La planta de producción de fosfato de hierro y litio (LFP) utiliza fosfato de hierro, carbonato de litio y glucosa como materias primas principales. El ácido fosfórico y el dióxido de titanio se emplean como aditivos. La planta produce polvo de LFP mediante una serie de procesos, que incluyen la mezcla por lotes, la molienda gruesa y fina, el secado por pulverización, la sinterización, la pulverización, la mezcla por lotes y el tamizado, así como la eliminación magnética y el envasado.
A continuación se describe detalladamente el proceso de producción:
1. Agrupación y dispersión
En esta etapa se utilizan seis tipos de materias primas: fuente de fósforo, fuente de hierro, fuente de litio, fuente de azúcar, ácido fosfórico, polietilenglicol y dióxido de titanio.
Los polipastos eléctricos elevan las materias primas en sacos de una tonelada y las conectan a la estación de alimentación. En la estación de alimentación, se abren los sacos y se añaden los materiales al tanque de dosificación en una proporción específica. Simultáneamente, se agrega al tanque una cantidad medida de agua de alta pureza. Las materias primas y el agua se mezclan proporcionalmente. Mediante un dispersor, los materiales circulan y se dispersan dentro del tanque hasta que la mezcla esté completamente homogénea.
- Impacto ambiental / Nodo de contaminación: Durante el proceso de descarga se genera una cierta cantidad de gases de escape cargados de polvo (G1). Estos gases se recogen y tratan mediante un filtro de mangas para cumplir con las normas de vertido, y luego se descargan a través de una chimenea de 32 metros. Todo el polvo recogido por el filtro de mangas se recircula a la etapa de dosificación. Además, durante este proceso se generan bolsas de embalaje de desecho.
2. Grueso y Molienda fina
La suspensión de fosfato de hierro y litio (LFP) se bombea mediante bombas de diafragma a molinos de perlas cerrados de molienda gruesa (8 unidades). La molienda gruesa reduce el tamaño de partícula del material (D50) a menos de 1–2 μm.
Tras la molienda gruesa, la suspensión se bombea a través de cartuchos filtrantes para su filtración y, posteriormente, a través de separadores de hierro para eliminar las impurezas de hierro. La suspensión tratada se transfiere a 16 molinos de perlas cerrados para la molienda fina. Este paso reduce aún más el tamaño de partícula (D50) a menos de 0,3–0,5 μm. El residuo de la filtración de la suspensión gruesa se devuelve a los molinos gruesos para su remolienda.
Tanto el proceso de molienda gruesa como el de molienda fina requieren agua de refrigeración para mantener una temperatura baja en los molinos. El agua de refrigeración usada regresa al depósito de agua de refrigeración. Se enfría nuevamente mediante un sistema de refrigeración por agua helada antes de su reutilización. Dado que los procesos de molienda gruesa y fina se realizan en un entorno completamente cerrado y los materiales están húmedos, no se genera polvo. La pulpa finamente molida finalmente ingresa al tanque de pulpa LFP.
- Impacto ambiental / Nodo de contaminación: La limpieza de los molinos genera una cierta cantidad de aguas residuales (W1). Estas aguas residuales se descargan en la planta de tratamiento de aguas residuales de la fábrica, una vez que cumplen con los estándares establecidos. El proceso de eliminación de hierro (mediante 8 conjuntos de removedores de hierro electromagnéticos) produce una pequeña cantidad de chatarra de hierro metálico (S1, S2), que se vende externamente.
3. Eliminación de hierro en húmedo
La pulpa molida ingresa al removedor de hierro electromagnético en polvo seco para eliminar las impurezas magnéticas del producto. El removedor de hierro está completamente sellado. Después del tamizado y la eliminación del hierro, las materias primas ingresan al secador por aspersión.
- Impacto ambiental / Nodo de contaminación: El proceso de eliminación magnética genera una pequeña cantidad de sustancias magnéticas (S2), que son principalmente metales ferrosos. Estas se venden externamente.
4. Secado por pulverización
Los gases de combustión calientes generados por la estufa de aire caliente entran en el distribuidor de aire situado en la parte superior de la torre de secado por pulverización (4 unidades). El aire caliente entra en la cámara de secado de forma uniforme, siguiendo un patrón en espiral, alcanzando una temperatura de alrededor de 300 °C.
La suspensión de LFP se bombea al atomizador centrífugo de alta velocidad situado en la parte superior de la torre de secado mediante una bomba de tornillo. La suspensión se atomiza en diminutas gotas de niebla. Estas gotas entran en contacto directo y en contracorriente con el aire caliente, se mezclan y se depositan en espiral. La humedad de la suspensión se evapora instantáneamente. En muy poco tiempo, se forma un polvo seco compuesto de fosfato de hierro y carbonato de litio pre-recubiertos. El polvo semiacabado se recoge mediante un filtro de mangas en la parte inferior de la torre de secado por pulverización. La temperatura de los gases de escape que entran en el filtro de mangas se mantiene por encima del punto de rocío del vapor de agua.
- Impacto ambiental / Nodo de contaminación: La estufa de aire caliente que alimenta la torre de secado por pulverización utiliza gas natural como combustible. Los gases de combustión calientes entran en contacto directo con el material para su calentamiento. Los gases de combustión de la estufa de aire caliente (G2-1) y los gases de escape del secado (G-2) se combinan, se tratan mediante filtros de mangas (4 conjuntos) y se descargan a través de una chimenea. Los materiales recogidos por los filtros pasan al siguiente proceso a través de tuberías selladas.
5. Sinterización
El material en polvo seco se transporta al tanque de almacenamiento antes de la sinterización. Se carga automáticamente en recipientes y luego se introduce en el horno de sinterización. Protegido por gas nitrógeno, el material dentro de los recipientes se calienta eléctricamente a más de 600–700 °C. El fosfato de hierro y litio (LFP) se produce mediante calcinación a temperatura constante, con un tiempo de calcinación por lote de 22 horas.
