一种电池级硫酸锰生产装置及方法与流程

1.本发明涉及硫酸锰生产技术领域，尤其涉及一种电池级硫酸锰生产装置及方法。


背景技术：

2.电池级硫酸锰是三元正极材料以及锰酸锂正极材料的主要合成盐，电池级高纯一水合硫酸锰对杂质要求苛刻，必须严格控制对锂离子电池影响较大的钾、钠、钙、镁及重金属离子等。
3.经检索，申请号cn114772648a的中国专利，公开了一种工业级硫酸锰提纯生产电池级硫酸锰的方法，其目的是研究一种低成本，质量稳定的绿色电池级硫酸锰生产工艺，其主要针对工业级硫酸锰，并在生产流程中进行的改进，没有考虑到对工艺结合装置一同设计。
4.目前，国内大部分硫酸锰生产工艺仍存在除杂成本高，硫酸锰纯度低，工艺复杂且适用范围窄等问题，基于此，本发明提出一种适用于工业化的电池级一水硫酸锰生产方法和装置。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的电池级硫酸锰生产装置及方法。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种电池级硫酸锰生产装置，包括若干反应釜、压滤釜、空压机、若干缓冲罐、若干抽滤釜、预热器、若干强制循环蒸发器、若干结晶器、若干蒸汽压缩机、若干增稠器、若干离心机、混合罐、第一母液罐和第二母液罐；
8.若干强制循环蒸发器、若干结晶器、若干蒸汽压缩机、若干增稠器、若干离心机和混合罐分别组成一次结晶系统和二次结晶系统，所述一次结晶系统连接第一母罐，所述二次结晶系统连接第二母罐。
9.进一步地，所述反应釜包括第一反应釜、第二反应釜、第三反应釜、第四反应釜、第五反应釜和第六反应釜；
10.所述缓冲罐包括第一缓冲罐、第二缓冲罐和第三缓冲罐；
11.进一步地，所述抽滤釜的数量至少为两个，多个所述抽滤釜通过并联连接，所述抽滤釜包括第一抽滤釜和第二抽滤釜，所述第一抽滤釜和所述第二抽滤釜之间设有前处理真空系统；
12.所述压滤釜连接空压机，多个所述压滤釜连接方式为并联；
13.所述第一抽滤釜和所述第二抽滤釜均连接前处理真空系统，所述第一抽滤釜和所述第二为并联使用；
14.所述增稠器至少并联三台间歇使用，所述增稠器设置夹套保温，所述增稠器接入高温高压蒸汽进行保压；
15.进一步地，第一反应釜和第二反应釜均通过压滤釜连接所述第一缓冲罐；
16.第一缓冲罐分别通过第三反应釜和第四反应釜连接所述第一抽；
17.第二缓冲罐分别通过第四反应釜和第五反应釜连接第二抽滤釜，所述第二抽滤釜连接第三缓冲罐；
18.所述第三缓冲罐与所述预热器连接，所述预热器通过第一结晶系统连接第一母液罐，所述预热器通过所述混合罐连接第二结晶系统和第二母液罐。
19.根据本发明的另一个方面，还提供了一种基于上述电池级硫酸锰生产装置的方法。
20.一种电池级硫酸锰生产方法，按照如下步骤进行：
21.s1：将酸浸硫酸锰溶液送入至第一或第二反应釜中，加入硫酸铁，第一和第二反应釜由饱和蒸汽保温，在反应结束后将反应釜固液相送入至压滤釜过滤，滤出滤渣，滤液送入至第一缓冲罐；
22.s2：第一缓冲罐中滤液送入至第三反应釜或第四反应釜，加入双氧水与氢氧化锰粉末，调节溶液ph值至5.0，反应时间1h，反应结束后进入第一抽滤釜过滤，滤出滤渣，滤液送入至第二缓冲罐；
23.s3：第二缓冲罐中滤液送入至第四或第五反应釜，加入氟化锰，第四反应釜和第五反应釜由饱和蒸汽保温，反应结束后进入第二抽滤釜过滤，滤出滤渣，滤液送入至第三缓冲罐；
24.s4：物料由第三缓冲罐进入预热器内预热至95-98℃，预热后物料进入一次结晶过程；
25.s5：完成一次结晶后，经过第一离心机固液分离后液相送入至第一母液罐中，自第一离心机输出的湿盐直接溶解于混合罐中，溶解液继续进行二次结晶过程，第二离心机固液分离后的母液送入至第二母液罐中，第二母液罐中物料送入至混合罐中，随后第二离心机输出湿盐经过干燥、包装后，得到电池级一水硫酸锰产品。
