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(guò)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(guò)底部或側(cè)部噴嘴同步進(jìn)料，避免局部過(guò)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(guò)飽和” 導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚或晶型不均。

• 攪拌速度可通過(guò)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(zhǎng)。

• 溫度控制：

• 反應(yīng)為放熱過(guò)程，通過(guò)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(cè)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(guò)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(guò)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(guò)快生成，促進(jìn)均勻共沉淀。

3. 沉淀生長(zhǎng)與陳化階段

• 晶型調(diào)控：

• 反應(yīng)后期（主沉淀完成后），通過(guò)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(zhǎng)，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(zhǎng)，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(guò)離心機(jī)預(yù)分離），上清液（母液）通過(guò)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(cè)值與設(shè)定值的偏差，通過(guò) 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(guò)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(guò)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(cè)釜內(nèi)壓力，超壓時(shí)自動(dòng)開(kāi)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(shì)與應(yīng)用場(chǎng)景

1. 核心優(yōu)勢(shì)

• 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(chǎng)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(cè)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(guò)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。