本發(fā)明涉及制備四氧化三鈷的技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種制備純相四氧化三鈷的噴霧熱解爐。
背景技術(shù)：
四氧化三鈷是目前電池正極材料的主要前驅(qū)體之一，廣泛應(yīng)用于手機、筆記本、充電寶等設(shè)備的二次電池的制備。目前工業(yè)生產(chǎn)中常用濕法化學(xué)合成方法制備四氧化三鈷，個別也采用噴霧熱解方法。
在噴霧熱解法生產(chǎn)制備過程中，常見的問題在于，所制備的四氧化三鈷（Co3O4）含有1%～10%左右的氧化亞鈷（CoO）。氧化亞鈷的存在對于所制備的電池正極材料電化學(xué)性能及其制備工藝均存在較大影響。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述現(xiàn)有噴霧熱解生產(chǎn)裝置存在的問題，本發(fā)明提供一種調(diào)整、控制氧含量的噴霧熱解爐。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種制備純相四氧化三鈷的噴霧熱解爐，包括：包括熱解爐、第一氣體混合配比儀、第二氣體混合配比儀、噴槍氣體調(diào)節(jié)輸送裝置、噴槍、助燃空氣氣氛調(diào)節(jié)裝置、燒嘴、燃燒段氣氛調(diào)節(jié)輸送裝置、輸送段氣氛調(diào)節(jié)裝置；將壓縮空氣與氧氣經(jīng)過第一氣體混合配比儀混合，經(jīng)過噴槍氣體調(diào)節(jié)輸送裝置至氧氣摩爾含量為22%～80%后進入噴槍，混合氣體與鈷鹽溶液在噴槍內(nèi)接觸霧化后進入熱解爐內(nèi)；同時調(diào)節(jié)助燃空氣氣氛調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)助燃空氣中氧氣摩爾含量為22%～80%，進入燒嘴；壓縮空氣與氧氣經(jīng)過第二氣體混合配比儀混合后進入燃燒段氣氛調(diào)節(jié)輸送裝置，調(diào)節(jié)至氧氣摩爾含量為22%～80%并輸入熱解爐內(nèi)；將氧氣通過氣體調(diào)節(jié)閥控制輸送至輸送段氣氛調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)至氧氣摩爾含量為22%～80%。
所述燃燒段氣氛調(diào)節(jié)輸送裝置的氣體流速為5～50m3/h。
所述輸送段氣氛調(diào)節(jié)裝置的氧氣流量為1m3/h～50 m3/h。
所述燃燒段氣氛調(diào)節(jié)輸送裝置與熱解爐水平線呈10～60°夾角。
所述熱解爐的爐體結(jié)構(gòu)為筒狀。
所述噴槍噴口分布在熱解爐內(nèi)部頂部，有多個噴口。
所述燒嘴有多個，均布在燃燒段，呈圓周排列。
本發(fā)明的有益效果是：采用多段控制氣氛。集合了熱解爐、氣體混合配比儀、噴槍氣體調(diào)節(jié)輸送裝置、燃燒段氣氛調(diào)節(jié)輸送裝置、助燃空氣氣氛調(diào)節(jié)裝置、輸送段氣氛調(diào)節(jié)裝置。通過上述不同段氣氛調(diào)節(jié)，起到調(diào)節(jié)爐內(nèi)氣氛的作用，關(guān)鍵是避免局部反應(yīng)不足，起到及時保證爐內(nèi)物料的充分反應(yīng)、防止過燒的作用。該發(fā)明設(shè)備簡單易控制調(diào)節(jié)，且實用效果明顯，產(chǎn)出四氧化三鈷為純相，不含氧化亞鈷相，徹底解決了常規(guī)噴霧熱解爐存在的四氧化三鈷含有氧化亞鈷的問題。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖1中標記：1為熱解爐；2為第一氣體混合配比儀；3為噴槍氣體調(diào)節(jié)輸送裝置；4為噴槍；5為助燃空氣氣氛調(diào)節(jié)裝置；6為燒嘴；7為第二氣體混合配比儀；8為燃燒段氣氛調(diào)節(jié)輸送裝置；9為輸送段氣氛調(diào)節(jié)裝置。
具體實施方式
