一种大颗粒硫酸镍连续结晶系统及方法转让专利
申请号 : CN202110787703.3
文献号 : CN113230688B
文献日 : 2021-10-01
发明人 : 夏君君 , 于会满 , 彭涛 , 尹海蛟 , 全晓宇 , 唐昊 , 刘莉
申请人 : 天津乐科节能科技有限公司 , 江苏乐科节能科技股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种大颗粒硫酸镍连续结晶系统,其特征在于:所述系统包括主结晶器、分级器、降温单元、溶解单元和循环设备,所述主结晶器采用分级流化床式结晶器,在晶体床层区顶部及中上部设有上下两组溢流循环出口,在晶体床层区底部设有排料口,溢流循环出口经循环设备与分级器相连,分级器设上下两个出口,上出口与主结晶器循环清液入口相连,相应的循环管线上设有进料口,并与进料泵相连,下出口与溶解单元溶解罐进口相连,溶解罐出口经循环设备与主结晶器溶解液入口相连;所述系统在主结晶器内靠近液面处、晶体床层区、清液循环管线、溶解罐内设有温度及浓度传感器,主结晶器上下两组溢流循环出口及分级器上下两个出口设调节阀可调节上下出口流量比例;
所述主结晶器采用Oslo分级流化床式或DTB分级流化床式结晶器,主结晶器晶体床层区为倒锥形结构,上直径为下直径的1.5‑3倍。
2.根据权利要求1所述的一种大颗粒硫酸镍连续结晶系统,其特征在于:所述降温单元采用机械闪蒸降温方式对主结晶器内溶液进行降温,降温单元包括一蒸汽压缩机及蒸汽管线,主结晶器顶部设有闪蒸汽出口,闪蒸汽出口经蒸汽管线与蒸汽压缩机入口相连,蒸汽压缩机出口经蒸汽管线与溶解单元蒸汽供热循环管线相连;所述蒸汽压缩机采用离心式、罗茨式或螺杆式压缩机。
3.根据权利要求2所述的一种大颗粒硫酸镍连续结晶系统,其特征在于:所述分级器采用旋液分离器或沉降罐形式。
4.根据权利要求3所述的一种大颗粒硫酸镍连续结晶系统,其特征在于:所述溶解单元采用带搅拌的夹套式溶解罐或外加换热器的外循环式溶解罐。
5.根据权利要求2‑4任一项所述的一种大颗粒硫酸镍连续结晶系统,其特征在于:所述降温单元采用间壁换热方式替代机械闪蒸降温方式,具体连接方式为分级器上出口经循环设备与一间壁式换热器物料侧入口相连,间壁式换热器物料侧出口与主结晶器循环清液入口相连,相应的循环管线上设有进料口,并与进料泵相连,采用循环冷却水对间壁式换热器内循环物料进行降温,溶解罐采用新鲜蒸汽或工厂余热进行供热。
6.一种大颗粒硫酸镍连续结晶方法,其特征在于:采用权利要求1‑5任一项所述结晶系统,前端硫酸镍浓缩液经进料管线进入结晶系统,根据目标产品晶体粒度确定主结晶器内上升流速,进而确定主结晶器内循环流量,控制主结晶器内晶体床层区液相上升流速为1‑
9cm/s,结晶温度为35‑45℃,设置溶解罐内液相温度较主结晶器内液相温度高2‑9℃,液相停留时间为80‑500S,并监测溶解罐内液相浓度及晶体悬浮量作为主结晶器上下两组溢流循环出口及分级器上下出口阀门的调节信号,通过调整上下出口流量比例使溶解罐维持在对应温度的饱和浓度下,并不发生晶体颗粒累积,在主结晶器晶体床层区底部出料口采出晶浆,经稠厚离心获得大颗粒硫酸镍产品。
7.根据权利要求6所述的一种大颗粒硫酸镍连续结晶方法,其特征在于:前端硫酸镍浓3
缩液浓度以Ni离子浓度计为200‑350g/L,液相密度为1400‑1700kg/m。
说明书 :
一种大颗粒硫酸镍连续结晶系统及方法
技术领域
背景技术
和七水合硫酸镍两种。有研究表明,当温度低于31.5℃时,所得晶体为七水合硫酸镍,53℃
以上所得硫酸镍为β型六水合硫酸镍。β型六水合硫酸镍性能不稳定,当温度低于53℃时会
向性能更稳定的α型六水合硫酸镍发生转晶。在转晶过程中高温下形成的晶核和结晶体会
发生破坏而失去意义,最重要的结晶过程发生在31.5‑53℃之间(张兰生,金川硫酸镍生产