26.进一步地，第一反应釜与第二反应釜反应ph值至2.0-3.0，反应时间2-3h，反应温度85-90℃；
27.第三与第四反应釜调节溶液ph值至5.0，反应时间1h；
28.第五与第六反应釜溶液ph值为4.0-5.0，反应时间2-3h，反应温度60-65℃。
29.进一步地，一次结晶系统和二次结晶系统分别用于一次结晶流程和二次结晶流程，其中：
30.一次结晶系统的结晶过程和二次结晶系统的结晶过程操作相同，具体为：结晶温度160-180℃，蒸发室压力0.6-1.0mpa，增稠器接入蒸汽压力1.0-1.2mpa。
31.进一步地，一次结晶过程中高温冷凝水于预热器中预热物料至98℃，二次结晶过程中高温冷凝水于混合罐中溶解一次结晶湿盐。
32.进一步地，所述蒸汽压缩机为离心式压缩，多个所述蒸汽压缩机连接时通过串联连接，一次结晶系统和二次结晶系统内的强制循环蒸发器均由所述蒸汽压缩机用于提供热源。
33.相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
34.本发明使用母液循环和多级高压结晶的方式提纯一水硫酸锰，废液排放量少，同
时回收大量水资源；
35.本发明的工艺使适用范围广，可应用于不同杂质含量的硫酸锰溶液的生产与提纯过程；
36.本发明的工艺简单，设备投资低，易于实现工业化。
附图说明
37.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
38.图1为本发明实施例中电池级硫酸锰生产装置及生产流程示意图；
39.图2为本发明实施例中二次结晶系统流程图。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
41.根据本发明的实施例，提供了一种电池级硫酸锰生产装置。
42.参照图1-2，电池级硫酸锰生产装置，包括若干反应釜、压滤釜、空压机、若干缓冲罐、若干抽滤釜、预热器、若干强制循环蒸发器、若干结晶器、若干蒸汽压缩机、若干增稠器、若干离心机、混合罐、第一母液罐和第二母液罐；
43.若干强制循环蒸发器、若干结晶器、若干蒸汽压缩机、若干增稠器、若干离心机和混合罐分别组成一次结晶系统和二次结晶系统，所述一次结晶系统连接第一母罐，所述二次结晶系统连接第二母罐。
44.在本技术的具体实施例中，所述反应釜包括第一反应釜、第二反应釜、第三反应釜、第四反应釜、第五反应釜和第六反应釜；
45.所述缓冲罐包括第一缓冲罐、第二缓冲罐和第三缓冲罐；
46.所述抽滤釜的数量至少为两个，多个所述抽滤釜通过并联连接，所述抽滤釜包括第一抽滤釜和第二抽滤釜，所述第一抽滤釜和所述第二抽滤釜之间设有前处理真空系统；
47.所述压滤釜连接空压机，多个所述压滤釜连接方式为并联；
48.所述第一抽滤釜和所述第二抽滤釜均连接前处理真空系统，所述第一抽滤釜和所述第二为并联使用；
49.所述增稠器至少并联三台间歇使用，所述增稠器设置夹套保温，所述增稠器接入高温高压蒸汽进行保压。
50.在本实施例中，其中，第一与第二反应釜反应ph值至2.0-3.0，反应时间2-3h，反应温度85-90℃；
51.第三与第四反应釜调节溶液ph值至5.0，反应时间1h；
52.第五与第六反应釜溶液ph值为4.0-5.0，反应时间2-3h，反应温度60-65℃。
53.在申请的具体实施例中，在上述方案的基础上，第一反应釜和第二反应釜均通过压滤釜连接所述第一缓冲罐；
54.第一缓冲罐分别通过第三反应釜和第四反应釜连接所述第一抽；
55.第二缓冲罐分别通过第四反应釜和第五反应釜连接第二抽滤釜，所述第二抽滤釜
连接第三缓冲罐；
56.所述第三缓冲罐与所述预热器连接，所述预热器通过第一结晶系统连接第一母液罐，所述预热器通过所述混合罐连接第二结晶系统和第二母液罐。
