一种采用喷雾焙烧法生产四氧化三钴的系统及其生产工艺的制作方法

本发明涉及四氧化三钴生产制备技术领域，具体地说，是涉及一种采用喷雾焙烧法生产四氧化三钴的系统及其生产工艺。

背景技术：

四氧化三钴(co3o4)是一种重要的功能材料，它是制备锂离子电池正极材料钴酸锂的主要原料，同时也被广泛应用于超级电容器、陶瓷、催化剂等领域。四氧化三钴主要利用其金属氧化物采用喷雾焙烧法制得。

喷雾焙烧法是一种很有发展前途的材料制备方法，与传统的制备技术相比，它具有很多优越性：如生成物颗粒大小可控、产物纯度较高、粒子分散性好、生产效率高，以及工艺过程温度低等。

在四氧化三钴的制备过程中会产生大量的废气灰尘及废水，若不对这些废气灰尘、废水进行处理，则会对环境带来极大的污染。同时，在制备过程中也会产生大量的氯化氢气体，氯化氢溶于水形成酸能够实现回收再利用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种采用喷雾焙烧法生产四氧化三钴的系统，提高四氧化三钴生产制备效率的同时对制备过程中产生的废气灰尘及废水进行回收处理，保护环境。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种采用喷雾焙烧法生产四氧化三钴的系统，包括存储氯化钴溶液的原料罐，还包括与原料罐连通用于对氯化钴溶液进行浓缩的预浓缩器，与预浓缩器连通用于向预浓缩器添加酸性溶液的储酸罐，与预浓缩器连通用于对浓缩后的氯化钴溶液进行喷雾焙烧的焙烧炉，一端与焙烧炉连通且另一端与预浓缩器连通用于对焙烧炉气中的粉尘进行清除的旋风除尘器，与焙烧炉连通的用于四氧化三钴粉末收集的收集装置，以及与预浓缩器连通的废气回收处理装置。

进一步地，所述收集装置包括与焙烧炉底部连通的粉料仓，以及均与粉料仓连通的输送风机和成品包装机。

进一步地，所述粉料仓的顶部设置有烧结板除尘器。

进一步地，所述废气回收处理装置包括与预浓缩器连通用于对焙烧炉气中的hcl进行吸收形成再生酸的吸收塔，与吸收塔连通的用于对焙烧炉气进行冷却的换热器，与换热器连通用于对冷却后的焙烧炉气除尘的后文丘里除尘器，与后文丘里除尘器连通用于给系统提供负压的废气风机，与废气风机连通用于对焙烧炉气进行洗涤的初级洗涤塔，与初级洗涤塔连通的碱液洗涤塔，用于向后文丘里除尘器、初级洗涤塔和碱液洗涤塔添加脱盐水的水站，以及均与碱液洗涤塔连通的碱液添加系统和废气排空烟囱；其中，所述后文丘里除尘器、初级洗涤塔均与换热器连通，所述吸收塔与储酸罐连通。

进一步地，所述碱液添加系统包括与碱液洗涤塔连通的碱液储罐，均设置于碱液储罐内的搅拌器和液位计，以及用于向碱液洗涤塔泵入碱液的碱液计量泵。

进一步地，所述焙烧炉的燃气与助燃空气进气口、预浓缩器的氯化钴溶液进液口和粉料仓的四氧化三钴输送空气进气口处均设置有过滤器。

本发明还提供了一种采用喷雾焙烧法生产四氧化三钴的生产工艺，采用了上述利用喷雾焙烧法生产四氧化三钴的系统，具体包括如下步骤：

(s1)将原料罐中的氯化钴溶液经过过滤器过滤掉其中的杂质后输入到预浓缩器中，将氯化钴溶液浓缩20～35％，并向焙烧炉中通入过滤后的燃气与助燃空气进行焙烧炉气加热；

(s2)经预浓缩器浓缩后的氯化钴溶液，通过焙烧炉的给料泵加压喷入焙烧炉中进行喷雾焙烧，氯化钴分解为四氧化三钴和hcl气体、及水蒸气；

(s3)包含hcl、水蒸气、燃烧废气、粉尘的焙烧炉气从焙烧炉顶部排出，进入旋风除尘器进行除尘，然后进入预浓缩器进行降温，将焙烧炉气体从300～500℃降低到95℃以下，同时将新进入的氯化钴溶液浓缩20～35％；

