一、核心工作原理概述

二,、關(guān)鍵工作流程與原理

1. 進(jìn)料與配料階段

• 原料準(zhǔn)備：

• 金屬鹽溶液（NiSO?,、CoSO?、MnSO?按比例混合）,、NaOH 堿液,、NH??H?O 絡(luò)合劑分別儲(chǔ)存于配料罐中，通過加熱 / 冷卻夾套控制溶解溫度（如 50~70℃）,，確保溶解,。

• 計(jì)量泵（如隔膜泵）與電磁流量計(jì)聯(lián)動(dòng)，根據(jù)預(yù)設(shè)的金屬離子摩爾比（如 NCM811 對(duì)應(yīng)的 Ni:Co:Mn=8:1:1）,，精確控制各溶液的進(jìn)料流量,。

• 進(jìn)料方式：

• 金屬鹽溶液與堿液,、絡(luò)合劑通過底部或側(cè)部噴嘴同步進(jìn)料，避免局部過濃導(dǎo)致沉淀不均勻,。

2. 混合與反應(yīng)階段

• 攪拌混合：

• 高剪切攪拌器（如渦輪式或螺帶式）以 100~300 rpm 轉(zhuǎn)速運(yùn)行,，產(chǎn)生強(qiáng)湍流，確保三種溶液瞬間均勻混合,，避免 “微觀局部過飽和” 導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚或晶型不均,。

• 攪拌速度可通過變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)：反應(yīng)初期高速攪拌促進(jìn)混合，后期低速攪拌利于晶體生長,。

• 溫度控制：

• 反應(yīng)為放熱過程,，通過夾套或盤管內(nèi)的循環(huán)水 / 蒸汽控制釜內(nèi)溫度（通常 50~90℃）。溫度傳感器（如 Pt100）實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù),，PLC 自動(dòng)調(diào)節(jié)換熱介質(zhì)流量,，確保溫度波動(dòng)≤±1℃。

• pH 值調(diào)控：

• 在線 pH 電極實(shí)時(shí)監(jiān)測反應(yīng)體系 pH 值（目標(biāo)值通常為 10~12）,。當(dāng) pH 低于設(shè)定值時(shí),，系統(tǒng)自動(dòng)增加 NaOH 進(jìn)料量；pH 過高時(shí),，減少堿液進(jìn)料或補(bǔ)充酸性溶液（如稀硫酸）,。

• NH??H?O 作為絡(luò)合劑，通過調(diào)節(jié)游離氨濃度控制金屬離子的釋放速率,，抑制氫氧化物沉淀過快生成,，促進(jìn)均勻共沉淀。

3. 沉淀生長與陳化階段

• 晶型調(diào)控：

• 反應(yīng)后期（主沉淀完成后）,，通過計(jì)量泵添加表面活性劑（如檸檬酸,、PVP），吸附在晶體表面,，抑制特定晶面生長,，調(diào)控顆粒形貌（如球形化）。

• 部分工藝設(shè)置陳化階段：停止進(jìn)料,，保持?jǐn)嚢璧退龠\(yùn)行 30~120 分鐘,，使小顆粒溶解、大顆粒生長,，改善結(jié)晶度和粒徑分布,。

• 固液分離準(zhǔn)備：

• 反應(yīng)結(jié)束后，沉淀在釜底沉降（或通過離心機(jī)預(yù)分離）,，上清液（母液）通過溢流口排出,，進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)；沉淀物（濾餅）留在釜內(nèi)，等待洗滌,。

4. 自動(dòng)化控制與參數(shù)閉環(huán)

• 傳感器網(wǎng)絡(luò)：

• 溫度,、pH、液位,、流量等傳感器實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù),，傳輸至 PLC/DCS 控制系統(tǒng)。

• PID 控制算法：

• 以 pH 控制為例：系統(tǒng)根據(jù)實(shí)測值與設(shè)定值的偏差,，通過 PID 算法自動(dòng)調(diào)節(jié) NaOH 進(jìn)料泵的頻率,，形成閉環(huán)控制，確保參數(shù)穩(wěn)定,。

• 人機(jī)界面（HMI）：

• 操作人員通過觸摸屏設(shè)定反應(yīng)參數(shù)（如溫度,、pH、攪拌速度,、進(jìn)料時(shí)間）,，實(shí)時(shí)監(jiān)控反應(yīng)曲線，并存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)供追溯,。

三,、設(shè)備結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)

1. 釜體設(shè)計(jì)

• 材質(zhì)：內(nèi)壁采用316L 不銹鋼或鈦材，表面拋光處理（粗糙度 Ra≤0.8μm）,，防止沉淀物掛壁和金屬離子污染,。

• 結(jié)構(gòu)：

• 錐形底或橢圓底，便于沉淀物聚集和出料,；

• 頂部設(shè)加料口,、排氣口（釋放 NH?等氣體），底部設(shè)出料閥（如氣動(dòng)隔膜閥）,。

2. 攪拌系統(tǒng)

• 多級(jí)攪拌槳：上層為分散槳（渦輪式），下層為推進(jìn)槳（螺帶式）,，兼顧混合效率與軸向循環(huán),，避免底部沉淀堆積。

• 防纏繞設(shè)計(jì)：槳葉邊緣光滑,，減少纖維狀雜質(zhì)纏繞,。

3. 清洗與安全裝置

• CIP 自動(dòng)清洗：反應(yīng)結(jié)束后，通過釜內(nèi)噴淋球噴射清洗液（水或酸堿溶液）,，自動(dòng)清洗內(nèi)壁和攪拌槳,，減少人工干預(yù)。

• 安全保護(hù)：

• 壓力傳感器監(jiān)測釜內(nèi)壓力,，超壓時(shí)自動(dòng)開啟安全閥,；

• 緊急排空閥用于突發(fā)情況下快速排出物料。

四、優(yōu)勢與應(yīng)用場景

1. 核心優(yōu)勢

• 高精度控制：金屬離子比例誤差≤±1%,，pH 控制精度 ±0.1,，溫度波動(dòng)≤±1℃，確保前驅(qū)體化學(xué)組成均勻,。

• 高效穩(wěn)定：自動(dòng)化流程減少人工干預(yù),，批次重復(fù)性好，適合大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)（單釜產(chǎn)能可達(dá)數(shù)噸 / 天）,。

• 低污染：全封閉體系避免雜質(zhì)引入,，材質(zhì)耐腐蝕，滿足高純度電池材料要求,。

2. 典型應(yīng)用

• 三元前驅(qū)體制備：如 NCM（鎳鈷錳）,、NCA（鎳鈷鋁）系列正極材料前驅(qū)體的共沉淀反應(yīng)。

• 其他共沉淀場景：如磁性材料（鐵氧體）,、催化劑載體的制備,。

五、關(guān)鍵工藝參數(shù)影響

六、維護(hù)與注意事項(xiàng)

1. 定期清洗：每周進(jìn)行一次全面 CIP 清洗,，防止物料殘留結(jié)塊,。

2. 傳感器校準(zhǔn)：每月校準(zhǔn) pH 電極和溫度傳感器，確保測量精度,。

3. 防腐檢查：每季度檢查釜體,、管道焊縫和閥門的腐蝕情況，及時(shí)更換磨損部件,。

4. 安全操作：反應(yīng)過程中保持釜體密封,，避免 NH?泄漏；操作人員需佩戴防護(hù)裝備,。