一種電解二氧化錳濕法除鐵設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于二氧化錳改性技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種對電解二氧化錳（以下簡稱 EMD)進(jìn)行深度濕法除鐵方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于其價格低廉，產(chǎn)能充足，并具有卓越的放電和長期儲存性能，電解二氧化錳常 被用做干電池的活性材料。
[0003] 例如，它可被用作堿性原電池或鋰電池的陰極活性材料，亦或用作鋰離子電池正 極活性材料的前驅(qū)體。
[0004] 通常，將直流電通過含硫酸錳和硫酸的酸性溶液來制備電解二氧化錳。
[0005] 電解過程用鈦板做陽極。反應(yīng)生成的電解二氧化錳會沉積在鈦板上。
[0006] 陰極則由石墨、銅或相似材料組成。沉積的電解二氧化錳厚度達(dá)到1毫米~75毫 米時，用外力將其從鈦板上剝離下來。通過研磨剝離下來的電解二氧化錳碎片，使其粒度細(xì) 化以滿足電池生產(chǎn)廠商的要求。
[0007] 電解二氧化錳碎片的粉體化過程通常是在磨機(jī)中進(jìn)行的。由于電解二氧化錳硬度 較大，磨機(jī)通常采用鋼制部件對其進(jìn)行研磨，使其達(dá)到特定粒度。在研磨過程中，鋼制部件 可能會磨損，導(dǎo)致金屬雜質(zhì)摻雜到電解二氧化錳中。有時候，雜質(zhì)可能是鋼粒，或者是含銹 或其它污染物（以下簡稱含金屬雜質(zhì)的微粒)。通常，這些微粒是有磁性的。
[0008] 由于電解二氧化錳的制備過程是在酸性電解槽中進(jìn)行的，因此通常需要進(jìn)行洗 滌和（或）堿處理以中和電解過程帶進(jìn)的酸。這個處理過程可以在EMD研磨之前或之后進(jìn) 行。
[0009] 包裝前，EMD也可以按一定規(guī)格進(jìn)行干燥。例如，如果用于堿性原電池，干燥過 程通常較為溫和，需要保留化學(xué)結(jié)晶水和物理結(jié)晶水，結(jié)晶水的含量可占產(chǎn)品重量的1%~ 4%。通過該過程制作出的材料被用做堿性原電池的活性材料。如果用于鋰電池，為了避免 活性材料與電池中的有機(jī)電解液和(或）金屬鋰發(fā)生任何反應(yīng)，需要去除電解二氧化錳中的 化學(xué)結(jié)晶水以及物理結(jié)晶水。
[0010] 當(dāng)EMD用于鋰離子電池正極活性材料的前驅(qū)體時，EMD粉末會在600 °C至900 ° C條件下與鋰鹽（比如碳酸鋰）和添加劑進(jìn)行反應(yīng)。
[0011] 所有的這些制備EMD的步驟，（可能發(fā)生在粉碎過程之后)，都不會去除含金屬雜 質(zhì)的微粒。
[0012] 電池正極材料中的含金屬雜質(zhì)微粒，在電解液條件下，可能會反應(yīng)轉(zhuǎn)變成可溶性 的金屬離子。這些離子可能會迀移到負(fù)極后，又被還原成金屬。
[0013] 在一次堿性電池中，含鋅負(fù)極極需先進(jìn)行處理以防止電解液產(chǎn)生氫氣。然而，當(dāng)鐵 在鋅表面被還原時，就會產(chǎn)生氫氣。這可能會引起內(nèi)部壓力增加，導(dǎo)致排氣閥破裂發(fā)生電解 液泄漏。
[0014] 在一次鋰電池或鋰離子電池中，鐵不斷沉積在負(fù)極表面上，將會形成金屬鏈。金屬 鏈通過隔膜紙氣孔造成電池內(nèi)部短路。即使是在最樂觀的情況下，電池內(nèi)部短路也會使電 池緩慢放電直至電池失效。在更壞的情況下，內(nèi)部短路會使電池快速放電并產(chǎn)生大量的熱 量，可能導(dǎo)致電池中的有機(jī)電解液泄漏，發(fā)生火災(zāi)甚至爆炸。