如圖1所示，一種制備純相四氧化三鈷的噴霧熱解爐，包括筒狀結(jié)構(gòu)的熱解爐1、噴槍4、燒嘴6，在噴槍4上接一分支，分支上設(shè)第一氣體混合配比儀2、噴槍氣體調(diào)節(jié)輸送裝置3，第一氣體混合配比儀2混合壓縮空氣與氧氣；燒嘴6附加助燃空氣氣氛調(diào)節(jié)裝置5；燒嘴6下方的高溫燃燒區(qū)設(shè)有燃燒段氣氛調(diào)節(jié)輸送裝置8，燃燒段氣氛調(diào)節(jié)輸送裝置8連接第二氣體混合配比儀7，第二氣體混合配比儀7混合壓縮空氣與氧氣；在爐底輸送管道位置增加輸送段氣氛調(diào)節(jié)裝置9。所述燃燒段氣氛調(diào)節(jié)輸送裝置8與熱解爐水平線呈10～60°夾角。
噴槍4噴口分布在熱解爐1內(nèi)部頂部，有多個噴口。燒嘴6有多個，均布在燃燒段，呈圓周排列。噴槍4噴口和燒嘴6的具體數(shù)量視熱解爐1內(nèi)部體積而定，保證熱解爐的內(nèi)部空間有效利用，又要確保鈷鹽的充分熱解。
該熱解爐包含四段氣氛調(diào)節(jié)控制，共同完成實現(xiàn)對產(chǎn)品的控制。①壓縮空氣與氧氣經(jīng)過第一氣體混合配比儀2混合使得混合氣體內(nèi)氧氣摩爾含量為22%～80%，經(jīng)過噴槍氣體調(diào)節(jié)輸送裝置3后進入噴槍4。混合氣體與鈷鹽溶液接觸霧化后進入熱解爐1內(nèi)。②調(diào)節(jié)助燃空氣氣氛調(diào)節(jié)裝置5，使得助燃空氣流量：氧氣流量比為5:1，最高不超過1 :2，主要作用是調(diào)節(jié)爐內(nèi)氧分壓。③壓縮空氣與氧氣經(jīng)過第二氣體混合配比儀7開啟燃燒段氣氛調(diào)節(jié)輸送裝置8，調(diào)整氧氣摩爾含量為22%～80%，氣體流速為5～50m3/h，可防止物料的過燒。④開啟輸送段氣氛調(diào)節(jié)裝置9，所述氧氣流量為1m3/h～50 m3/h，進一步保障反應(yīng)的充分及消除氧化亞鈷相。
本發(fā)明提出了在噴槍中增加氧氣含量。常用噴槍在霧化反應(yīng)過程中由于反應(yīng)擴散時間不足，導(dǎo)致正常含氧量條件下一次反應(yīng)不完全。因此，通過第一氣體混合配比儀2補充氧氣，再經(jīng)過噴槍氣體調(diào)節(jié)輸送裝置3調(diào)節(jié)后進入噴槍4，使得熱解反應(yīng)更為充分。
本發(fā)明還通過助燃空氣氣氛調(diào)節(jié)裝置5調(diào)節(jié)助燃空氣中含氧量，使得助燃空氣流量：氧氣流量比增加，增加爐內(nèi)整體含氧量，進一步促進反應(yīng)，使得反應(yīng)完全，同時，限制氧化亞鈷的生成。
在實際生產(chǎn)過程中，經(jīng)常存在由于在爐內(nèi)停留時間長而產(chǎn)生的氧化亞鈷。為此，本發(fā)明提供了燃燒段氣氛調(diào)節(jié)輸送裝置8，及時吹掃高溫段易燒結(jié)停留的產(chǎn)物，并將已產(chǎn)生的氧化亞鈷消除。
本發(fā)明還在爐底輸送管道位置增加輸送段氣氛調(diào)節(jié)裝置9，對爐底下料進行了再次的富氧保護，消除爐底料過燒帶來的少量亞鈷相，從根本上杜絕了氧化亞鈷的產(chǎn)生。
上述的噴槍氣體調(diào)節(jié)輸送裝置3、助燃空氣氣氛調(diào)節(jié)裝置5、燃燒段氣氛調(diào)節(jié)輸送裝置8、輸送段氣氛調(diào)節(jié)裝置9，基本結(jié)構(gòu)均為氣體流量調(diào)節(jié)裝置與壓力調(diào)節(jié)裝置的組合結(jié)構(gòu)，用于配比相應(yīng)設(shè)備所需的氣體壓力和流量調(diào)節(jié)，起到按設(shè)計條件供給規(guī)定條件的混合氣體的作用。
本發(fā)明通過對四氧化三鈷熱分解過程的熱動力學(xué)模型分析以及生產(chǎn)應(yīng)用，實施了在噴槍、爐內(nèi)氣氛、高溫段、爐底段關(guān)鍵位置的設(shè)備設(shè)計，有效解決了現(xiàn)有四氧化三鈷在噴霧熱解工藝條件下生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生氧化亞鈷的問題。