三元材料前驅體制備工藝設備的改進

徐瑞全 邢王燕 王海權

摘 要：三元材料前驅體的結構性能直接決定了三元材料的結構性能，三元材料前軀體的生產(chǎn)設備也是影響三元材料前驅體結構性能的關鍵因素之一。

關鍵詞：三元材料，制備；工藝

1.三元材料前軀體生產(chǎn)設備改進

在不斷的研究當中我們發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的反應釜設備存在明顯的缺陷。

針對設備問題，我們做了一系列改進。改進過后的反應釜，采用不銹鋼材質(zhì)，其外部設置有夾套，用于循環(huán)介質(zhì)循環(huán)運動；反應釜的頂部設有進料管、測溫管、進氣口和排氣口，底部設有排料口；進料管底部距離釜底平面一定距離；排氣口的設置是為了剛開始空氣的排出，同時在反應過程中使釜內(nèi)的氣氛環(huán)境處于一個平穩(wěn)的狀態(tài)。

同時，我們對釜體內(nèi)部作了改進，釜體的內(nèi)壁均勻分布了四塊側擋板，側擋板的寬度為釜徑的1/10，側檔板的長度為釜體高度的2/3。組合攪拌槳的攪拌作用使得反應釜內(nèi)的漿料形成四個比較穩(wěn)定的螺旋形反應區(qū)，使得元素充分混合，均勻反應，形成的反應產(chǎn)物球形度好、粒徑分布窄，與傳統(tǒng)反應釜體系相比，同樣的反應參數(shù)條件下，材料性能有明顯的提升，系統(tǒng)也更加穩(wěn)定，反應過程中的參數(shù)波動小，控制與調(diào)節(jié)更加簡便。

2.對生產(chǎn)過程中氣體排放的改進

三元材料前驅體生產(chǎn)過程中氨水是生產(chǎn)過程中必不可少的絡合劑，生產(chǎn)過程中需要保持一定的溫度，加熱的條件下使得很大一部分氨氣跑出體系。故三元材料前驅體生產(chǎn)過程中會有大量的氨氣排出，不止會造成原料的浪費，還會增加后續(xù)廢氣處理的負擔。

針對此問題，我們增加了三元材料前驅體制備尾氣處理裝置，包括有防腐保護的反應釜，反應釜外層包含水循環(huán)層，反應釜內(nèi)側均勻分布有四塊混料擋板；酸堿中和釜，釜的下端有排料口；排氣管路，連接反應釜的排氣口與酸堿中和釜。

中和釜底部裝有排料口，當廢液處理完成后從此處排出，進行后續(xù)的回收再利用工序。運行時通過回收從排氣管路中跑出的氨氣，通入裝有稀硫酸溶液的酸堿中和釜中，減少了原料的浪費，減少廢氣的排放，有利于后續(xù)處理，符合綠色生產(chǎn)的理念。

3.節(jié)約資源，熱量重復利用

元材料前驅體的生產(chǎn)過程中，堿溶液的配制過程中會放出大量的熱，且堿溶液需要降溫到室溫條件下才能保證反應原料的穩(wěn)定性，自然地降溫會造成能量的浪費，反應過程和陳化過程則均需要額外的熱源保持一定的溫度，增加生產(chǎn)成本。

為了成本的降低，我們對熱量進行了重復利用，通過對設備改進達到熱量重復利用的目的。運行時通過堿配料釜外的循環(huán)水層將熱量攜帶進入溫控循環(huán)水槽，再進入陳化釜循化水層，給陳化料提供熱量。收集了堿溶解釋放的大量熱量，使資源得到充分利用，減少了資源的浪費，節(jié)省了能源。

總結

設備對生產(chǎn)會帶來很大的影響，在制備工藝的探索中，極容易忽略設備對結果帶來的影響。

在三元材料前軀體制備工藝探索過程中，我們對反應釜和攪拌槳進行改進，配合釜體內(nèi)壁的四塊側擋板，組合攪拌槳的攪拌作用使得反應釜內(nèi)的漿料形成四個比較穩(wěn)定的螺旋形反應區(qū)，與傳統(tǒng)反應釜體系相比，同樣的反應參數(shù)條件下，材料性能有明顯的提升，系統(tǒng)也更加穩(wěn)定，反應過程中的參數(shù)波動小，控制與調(diào)節(jié)更加簡便，進一步保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定與產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

對配料過程和陳化過程的合理銜接將堿溶解過程中的熱量回收使用，避免了浪費，同時減少了保持陳化釜恒溫所需要的能耗，較少了資源的浪費，節(jié)約了成本。

反應過程與中和過程的合理分配，回收從排氣管路中跑出的氨氣，通入裝有稀硫酸溶液的酸堿中和釜中，減少了原料的浪費，減少廢氣的排放，有利于后續(xù)處理，符合綠色生產(chǎn)的理念。