يستخدم مصنع إنتاج فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) فوسفات الحديد وكربونات الليثيوم والجلوكوز كمواد خام أساسية. ويُستخدم حمض الفوسفوريك وثاني أكسيد التيتانيوم كمواد مضافة. ينتج المصنع مسحوق LFP من خلال سلسلة من العمليات، تشمل الخلط والطحن الخشن والناعم والتجفيف بالرش والتلبيد والتفتيت والخلط والغربلة، بالإضافة إلى الفصل المغناطيسي والتعبئة.
فيما يلي شرح مفصل لعملية الإنتاج:
1. التجميع والتوزيع
تُستخدم ستة أنواع من المواد الخام في هذه الخطوة: مصدر الفوسفور، ومصدر الحديد، ومصدر الليثيوم، ومصدر السكر، وحمض الفوسفوريك، والبولي إيثيلين جلايكول، وثاني أكسيد التيتانيوم.
ترفع الرافعات الكهربائية المواد الخام في أكياس سعة طن واحد وتوصلها بمحطة التغذية. تُفتح الأكياس في محطة التغذية، وتُضاف المواد إلى خزان الخلط وفقًا لنسبة محددة. في الوقت نفسه، تُضاف كمية مُقاسة من الماء عالي النقاوة إلى الخزان. تُخلط المواد الخام والماء بنسب متناسبة. وبفعل جهاز التشتيت، تدور المواد وتنتشر داخل الخزان حتى يمتزج الخليط تمامًا.
- نقطة التأثير البيئي / التلوث: تُنتج كمية معينة من غاز العادم المحمل بالغبار (G1) أثناء عملية التفريغ. يُجمع هذا الغاز ويُعالج بواسطة مرشح أكياس ليتوافق مع معايير التصريف، ثم يُصرف عبر مدخنة طولها 32 مترًا. يُعاد كل الغبار الذي جمعه مرشح الأكياس إلى مرحلة التجميع. بالإضافة إلى ذلك، تُنتج أكياس تغليف مستعملة خلال هذه العملية.
2. خشن و الطحن الدقيق
يُضخ معلق فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) بواسطة مضخات غشائية إلى مطاحن خرزية مغلقة للطحن الخشن (8 مجموعات). يقلل الطحن الخشن حجم جزيئات المادة (D50) إلى أقل من 1-2 ميكرومتر.
بعد الطحن الخشن، يُضخّ المعلق عبر خراطيش ترشيح، ثم عبر أجهزة إزالة الحديد للتخلص من شوائب الحديد. بعد ذلك، يُنقل المعلق المعالج إلى مطاحن خرزية مغلقة للطحن الدقيق (16 مجموعة) للطحن الدقيق. تُقلل هذه الخطوة حجم الجسيمات (D50) إلى أقل من 0.3-0.5 ميكرومتر. تُعاد البقايا الناتجة عن ترشيح المعلق الخشن إلى المطاحن الخشنة لإعادة الطحن.
تتطلب كلتا عمليتي الطحن الخشن والناعم ماء تبريد للحفاظ على درجة حرارة منخفضة للمطاحن. يعود ماء التبريد المستخدم إلى حوض التبريد، حيث يُبرد مرة أخرى بواسطة نظام تبريد بالماء المثلج قبل إعادة استخدامه. ولأن عمليتي الطحن الخشن والناعم تتمان في بيئة مغلقة تمامًا، ولأن المواد تكون رطبة، فلا يتولد أي غبار. يدخل المعجون المطحون ناعمًا في النهاية إلى خزان معجون LFP.
- نقطة التأثير البيئي / التلوث: ينتج عن تنظيف مطاحن الطحن كمية معينة من مياه الصرف (W1). تُصرّف هذه المياه بعد استيفائها للمعايير في محطة معالجة مياه الصرف التابعة للمصنع. وتُنتج عملية إزالة الحديد (باستخدام 8 مجموعات من أجهزة إزالة الحديد الكهرومغناطيسية) كمية صغيرة من خردة الحديد المعدني (S1، S2)، والتي تُباع للخارج.
3. إزالة المكواة الرطبة
يدخل الطين المطحون إلى جهاز إزالة الحديد الكهرومغناطيسي الجاف لإزالة الشوائب المغناطيسية من المنتج. جهاز إزالة الحديد محكم الإغلاق تمامًا. بعد الغربلة وإزالة الحديد، تدخل المواد الخام إلى مجفف الرذاذ.
- نقطة التأثير البيئي / التلوث: تُنتج عملية الإزالة المغناطيسية كمية صغيرة من المواد المغناطيسية (S2)، وهي في الأساس معادن حديدية. تُباع هذه المواد خارجياً.
