材料篇|622/811三元正极材料生产工艺流程解说

百科   2024-12-05 15:19   广东  


1
622工艺流程说明


NCM622产量为2万t/a,共建设6条生产线

1)初破

2个锂盐破碎车间,对原料氢氧化锂进行初次破碎,采用拆袋机对原料进行拆袋,然后正压输送至破碎机中,用气流磨对原料进行破碎加工,生产过程保持密闭负压状态,废气经布袋除尘器处理后通过排气筒排放。

(2)预氧化工序

对原料进行预氧化,减少原料中的水分。

(3)原料粉碎

对原料一水合氢氧化锂用气流磨进行粉碎后再进行加工,此过程将产生投料粉尘G1-1、噪声N1-1,投料方式为机械投料,全部在密闭负压状态下进行,通过规范的操作,投料装置自带负压集气装置收集,废气经布袋除尘器回收后,物料通过单独的管道进入到物料暂存仓继续利用,除尘器尾气再经过水膜除尘进行处理,最终经高20m、内径0.6m的排气筒排放。

(4)混料

将氢氧化镍钴锰(622)用电梯提升至四楼负压上料机组,为避免扬尘,卸料时将袋口塞入投料管深部。人工解开袋口,物料通过密闭卸料管进入原料暂存仓(位于一层),氢氧化镍钴锰(622一水合氢氧化锂通过不同管道分别进入各自的暂存仓。投料方式为机械投料,全部在密闭负压状态下进行,投料过程中将有少量原料粉尘G1-2逸出卸料管,建设单位通过规范的操作,投料装置自带负压集气装置收集,废气经布袋除尘器回收后,物料返回物料暂存仓继续利用,除尘器尾气再经过水膜除尘进行处理,最终经高20m、内径0.6m的排气筒排放;

投料后对物料进行定量称量,按照规定比例机械称量好后自动投料进入高效混合机内,在密闭环境下进行高速混合,混合时间约1h,进入物料混合仓暂存。

(5)装钵

混合好的物料经计量后,通过密闭下料管输送进入自动装钵系统,自动装钵系统为密闭操作,物料进入装钵后,通过自动装钵系统进行自动且定量的装入匣钵并对物料进行下压动作,使松散的物料变的较为密实,进行装钵。

此过程产生的废气G1-3经高20m、内径0.6m的排气筒排放。

(6)高温烧结

烧结工序是高温生产过程中最重要的步骤,该工序的主体设备为辊道高温烧结炉,是一种连续式加热烧结设备,适用于各种粉末、块状、球状等化工、冶金物料的烧结所需,特别适合于多金属盐类的中高温烧结。

混合料在加热到低于主要成分熔点的温度,由于颗粒之间发生粘结等物理化学作用,颗粒聚集体转变为晶体结合体的材料,在有氧气氛下,发生烧结反应。

一水合氢氧化锂、氢氧化镍钴锰两种粉体材料装于匣钵后,四排双层放置,置于辊棒上,由推进系统对放置在辊道上进行移动,采用电力加热控制温度在750-900℃。全过程通过电脑程序数字控制烧结时间及温度,通过试验装置实测,得出热重分析,水分的释放集中在300-600℃之间,原料烧结形成产品结晶重组主要在700-800℃之间。

产品NCM622生产线主要工艺参数:温度900℃,时间30h,冷却速率2℃/min;化学反应式如下:

Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2+LiOH·H2O+0.25O2→LiNi06Co0.2Mn0.2O2+2.5H2O

2LiOH·H2O+CO2→Li2CO3+3H2O

LiOH·H2O→LiOH+H2O

烧结过程由制氧机组向全部烧结炉内提供氧气氛围,氧气在烧结炉内与炉内物料反应,生成产物。在本工序中在一次烧结炉中进行,为了保证产品质量,整个烧结炉维持在氧气氛围中,由一根供气管在烧结炉一端以约150m3/h的风量通入富含氧气的空气,烧结炉上的三根通风管以约50m3/h 的风量排出热风。在此风量下,由于原料压实,基本上不会有粉尘产生,此温度下,氮气和氧气也不会发生反应。

