فرن دوار يستخدم لإنتاج كربونات الليثيوم لبطاريات الليثيوم

مقدمة

التحميص التحويلي: يتم إرسال تركيز السبودومين يدويًا من صومعة التركيز عبر مصعد الدلو إلى صومعة التركيز، ثم يُضاف إلى ذيل الفرن الدوار لكربونات الليثيوم عبر وحدة التغذية القرصية ووحدة التغذية اللولبية. يعمل الغاز عالي الحرارة في قسم التسخين المسبق لغاز العادم على تجفيف التركيز، ويتم تبلور التركيز وتكليسه عند درجة حرارة حوالي 1200 درجة مئوية في قسم التكليس، ويتحول من نوع ألفا (نظام أحادي الميل، كثافة 3150 كجم/م³) إلى نوع بيتا من السبودومين. النظام الرباعي له كثافة 2400 كجم/م³، أي مادة الخبز، ومعدل التحويل حوالي 98%.

التقنية

عملية إنتاج كربونات الليثيوم
قسم الخبز
التحميص التحويلي: يتم إرسال تركيز السبودومين يدويًا من حوض التركيز إلى مصعد الدلو إلى صومعة التركيز، ثم يُضاف إلى ذيل الفرن الدوار لكربونات الليثيوم عبر وحدة التغذية القرصية ووحدة التغذية اللولبية، ويتم تسخينه مسبقًا بواسطة ذيل الفرن. يعمل الغاز عالي الحرارة في القسم على تجفيف التركيز، ويتم تبلور التركيز وتكليسه عند درجة حرارة حوالي 1200 درجة مئوية في قسم التكليس، ويتحول من نوع ألفا (نظام أحادي الميل، كثافة 3150 كجم/م³) إلى نوع بيتا من السبودومين (النظام الرباعي) بكثافة 2400 كجم/م³، أي مادة الخبز، ومعدل التحويل حوالي 98%.
التحميص بالحمض: بعد تبريد المادة المبردة في قسم التبريد، يتم تفريغها من رأس الفرن، ثم طحنها ناعماً إلى 0.074 مم في التبريد الطبيعي وطاحونة الكرات لتكون أكثر من 90%، ثم نقلها إلى صومعة مخلفات فرن التحميص بالحمض، ثم عبر وحدة التغذية والناقل اللولبي يتم إضافتها إلى آلة الحمض المختلط مع حمض الكبريتيك المركز (93% أو أكثر) بنسبة معينة (حمض الكبريتيك المركز بزيادة 35% عن مكافئ الليثيوم في مادة الخبز، حوالي 0.21 طن من حمض الكبريتيك المركز لكل طن من مادة الخبز)، ثم تُضاف إلى غرفة التحميص بالحمض، حيث يتم التحميص بالحمض المغلق عند درجة حرارة حوالي 250 إلى 300 درجة مئوية لمدة 30 إلى 60 دقيقة. يتفاعل السبودومين من نوع بيتا في الخبز مع حمض الكبريتيك، وتستبدل أيونات الهيدروجين في الحمض أيونات الليثيوم في السبودومين من نوع بيتا. يتحد Li2O مع SO42- لتكوين Li2SO4 القابل للذوبان في الماء للحصول على الكلنكر المحمض.
الترشيح والغسيل بالملاط: يتم تبريد الكلنكر وتحويله إلى ملاط لإذابة كبريتات الليثيوم القابلة للذوبان في الكلنكر في الطور السائل. لتقليل تآكل المحلول لمعدات الترشيح، يتم استخدام ملاط الحجر الجيري لتحييد الحمض المتبقي في الكلنكر لضبط الرقم الهيدروجيني. يتم ضبطه إلى 6.5 ~ 7.0، وفي نفس الوقت إزالة معظم الشوائب مثل الحديد والألومنيوم، ونسبة المواد الصلبة في محلول الترشيح حوالي 2.5، ووقت الترشيح حوالي 0.5 ساعة. يتم فصل ملاط الترشيح بالترشيح للحصول على محلول ترشيح يحتوي على حوالي 100 جم/لتر من Li2SO4 (Li2O 27 جم/لتر)، والكعكة المفلترة هي خبث الترشيح، ومحتوى الماء حوالي 35%. تحتوي كبريتات الليثيوم في السائل الملتصق بخبث الترشيح. لتقليل فقدان الليثيوم، يتم غسل خبث الترشيح بالتحريك العكسي، ويُعاد سائل الغسيل إلى الملاط للترشيح.
