PISONICS | 西安派声
PS7110 系列
在线折光浓度计
临界角折光 · 蓝宝石棱镜 · 温度补偿
锂电材料溶液浓度在线测量 行业应用方案
—— 氢氧化锂蒸发结晶 · 硫酸镍精制 · 前驱体配料 ——
【关键测量参数：LiOH / NiSO₄ wt% ／ 温度 ℃】
锂电材料溶液：氢氧化锂、硫酸镍浓度在线测量
一、在线浓度在这几道工序里管什么 What the Inline Value Is For
电池级单水氢氧化锂（GB/T 26008—2020）和精制硫酸镍（GB/T 26524—2023）都是从溶液里结晶出来的；三元前驱体共沉淀用的硫酸镍钴锰混合溶液（如 T/CNIA 0210—2023《硫酸镍钴混合溶液》）也按浓度配料。在线浓度在这些工序里管三件事：蒸发浓缩的终点、溶解配料的浓度、母液的状态。
二、氢氧化锂：溶解度随温度变化小 Lithium Hydroxide
LiOH 在 25 ℃ 的溶解度约 11 wt%（10.95 wt%），到 100 ℃ 也只有约 15 wt%。溶解度随温度变化很小，所以工业上靠蒸发结晶，而不是冷却结晶。苛化法（碳酸锂加石灰）得到的转化液，LiOH 浓度上限约 3.5 wt%（约 35 g/L）；从几个百分点蒸到接近饱和，在线浓度就是蒸发终点的判据。
| LiOH wt% | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 20 ℃ g/cm³ | 0.9982 | 1.0217 | 1.0437 | 1.0650 | 1.0862 | 1.1074 |
| 80 ℃ g/cm³ | 0.9718 | 0.9973 | 1.0189 | 1.0397 | 1.0600 | 1.0803 |
密度取自《国际物性表》（ICT），经 LLNL 1976 年报告转载。
由表估算：20 ℃ 时浓度每变 1 wt%，密度约变 0.011 g/cm³；10 wt% 的溶液每升温 1 ℃，密度变化约相当于 0.04 wt%——温度补偿不能省。折射率方向，25 ℃ 饱和 LiOH 溶液 nD 为 1.3735（公开文献），按水的 1.3325 粗算，每 1 wt% 约变 0.004；PS7110 的折射率精度 ±0.0001，按此换算在 0.03 wt% 量级——这只是单位换算，实际精度以实液标定为准。
要防的是结垢：LiOH 会吸收空气里的 CO₂ 生成碳酸锂，而碳酸锂的溶解度随温度升高而下降，容易在蒸发器和传感器的热面上结垢；结晶设备资料建议用无 CO₂ 的水、氮封。对在线仪表，测点要满管流动、避开冷点，检测面定期检查——积料只表现为读数缓慢漂移，不会报故障。
三、硫酸镍：颜色不是问题，结晶和温度才是 Nickel Sulfate
NiSO₄ 在 20 ℃ 的溶解度约 27.5 wt%（27.3 %～27.7 %）。结晶时的固相随温度变：31.5 ℃ 以下析出七水物，31.5～53.3 ℃ 为 α 型六水物，53.3 ℃ 以上为 β 型。精制多用蒸发结晶：一项公开研究里，50 ℃ 减压蒸发时母液镍含量由 99 g/kg 升到 138 g/kg；同类的电池级硫酸钴工艺，以蒸发出料比重 ≥ 1.50 作为终点——用的正是物性判据。
| NiSO₄ wt%（约） | 4.2 | 9.7 | 13.3 | 18.7 | 23.5 | 26.7 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 20 ℃ g/cm³ | 1.0437 | 1.1065 | 1.1504 | 1.2217 | 1.2898 | 1.3390 |
| 镍 g/L（约） | 17 | 41 | 58 | 87 | 115 | 136 |
密度取自 Vielma 等（2023，J. Solution Chem.），wt% 与镍 g/L 由 mol/kg 换算。
20 ℃ 时浓度每变 1 wt%，密度约变 0.011～0.015 g/cm³，浓度越高越大（按上表计算）。
硫酸镍溶液是绿色的。临界角折光仪只看全反射的明暗分界线位置，颜色和悬浮的晶体不移动分界线，只会让信号变弱；在含晶体的料浆里，折光测到的是母液浓度。声速法与颜色无关，但悬浮晶体会改变声速、衰减信号，含晶料浆不宜用声速法。所以颜色本身不是问题，要管的是结晶、结垢和温度补偿。
四、三元前驱体混合盐：单一物性只给总浓度 Mixed Ni / Co / Mn Feed
公开研究里，共沉淀的混合盐溶液总金属浓度为 2.0 mol/L，沉淀剂 NaOH 为 4.0 mol/L，氨水作络合剂，反应温度 55～60 ℃。