57.在本技术的具体实施例中，一次结晶系统：由所述一级强制循环蒸发器、所述二级强制循环蒸发器、所述一级结晶器、所述二级结晶器、第一增稠器、第二增稠器、第三增稠器和所述第一离心机依次连接组成；
58.二次结晶系统：由所述三级强制循环蒸发器、所述四级强制循环蒸发器、所述三级结晶器、所述四级结晶器、第四增稠器、第五增稠器、第六增稠器和所述第二离心机依次连接组成。
59.在本技术的具体实施例中，所述蒸汽压缩机为离心式压缩，多个所述蒸汽压缩机连接时通过串联连接，一次结晶系统和二次结晶系统内的强制循环蒸发器均由所述蒸汽压缩机用于提供热源。
60.根据本发明的另一实施例，还提供了一种根据上述电池级硫酸锰生产装置的方法。
61.实施例一
62.参照图1，一种电池级硫酸锰生产方法，根据本技术的具体实施，具体按照如下步骤进行：
63.s1：酸浸硫酸锰溶液送入至第一反应釜或第二反应釜中，加入硫酸铁，调节溶液ph值至2.0-3.0，反应时间2-3h，反应温度85-90℃，第一反应釜和第二反应釜由饱和蒸汽保温，反应结束后将反应釜固液相送入至压滤釜过滤，滤出滤渣，滤液送入至第一缓冲罐，压滤釜由空压机保压，压力介质为洁净惰性气体，压滤釜可选择多个并联使用。
64.s2：第一缓冲罐中滤液送入至第三或第四反应釜，加入双氧水与氢氧化锰粉末，调节溶液ph值至5.0，反应时间1h，反应结束后进入第一抽滤釜过滤，滤出滤渣，滤液送入至第二缓冲罐，抽滤釜连接至真空系统，抽滤釜可选择多个并联使用；
65.s3：第二缓冲罐中滤液送入至第四或第五反应釜，加入氟化锰，控制溶液ph值为4.0-5.0，反应时间2-3h，反应温度60-65℃，第四和第五反应釜由饱和蒸汽保温。反应结束后进入第二抽滤釜过滤，滤出滤渣，滤液送入至第三缓冲罐，工业硫酸锰溶液来料同样送入至第三缓冲罐，抽滤釜连接至真空系统，抽滤釜可选择多个并联使用；
66.s4：物料由第三缓冲罐进入预热器内预热至95-98℃，热源来自与一次结晶过程冷凝水。预热后物料进入一次结晶过程。一次结晶过程如流程图中的虚线所示，由双级高压蒸发结晶过程与高压增稠分离过程组成，指经过预热器预热的物料先后经过一级强制循环蒸发器、一级结晶器、二级强制循环蒸发器、二级结晶器进行高压蒸发结晶，一、二级强制循环蒸发器热源由蒸汽压缩机提供，蒸气压缩机选择离心式压缩机，可串联多个使用；二级结晶器输入物料至增稠器，增稠器至少并联三台间歇使用，增稠器设置夹套保温，增稠器接入高温高压蒸汽进行保压，增稠后的液相物料返回至一级强制循环蒸发器中套用，保压增稠后固相进入第一离心机中继续固液分离，完成一次结晶过程；一次结晶过程中一级强制循环蒸发器、二级强制循环蒸发器、第一增稠器、第二增稠器、第三增稠器夹套(壳程)中高温冷凝水收集后于预热器中预热物料。一次结晶过程中结晶温度160-180℃，蒸发室压力0.6-1.0mpa，增稠器接入蒸汽压力1.0-1.2mpa；
67.s5：经过第一离心机固液分离后液相送入至第一母液罐中，第一母液罐物料返回与酸浸硫酸锰溶液混合，少量外排，外排量不超过母液量20％；自第一离心机输出的湿盐直接溶解于混合罐中，溶解液继续进行二次结晶过程。二次结晶过程包括三级强制循环蒸发器、三级结晶器、四级强制循环蒸发器、四级结晶器、第二蒸汽压缩机、第四增稠器、第五增稠器、第六增稠器、第二离心机，二次结晶过程中三级强制循环蒸发器、三级强制循环蒸发器、第四增稠器、第五增稠器、第六增稠器夹套(壳程)中高温冷凝水输入至混合罐中溶解第一离心机输出的湿盐，其他流程与一次结晶过程相同；第二离心机固液分离后的母液送入至第二母液罐中，第二母液罐中物料送入至混合罐中，少量外排，外排量不超过母液量20％。第二离心机输出湿盐经过干燥、包装后，得到电池级一水硫酸锰产品。
68.需要进一步说明的是，一次结晶过程结晶温度160-180℃，蒸发室压力0.6-1.0mpa，增稠器接入蒸汽压力1.0-1.2mpa，二次结晶与一次结晶装置与操作范围相同；