تنقية محلول الترشيح: عند تحميص مادة الخبز بالحمض وتكليسها، بالإضافة إلى قدرة الفلزات القلوية على التفاعل مع حمض الكبريتيك لإنتاج الكبريتات المقابلة القابلة للذوبان، تتفاعل أيضًا الحديد والألومنيوم والكالسيوم والمغنيسيوم وغيرها مع حمض الكبريتيك لإنتاج الكبريتات المقابلة. على الرغم من إمكانية إزالة بعض الشوائب في الكلنكر أثناء عملية الترشيح، تبقى الشوائب المتبقية في محلول الترشيح وتحتاج إلى تنقية إضافية لضمان جودة المنتج. تتم تنقية محلول الترشيح بطريقة إزالة الكالسيوم بالقلوية، حيث يتم قلوية محلول الترشيح بعامل قلوي هو حليب الجير (يحتوي على CaO 100-150 جم/لتر)، ورفع الرقم الهيدروجيني إلى 11-12 لتحلل المغنيسيوم والحديد إلى رواسب هيدروكسيد. بالإضافة إلى ذلك، يتفاعل محلول كربونات الصوديوم (يحتوي على Na2CO3 300 جم/لتر) مع كبريتات الكالسيوم لإنتاج راسب كربونات الكالسيوم، وبالتالي إزالة الكالسيوم في محلول الترشيح والكالسيوم المُدخل بواسطة عامل القلوية حليب الجير. يتم فصل ملاط إزالة الكالسيوم بالقلوية بواسطة فصل المحلول الصلب السائل، والمحلول الناتج هو سائل التنقية. نسبة الكالسيوم إلى الليثيوم أقل من 9.6×10-4، والكعكة المفلترة هي بقايا الكالسيوم، وتُعاد إلى الملاط للترشيح.
التبخير وتركيز سائل التنقية: يحتوي سائل التنقية على تركيز منخفض من كبريتات الليثيوم ومعدل ترسيب ليثيوم منخفض. لا يمكن استخدامه مباشرة لترسيب الليثيوم أو كلوريد الليثيوم. من الضروري ضبط سائل التنقية إلى الرقم الهيدروجيني 6-6.5 بحمض الكبريتيك أولاً، ثم التبخير والتركيز بواسطة مبخر ثلاثي التأثير. تركيز كبريتات الليثيوم في المركز هو 200 جم/لتر (يحتوي على Li2O 60 جم/لتر). يتم فصل السائل المركز بالترشيح بالضغط، ويستخدم الراشح لتغذية السائل إلى الخطوة التالية، وتُعاد الكعكة المفلترة إلى الملاط للترشيح.
2 قسم إنتاج كربونات الليثيوم
تمت إضافة سائل الإكمال والمحلول القلوي النقي (يحتوي على Na2CO3 300 جم/لتر) إلى خزان ترسيب الليثيوم بالتبخير لإجراء ترسيب الليثيوم بالتبخير (درجة حرارة ثابتة بعد الغليان لمدة ساعتين)، ويترسب الراسب بسبب انخفاض قابلية ذوبان كربونات الليثيوم، ومعدل ترسيب الليثيوم حوالي 85%. بعد ترسيب الليثيوم، يتم فصل كربونات الليثيوم الخام (التي تحتوي على أقل من 10% من الراشح) والمحلول الأم الأولي لترسيب الليثيوم بواسطة جهاز طرد مركزي.
