[发明专利]一种自动配料方法及其应用的三元前驱体生产方法

说明书

本发明提供了一种自动配料方法及其应用的三元前驱体生产方法。该自动配料方法包括如下步骤：原料分别溶解，进行比重测定，DCS根据测定值及设定所需配的比重进行相应计算得出需补水的重量进行自动补水，配制得到设定比重的原料液；将三种原料液加入配料装置，根据所需配制金属盐液的配比及浓度，通过DCS控制三种原料液和水的加入质量，搅拌均匀，控制温度即得到设定配比的金属盐溶液。本发明的自动配料方法对每种原料进行单独溶解，原料主含量及杂质含量的波动及相对误差较小，根据原料液的比重控制质量百分数，控制更加精准，稳定，无需负压管道输送，减少能耗，最大限度的提高配料的精确性及稳定性。

技术领域

本发明涉及三元前驱体制备技术领域，更具体地，涉及一种自动配料方法及其应用的三元前驱体生产方法。

背景技术

目前三元前驱体生产中金属盐液配制有以下两种方法。一种是通过人工将一定重量配比的硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰投加至配料罐，再加入一定量的纯水后进行混合搅拌，然后进行ICP及化学滴定检测，主元素配比及浓度在控制的合格范围后打入储罐，不合格进行补料直至合格。另一种是利用管道输送设备将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰原料抽至计量仓后再进行螺旋下料至配制罐，纯水通过球阀控制加入配制罐，再进行搅拌混合后进行取样检测，合格后进入储罐。现有制备方法具有以下缺陷：(1)硫酸镍、硫酸钴及硫酸锰原料为固体结晶颗粒，人工投料劳动强度大，易接触毒性粉尘，自动化程度低；(2)用负压管道输送的方式将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰原料抽至计量仓，能耗大，各原料易结块，尤其是硫酸钴易结块，不但投料不方便，且容易堵管及在计量料仓里面二次结块导致堵塞，导致投料不畅，大大延误了工时；(3)三种原料不但有结块，且同时由于均含有较多结晶水，受原料厂家的工艺及过程的稳定性、贮存运输保管等因素的影响，主元素、结晶水及外部水分不可避免的会出现一定波动；(4)硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰原料来料批次一般较小，且每个批次的主元素及杂质含量存在一定的差异，导致每次配料不但需要进行计算开配料单，且由于每种原料本身的含量误差，配成溶液Ni:Co:Mn的比例及浓度会有一定的波动，影响配料的精确性，尤其是配制高镍用的金属盐液时，由于需要的Co、Mn相对较少，而投料时，由于硫酸锰具有颗粒细小易飘起等特性，对重量的准确性有一定影响，硫酸钴湿度大易挂靠，存在管道内藏料的隐患，所以均会引起各元素配比出现较大波动。(5)整个配料过程周期长，每批次需要4小时以上，每批次金属盐液镍含量进行滴定检测、钴锰元素进行ICP检测，耗时需要3小时以上，导致配料整个周期时间很长，效率偏低，制约产线整体产能，如需将配料后的金属盐液配比及浓度控制在较小范围内，此种方法基本很难实现，且需要频繁的进行补料，严重制约产能。(6)生产中金属盐液的配比及浓度至关重要，浓度及配比将影响反应过程的工艺及其稳定性，金属盐液的配比及批次间的稳定性对三元前驱体的一致性至关重要，波动大将导致整个过程及最终产品主含量等指标的一致性差。而前驱体的一致性将直接从三元前驱体混锂开始影响着三元材料生产的过程稳定性及最终成品一致性。综上所述，整个配料的缺点为采用晶体原料投料不方便、劳动强度大、整个配料过程耗时长、检测时间长、批次间金属盐液的主元素含量及浓度存在一定波动，如需消除这些波动，需要进行频繁的补料及检测，这些缺点大大影响了生产效率、过程控制的稳定性及最终做成三元材料成品的一致性。现有技术CN108088730A公开了一种三元前驱体金属盐溶液的精确配料方法，该方法主要还是针对温度的影响，采用科里奥利力原理的质量流量计测定金属盐溶液的流量体积，再进行相关温度补正和金属盐溶液密度和金属离子浓度计算得到最终准确的金属离子质量流量，消除了温度影响以提高测定的准确度，但是该仪表的精度只有0.15％，且需要采集不同时间段的测量质量、密度及温度的数据，再根据温度进行相似的体积修正得出密度，再根据浓度与密度的线性关系(线性关系程度跟溶液的纯度及温度有关)得到金属盐液的浓度，最后再得到累积的金属浓度。整个过程的计算检测变量较多，对仪表及过程的精确度、准确度及稳定性要求极高，系统相对误差较大，得到的金属盐液配比及浓度将有较大的波动范围，且配好后需要进行主元素检测后才可以使用，否则风险极高，该公开技术并未对整个系统的误差进行分析，及对金属盐液的配比及浓度的影响波动范围进行分析。该公开技术对于上述提到的结块问题等操作问题，原料结晶水、原料杂质含量等批次误差问题引起的金属盐溶液浓度的精确性和稳定性问题并未给出相关的解决方案，技术问题还有待进一步解决。