[0015] 美國專利8, 790, 613已經(jīng)描述了使用化學(xué)方法處理電解二氧化錳以降低其含金 屬雜質(zhì)的微粒。
[0016] 為了降低電解二氧化錳中的鐵含量，現(xiàn)有技術(shù)采用的是干法除鐵工藝，干法除鐵 的除鐵效果有一定的局限性，因為鐵與電解二氧化錳相互結(jié)合成團(tuán)，均勻性相對較差；干 法除鐵器設(shè)備體積較大，操作空間小，操作繁瑣，除鐵時粉塵泄漏大，容易造成堵料、漏料等 問題；干法除鐵器除鐵容量有限，吸取鐵粉小于4kg，應(yīng)對突發(fā)介質(zhì)中高鐵的情況應(yīng)對能力 差；干法除鐵器清除除鐵器鐵粉時造成粉塵泄漏較多，揚(yáng)塵較大，造成環(huán)境污染。
[0017]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 本發(fā)明主要是利用物料的物理特性實現(xiàn)移除磁性金屬雜質(zhì)微粒的方法。將除鐵器 安裝在含有電解二氧化錳漿液的攪拌罐中，除鐵器由永磁體和能夠脫鐵的機(jī)械裝置組成。
[0019] 本發(fā)明的一個技術(shù)方案是提供一種濕法除鐵設(shè)備，其由除鐵器本體及除鐵輔助機(jī) 構(gòu)兩部分組成。
[0020] 所述濕法除鐵設(shè)備，除鐵器本體由安裝法蘭（1)、磁棒安裝座（2)、磁棒和磁棒護(hù) 套（3)、脫鐵板（4)、磁棒定位器（5)和吊攀（6)構(gòu)成； 除鐵輔助機(jī)構(gòu)由起吊裝置（7)和除鐵器導(dǎo)軌（8)構(gòu)成； 安裝法蘭（1)用于將除鐵器本體安裝在中和漿液罐上； 磁棒安裝座（2)用以固定及支撐磁棒和磁棒護(hù)套（3); 磁棒和磁棒護(hù)套（3)中的磁棒用于吸附漿液中的鐵，磁棒和磁棒護(hù)套（3)外設(shè)置磁棒 護(hù)套； 脫鐵板（4)用于在除鐵時將附在磁棒上的鐵刮除； 磁棒定位器（5)在除鐵時將磁棒限制在脫鐵板與磁棒安裝座內(nèi)； 吊攀（6)在除鐵器安裝及除鐵時用于吊掛除鐵器本體； 起吊裝置（7)用于起吊除鐵器本體； 除鐵器導(dǎo)軌（8)用于引導(dǎo)和提升除鐵器本體。
[0021] 進(jìn)一步地，磁棒和磁棒護(hù)套（3)中的磁棒的磁性材料為釹鐵硼。
[0022] 進(jìn)一步地，磁棒和磁棒護(hù)套（3)中的磁棒由多層釹鐵硼組成，釹鐵硼的直徑為 Φ 25~35mm，并且在每層釹鐵硼之間加裝0. 2~2mm鐵片作為導(dǎo)磁材料并加強(qiáng)磁場強(qiáng)度， 用0. 4~5mm厚度的304、316不銹鋼或PVC包裹緊固，磁棒和磁棒護(hù)套（3)中的磁棒磁場 強(qiáng)度為2000~15000高斯。
[0023] 進(jìn)一步地，磁棒和磁棒護(hù)套（3)的護(hù)套材質(zhì)采用304、316不銹鋼或PVC，磁棒的護(hù) 套內(nèi)徑比磁棒外徑大1~6_，厚度為0. 4~5_，磁棒底部為圓錐或圓臺形，頂部根據(jù)護(hù)套 尺寸加裝Φ30~40mm的安裝固定檔邊。
[0024] 進(jìn)一步地，磁棒分布均勾，每根磁棒中心之間距離為50~200mm。
[0025] 進(jìn)一步地，除鐵板3的孔徑比磁棒的護(hù)套大0. 10 mm~I. 00mm。
[0026] 進(jìn)一步地，除鐵設(shè)備安裝在中和漿液罐中。
[0027] 進(jìn)一步地，除鐵器本體高度應(yīng)不觸碰攪拌漿葉及中和漿液罐體。
[0028] 本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是提供所述的除鐵設(shè)備的濕法除鐵方法，通過起吊裝置 (7)將除鐵器本體提升，使磁棒和磁棒護(hù)套（3)中的鐵被脫鐵板（4)逐漸往下推動，在磁棒 定位器（5)及除鐵器導(dǎo)軌（8)的配合下，最終與磁棒和磁棒護(hù)套（3)的磁場完全分離脫落到 鐵收集器中。