4. التجفيف بالرش
يدخل غاز الاحتراق الساخن الناتج عن موقد الهواء الساخن إلى موزع الهواء في أعلى برج التجفيف بالرش (4 مجموعات). يدخل الهواء الساخن إلى حجرة التجفيف بشكل منتظم في نمط حلزوني، ليصل إلى درجة حرارة تقارب 300 درجة مئوية.
يُضخّ معلق فوسفات الحديد والليثيوم (LFP) إلى المرذاذ الطارد المركزي عالي السرعة في أعلى برج التجفيف بواسطة مضخة لولبية. يُحوّل المعلق إلى رذاذ دقيق للغاية. تتلامس هذه القطرات مباشرةً مع الهواء الساخن، وتختلط به، ثم تستقر بشكل حلزوني. يتبخر بخار الماء الموجود في المعلق فورًا. في غضون فترة وجيزة، يتشكل مسحوق جاف يتكون من فوسفات الحديد وكربونات الليثيوم المغلفين مسبقًا. يُجمع المسحوق شبه المصنّع بواسطة مرشح كيسي في أسفل برج التجفيف بالرش. تبقى درجة حرارة غاز العادم الداخل إلى المرشح الكيسي أعلى من نقطة تكثف بخار الماء.
- نقطة التأثير البيئي / التلوث: يستخدم موقد الهواء الساخن، الذي يدعم برج التجفيف بالرش، الغاز الطبيعي كوقود. يلامس غاز الاحتراق الساخن الناتج عن احتراق الغاز الطبيعي المادة مباشرةً لتسخينها. يُجمع غاز الاحتراق من موقد الهواء الساخن (G2-1) مع غاز العادم الناتج عن التجفيف (G-2)، ثم يُعالج بواسطة مرشحات كيسية (4 مجموعات)، ويُصرّف بعد ذلك عبر مدخنة. تدخل المواد التي جمعتها المرشحات إلى المرحلة التالية عبر أنابيب محكمة الإغلاق.
5. التلبيد
يُنقل مسحوق المادة المجفف إلى خزان التخزين قبل عملية التلبيد. ثم يُعبأ تلقائيًا في أكياس ويُرسل إلى فرن التلبيد. تُسخّن المادة داخل الأكياس كهربائيًا إلى درجة حرارة تتراوح بين 600 و700 درجة مئوية، مع حمايتها بغاز النيتروجين. يُنتج فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) من خلال التكليس عند درجة حرارة ثابتة، وتستغرق عملية التكليس الواحدة 22 ساعة.
خلال هذه العملية، يُملأ فرن التلبيد بغاز النيتروجين كجو واقٍ. يمنع هذا الغاز الحديد ثنائي التكافؤ المختزل (Fe²⁺) من التأكسد إلى حديد ثلاثي التكافؤ (Fe³⁺). يتميز فرن التلبيد ببنية محكمة الإغلاق تمامًا لمنع دخول الهواء الخارجي.
التفاعلات الكيميائية الأساسية أثناء عملية التلبيد هي كما يلي:
- يتحلل كربونات الليثيوم ليطلق ثاني أكسيد الكربون ويشكل أكسيد الليثيوم: Li2CO3→Li2O+CO2
- يتحلل الجلوكوز إلى كربون وماء في جو خامل: C6H12O6→6C+6H2O
- يُصنّع فوسفات الحديد وأكسيد الليثيوم مركب فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) تحت اختزال الكربون. الصيغة الكيميائية الإجمالية للتفاعل هي: 2FePO4 + Li2CO3 + C6H12O6 → 2LiFePO4 + 5C + CO2↑ + CO↑ + 6H2O
- تحدث تفاعلات جانبية لتحلل الجلوكوز أيضًا أثناء التلبيد: C6H12O6→6C+6H2O، C+CO2→2CO
- معادلة تفاعل احتراق أول أكسيد الكربون هي: 2CO + O2 → 2CO2
ينتج عن عملية التلبيد كمية كبيرة من بخار الماء، وأول أكسيد الكربون، وثاني أكسيد الكربون، والكربون، ومركبات عضوية متطايرة منخفضة الوزن الجزيئي، وذلك نتيجة لتحلل الجلوكوز. ومن خلال التحكم في معدل التسخين ودرجة حرارة التكليس (أعلى من 600-700 درجة مئوية)، يتم تحويل نواتج التحلل غير الكامل للجلوكوز إلى غازات متطايرة. تُحرق هذه الغازات قبل تصريفها.
بعد اكتمال عملية التلبيد، تُفرَغ المادة من نهاية الفرن. ويُجهَّز قسم التفريغ بجهاز تبريد مائي متداول لخفض درجة حرارة المنتج. وخلال عملية التكليس بدرجة حرارة عالية، تُعاد هيكلة جزيئات كل مادة خام.
