专利名称：制备高品质四氧化三钴的反应炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种烧结设备，具体涉及一种制备高品质四氧化三钴的反应炉。
背景技术：
新能源二次锂离子技术的广泛应用，推动了我国用于锂离子电池正极材料、尤其是以电池级四氧化三钴为主体原料的钴酸锂材料制备技术的飞跃和生产规模的迅速扩大。作为正极材料的首选材料，电池级四氧化三钴的制备成为了正极材料制备技术的关键技术之一。目前制备四氧化三钴的主要原料采用CoCl2等钴盐，主要的制备途径有两种一是氯化钴溶液的直接喷雾焙烧(以比利时的U micore公司为首)，但这种方法为了处理产生的大量盐酸尾气，设备投资非常大，大约需要1000～2000万美元，这在国内很难实现，且焙烧生成的产品中阴离子很难洗涤干净，所以其生产的四氧化三钴产品杂质含量高；二是采用沉淀剂把氯化钴中的钴以氢氧化物的形式预先沉淀下来，然后热分解氢氧化钴来制备四氧化三钴(以美国的OMG公司为首)，但是，这种方法在制备氢氧化物过程中存在着沉淀条件苛刻，沉淀物相态不稳定，沉淀过程由于流程长易于带入其他杂质，氢氧化钴中钠等杂质离子难于洗涤干净，母液中含有大量铵盐和氯根离子给环境造成污染等缺点；而目前国内的方法大多是采用碳酸氢氨或草酸氨等做沉淀剂，沉淀钴盐，生成碳酸钴或草酸钴等沉淀物，然后热分解相应的沉淀物来制备四氧化三钴(以金川和赣州钴钨有限公司为代表)，但是这些方法都会有大量的废水给环境带来严重的污染，且这些方法所制得的四氧化三钴粒径过大或过小、形貌无定形、振实密度小、比表面积大，生产过程中易带入铁、钠、镁、钙等杂质，难以满足制造钴酸锂的要求。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是解决原有喷雾焙烧和沉淀——烧结方法制备四氧化三钴存在的设备投入大、流程长、能耗和成本高、环境污染严重、生产不稳定、产品形貌和粒度难以控制、无法满足制造钴酸锂要求等问题；而提供一种结构简单、设计合理、设备投资少、生产成本低、流程短、能耗低、生产稳定、产品质量好、产量高、无污水排出、产生的少量酸性气体能吸收、成为副产品、有利环境保护的制备高品质四氧化三钴的反应炉。
本实用新型采用的技术方案是这种制备高品质四氧化三钴的反应炉包括煅烧部分和尾气处理回收部分，煅烧部分的炉体由铁壳外墙内砌耐火材料构成，炉体内的下部和侧部安装有电加热装置，电加热装置与炉膛之间用耐火挡板隔开，炉体中段的上部具有垂直通气道和气体缓冲室，炉膛上部通过垂直通气道与气体缓冲室连通，气体缓冲室的烟气出口连接尾气处理回收部分，炉体内分为预热区、蒸发区、反应分解区、降温区四个部分，炉口处设有气墙，炉体内还设置有推板，原料由推板推入反应炉内焙烧，制成高品质四氧化三钴；尾气处理回收部分由管道依次连接引风机、冷凝器、吸收塔构成，冷凝器还具有冷凝水入口和冷凝水出口。
上述技术方案中，炉体内的耐火材料为莫来石纤维或高铝纤维或轻质刚玉莫来石或陶瓷纤维或低铁氧化铝聚轻高铝砖或重刚玉莫来石或碳化硅。
上述技术方案中冷凝器材质为石墨或钛钢。
上述技术方案中，吸收塔为喷淋吸收塔，并且还连接安装有由回收罐、循环泵、循环管道构成的循环、回收装置。
上述技术方案中，电加热装置为电阻丝和电加热硅碳棒。
本实用新型提供了一种采用水合钴盐一步直接焙烧制备高品质四氧化三钴的反应炉，结构简单，设计合理，设备投资少，采用本实用新型的反应炉可取代现有的喷雾焙烧设备，避免了大量的设备资金投入，同时也避免了沉淀——烧结法生产四氧化三钴复杂流程的设备投入，使得制备高品质四氧化三钴的生产过程一步化，过程操作简单且易于控制，避免了在沉钴过程中排出的大量污水和污染空气，实现了生产过程流程短、能耗低、无污染、高产量、高质量、低成本，是制备高品质四氧化三钴的新型设备，有利于推动新能源二次锂离子技术的广泛应用。
图1为本实用新型结构示意图图2为图1中的A-A剖面示意图图3为图1中的B-B剖面示意图图4为图1中的C-C剖面示意图具体实施方式