7)翻钵卸料、破碎(粗碎、细碎)、筛分

在烧结30h后,利用烧结炉内自带的冷却水管道中的水对炉内物料进行冷却,冷却6小时后,盛载烧结物料的钵体由匣钵升降机组提升,通过翻转机组将钵体中的物料卸入对辊破碎(粗碎)系统(机械磨),将块状的烧结半成品破碎成小块状,然后通过密闭的粉碎机进行机械破碎(细碎)成更小的粒状,然后将压散所得到粉状产物利用超声振筛机进行筛分,筛下物进入产品暂存仓,筛上物回机械破碎工段重新破碎。筛分工段采用微负压,会有少量废气G1-4经高20m、内径0.6m的排气筒(DA001~DA006)排放。

8)洗涤、离心、干燥

从产品暂存仓中取出一定量的物料,在搅拌罐内用纯水进行自动洗涤,使一次烧结时物料表面残余碳酸锂和一水合氢氧化锂溶解于水中,再通过整体离心机去掉大部分水分,再经过干燥机干燥。

该过程产生洗涤包覆W1-1和少量水蒸气,水蒸气经过排气筒排出。

9)包覆

干燥后物料与包覆剂氧化铝在高速混合机中进行物理混合,该过程产生废气G1-5,经高20m、内径0.6m的排气筒排放,废气主要是在开仓产生,产生量较少。

10)二次烧结

将密闭的物料暂存仓中的筛下物,经过称量、自动装钵、下料,进行机械装钵,在辊道窑中进行二次烧结,温度控制在400-700℃,防止烧结过程中产品结块。此过程中包覆剂中的水分将被蒸发。

11)二次筛分

二次烧结后物料利用超声振筛机进行筛分,筛下物进入产品暂存仓,筛上物回机械破碎工段重新破碎,此过程会有少量废气G1-6,废气经高20m、内径0.6m的排气筒排放

12)批混、包装

筛分合格品通过密闭输送管道进入批混机,混合均匀后的物料通过管道输送至自动包装机进行真空包装出售。

批混过程均位于密闭设备内进行,全部过程均为自动化操作,各物料进出设备均为管道连接,批混机带独立除尘设备,采用微负压,会有少量废气 G1-7,经高20m、内径0.6m的排气筒排放。

NCM622生产过程生产工艺流程见下图

2
811工艺流程说明

NCM811生产工艺与NCM622生产工艺完全一致,其生产工艺流程如下:

3
主要原辅料耗用说明


4
产品指标说明

副产品硫酸锂标准


5
设备清单说明

6
产能平衡性说明
根据622型产品各生产车间布置情况,设置4条年产3000吨622型生产线,设置2条年产4200吨622型生产线。

根据811型产品各生产车间布置情况,设置4条年产3000吨811型生产线,设置3条年产4200吨811型生产线,设置1条年产3000吨811型生产线。


7
物料平衡说明

NCM622生产化学反应及其物料平衡表(单条生产线 单位:t/a

NCM811生产涉及的化学反应及其物料平衡表(单位:t/a


8
水平衡说明

根据反应方程式平衡表可知,反应生成的水量为1399.18t/a,在一次烧结中全部蒸发,以水蒸气形式排放,在洗涤包覆中加入水量为4410t/a,其中90%进入废水,为3969t/a,通过干燥后水蒸气损失水量为441t/a。NCM622生产过程水平衡如图所示。

根据工程分析可知,反应生成的水量为1424.17t/a,在一次烧结中全部蒸发,以水蒸气形式排放,在洗涤包覆中加入水量为4274.80t/a,其中90%进入废水,为3847.32t/a,通过干燥后水蒸气损失水量为427.48t/a。NCM811生产过程水平衡如图所示。


9
元素平衡说明

Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2原料中锰的含量为11.9424%Co的含量为12.8109%,镍的含量为38.2762%LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2产品中锰的含量为11.3356%Co的含量为12.1599%,镍的含量为36.3314%。则NCM622生产线元素平衡如下:

镍元素平衡表(单条生产线 单位:t/a)

NCM622生产过程钴元素平衡如下表所示。

NCM622生产过程锰元素平衡如先所示。

Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2原料中锰的含量为5.9485%Co的含量为6.3811%,镍的含量为50.8407%,产品NCM811中锰的含量为5.6473%Co 的含量为6.058%,镍的含量为48.2668%

NCM811 生产过程元素平衡如下表所示。


10
污水处理平衡说明

污水处理站锂回收工艺,全厂车间生产工艺废水经收集装置至沉降池进行自然沉淀,然后经过pH调节后进入超滤进行处理,然后加入稀硫酸进行两级提锂沉淀,RO反渗透处理后,浓水经蒸发浓缩后得到硫酸锂产品。根据各产品物料平衡分析,硫酸锂物料平衡分析如下:


