本發明涉及制備四氧化三鈷的技術領域，特別是一種制備純相四氧化三鈷的噴霧熱解爐。
背景技術：
四氧化三鈷是目前電池正極材料的主要前驅體之一，廣泛應用于手機、筆記本、充電寶等設備的二次電池的制備。目前工業生產中常用濕法化學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性能及其制備工藝均存在較大影響。
技術實現要素：
針對上述現有噴霧熱解生產裝置存在的問題，本發明提供一種調整、控制氧含量的噴霧熱解爐。
本發明的技術方案是：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、噴槍氣體調節輸送裝置、噴槍、助燃空氣氣氛調節裝置、燒嘴、燃燒段氣氛調節輸送裝置、輸送段氣氛調節裝置；將壓縮空氣與氧氣經過第一氣體混合配比儀混合，經過噴槍氣體調節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接觸霧化后進入熱解爐內；同時調節助燃空氣氣氛調節裝置，調節助燃空氣中氧氣摩爾含量為22%～80%，進入燒嘴；壓縮空氣與氧氣經過第二氣體混合配比儀混合后進入燃燒段氣氛調節輸送裝置，調節至氧氣摩爾含量為22%～80%并輸入熱解爐內；將氧氣通過氣體調節閥控制輸送至輸送段氣氛調節裝置，調節至氧氣摩爾含量為22%～80%。
所述燃燒段氣氛調節輸送裝置的氣體流速為5～50m3/h。
所述輸送段氣氛調節裝置的氧氣流量為1m3/h～50 m3/h。
所述燃燒段氣氛調節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構為筒狀。
所述噴槍噴口分布在熱解爐內部頂部，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、噴槍氣體調節輸送裝置、燃燒段氣氛調節輸送裝置、助燃空氣氣氛調節裝置、輸送段氣氛調節裝置。通過上述不同段氣氛調節，起到調節爐內氣氛的作用，關鍵是避免局部反應不足，起到及時保證爐內物料的充分反應、防止過燒的作用。該發明設備簡單易控制調節，且實用效果明顯，產出四氧化三鈷為純相，不含氧化亞鈷相，徹底解決了常規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是本發明的結構示意圖；
圖1中標記：1為熱解爐；2為第一氣體混合配比儀；3為噴槍氣體調節輸送裝置；4為噴槍；5為助燃空氣氣氛調節裝置；6為燒嘴；7為第二氣體混合配比儀；8為燃燒段氣氛調節輸送裝置；9為輸送段氣氛調節裝置。
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，包括筒狀結構的熱解爐1、噴槍4、燒嘴6，在噴槍4上接一分支，分支上設第一氣體混合配比儀2、噴槍氣體調節輸送裝置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節裝置5；燒嘴6下方的高溫燃燒區設有燃燒段氣氛調節輸送裝置8，燃燒段氣氛調節輸送裝置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節裝置9。所述燃燒段氣氛調節輸送裝置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的具體數量視熱解爐1內部體積而定，保證熱解爐的內部空間有效利用，又要確保鈷鹽的充分熱解。
該熱解爐包含四段氣氛調節控制，共同完成實現對產品的控制。①壓縮空氣與氧氣經過第一氣體混合配比儀2混合使得混合氣體內氧氣摩爾含量為22%～80%，經過噴槍氣體調節輸送裝置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。②調節助燃空氣氣氛調節裝置5，使得助燃空氣流量：氧氣流量比為5:1，最高不超過1 :2，主要作用是調節爐內氧分壓。③壓縮空氣與氧氣經過第二氣體混合配比儀7開啟燃燒段氣氛調節輸送裝置8，調整氧氣摩爾含量為22%～80%，氣體流速為5～50m3/h，可防止物料的過燒。④開啟輸送段氣氛調節裝置9，所述氧氣流量為1m3/h～50 m3/h，進一步保障反應的充分及消除氧化亞鈷相。
本發明提出了在噴槍中增加氧氣含量。常用噴槍在霧化反應過程中由于反應擴散時間不足，導致正常含氧量條件下一次反應不完全。因此，通過第一氣體混合配比儀2補充氧氣，再經過噴槍氣體調節輸送裝置3調節后進入噴槍4，使得熱解反應更為充分。
本發明還通過助燃空氣氣氛調節裝置5調節助燃空氣中含氧量，使得助燃空氣流量：氧氣流量比增加，增加爐內整體含氧量，進一步促進反應，使得反應完全，同時，限制氧化亞鈷的生成。
在實際生產過程中，經常存在由于在爐內停留時間長而產生的氧化亞鈷。為此，本發明提供了燃燒段氣氛調節輸送裝置8，及時吹掃高溫段易燒結停留的產物，并將已產生的氧化亞鈷消除。
本發明還在爐底輸送管道位置增加輸送段氣氛調節裝置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生。
上述的噴槍氣體調節輸送裝置3、助燃空氣氣氛調節裝置5、燃燒段氣氛調節輸送裝置8、輸送段氣氛調節裝置9，基本結構均為氣體流量調節裝置與壓力調節裝置的組合結構，用于配比相應設備所需的氣體壓力和流量調節，起到按設計條件供給規定條件的混合氣體的作用。
本發明通過對四氧化三鈷熱分解過程的熱動力學模型分析以及生產應用，實施了在噴槍、爐內氣氛、高溫段、爐底段關鍵位置的設備設計，有效解決了現有四氧化三鈷在噴霧熱解工藝條件下生產過程中易產生氧化亞鈷的問題。