69.另外，一次结晶过程高温冷凝水于预热器中预热物料至98℃，二次结晶过程高温冷凝水于混合罐中溶解一次结晶湿盐。
70.实施例二
71.将酸浸硫酸锰溶液输入至第一反应釜中，到达指定液位后加入硫酸铁，反应釜使用120℃蒸汽夹套保温，反应时间2h，反应温度90℃，反应终点ph值为2.0。固液相经过压滤后输入至第三反应釜中，到达指定液位后加入双氧水与氢氧化锰粉末，反应时间1h，反应终点ph值5.0；
72.反应结束后抽滤，滤液经第二缓冲罐输入至第五反应釜中，到达指定液位后加入氟化锰，反应时间2h，反应温度60℃，反应终点ph值为4.0，物料经过第三缓冲罐输入至预热器中，经过高温冷凝水加热至98℃，进入一次结晶，一级强制循环蒸发器、二级强制循环蒸发器蒸发室压力0.8mpa，结晶温度160℃，第一蒸汽压缩机出口压力0.9mpa，出料输入至第一增稠器，增稠器接入压力1.0mpa，增稠后物料输入至第一离心机中，离心分离后母液储存于第一母液罐中，20％母液外排，80％母液套用，湿盐溶解于混合罐中，二次结晶过程三级、四级强制循环蒸发器蒸发室压力0.9mpa，结晶温度175℃，第二蒸汽压缩机出口压力1.3mpa，增稠器接入压力1.2mpa，增稠后物料输入至第一离心机中，离心分离后母液储存于第一母液罐中，20％母液外排，80％母液套用，第二离心机出料含水率3％，经过干燥、包装后得到电池级一水硫酸锰产品。
73.实施例三
74.将工业硫酸锰溶液输入至第三缓冲罐中，经过高温冷凝水加热至98℃，进入一次结晶，一级强制循环蒸发器、二级强制循环蒸发器蒸发室压力0.78mpa，结晶温度170℃，第一蒸汽压缩机出口压力1.15mpa，出料输入至第一增稠器，增稠器接入压力1.0mpa，增稠后物料输入至第一离心机中，离心分离后母液储存于第一母液罐中，10％母液外排，90％母液套用，湿盐溶解于混合罐中，二次结晶过程三级强制循环蒸发器、四级强制循环蒸发器蒸发室压力1.0mpa，结晶温度180℃，第二蒸汽压缩机出口压力1.4mpa，增稠器接入压力1.2mpa，增稠后物料输入至第一离心机中，离心分离后母液储存于第一母液罐中，10％母液外排，90％母液套用，第二离心机出料含水率3％，经过干燥、包装后得到电池级一水硫酸锰产品。
75.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其
发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种电池级硫酸锰生产装置，其特征在于，包括若干反应釜、压滤釜、空压机、若干缓冲罐、若干抽滤釜、预热器、若干强制循环蒸发器、若干结晶器、若干蒸汽压缩机、若干增稠器、若干离心机、混合罐、第一母液罐和第二母液罐；若干强制循环蒸发器、若干结晶器、若干蒸汽压缩机、若干增稠器、若干离心机和混合罐分别组成一次结晶系统和二次结晶系统，所述一次结晶系统连接第一母罐，所述二次结晶系统连接第二母罐。2.根据权利要求1所述的电池级硫酸锰生产装置，其特征在于，所述反应釜包括第一反应釜、第二反应釜、第三反应釜、第四反应釜、第五反应釜和第六反应釜；所述缓冲罐包括第一缓冲罐、第二缓冲罐和第三缓冲罐；所述抽滤釜的数量至少为两个，多个所述抽滤釜通过并联连接，所述抽滤釜包括第一抽滤釜和第二抽滤釜，所述第一抽滤釜和所述第二抽滤釜之间设有前处理真空系统；所述压滤釜连接空压机，多个所述压滤釜连接方式为并联；所述第一抽滤釜和所述第二抽滤釜均连接前处理真空系统，所述第一抽滤釜和所述第二为并联使用；所述增稠器至少并联三台间歇使用，所述增稠器设置夹套保温，所述增稠器接入高温高压蒸汽进行保压。3.根据权利要求2所述的电池级硫酸锰生产装置，其特征在于，第一反应釜和第二反应釜均通过压滤釜连接所述第一缓冲罐；第一缓冲罐分别通过第三反应釜和第四反应釜连接所述第一抽；第二缓冲罐分别通过第四反应釜和第五反应釜连接第二抽滤釜，所述第二抽滤釜连接第三缓冲罐；所述第三缓冲罐与所述预热器连接，所述预热器通过第一结晶系统连接第一母液罐，所述预热器通过所述混合罐连接第二结晶系统和第二母液罐。