12
污水处理工艺流程说明

污水处理站1工艺(工艺废水处理,规模500m3/d

工艺说明
生产废水及洗污废水及雨水混合后,经过泵打入高密度沉降池进行过滤沉降,高密度沉降池分为反应区和沉降区,设计处理量为20m3/h,经过初步沉降后,产水经过静电吸附过滤,底部污泥通过板框压滤收集重金属沉降物,过滤水返回至静电吸附。板框设计流量为5m3/h。静电吸附过滤设计处理量为20m3/h,过滤产水经过pH调节后进入超滤过滤单元,静电吸附反洗水返回至高密度沉降池。
过滤后废水,通过自动加药控制系统进行pH调节处理,将pH调节至6-8。然后经过超滤过滤,去除细小颗粒物,超滤设计流量为20m3/h。采用外压式错流过滤。
预处理后废水与雨水,冷却塔排水预处理后混合废水进行混合,混合后经过一级RO浓缩,该部分为一级二段设计,采用8寸抗污染膜设备,每支膜壳装填6支膜组件,30支膜组件,设计产水TDS值小于100mg/l,浓水TDS值17000mg/l左右。
经过浓缩后浓水,设置树脂软化,通过软化处理,去除废水中的钙镁以及微量重金属离子。经过软化树脂进行软化处理,软化设计为5m3/h,软化后直接进行二级反渗透浓缩,树脂饱和后采用硫酸进行再生,再生废水暂存后,通过加药去除钙镁。
二套RO浓缩来水为一套RO浓水以及预处理浓水,设计为一级一段,采用8寸海淡膜设备,每支膜壳装填5支膜组件,共10支膜组件。二套浓水直接去蒸发处理。二套产水直接回用于冷却塔补水。经过浓缩后,最终浓水含盐量6%。
②污水处理站2工艺(其他废水处理,设计规模1000m3/d)
工艺说明:
工艺设备洗污废水含有颗粒物质,厂区工艺生产废水中含有氢氧化锂,碳酸锂,少量镍钴锰铝重金属,钙镁等结垢物质,这两类废水来自生产车间,成分相同,含有重金属及锂能够回收利用,初期雨水,考虑主要钙镁及钠盐,以及含有少量泥沙。
生产废水及洗污废水及雨水混合后,设置高效沉淀池进行重金属预沉淀,通过板框压滤回收有价物质。混合后废水经过泵打入高密度沉降池进行过滤沉降,高密度沉降池分为反应区和沉降区,设计处理量为45m3/h,经过初步沉降后,然后经过静电吸附过滤去除大颗粒物质,出水调节进水pH,满足pH6-8,再经活性炭过滤器对水体中存在的油分物质进行吸附处理,出水能够满足膜浓缩要求。静电和活性炭的反洗浓浆和高密池底部沉淀污泥通过板框压滤收集重金属沉降物,过滤水返回至静电吸附单元。板框设计流量为10m3/h。静电吸附过滤设计处理量为42m3/h,过滤产水经过pH调节后进入超滤过滤单元
过滤后废水,通过自动加药控制系统进行pH调节处理,将pH调节至6-8。然后经过超滤过滤,去除细小颗粒物,超滤设计流量为42m3/h。采用外压式错流过滤。超滤出水经过一级RO浓缩,该部分为一级二段设计,采用8寸抗污染膜设备,设计产水TDS值小于100mg/L,浓水TDS值17000mg/L左右。
经过浓缩后浓水,设置树脂软化,通过软化处理,去除废水中的钙镁以及微量重金属离子。经过软化树脂进行软化处理,软化设计为15m3/h,软化后直接进行二级反渗透浓缩,树脂饱和后采用硫酸进行再生,再生废水暂存后,通过加药去除钙镁。
二套RO浓缩来水为一树脂软化产水,设计为一级一段,采用8寸海淡膜设备。二套浓水直接去氧化处理。二套产水与一套产水混合后直接回用于冷却塔补水。经过浓缩后,最终浓水与一期浓水混合后进入红氧高级氧化装置,对废水中的COD物质进行氧化降解,浓水进入MVR三效蒸发浓缩后冷凝水回用于生产。




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