Durante este proceso, el horno de sinterización se llena con nitrógeno gaseoso como atmósfera protectora. Esto evita que el hierro divalente reducido (Fe²⁺) se oxide a hierro trivalente (Fe³⁺). El horno de sinterización cuenta con una estructura completamente sellada para impedir la entrada de aire exterior.
Las principales reacciones químicas que se producen durante la sinterización son las siguientes:
- El carbonato de litio se descompone liberando dióxido de carbono y formando óxido de litio: Li2CO3→Li2O+CO2
- La glucosa se descompone en carbono y agua bajo una atmósfera inerte: C6H12O6→6C+6H2O
- El fosfato de hierro y el óxido de litio sintetizan LFP mediante reducción de carbono. La fórmula de reacción global es: 2FePO4+Li2CO3+C6H12O6→2LiFePO4+5C+CO2↑+CO↑+6H2O，
- Durante la sinterización también se producen reacciones secundarias de descomposición de la glucosa: C6H12O6→6C+6H2O，C+CO2→2CO
- La ecuación de la reacción de combustión del CO es: 2CO + O2 → 2CO2
La sinterización genera una gran cantidad de vapor de agua, CO, CO₂, carbono y compuestos orgánicos volátiles (COV) de bajo peso molecular a partir de la descomposición de la glucosa. Al controlar la velocidad de calentamiento y la temperatura de calcinación (superior a 600-700 °C), los productos de descomposición incompleta de la glucosa se convierten en gases volátiles. Estos gases se incineran antes de su descarga.
Una vez finalizada la sinterización, el material se descarga al final del horno. La sección de descarga está equipada con un sistema de refrigeración por agua circulante para reducir la temperatura del producto. Durante la calcinación a alta temperatura, las moléculas de cada materia prima se reestructuran.
Tras la sinterización, el material se transporta al silo de almacenamiento posterior a la sinterización mediante un descargador de tipo bagger. A continuación, se tamiza con un tamiz lineal y se envía a presión positiva al proceso de molienda por chorro. La única función del tamiz lineal es evitar que los grumos grandes dañen el equipo, por lo que no se generan residuos de tamizado.
Impacto ambiental / Nodo de contaminación:
Los gases de escape (G3-1) generados durante la sinterización pasan por un incinerador (alimentado con gas natural, que genera los gases de escape G3-2) y un filtro de mangas antes de ser descargados por una chimenea (DA006). Cada horno de solera de rodillos atmosférico está equipado con un incinerador, lo que suma un total de 8 incineradores. Los gases de escape de la zona de carga y descarga se recogen en un sistema cerrado, se tratan con filtros de mangas (cuatro conjuntos para cada zona) y, posteriormente, se descargan por la chimenea (DA006).
6. Fresado por chorro (Pulverización por aire)
El material sinterizado pasa a la etapa de pulverización mecánica y se almacena temporalmente en el silo de prepulverización. El material en polvo a la salida del silo se alimenta uniformemente al molino de chorro mediante una válvula rotativa.
Tras la pulverización, el material es transportado a la zona de clasificación mediante un flujo de aire ascendente. La rueda de clasificación gira a alta velocidad. El polvo fino que cumple con los requisitos se envía a un filtro de mangas para su recolección junto con el flujo de aire. El polvo grueso que no cumple con los requisitos de finura regresa a la zona de pulverización para su posterior molienda. Después de ser filtrado por el colector de polvo, el gas regresa al compresor de aire de pulverización para su reciclaje y no se descarga al exterior. Se utiliza un filtro de mangas para la retención, y el producto retenido se envía al tanque de mezcla por lotes.
- Impacto ambiental / Nodo de contaminación: Los gases de escape del molino de chorro (G4) se tratan mediante un filtro de mangas (se instala un sistema de eliminación de polvo por cada 8 molinos de chorro) y luego se descargan a través de una chimenea (DA007). Los materiales recogidos por el filtro de mangas pasan al siguiente proceso a través de tuberías selladas.
7. Mezcla por lotes, tamizado y eliminación de hierro.
El material recogido por el filtro de mangas de molienda por chorro entra directamente en el silo de fosfato de hierro y litio (LFP) mediante un sistema de transporte neumático. Tras mezclarse uniformemente, pasa por 32 tamices vibratorios ultrasónicos. El LFP tamizado entra entonces en 32 separadores electromagnéticos de polvo seco para eliminar las impurezas magnéticas. Los separadores de hierro están completamente sellados.
- Impacto ambiental / Nodo de contaminación: El tamiz vibratorio ultrasónico es un dispositivo de cribado cerrado de alta eficiencia. Durante el proceso de tamizado, los gases de escape de polvo se tratan mediante un filtro de mangas (se instala un juego de filtros de mangas) y luego se descargan a través de una chimenea (DA007). El material de gran tamaño (S3) generado tras el tamizado se compone principalmente de metales ferrosos y se vende a terceros.
8. Embalaje
Tras el tamizado y la eliminación del hierro, el producto terminado entra en los silos de almacenamiento (8 unidades) de las máquinas de envasado al vacío. A continuación, el envasado se realiza mediante las máquinas de envasado al vacío (8 unidades).
- Impacto ambiental / Nodo de contaminación: Los gases de escape cargados de polvo (G6) generados durante el proceso de envasado se tratan mediante filtros de mangas (8 conjuntos de dispositivos de eliminación de polvo). Posteriormente, se descargan a través de una única chimenea compartida (DA007) para los 8 sistemas de eliminación de polvo.
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— Publicado por Emily Chen