[0029] 除鐵器本體由安裝法蘭1、磁棒安裝座2、磁棒和磁棒護(hù)套3、脫鐵板4、磁棒定位 器5和吊攀6構(gòu)成；除鐵輔助機(jī)構(gòu)由起吊裝置7和除鐵器導(dǎo)軌8構(gòu)成。安裝法蘭1用于將 除鐵器本體安裝在中和衆(zhòng)液罐上。磁棒安裝座2用以固定及支撐磁棒。磁棒和磁棒護(hù)套 3中的磁棒用于吸附漿液中的鐵。脫鐵板4在除鐵時將附在磁棒上的鐵刮除。磁棒定位器 5在除鐵時將磁棒限制在脫鐵板與磁棒安裝座內(nèi)。吊攀6在除鐵器安裝及除鐵時用于吊掛 除鐵器本體。起吊裝置7用于起吊除鐵器本體。除鐵器導(dǎo)軌8用于引導(dǎo)和提升除鐵器本 體。在一個優(yōu)選的實施例中，除鐵器本體設(shè)計高度1800mm，磁棒長度1700mm，脫鐵操作高度 1000 ~1 SOOmnin
[0030] 在另一個優(yōu)選的實施例中，磁棒護(hù)套的外徑為25mm~35mm，除鐵板3的孔徑比磁 棒護(hù)套大〇· 10 mm~I. 00mm。
[0031] 在另一個優(yōu)選的實施例中，除鐵器安裝在電解二氧化錳的洗滌和（或）堿處理攪拌 罐中。除鐵設(shè)備安裝在中和漿液罐中以確保溶液中的介質(zhì)能充分與除鐵器接觸，使罐體中 的含鐵物質(zhì)最大限度的被除鐵器吸取，達(dá)到最佳的除鐵效果。
[0032] 在另一個優(yōu)選的實施例中，除鐵設(shè)備安裝在距離反應(yīng)罐壁250mm，距離攪拌軸 550mm的檢查口位置。既保證了罐體的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度不會因為除鐵器的安裝而受到影響，同時 也確保除鐵器的磁棒不會因為生產(chǎn)過程中由于反應(yīng)罐的攪拌晃動而與罐壁或攪拌軸因磁 場吸力而粘結(jié)，確保生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行。
[0033] 在另一個優(yōu)選的實施例中，除鐵設(shè)備的磁棒的磁場強(qiáng)度為2000~15000高斯。
[0034] 除鐵方法還包含將除鐵器放置在攪拌罐中。其中的懸浮顆粒能夠在永磁體周圍自 由移動，所述的自由移動被強(qiáng)力機(jī)械攪拌而強(qiáng)化。本發(fā)明使用的除鐵裝置使流體在通過磁 棒群時被加速并產(chǎn)生不規(guī)則繞流與小渦旋。流體加速及渦旋等產(chǎn)生的作用力不足以使鐵磁 體脫離強(qiáng)磁場，但足以使大部分被強(qiáng)磁場吸附的順磁性顆粒脫落。當(dāng)大量的鐵磁性顆粒的 自由運(yùn)動被限制后就能夠?qū)⒊F器移開并進(jìn)行脫鐵。
[0035] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的濕法除鐵設(shè)備和除鐵方法具有以下優(yōu)勢： 1) 由于溶液及攪拌的作用使EMD與鐵分開，均勻性相對較好； 2) 在中和罐平臺上操作且有電動萌蘆7協(xié)助出鐵，安全簡便，除鐵時間小于5min ; 3) 在溶液中除鐵，無粉塵，無堵料風(fēng)險； 4) 吸鐵能力達(dá)到10kg，應(yīng)對突發(fā)高鐵的情況應(yīng)對能力強(qiáng)。
【附圖說明】
[0036] 圖1、濕法除鐵器本體結(jié)構(gòu)圖 圖2、濕法除鐵器安裝圖 現(xiàn)結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明： 1、安裝法蘭 2、磁棒安裝座 3、磁棒和磁棒護(hù)套 4、脫鐵板 5、磁棒定位器 6、吊攀 7、起吊裝置 8、除鐵器導(dǎo)軌。
【具體實施方式