(s4)对预浓缩器排出的废气进行回收处理，并且对四氧化三钴粉末成品进行封装。

进一步地，在所述步骤(s2)中，喷雾采用高压并用过滤过的压缩空气进行雾化，焙烧炉内的反应温度为600～900℃。

进一步地，在所述步骤(s4)中，对预浓缩器排出的废气进行回收处理具体包括如下步骤：

(a1)包含hcl、h2o、燃烧废气、粉尘的焙烧炉气经预浓缩器出来后进入吸收塔中，吸收其中的hcl气体形成再生酸，再生酸进入到储酸罐中；

(a2)经吸收塔吸收hcl后的焙烧炉气进入到换热器中，将焙烧炉气体温度降低到40℃以下，然后进入后文丘里除尘器中，进一步去除其中的粉尘和水的液体颗粒；

(a3)再次除尘后的气体依次进入到洗涤塔和碱液洗涤塔，对焙烧炉尾气再次进行洗涤，以保证排放达标；

(a4)经过洗涤塔的尾气通过废气排放烟囱排出到界外，排出烟气温度低于40℃，水蒸气含量低于10％，其余指标符合国家排放标准。

进一步地，在所述步骤(s4)中，对四氧化三钴粉末成品进行封装的具体过程如下：四氧化三钴从焙烧炉底部落下，通过输送风机提供负压，将四氧化三钴粉末输送到粉料仓中，输送空气经过过滤器进行过滤进入到粉料仓，四氧化三钴通过输送风同时冷却到50℃以下，由吨袋包装机对四氧化三钴进行包装。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的生产系统适用于喷雾焙烧法制备四氧化三钴，制备效果好、产物纯度较高、生产效率高，且生产的工艺过程温度低，耗能少，节约能源，同时通过废气回收处理装置对生产过程中的废气废尘进行回收处理，使制备过程中的污染气体达到排放标准，节约能源。

(2)本发明通过设置回收塔和储酸罐，对四氧化三钴制备过程中产生的氯化氢气体进行回收形成再生酸，一方面避免氯化氢气体直接排放污染空气，达到保护环境的问题，另一方面回收的再生酸再次通入到预凝缩器中进行利用，节约成本。

(3)本发明旋风除尘器和后文丘里除尘器的设置，实现废气排放的两级除尘，降低单个除尘器工作负荷的同时除尘效果也更好。

(4)本发明焙烧炉的燃气与助燃空气进气口、预浓缩器的氯化钴溶液进液口和粉料仓的四氧化三钴输送空气进气口处均设置有过滤器，防止外界的杂质进入，对制备物料造成污染。

附图说明

图1为本发明的系统框图。

图2为本发明的碱液添加系统的剖面结构示意图。

图3为本发明的生产工艺的工艺流程图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-原料罐，2-预浓缩器，3-储酸罐，4-焙烧炉，5-旋风除尘器，6-收集装置，7-废气回收处理装置，8-粉料仓，9-输送风机，10-成品包装机，11-吸收塔，12-换热器，13-后文丘里除尘器，14-废气风机，15-初级洗涤塔，16-碱液洗涤塔，17-水站，18-碱液添加系统，19-废气排空烟囱，20-碱液储罐，21-搅拌器，22-液位计，23-碱液计量泵。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

实施例1

如图1、2所示，本发明公开的一种采用喷雾焙烧法生产四氧化三钴的系统，包括存储氯化钴溶液的原料罐1，还包括与原料罐1连通用于对氯化钴溶液进行浓缩的预浓缩器2，与预浓缩器2连通用于向预浓缩器2添加酸性溶液的储酸罐3，与预浓缩器2连通用于对浓缩后的氯化钴溶液进行喷雾焙烧的焙烧炉4，一端与焙烧炉4连通且另一端与预浓缩器2连通用于对焙烧炉气中的粉尘进行清除的旋风除尘器5，与焙烧炉4连通的用于四氧化三钴粉末收集的收集装置6，以及与预浓缩器2连通的废气回收处理装置7。

使用时，氯化钴溶液从原料罐中经过过滤器过滤掉其中的杂质后输入到预浓缩器2中，同时向焙烧炉通入经过滤器过滤后的燃气与助燃空气加热焙烧气体，经预浓缩器2浓缩后的氯化钴溶液，通过焙烧炉4的给料泵加压喷入焙烧炉4中进行喷雾焙烧，喷雾采用高压并用过滤过的压缩空气进行雾化，焙烧炉内的反应温度为600～900℃，氯化钴分解为四氧化三钴和hcl气体、及水蒸气。预浓缩器2将焙烧炉气体由300～500℃降低到95℃一下，同时将氯化钴溶液浓缩20～35％，并清除掉焙烧炉气中的粉尘。利用收集装置6对四氧化三钴粉末成品进行收集封装，废气回收处理装置7对废气进行回收处理，避免污染环境。

所述收集装置6包括与焙烧炉底部连通的粉料仓8，以及均与粉料仓8连通的输送风机9和成品包装机10，成品包装机10采用吨袋包装机对四氧化三钴进行包装。并且，所述粉料仓8的顶部设置有烧结板除尘器。四氧化三钴从焙烧炉4底部落下，通过输送风机9提供负压，将四氧化三钴粉末输送到粉料仓8中。输送空气经过过滤器进行过滤，四氧化三钴通过输送风同时冷却到50℃以下粉料仓顶部设有烧结板除尘器，粉料仓底部的成品包装机10采用吨袋包装机对四氧化三钴进行包装。