4.根据权利要求3所述的电池级硫酸锰生产装置，其特征在于，所述一次结晶系统：由所述一级强制循环蒸发器、所述二级强制循环蒸发器、所述一级结晶器、所述二级结晶器、第一增稠器、第二增稠器、第三增稠器和所述第一离心机依次连接组成；所述二次结晶系统：由所述三级强制循环蒸发器、所述四级强制循环蒸发器、所述三级结晶器、所述四级结晶器、第四增稠器、第五增稠器、第六增稠器和所述第二离心机依次连接组成。5.一种电池级硫酸锰生产方法，根据权利要求1-4任一所述的电池级硫酸锰生产装置，其特征在于，按照如下步骤进行：s1：将酸浸硫酸锰溶液送入至第一或第二反应釜中，加入硫酸铁，第一和第二反应釜由饱和蒸汽保温，在反应结束后将反应釜固液相送入至压滤釜过滤，滤出滤渣，滤液送入至第一缓冲罐；s2：第一缓冲罐中滤液送入至第三反应釜或第四反应釜，加入双氧水与氢氧化锰粉末，调节溶液ph值至5.0，反应时间1h，反应结束后进入第一抽滤釜过滤，滤出滤渣，滤液送入至第二缓冲罐；s3：第二缓冲罐中滤液送入至第四或第五反应釜，加入氟化锰，第四反应釜和第五反应釜由饱和蒸汽保温，反应结束后进入第二抽滤釜过滤，滤出滤渣，滤液送入至第三缓冲罐；
s4：物料由第三缓冲罐进入预热器内预热至95-98℃，预热后物料进入一次结晶过程；s5：完成一次结晶后，经过第一离心机固液分离后液相送入至第一母液罐中，自第一离心机输出的湿盐直接溶解于混合罐中，溶解液继续进行二次结晶过程，第二离心机固液分离后的母液送入至第二母液罐中，第二母液罐中物料送入至混合罐中，随后第二离心机输出湿盐经过干燥、包装后，得到电池级一水硫酸锰产品。6.根据权利要求5所述的电池级硫酸锰生产方法，其特征在于，第一反应釜与第二反应釜反应ph值至2.0-3.0，反应时间2-3h，反应温度85-90℃；第三与第四反应釜调节溶液ph值至5.0，反应时间1h；第五与第六反应釜溶液ph值为4.0-5.0，反应时间2-3h，反应温度60-65℃。7.根据权利要求6所述的电池级硫酸锰生产方法，其特征在于，一次结晶系统和二次结晶系统分别用于一次结晶流程和二次结晶流程，其中：一次结晶系统的结晶过程和二次结晶系统的结晶过程操作相同，具体为：结晶温度160-180℃，蒸发室压力0.6-1.0mpa，增稠器接入蒸汽压力1.0-1.2mpa。8.根据权利要求7所述的电池级硫酸锰生产方法，其特征在于，一次结晶过程中高温冷凝水于预热器中预热物料至98℃，二次结晶过程中高温冷凝水于混合罐中溶解一次结晶湿盐。9.根据权利要求5所述的电池级硫酸锰生产方法，其特征在于，所述蒸汽压缩机为离心式压缩，多个所述蒸汽压缩机连接时通过串联连接，一次结晶系统和二次结晶系统内的强制循环蒸发器均由所述蒸汽压缩机用于提供热源。

技术总结
本发明公开了一种电池级硫酸锰生产装置及方法，包括若干反应釜、压滤釜、空压机、若干缓冲罐、若干抽滤釜、预热器、若干强制循环蒸发器、若干结晶器、若干蒸汽压缩机、若干增稠器、若干离心机、混合罐、第一母液罐和第二母液罐；若干强制循环蒸发器、若干结晶器、若干蒸汽压缩机、若干增稠器、若干离心机和混合罐分别组成一次结晶系统和二次结晶系统。本发明使用母液循环和多级高压结晶的方式提纯一水硫酸锰，废液排放量少，同时回收大量水资源；本发明的工艺使适用范围广，可应用于不同杂质含量的硫酸锰溶液的生产与提纯过程；本发明的工艺简单，设备投资低，易于实现工业化。易于实现工业化。易于实现工业化。


技术研发人员：李健 苏杭 陈韶范 陈冠羲 张永红 刘宝 陈晓庆 秦妮 周振 卢奇
受保护的技术使用者：甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/7/25