بعد عملية التلبيد، تُنقل المادة إلى صومعة التخزين المخصصة لما بعد التلبيد عبر جهاز تفريغ. ثم تُغربل بواسطة منخل خطي وتُرسل عبر ضغط موجب إلى عملية الطحن النفاث. والغرض الوحيد من المنخل الخطي هو منع الكتل الكبيرة من إتلاف المعدات، وبالتالي لا تُنتج أي نفايات مُغربلة.
نقطة التأثير البيئي / التلوث:
يمر غاز العادم (G3-1) الناتج أثناء عملية التلبيد عبر محرقة (تعمل بالغاز الطبيعي، وتنتج غاز العادم G3-2) ومرشح أكياس قبل تصريفه عبر مدخنة (DA006). يُجهز كل فرن ذي موقد دوار بغطاء جوي بجهاز حرق واحد، ليصبح المجموع 8 مجموعات من المحارق. يُجمع غاز العادم من منطقتي التحميل والتفريغ في نظام مغلق، ويُعالج بواسطة مرشحات أكياس (أربع مجموعات لكل منطقة)، ثم يُصرف عبر المدخنة (DA006).
6. الطحن النفاث (التفتيت بالهواء)
تدخل المادة المتلبدة مرحلة الطحن الميكانيكي وتُخزن مؤقتًا في صومعة ما قبل الطحن. ثم يُغذى مسحوق المادة عند مخرج الصومعة بالتساوي إلى طاحونة نفاثة من خلال صمام دوار.
بعد عملية الطحن، يتم نقل المادة إلى تصنيف يتم توجيه الهواء إلى منطقة الطحن بواسطة تيار هواء صاعد. تدور عجلة التصنيف بسرعة عالية. يُرسل المسحوق الناعم المطلوب إلى مرشح أكياس لجمعه مع تيار الهواء. أما المسحوق الخشن الذي لا يستوفي متطلبات النعومة، فيعود إلى منطقة الطحن لمزيد من المعالجة. بعد ترشيح الغاز بواسطة جامع الغبار، يعود إلى ضاغط هواء الطحن لإعادة تدويره، ولا يُصرّف إلى الخارج. يُستخدم مرشح أكياس لاعتراض الغاز، ويُرسل المنتج المعترض إلى خزان الخلط الدفعي.
- نقطة التأثير البيئي / التلوث: تُعالج غازات عادم الطحن النفاث (G4) بواسطة مرشح أكياس (يُجهز نظام إزالة غبار واحد لكل 8 مجموعات من المطاحن النفاثة)، ثم تُصرف عبر مدخنة (DA007). وتدخل المواد التي يجمعها مرشح الأكياس إلى العملية التالية عبر أنابيب محكمة الإغلاق.
7. الخلط الدفعي، والغربلة، وإزالة الحديد
تُجمع المواد بواسطة مرشح الأكياس في مطحنة النفث مباشرةً إلى صومعة فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) عبر نظام نقل هوائي. بعد خلطها جيدًا، تدخل إلى مناخل اهتزازية فوق صوتية (32 مجموعة). ثم يدخل فوسفات الحديد الليثيوم المنخول إلى أجهزة إزالة الحديد الجافة الكهرومغناطيسية (32 مجموعة) لإزالة الشوائب المغناطيسية. أجهزة إزالة الحديد محكمة الإغلاق تمامًا.
- نقطة التأثير البيئي / التلوث: المنخل الاهتزازي فوق الصوتي جهاز غربلة مغلق عالي الكفاءة. خلال عملية الغربلة، يُعالج غاز العادم الغباري بواسطة مرشح أكياس (مجموعة واحدة من مرشحات الأكياس مُثبتة) ثم يُصرّف عبر مدخنة (DA007). تتكون المادة كبيرة الحجم (S3) الناتجة بعد الغربلة بشكل رئيسي من معادن حديدية، وتُباع للأسواق الخارجية.
8. التغليف
بعد الغربلة وإزالة الحديد، يدخل المنتج النهائي إلى صوامع التخزين المؤقت (8 مجموعات) لآلات التعبئة والتغليف بالتفريغ. ثم تتم عملية التعبئة بواسطة آلات التعبئة والتغليف بالتفريغ (8 مجموعات).
- نقطة التأثير البيئي / التلوث: تتم معالجة غاز العادم المحمل بالغبار (G6) الناتج أثناء عملية التعبئة والتغليف بواسطة مرشحات الأكياس (8 مجموعات من أجهزة إزالة الغبار). ثم يتم تصريفه عبر مدخنة مشتركة واحدة (DA007) لجميع أنظمة إزالة الغبار الثمانية.
“شكراً لقراءتكم. أتمنى أن يكون مقالي مفيداً. يُرجى ترك تعليق أدناه. كما يمكنكم التواصل مع ممثل خدمة عملاء زيلدا عبر الإنترنت لأي استفسارات أخرى.”
— نشر بواسطة إميلي تشين