系统改造实践[J],中国有色金属,2010,(20):68‑69)。
的提高。同时,粒度越大,分布越均匀的硫酸镍产品具有更好的流动性,不易结块等优点。因
此,大颗粒硫酸镍普遍受市场欢迎,不仅易于销售,价格也会有所提高。
温,当溶液温度降至50‑60℃左右时,加晶种,停循环冷却水,维持温度稳定一段时间,有时
甚至需要控制温度有所回升。然后继续缓慢降温至约35‑40℃左右,并在终点温度养晶一段
时间。如中国专利CN200710027851.5、CN201811063511.2等对间歇结晶过程进行了详细描
述。其中CN200710027851.5实施例记载的仅为实验室条件下做出平均粒径1‑1.5mm的六水
合硫酸镍单批生产时间约为8‑10h,而工业上算下来一个批次的生产时间大约要16‑20h。不
仅生产效率很低,且操作复杂,工人劳动强度高。同时间歇操作方式还存在粒度分布范围
宽、批次间产品差异大,产品性能指标不稳定等缺点。
一种连续法生产硫酸镍的结晶系统及结晶工艺,其引入细晶消除循环使晶体粒度得到一定
程度的改善,实现了连续化生产,但由于系统结构相对简单,缺乏对细晶消除循环中细小晶
体采出比例及切割粒径的调节手段,以及没有考虑溶解速率与颗粒尺寸间的关系,导致其
效果并不十分理想,产品平均粒径仅为800μm,且从其附图4提供的粒度分布曲线来看,分布
曲线在100μm左右有一拖尾峰,晶体产品中仍混有一定比例的细小颗粒。
发明内容
高生产效率,节约生产空间及人力成本。同时所得晶体产品粒度大且均匀,平均粒径可达
1500μm以上,径距低于0.6,具有更好的外观形貌;同时,晶体纯度高,具有更优的物理化学
性质。
部及中上部设有上下两组溢流循环出口,在晶体床层区底部设有排料口,溢流循环出口经
循环设备与分级器相连,分级器设上下两个出口,上出口与主结晶器循环清液入口相连,相
应的循环管线上设有进料口,并与进料泵相连,下出口与溶解单元溶解罐进口相连,溶解罐
出口经循环设备与主结晶器溶解液入口相连;所述系统在主结晶器内靠近液面处、晶体床
层区、清液循环管线、溶解罐内设有温度及浓度传感器,主结晶器上下两组溢流循环出口及
分级器上下两个出口设调节阀可调节上下出口流量比例。
线与蒸汽压缩机入口相连,蒸汽压缩机出口经蒸汽管线与溶解单元蒸汽供热循环管线相
连;所述蒸汽压缩机采用离心式、罗茨式或螺杆式压缩机。
一定的节能效果,相应的代价为付出一定电耗成本。而对于有些工厂存在大量低温废热,无
需对此处热量进行回收的场景,或是不希望引入压缩机类动设备的应用场景,本系统亦可
采用间壁换热的方式对循环清液进行降温,采用新鲜蒸汽或工厂余热对溶解罐进行供热,
相应的技术方案如下:
器上出口经循环设备与一间壁式换热器物料侧入口相连,间壁式换热器物料侧出口与主结
晶器循环清液入口相连,相应的循环管线上设有进料口,并与进料泵相连,采用循环冷却水
对间壁式换热器内循环物料进行降温,溶解罐采用新鲜蒸汽或工厂余热进行供热。
定主结晶器内上升流速,进而确定主结晶器内循环流量,控制主结晶器内晶体床层区液相
上升流速为1‑9cm/s,结晶温度为35‑45℃,设置溶解罐内液相温度较主结晶器内液相温度
高2‑9℃,液相停留时间为80‑500S,并监测溶解罐内液相浓度及晶体悬浮量作为主结晶器
上下两组溢流循环出口及分级器上下出口阀门的调节信号,通过调整上下出口流量比例使
溶解罐维持在对应温度的饱和浓度下,并不发生晶体颗粒累积,在主结晶器晶体床层区底
部出料口采出晶浆,经稠厚离心获得大颗粒硫酸镍产品。
1700kg/m。
统中细晶消除循环的作用不仅在于降低主结晶器内晶体粒数密度,同时采出的细晶还兼具
着溶解后提供晶体继续生长所需过饱和度的任务,细晶消除比例和切割尺寸存在最优操作
条件,采出不足对粒度优化效果不明显,采出过量又会导致生产效率的下降。同时,如果不