参见图1、图2、图3、图4，这种制备高品质四氧化三钴的反应炉包括煅烧部分和尾气处理回收部分，煅烧部分的炉体1内由铁壳外墙2内砌耐火材料3构成，这些耐火材料3为保温层，可采用莫来石纤维或高铝纤维、轻质刚玉莫来石、陶瓷纤维、低铁氧化铝聚轻高铝砖、重刚玉莫来石、碳化硅等耐火材料，炉体内的下部和侧部安装电加热装置，取消传统窑炉的上部加热方式，这些电加热装置为电阻丝4和电加热硅碳棒5，电加热装置与炉膛之间用耐火砖挡板6隔开，以此加强对加热元件的保护，炉体中段的上部具有垂直通气道7和气体缓冲室8，炉膛上部通过垂直通气道7与气体缓冲室8连通，气体缓冲室8的烟气出口9连接连通尾气处理回收部分，炉体1内分为预热区10、蒸发区11、反应分解区12、降温区13四个部分，炉口处14设有两到三个气墙，成90°交叉摆放，由空气喷咀喷射形成气墙。炉体1内还设置有推板15，推板15为机械推动，或液压机械传动，带结晶水的钴盐原料由推板15推入反应炉内，首先在预热区预热2-3小时，脱去部分结晶水，然后进入蒸发区3-5小时，再脱出部分结晶水，上述脱出的结晶水以水蒸汽的形式由垂直通气道7进入气体缓冲室8，最后进入尾气处理回收部分，钴盐原料进入反应分解区4-6小时发生剧烈反应，生成四氧化三钴和酸性气体，酸性气体也由垂直通气道7进入气体缓冲室8，四氧化三钴颗粒晶型进一步生长完整后，最后进入炉体内的降温区约4-6小时，经自然冷却收集，最终得到高品质的电池级四氧化三钴粉体。本实用新型的尾气处理回收部分由管道依次连接的引风机16、冷凝器17、吸收塔20构成，冷凝器17还具有冷凝水入口18和冷凝水出口19，吸收塔20为喷淋吸收塔，还连接安装有由回收罐21、循环泵22、循环管道连接连通构成的循环、回收装置。前述的水蒸汽和酸性气体由引风机16通过管道引入冷凝器17中冷却并预回收，冷凝器17材质为石墨或钛钢，经冷凝器17后的剩余气体引入喷淋吸收塔20，循环反复吸收，直到酸性气体完全吸收后，剩余气体由引风机24及管道引出排空，与喷淋吸收塔20相配套连接安装有回收罐21及循环泵22，经循环吸收后，母液回收由管道23输出。
上述的冷凝器、喷淋吸收塔、回收罐、循环泵、引风机均可采用现有的环保设备。
本实用新型提出的水合钴盐一步直接焙烧制备高品质电池级四氧化三钴粉末的窑炉，在提高产品质量的同时省略了传统工艺中湿法沉钴部分和烧结后破碎分级过程，简化了工艺流程，在大大节约生产设备投入的同时，也简化了生产过程控制和设备维修，并大大提高了产量和质量。为新能源二次锂离子技术的广泛应用提供了一种新的设备。
权利要求1.一种制备高品质四氧化三钴的反应炉，其特征在于包括煅烧部分和尾气处理回收部分，煅烧部分的炉体由铁壳外墙内砌耐火材料构成，炉体内的下部和侧部安装有电加热装置，电加热装置与炉膛之间用耐火挡板隔开，炉体中段的上部具有垂直通气道和气体缓冲室，炉膛上部通过垂直通气道与气体缓冲室连通，气体缓冲室的烟气出口连接尾气处理回收部分，炉体内分为预热区、蒸发区、反应分解区、降温区四个部分，炉口处设有气墙，炉内还设置有推板，尾气处理回收部分由管道依次连接引风机、冷凝器、吸收塔构成，冷凝器还具有冷凝水入口和冷凝水出口。
2.根据权利要求1所述的制备高品质四氧化三钴的反应炉，其特征在于炉体内的耐火材料为莫来石纤维或高铝纤维或轻质刚玉莫来石或陶瓷纤维或低铁氧化铝聚轻高铝砖或重刚玉莫来石或碳化硅。
3.根据权利要求1所述的制备高品质四氧化三钴的反应炉，其特征在于吸收塔为喷淋吸收塔，并且还连接安装有由回收罐、循环泵、循环管道构成的循环、回收装置。
4.根据权利要求1所述的制备高品质四氧化三钴的反应炉，其特征在于电加热装置为电阻丝和电加热硅碳棒。
专利摘要一种制备高品质四氧化三钴的反应炉，包括煅烧部分和尾气处理回收部分，炉体内下部和侧部安装有电加热装置，并加装挡板，炉体上部具有垂直通气道和气体缓冲室，炉体内分预热区、蒸发区、反应分解区、降温区，尾气处理回收部分由依次连接的引风机、冷凝器、吸收塔及回收罐、循环泵组成。本实用新型结构简单，设计合理，设备投资少，流程短，能耗低，生产稳定，产量高，质量好，无污水排出，环境保护好，为新能源二次锂离子技术的广泛应用提供了一种技术性能优良的新型设备。
文档编号C01G51/00GK2756616SQ200420036289
公开日2006年2月8日 申请日期2004年6月28日 优先权日2004年6月28日
发明者胡国荣 申请人:湖南瑞翔新材料有限公司