極材料之一 ;在三元材料中,高鎳三元材料由于鎳含量更高,具有放電容量高,成本低,污染小等優(yōu)點。
三元材料前驅體的主流工藝流程為:合成、過濾、洗滌、干燥以及三元材料配混料、燒結、粉碎、除鐵等工序,百得干燥分析現有多種過濾洗滌設備的優(yōu)勢和劣勢,為滿足三元材料前驅體生產工藝高品質、高效率的要求,終于研制成功了集過濾、洗滌于一體的多功能筒錐式二合一設備,兼有反應、萃取、結晶、濃縮、干燥、混合、破碎等多項功能,以滿足三元材料及其前驅體的產業(yè)向智能化、大產能、低能耗、環(huán)境友好方向發(fā)展的需求。
過濾和洗滌設備的作用是將反應得到的前驅體漿料實現固液分離,然后采用洗滌液對得到的前驅體濾餅進行洗滌,去除殘留在濾餅中的硫酸根、氯根、鈉離子等。目前大多數前驅體廠家采用過濾洗滌一體化設備,主要有壓濾機、離心機、微孔過濾機、過濾洗滌“二合一”設備等。
(1) 壓濾機
壓濾機是一種常用的過濾、洗滌設備。傳統(tǒng)壓濾機一般需要人工操作整個壓濾過程,包括進料、壓榨、氣吹、卸料,尤其卸料勞動強度較大,濾餅難脫,整個壓濾周期長,處理量小,脫水和洗滌效果差,并且材質通常為鑄鐵,質量重,易磨損。近幾年,壓濾機技術水平有了較大的提高,全自動壓濾機得到良好的應用,整個壓濾過程實現自動控制,材質上選擇不銹鋼或合成材料,結構上擴大濾室和增大隔膜設計,并且提高了過濾壓力,處理量大,壓濾周期短,脫水效率高,洗滌效果好,能夠滿足三元前驅體的生產要求。
(2) 離心機
離心機是利用離心力,分離液體與固體顆?;蛞后w混合物中不同組分的機械。離心機的核心部件是轉鼓,其圍繞本身軸線高速旋轉的圓筒,通常由電機驅動。固液混合物進入轉鼓后,被迅速帶動與轉鼓同速旋轉,在離心力作用下固液分離,固體顆粒被攔截在轉鼓內壁,液體從離心機排出。常用的離心機類型有三足式離心機、平板式離心機、臥式螺旋離心機、碟片式分離機、管式分離機等,其中三足式離心機和平板式離心機適用于三元前驅體生產。
在生產中采用PGZ平板式全自動下部卸料離心機對鎳鈷超細粉體材料進行過濾和洗滌,每批次可以處理大約240kg鎳鈷超細粉體材料濾餅,洗滌6次后,產品中的Na<0.01%、SO2<0.4%、Cl<0.05%,能夠滿足洗滌工藝要求,并且金屬回收率在99.7%以上,生產效率較高。
nbsp;(3) 微孔過濾機
微孔過濾機為新型固液分離設備,具有運行效率高,過濾精度高的特點。微孔過濾機的結構是在立式密閉機體內懸掛特種高分子的PE和PA微孔管,濾液通過微孔管排除。
近年來,在超細粉體生產中的過濾和洗滌工序得到了較好的應用。在生產中采用微孔過濾機對粒度小、黏性大的超細碳酸鈷粉體進行過濾和洗滌,zui終洗滌用水單耗在4.0t/h,可以使Na含量小于0.005%,并且金屬回收率在99.7%以上,母液中金屬鈷的含量為20mg/L,濾餅含水量約20%。
(4) 過濾、洗滌“二合一”設備(平板式)
過濾、洗滌“二合一”設備是在過濾、洗滌、干燥“三合一”設備的基礎上簡化后的產品,在一個密閉容器內完成過濾、洗滌二道工序,主要用于醫(yī)藥行業(yè),解決了易燃、易爆、有毒產品的連續(xù)生產,特別適應洗滌效果要求較高的物料,并且能夠減輕操作過程的勞動強度,減少了成品的損耗。該設備近年來開始在三元前驅體生產上應用。
三元材料前驅體過濾洗滌設備的主要優(yōu)勢和劣勢對比表
三元材料前驅體筒錐式過濾洗滌設備 工作原理
現有過濾、洗滌“二合一”的結構是平板式,但是在長期生產使用中發(fā)現一些缺陷,例如:圓形平底過濾面積小;側面出料,導致出料不徹底;過濾效果不理想,過濾過程中的物料翻動小,效率低。
為了克服上述單元設備組合中存在的問題與不足,同時滿足三元材料前驅體生產工藝高品質、高效率的要求,我公司進行了大量的設計研發(fā)工作,終于研制成功了集過濾、洗滌于一體的多功能筒錐式過濾洗滌設備,具有過濾、洗滌主要功能,還兼有反應、萃取、結晶、濃縮、干燥、混合、破碎等多項功能,屬于改進型多功能設備。
多功能筒錐反應過濾洗滌干燥機 工藝流程
(1) 壓濾或真空過濾
打開下部濾液出口,在設備內通入壓縮空氣或氮氣等氣體,對經過反應的固液混合物進行加壓過濾,直到把機內物料壓干。也可在濾液出口抽真空,對物料進行真空過濾,直到把濾液抽干為止。過濾時可使空心軸和空心螺帶按順時針方向旋轉(從頂部往下看),對物料進行提升,并使空心螺帶在旋轉時限制濾餅層的厚度,使物料在薄的濾餅層條件下進行過濾,以提高過濾速率。對于易過濾的物料,過濾時可不攪拌,直接把物料濾干。
(2) 可多次洗滌過濾
有些物料過濾完以后,還要進行多次洗滌。反應過濾干燥多功能機用于對物料的反復多次洗滌是理想的設備。物料在機內壓干后,可在頂部洗滌液入口加入洗滌液, 然后通過空心軸和空心螺帶的攪拌,對濾餅進行均勻再漿,再漿攪拌均勻后再把物料壓干。若洗滌一次不夠,可進行多次洗滌,這時重復上述步驟多次即可,操作方便,勞動強度極低。
以上述方法對物料進行洗滌,我們稱之為間歇洗滌法。由于每次是把物料壓干后再加洗滌液進行洗滌,因而操作時雖然開關閥門次數多一點,但用的洗滌液較少。該機也可對物料進行連續(xù)洗滌,即把洗滌液用泵或其它方法連續(xù)壓入,利用洗滌液的壓力進行過濾,空心軸和空心螺帶則不斷地攪拌,濾液從濾液出口連續(xù)排出,直至達到洗滌要求為止,zui后再把濾餅壓干。這種連續(xù)洗滌的方法,一般比間歇洗滌用的洗滌液量要多,但操作更方便。