L'usine de production de phosphate de fer lithié (PFL) utilise du phosphate de fer, du carbonate de lithium et du glucose comme matières premières principales. L'acide phosphorique et le dioxyde de titane sont utilisés comme additifs. L'usine produit de la poudre de PFL par une série d'étapes, notamment le mélange par lots, le broyage grossier et fin, le séchage par atomisation, le frittage, la pulvérisation, le mélange et le tamisage par lots, ainsi que l'élimination magnétique et le conditionnement.
Le processus de production détaillé est décrit ci-dessous :
1. Mise en lots et dispersion
Six types de matières premières sont utilisés dans cette étape : source de phosphore, source de fer, source de lithium, source de sucre, acide phosphorique, polyéthylène glycol et dioxyde de titane.
Des palans électriques soulèvent les matières premières en big bags et les acheminent vers le poste d'alimentation. À ce poste, les big bags sont ouverts et les matières premières sont déversées dans la cuve de dosage selon un dosage précis. Simultanément, une quantité mesurée d'eau ultrapure est ajoutée à la cuve. Les matières premières et l'eau sont mélangées en proportions adéquates. Sous l'action d'un disperseur, les matières circulent et se dispersent dans la cuve jusqu'à l'obtention d'une suspension parfaitement homogène.
- Impact environnemental / Nœud de pollution : Lors du déchargement, une certaine quantité de gaz d'échappement chargés de poussières (G1) est générée. Ces gaz sont captés et traités par un filtre à manches afin de respecter les normes de rejet, puis évacués par une cheminée de 32 mètres. Toutes les poussières captées par le filtre à manches sont réinjectées dans la zone de dosage. Ce processus génère également des déchets de sacs d'emballage.
2. Grossier et Broyage fin
La suspension de phosphate de fer lithié (LFP) est pompée par des pompes à membrane dans des broyeurs à billes à broyage grossier fermés (8 jeux). Le broyage grossier réduit la taille des particules du matériau (D50) à moins de 1 à 2 μm.
Après un premier broyage grossier, la suspension est pompée à travers des cartouches filtrantes pour filtration, puis à travers des séparateurs de fer pour éliminer les impuretés ferreuses. La suspension traitée est ensuite transférée dans des broyeurs à billes fermés (16 jeux) pour un broyage fin. Cette étape réduit encore la taille des particules (D50) à moins de 0,3–0,5 μm. Le résidu de la filtration de la suspension grossière est renvoyé dans les broyeurs grossiers pour un second broyage.
Les procédés de broyage grossier et fin nécessitent tous deux un refroidissement par eau afin de maintenir une basse température dans les broyeurs. L'eau de refroidissement usée retourne au bassin de refroidissement. Elle est refroidie une seconde fois par un système de réfrigération à eau glacée avant d'être réutilisée. Grâce au fonctionnement entièrement clos des procédés de broyage grossier et fin et à l'humidité des matériaux, aucune poussière n'est générée. La suspension finement broyée est finalement acheminée vers le réservoir de suspension LFP.
- Impact environnemental / Nœud de pollution : Le nettoyage des broyeurs génère une certaine quantité d'eaux usées (W1). Ces eaux usées sont rejetées après traitement à la station d'épuration de l'usine. Le procédé de déferrisation (à l'aide de 8 séparateurs de fer électromagnétiques à suspension) produit une petite quantité de déchets de fer (S1, S2), qui sont vendus à l'extérieur.
3. Déferrisation à l'eau
La boue broyée est acheminée vers un séparateur électromagnétique à poudre sèche pour éliminer les impuretés magnétiques du produit. Ce séparateur est parfaitement étanche. Après tamisage et élimination du fer, les matières premières sont introduites dans le séchoir par atomisation.
- Impact environnemental / Nœud de pollution : Le procédé d'élimination magnétique génère une petite quantité de substances magnétiques (S2), principalement des métaux ferreux. Celles-ci sont vendues à des tiers.
4. Séchage par pulvérisation
Les gaz de combustion chauds produits par le four à air chaud pénètrent dans le distributeur d'air situé en haut de la tour de séchage par pulvérisation (4 unités). L'air chaud pénètre ensuite uniformément dans la chambre de séchage en spirale, atteignant une température d'environ 300 °C.
La suspension de LFP est pompée par une pompe à vis dans l'atomiseur centrifuge à grande vitesse situé en haut de la tour de séchage. Elle est atomisée en fines gouttelettes qui, au contact direct et co-courant de l'air chaud, se mélangent et se déposent en spirale. L'humidité de la suspension s'évapore instantanément. En très peu de temps, une poudre sèche composée de phosphate de fer pré-enrobé et de carbonate de lithium se forme. Cette poudre semi-finie est recueillie par un filtre à manches situé au bas de la tour de séchage par atomisation. La température des gaz d'échappement entrant dans le filtre reste supérieure au point de rosée de la vapeur d'eau.
- Impact environnemental / Nœud de pollution : Le four à air chaud alimentant la tour de séchage par atomisation utilise du gaz naturel comme combustible. Les gaz de combustion chauds du gaz naturel entrent directement en contact avec le matériau à chauffer. Les gaz de combustion du four à air chaud (G2-1) et les gaz d'échappement du séchage (G-2) sont combinés, traités par des filtres à manches (4 unités), puis évacués par une cheminée. Les matériaux retenus par les filtres sont acheminés vers l'étape suivante par des conduites étanches.
5. Frittage
La poudre séchée est transportée vers le réservoir de stockage avant frittage. Elle est automatiquement chargée dans des moules puis introduite dans le four de frittage. Sous atmosphère d'azote, la matière contenue dans les moules est chauffée électriquement à une température supérieure à 600–700 °C. Le phosphate de fer lithié (PFL) est produit par calcination à température constante, la durée de calcination d'un lot étant de 22 heures.