考虑晶体生长及溶解的动力学速率问题还会导致系统进出料的不平衡及系统堵塞瘫痪等
问题。而本发明提供的系统及方法通过合理的结构设计及控制逻辑实现了大颗粒硫酸镍连
续结晶的稳定生产,较传统硫酸镍结晶系统及工艺具有以下明显优势:
行,提高生产效率,降低工人劳动强度。
附图说明
具体实施方式
施例所列的参数范围。
构,上直径为下直径的2倍,在晶体床层区顶部及中上部设有上下两组溢流循环出口,在晶
体床层区底部设有排料口,溢流循环出口经循环设备与分级器相连,分级器设上下两个出
口,上出口与主结晶器循环清液入口相连,相应的循环管线上设有进料口,并与进料泵相
连,下出口与溶解单元溶解罐进口相连,溶解罐出口经循环设备与主结晶器溶解液入口相
连;所述系统在主结晶器内靠近液面处、晶体床层区、清液循环管线、溶解罐内设有温度及
浓度传感器,主结晶器上下两组溢流循环出口及分级器上下两个出口设调节阀可调节上下
出口流量比例。所述系统中降温单元采用机械闪蒸降温方式对主结晶器内溶液进行降温,
降温单元包括一蒸汽压缩机及蒸汽管线,主结晶器顶部设有闪蒸汽出口,闪蒸汽出口经蒸
汽管线与蒸汽压缩机入口相连,蒸汽压缩机出口经蒸汽管线与溶解单元蒸汽供热循环管线
相连;所述蒸汽压缩机采用罗茨式压缩机。所述分级器采用旋液分离器组,所述溶解单元采
用外加换热器的外循环式溶解罐。
构,上直径为下直径的3倍,在晶体床层区顶部及中上部设有上下两组溢流循环出口,在晶
体床层区底部设有排料口,溢流循环出口经循环设备与分级器相连,分级器设上下两个出
口,上出口与主结晶器循环清液入口相连,相应的循环管线上设有进料口,并与进料泵相
连,下出口与溶解单元溶解罐进口相连,溶解罐出口经循环设备与主结晶器溶解液入口相
连;所述系统在主结晶器内靠近液面处、晶体床层区、清液循环管线、溶解罐内设有温度及
浓度传感器,主结晶器上下两组溢流循环出口及分级器上下两个出口设调节阀可调节上下
出口流量比例。所述系统中降温单元采用间壁换热方式替代机械闪蒸降温方式,具体连接
方式为分级器上出口经循环设备与一管壳式间壁换热器物料侧入口相连,间壁式换热器物
料侧出口与主结晶器循环清液入口相连,相应的循环管线上设有进料口,并与进料泵相连,
采用循环冷却水对管壳式间壁换热器内循环物料进行降温,溶解罐采用新鲜蒸汽或工厂余
热进行供热。所述分级器采用沉降罐形式,所述溶解单元采用带搅拌的夹套式溶解罐。
统。前端硫酸镍原料液浓缩至液相密度1600kg/m 后经进料管线进入结晶系统,主结晶器有
3
效体积为50m ,控制主结晶器内液相上升流速在2‑4cm/s。主结晶器内温度为40℃,设置溶
解罐内液相温度较主结晶器内液相温度高5℃,液相停留时间为300S,并监测溶解罐内液相
浓度及晶体悬浮量作为主结晶器上下两组溢流循环出口及分级器上下出口阀门的调节信
号,通过调整上下出口流量比例使溶解罐维持在45℃饱和浓度下,并不发生晶体颗粒累积,
在主结晶器晶体床层区底部出料口采出晶浆,经稠厚离心获得大颗粒硫酸镍产品。以此方
法获得的硫酸镍颗粒产品粒度大而均匀。平均粒径大于1500μm,径距小于0.6,粒度分布曲
线如附图3所示,所得晶体产品形貌如附图4所示。
统。前端硫酸镍原料液浓缩至液相密度1600kg/m 后经进料管线进入结晶系统,主结晶器有
3
效体积为50m ,控制主结晶器内液相上升流速在3‑5cm/s。主结晶器内温度为45℃,设置溶
解罐内液相温度较主结晶器内液相温度高3℃,液相停留时间为500S,并监测溶解罐内液相
浓度及晶体悬浮量作为主结晶器上下两组溢流循环出口及分级器上下出口阀门的调节信
号,通过调整上下出口流量比例使溶解罐维持在48℃饱和浓度下,并不发生晶体颗粒累积,
在主结晶器晶体床层区底部出料口采出晶浆,经稠厚离心获得大颗粒硫酸镍产品。以此方
法获得的硫酸镍颗粒产品粒度大而均匀。