一種電解二氧化錳濕法除鐵設備和方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于二氧化錳改性技術領域，具體地說是一種對電解二氧化錳（以下簡稱 EMD)進行深度濕法除鐵方法。
【背景技術】
[0002] 由于其價格低廉，產能充足，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 化以滿足電池生產廠商的要求。
[0007] 電解二氧化錳碎片的粉體化過程通常是在磨機中進行的。由于電解二氧化錳硬度 較大，磨機通常采用鋼制部件對其進行研磨，使其達到特定粒度。在研磨過程中，鋼制部件 可能會磨損，導致金屬雜質摻雜到電解二氧化錳中。有時候，雜質可能是鋼粒，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行的，因此通常需要進行洗 滌和（或）堿處理以中和電解過程帶進的酸。這個處理過程可以在EMD研磨之前或之后進 行。
[0009] 包裝前，EMD也可以按一定規格進行干燥。例如，如果用于堿性原電池，干燥過 程通常較為溫和，需要保留化學結晶水和物理結晶水，結晶水的含量可占產品重量的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電解液和(或）金屬鋰發生任何反應，需要去除電解二氧化錳中的 化學結晶水以及物理結晶水。
[0010] 當EMD用于鋰離子電池正極活性材料的前驅體時，EMD粉末會在600 °C至900 ° C條件下與鋰鹽（比如碳酸鋰）和添加劑進行反應。
[0011] 所有的這些制備EMD的步驟，（可能發生在粉碎過程之后)，都不會去除含金屬雜 質的微粒。
[0012] 電池正極材料中的含金屬雜質微粒，在電解液條件下，可能會反應轉變成可溶性 的金屬離子。這些離子可能會迀移到負極后，又被還原成金屬。
[0013] 在一次堿性電池中，含鋅負極極需先進行處理以防止電解液產生氫氣。然而，當鐵 在鋅表面被還原時，就會產生氫氣。這可能會引起內部壓力增加，導致排氣閥破裂發生電解 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部短路。即使是在最樂觀的情況下，電池內部短路也會使電 池緩慢放電直至電池失效。在更壞的情況下，內部短路會使電池快速放電并產生大量的熱 量，可能導致電池中的有機電解液泄漏，發生火災甚至爆炸。
[0015] 美國專利8, 790, 613已經描述了使用化學方法處理電解二氧化錳以降低其含金 屬雜質的微粒。
[0016] 為了降低電解二氧化錳中的鐵含量，現有技術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合成團，均勻性相對較差；干 法除鐵器設備體積較大，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，應對突發介質中高鐵的情況應對能力 差；干法除鐵器清除除鐵器鐵粉時造成粉塵泄漏較多，揚塵較大，造成環境污染。
[0017]

【發明內容】

[0018] 本發明主要是利用物料的物理特性實現移除磁性金屬雜質微粒的方法。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械裝置組成。
[0019] 本發明的一個技術方案是提供一種濕法除鐵設備，其由除鐵器本體及除鐵輔助機 構兩部分組成。
[0020] 所述濕法除鐵設備，除鐵器本體由安裝法蘭（1)、磁棒安裝座（2)、磁棒和磁棒護 套（3)、脫鐵板（4)、磁棒定位器（5)和吊攀（6)構成； 除鐵輔助機構由起吊裝置（7)和除鐵器導軌（8)構成； 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套（3); 磁棒和磁棒護套（3)中的磁棒用于吸附漿液中的鐵，磁棒和磁棒護套（3)外設置磁棒 護套； 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； 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； 除鐵器導軌（8)用于引導和提升除鐵器本體。
[0021] 進一步地，磁棒和磁棒護套（3)中的磁棒的磁性材料為釹鐵硼。
[0022] 進一步地，磁棒和磁棒護套（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鐵片作為導磁材料并加強磁場強度， 用0. 4~5mm厚度的304、316不銹鋼或PVC包裹緊固，磁棒和磁棒護套（3)中的磁棒磁場 強度為2000~15000高斯。
[0023] 進一步地，磁棒和磁棒護套（3)的護套材質采用304、316不銹鋼或PVC，磁棒的護 套內徑比磁棒外徑大1~6_，厚度為0. 4~5_，磁棒底部為圓錐或圓臺形，頂部根據護套 尺寸加裝Φ30~40mm的安裝固定檔邊。
[0024] 進一步地，磁棒分布均勾，每根磁棒中心之間距離為50~200mm。
[0025] 進一步地，除鐵板3的孔徑比磁棒的護套大0. 10 mm~I. 00mm。
[0026] 進一步地，除鐵設備安裝在中和漿液罐中。
[0027] 進一步地，除鐵器本體高度應不觸碰攪拌漿葉及中和漿液罐體。
[0028] 本發明的另一個技術方案是提供所述的除鐵設備的濕法除鐵方法，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)及除鐵器導軌（8)的配合下，最終與磁棒和磁棒護套（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、磁棒和磁棒護套3、脫鐵板4、磁棒定位 器5和吊攀6構成；除鐵輔助機構由起吊裝置7和除鐵器導軌8構成。安裝法蘭1用于將 除鐵器本體安裝在中和衆液罐上。磁棒安裝座2用以固定及支撐磁棒。磁棒和磁棒護套 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。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。除鐵器導軌8用于引導和提升除鐵器本 體。在一個優選的實施例中，除鐵器本體設計高度1800mm，磁棒長度1700mm，脫鐵操作高度 1000 ~1 SOOmnin
[0030] 在另一個優選的實施例中，磁棒護套的外徑為25mm~35mm，除鐵板3的孔徑比磁 棒護套大〇· 10 mm~I. 00mm。
[0031] 在另一個優選的實施例中，除鐵器安裝在電解二氧化錳的洗滌和（或）堿處理攪拌 罐中。除鐵設備安裝在中和漿液罐中以確保溶液中的介質能充分與除鐵器接觸，使罐體中 的含鐵物質最大限度的被除鐵器吸取，達到最佳的除鐵效果。
[0032] 在另一個優選的實施例中，除鐵設備安裝在距離反應罐壁250mm，距離攪拌軸 550mm的檢查口位置。既保證了罐體的結構及強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過程中由于反應罐的攪拌晃動而與罐壁或攪拌軸因磁 場吸力而粘結，確保生產設備的正常運行。
[0033] 在另一個優選的實施例中，除鐵設備的磁棒的磁場強度為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力機械攪拌而強化。本發明使用的除鐵裝置使流體在通過磁 棒群時被加速并產生不規則繞流與小渦旋。流體加速及渦旋等產生的作用力不足以使鐵磁 體脫離強磁場，但足以使大部分被強磁場吸附的順磁性顆粒脫落。當大量的鐵磁性顆粒的 自由運動被限制后就能夠將除鐵器移開并進行脫鐵。
[0035] 相對于現有技術，本發明的濕法除鐵設備和除鐵方法具有以下優勢： 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，無堵料風險； 4) 吸鐵能力達到10kg，應對突發高鐵的情況應對能力強。
【附圖說明】
[0036] 圖1、濕法除鐵器本體結構圖 圖2、濕法除鐵器安裝圖 現結合附圖和實施例對本發明作進一步說明： 1、安裝法蘭 2、磁棒安裝座 3、磁棒和磁棒護套 4、脫鐵板 5、磁棒定位器 6、吊攀 7、起吊裝置 8、除鐵器導軌。
【具體實施方式