Durant ce procédé, le four de frittage est rempli d'azote gazeux afin de créer une atmosphère protectrice. Ceci empêche l'oxydation du fer divalent réduit (Fe²⁺) en fer trivalent (Fe³⁺). Le four de frittage est doté d'une structure parfaitement étanche pour empêcher toute entrée d'air extérieur.
Les principales réactions chimiques qui se produisent lors du frittage sont les suivantes :
- Le carbonate de lithium se décompose pour libérer du dioxyde de carbone et former de l'oxyde de lithium : Li2CO3 → Li2O + CO2
- Le glucose se décompose en carbone et en eau sous atmosphère inerte : C6H12O6 → 6C + 6H2O
- Le phosphate de fer et l'oxyde de lithium synthétisent le LFP par réduction du carbone. La formule de la réaction globale est : 2FePO4 + Li2CO3 + C6H12O6 → 2LiFePO4 + 5C + CO2↑ + CO↑ + 6H2O
- Des réactions secondaires de décomposition du glucose se produisent également pendant le frittage : C6H12O6 → 6C + 6H2O, C + CO2 → 2CO
- L'équation de la réaction de combustion du CO est : 2CO + O2 → 2CO2
Le frittage produit une grande quantité de vapeur d'eau, de CO, de CO₂, de carbone et de composés organiques volatils (COV) de faible masse moléculaire issus de la décomposition du glucose. En contrôlant la vitesse de chauffage et la température de calcination (supérieure à 600–700 °C), les produits de décomposition incomplète du glucose sont convertis en gaz volatils. Ces gaz sont incinérés avant leur rejet.
Une fois le frittage terminé, le matériau est déchargé à la sortie du four. La zone de déchargement est équipée d'un système de refroidissement à eau en circuit fermé afin d'abaisser la température du produit. Lors de la calcination à haute température, les molécules de chaque matière première se restructurent.
Après frittage, le matériau est acheminé vers le silo de stockage post-frittage via un déchargeur à godets. Il est ensuite tamisé par un tamis à ligne droite et envoyé sous pression positive vers le broyeur à jet. Le tamis à ligne droite a pour seul but d'empêcher les gros morceaux d'endommager l'équipement ; aucun déchet n'est donc produit.
Impact environnemental / Nœud de pollution :
Les gaz d'échappement (G3-1) générés lors du frittage traversent un incinérateur (alimenté au gaz naturel, produisant les gaz d'échappement G3-2) et un filtre à manches avant d'être évacués par une cheminée (DA006). Chaque four à sole à rouleaux atmosphérique est équipé d'un incinérateur, soit un total de 8 incinérateurs. Les gaz d'échappement provenant des zones de chargement et de déchargement sont collectés dans un système étanche, traités par des filtres à manches (quatre par zone), puis évacués par la cheminée (DA006).
6. Fraisage par jet (Pulvérisation à l'air)
Le matériau fritté est acheminé vers l'étape de pulvérisation mécanique et stocké temporairement dans le silo de pré-pulvérisation. La poudre à la sortie du silo est ensuite introduite uniformément dans le broyeur. broyeur à jet par une vanne rotative.
Après pulvérisation, le matériau est transporté vers le classification Un flux d'air ascendant crée une zone de broyage. La roue de classification tourne à grande vitesse. La poudre fine conforme est acheminée vers un filtre à manches pour être collectée avec le flux d'air. La poudre grossière, ne répondant pas aux exigences de finesse, retourne dans la zone de pulvérisation pour un broyage plus poussé. Après filtration par le dépoussiéreur, le gaz est renvoyé au compresseur d'air de pulvérisation pour être recyclé et n'est pas rejeté à l'extérieur. Un filtre à manches est utilisé pour la rétention des particules, et le produit retenu est envoyé dans la cuve de mélange par lots.
- Impact environnemental / Nœud de pollution : Les gaz d'échappement du broyeur à jet (G4) sont traités par un filtre à manches (un système de dépoussiérage est prévu pour 8 broyeurs à jet) puis évacués par une cheminée (DA007). Les matières collectées par le filtre à manches sont acheminées vers l'étape suivante par des conduites étanches.
7. Mélange par lots, tamisage et élimination du fer
Le matériau recueilli par le filtre à manches à jet d'air est directement acheminé par un système de transport pneumatique vers le silo de phosphate de fer lithié (LFP). Après homogénéisation, il passe dans 32 tamis vibrants à ultrasons. Le LFP tamisé est ensuite dirigé vers 32 séparateurs électromagnétiques à poudre sèche pour éliminer les impuretés magnétiques. Ces séparateurs sont parfaitement étanches.
- Impact environnemental / Nœud de pollution : Le tamis vibrant ultrasonique est un appareil de criblage fermé à haut rendement. Lors du tamisage, les gaz d'échappement des poussières sont traités par un filtre à manches (un filtre à manches est installé) puis évacués par une cheminée (DA007). Les particules surdimensionnées (S3) produites après le tamisage sont principalement composées de métaux ferreux et sont vendues à l'extérieur.
8. Emballage
Après tamisage et élimination du fer, le produit fini est acheminé vers les silos tampons (8 unités) des machines d'emballage sous vide. L'emballage est ensuite réalisé par ces mêmes machines (8 unités).
- Impact environnemental / Nœud de pollution : Les gaz d'échappement chargés de poussières (G6) générés lors du processus d'emballage sont traités par des filtres à manches (8 systèmes de dépoussiérage). Ils sont ensuite évacués par une seule cheminée commune (DA007) pour l'ensemble des 8 systèmes de dépoussiérage.
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— Publié par Emily Chen