为了使制备后的排放气体达到排放标准，所述废气回收处理装置7包括与预浓缩器2连通用于对焙烧炉气中的hcl进行吸收形成再生酸的吸收塔11，与吸收塔11连通的用于对焙烧炉气进行冷却的换热器12，与换热器12连通用于对冷却后的焙烧炉气除尘的后文丘里除尘器13，与后文丘里除尘器13连通用于给系统提供负压的废气风机14，与废气风机14连通用于对焙烧炉气进行洗涤的初级洗涤塔15，与初级洗涤塔15连通的碱液洗涤塔16，用于向后文丘里除尘器13、初级洗涤塔15和碱液洗涤塔16添加脱盐水的水站17，以及均与碱液洗涤塔16连通的碱液添加系统18和废气排空烟囱19；其中，所述后文丘里除尘器13、初级洗涤塔15均与换热器12连通，所述吸收塔11与储酸罐3连通。焙烧炉气(hcl、h2o、燃烧废气、粉尘)从焙烧炉4顶部排出，进入旋风除尘器5进行除尘，然后进入预浓缩器2进行降温和进一步除尘。经预浓缩器2出来的焙烧炉气进入吸收塔11中，吸收其中的hcl气体形成再生酸，再生酸可进行循环使用。经吸收塔11吸收hcl后的焙烧炉气进入换热器12中，将焙烧炉气体温度降低到40℃以下，然后进入后文丘里除尘器13中，并通过向后文丘里除尘器13脱盐水辅助除尘，进一步去除其中的粉尘和水的液体颗粒。利用后的脱盐水也进入到吸收塔11中进行hcl气体再吸收，废气风机14为整个系统提供负压。

为了达到排放指标，废气风机14后设计有洗涤塔15和碱液洗涤塔16，对焙烧炉尾气再次进行洗涤，以保证排放达标。所述碱液添加系统18包括与碱液洗涤塔16连通的碱液储罐20，均设置于碱液储罐20内的搅拌器21和液位计22，以及用于向碱液洗涤塔16泵入碱液的碱液计量泵23，并通过向初级洗涤塔15和碱液洗涤塔16加入脱盐水辅助洗涤，利用后的脱盐水也进入到吸收塔11中进行hcl气体再吸收。

经过洗涤塔的尾气通过废气排空烟囱19排出到界外，排出烟气温度低于40℃，水蒸气含量低于10％，其余指标符合国家排放标准。

为了保证产品的纯度，整个系统的装置内需防止铁、锌、铜等元素的进入，对于所有装置之间的连通管道来说，高温输送管道内衬sic、陶瓷、al2o3等，低温管道采用pph，最低要求采用不锈钢材料。

实施例2

如图3所示，本发明所公开的一种采用喷雾焙烧法生产四氧化三钴的生产工艺，包括如上所述的采用喷雾焙烧法生产四氧化三钴的系统，并按以下步骤进行：

(s1)将原料罐中的氯化钴溶液经过过滤器过滤掉其中的杂质后输入到预浓缩器中，将氯化钴溶液浓缩20～35％，并向焙烧炉中通入过滤后的燃气与助燃空气进行焙烧炉气加热。

(s2)经预浓缩器浓缩后的氯化钴溶液，通过焙烧炉的给料泵加压喷入焙烧炉中进行喷雾焙烧，氯化钴分解为四氧化三钴和hcl气体、及水蒸气，其中，喷雾采用高压并用过滤过的压缩空气进行雾化，焙烧炉内的反应温度为600～900℃。

(s3)包含hcl、水蒸气、燃烧废气、粉尘的焙烧炉气从焙烧炉顶部排出，进入旋风除尘器进行除尘，然后进入预浓缩器进行降温，将焙烧炉气体从300～500℃降低到95℃以下，同时将新进入的氯化钴溶液浓缩20～35％。

(s4)对预浓缩器排出的废气进行回收处理，并且对四氧化三钴粉末成品进行封装。其中，对预浓缩器排出的废气进行回收处理具体包括如下步骤：

(a1)包含hcl、h2o、燃烧废气、粉尘的焙烧炉气经预浓缩器出来后进入吸收塔中，吸收其中的hcl气体形成再生酸，再生酸进入到储酸罐中；

(a2)经吸收塔吸收hcl后的焙烧炉气进入到换热器中，将焙烧炉气体温度降低到40℃以下，然后进入后文丘里除尘器中，进一步去除其中的粉尘和水的液体颗粒；

(a3)再次除尘后的气体依次进入到洗涤塔和碱液洗涤塔，对焙烧炉尾气再次进行洗涤，以保证排放达标；

(a4)经过洗涤塔的尾气通过废气排放烟囱排出到界外，排出烟气温度低于40℃，水蒸气含量低于10％，其余指标符合国家排放标准。

对四氧化三钴粉末成品进行封装的具体过程如下：四氧化三钴从焙烧炉底部落下，通过输送风机提供负压，将四氧化三钴粉末输送到粉料仓中，输送空气经过过滤器进行过滤进入到粉料仓，四氧化三钴通过输送风同时冷却到50℃以下，由吨袋包装机对四氧化三钴进行包装。

通过上述设计，本发明的生产系统适用于喷雾焙烧法制备四氧化三钴，制备效果好、产物程度较高、生产效率高，且生产的工艺过程温度低，耗能少，节约能源，同时通过废气回收处理装置对生产过程中的废气废尘进行回收处理，使制备过程中的污染气体达到排放标准，节约能源。因此，具有很高的使用价值和推广价值。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。