يحتوي المحلول السائل الأساسي لليثيوم على كمية كبيرة من كبريتات الصوديوم وكبريتات الليثيوم الأعلى (حوالي 15% من الكمية الإجمالية)، ويُضاف السائل القلوي النقي (الذي يحتوي على Na2CO3 بتركيز 300 جم/لتر) لإجراء الترسيب الثاني لليثيوم للحصول على المنتج الخام الثاني والسائل الأم الثاني، السائل الأم. بعد المعادلة الحمضية وضبط الرقم الهيدروجيني بهيدروكسيد الصوديوم، يتم فصل المنتج الثانوي كبريتات الصوديوم اللامائية وسائل ترسيب الصوديوم عن طريق التبخير والطرد المركزي، ويتم تجفيف كبريتات الصوديوم اللامائية بالهواء الساخن وتعبئتها للحصول على مسحوق اليوانمينغ الثانوي. يُعاد سائل الصوديوم الأم إلى السائل الأم مرة واحدة.
يحتوي كربونات الليثيوم الخام الأولية والمنتج الخام الثاني على شوائب مثل Na2SO4 في السائل الملتصق، ثم يُقلب مع الماء النقي عند حوالي 90 درجة مئوية، ويُرسل سائل الغسيل إلى القلوي، وبعد الغسيل، يُفصل كربونات الليثيوم الرطبة بواسطة جهاز الطرد المركزي، ثم يُفصل كربونات الليثيوم الرطبة. بعد التجفيف بواسطة المجفف بالأشعة تحت الحمراء البعيدة، يزيل الفصل المغناطيسي شظايا الحديد وما شابه ذلك المنفصلة عن المجفف، وأخيرًا يُسحق بالهواء المضغوط ويُعبأ في المستودع.
يضيف هذا المشروع بشكل أساسي طاقة إنتاجية لكربونات الليثيوم بدرجة البطارية. من منظور عملية الإنتاج الإجمالية، فإن كربونات الليثيوم بدرجة البطارية وكربونات الليثيوم بدرجة الصناعية متشابهتان بشكل أساسي، والفرق هو أن ظروف التحكم في العملية لقسمي التبخير وترسيب الليثيوم مختلفة، أي أن الثقل النوعي للسائل ومرور اللهب يُقاسان بمقياس الكثافة عند تركيز سائل التنقية بالتبخير. يقيس مقياس الضوء تركيز Li2O في السائل لضمان أن يكون تركيز السائل النهائي ضمن متطلبات العملية. عند استخدام الليثيوم، يعرض مقياس التدفق الكهرومغناطيسي درجات فتح مختلفة لصمام التنظيم للتحكم في سرعة التغذية، ويتم التحكم في سرعة المحرك بواسطة محول التردد للتحكم في سرعة التحريك للمحرك. ظروف التحكم في العملية المذكورة أعلاه كلها تقنيات رئيسية للشركة.
3 أقسام كلوريد الليثيوم اللامائي
يُخضع السائل المكتمل الذي تم الحصول عليه في قسم الخبز لتفاعل تبادل مع محلول كلوريد الكالسيوم، وبعد اكتمال التفاعل، يُفصل CaSO4•2H2O ويُرسل للحصول على منتج CaSO4. بعد الفصل، يتم الحصول على محلول مخفف من LiCl، ويُضاف β-Al2O3 النشط وNa2CO3 ومحلول NaOH بالتتابع لإزالة الشوائب مثل SO42- وCa2+ وMg2+ في المحلول المخفف من LiCl، ثم يُرفع تركيز LiCl إلى 400-500 جم/لتر عن طريق التبخير والتركيز. تم إجراء الترشيح بالتبريد، وفُصل NaCl الصلب للحصول على محلول مركز من LiCl. يُنقل محلول LiCl المركز إلى خزان التكرير ويُستبدل مع المستحضر المكرر المنتج ذاتيًا للشركة (تقنية حاصلة على براءة اختراع للشركة، مكونات غير عضوية، لا تحتوي على معادن ثقيلة سامة وضارة) مع Na+ للتحكم في نسبة Na+/LiCl في محلول نقطة النهاية لتكون أقل من 30 جزء في المليون. بعد الفصل، يتم الحصول على سائل LiCl مكتمل، وأخيرًا، يُجفف السائل النهائي بالرش للحصول على منتج كلوريد الليثيوم اللامائي الموحد.