镍、钴、锰的硫酸盐在同一浓度下密度几乎一样：约 1 mol/kg、25 ℃ 时，NiSO₄ 1.1486、CoSO₄ 1.1470、MnSO₄ 1.1339 g/cm³，混合液基本按线性混合规律叠加。按这组数据（约 1 mol/kg）估算，相同总浓度下，NCM811 和 NCM622 两种料液的密度只差约 0.15 %，相当于总浓度变化约 1 % 引起的密度差。所以密度、折射率、声速这类单一物性，管得了总浓度（溶解、稀释、配料是否到位），管不了镍钴锰比例——比例要靠元素分析（如 ICP）。
沉淀剂那一路是单一组分：NaOH 溶液浓度可用超声声速法（PS7020）在线测，见 烧碱储罐浓度在线监测；氨水见 氨水 / 尿素溶液浓度在线监测。
五、测点与选型 Measuring Points
| 测点 | 介质 / 温度 | 用什么 | 要注意 |
|---|---|---|---|
| LiOH 蒸发进料 / 出料 | 数 wt% 到接近饱和 | PS7110（≤ 100 ℃，C 档）；100～120 ℃ 的清液可用 PS7020 高温型 | 碳酸锂结垢；避开冷点 |
| NiSO₄ 溶解 / 精制液 / 蒸发 | 至约 27 wt%（20 ℃ 饱和），蒸发时温度更高 | PS7110 | 温度补偿；结晶段注意水合物转变温度 |
| 混合盐配料槽出口 | 总金属约 2 mol/L | PS7110 | 只管总浓度 |
| NaOH 沉淀剂 | 约 4 mol/L | PS7020 | 见烧碱储罐页 |
| 档位 | 棱镜 | 过程温度 | 折射率范围 | 出厂标度 | 适用 |
|---|---|---|---|---|---|
| PS7110-A | 高强度光学玻璃 | 0～60 ℃ | 1.33299～1.46510 | 0～70 %Brix | 60 ℃ 以内的硫酸盐稀溶液（LiOH 等强碱液选蓝宝石棱镜的 B / C 档） |
| PS7110-B | 蓝宝石 | 0～70 ℃ | 1.33299～1.51782 | 0～90 %Brix | 70 ℃ 以内 |
| PS7110-C | 蓝宝石 | −10～100 ℃ | 1.33299～1.57041 | 0～100 %Brix | 70～100 ℃ 的蒸发料液 |
六、安装要点 Installation
- 检测面不得朝下——朝下会积料，而积料不会触发故障，只表现为读数缓慢单向漂移
- 立管安装时流体须自下而上——下行管停泵会掉液、不再满管，液面漫不过棱镜，读数即失去意义
- 水平管从底部上插（检测面朝上）或侧接（检测面竖直）均可；顶部下插为禁止装法
- 满管流动，避开冷点和死角；测点温度要高于该浓度的饱和温度
- 溶解、混合点下游留足直管段：前 10D、后 5D（最少前 5D、后 3D）
- 结垢倾向大的测点，清洗方式在设计阶段定
PS7110 关键参数 PS7110 Key Specifications
| 项目 | 指标（规格书 Rev.B） |
|---|---|
| 测量参数 | 折射率 nD；按标度换算浓度（%Brix，或按介质建立的 wt% 标度） |
| 测量精度 | 折射率 ±0.0001；Brix ±0.1 %；温度 ±0.5 ℃ |
| 分辨率 | 折射率 0.00001；Brix 0.01 %；温度 0.1 ℃ |
| 测量间隔 | 2～60 s 可设 |
| 耐压 | 检测表面 ≤ 1.5 MPa |
| 清洗温度 | 0～120 ℃，支持 CIP / SIP |
| 接液材质 | SS316L + 棱镜；B / C 档可选哈氏合金、钛、钽 |
| 过程连接 | 卡箍（卡盘 Ø77.5 mm）；可定制三通 / 四通（四通 DN25 / 50 / 65 / 80） |
| 输出信号 | 4–20 mA；RS485（Modbus RTU） |
| 供电 / 环境温度 | DC 24 V；−10～70 ℃ |
| 防爆 | Ex ia IIC T6 Ga（本安）；介质温度高时，温度组别按介质最高温度核定 |
选型前请确认 Before You Order
- 介质组成：单一盐还是混合盐，是否含氨、游离酸或游离碱。
- 每个测点的浓度范围和温度，含清洗、停车时的最低温度（防结晶）。
- 是否含晶体或悬浮物，结垢倾向。
- 管径、压力、流动状态。
- 化验方法（滴定、ICP）与比对频次；防爆区域与输出信号。
关于这页的性质：这是方法与选型说明，不是业绩案例。PS7110 在这个介质上目前没有可公开引用的投运数据，所以这里没有装机台数、节省比例或回收期——那些数字我们不编。页面里的数字只有三类：标准条文，公开资料里的物性数据及由它们推出的估算（标明「估算」「按……计算」），以及仪表自身的规格。
结语
西安派声（PISONICS）的在线密度 / 浓度测量覆盖 6 大类测量原理（超声、音叉、科氏力、光学、微波、差压），选型的第一步是先问：这道工序要测的到底是什么量、在哪一段。锂电材料溶液里，单一盐溶液用物性测浓度很直接；混合盐只能管总浓度，比例交给元素分析。相关阅读：光学浓度计原理：折光法与光谱法怎么选、光学浓度计、超声波密度计 / 浓度计。
