リン酸鉄リチウム（LFP）の製造工程とは？

リン酸鉄リチウム（LFP）製造工場では、リン酸鉄、炭酸リチウム、グルコースを主原料として使用しています。リン酸と二酸化チタンは添加剤として用いられます。工場では、混合バッチ処理、粗粉砕および微粉砕、噴霧乾燥、焼結、粉砕、バッチ混合およびふるい分け、磁気分離および包装といった一連の工程を経て、LFP粉末を製造しています。.

詳細な製造工程は以下のとおりです。

1. バッチ処理と分散

この工程では、リン源、鉄源、リチウム源、糖源、リン酸、ポリエチレングリコール、二酸化チタンの6種類の原料が使用されます。.

電動ホイストがトン袋に入った原料を持ち上げ、供給ステーションに接続します。供給ステーションで袋を開封し、特定の比率に従って原料をバッチタンクに投入します。同時に、高純度水が計量され、タンクに添加されます。原料と水は比例的に混合されます。分散機の作用により、原料はタンク内で循環・分散され、スラリーが完全に混合されるまで攪拌されます。.

環境影響／汚染ノード： 荷降ろし工程では、一定量の粉塵を含む排ガス（G1）が発生します。このガスはバグフィルターで収集・処理され、排出基準を満たした後、32メートルの煙突から排出されます。バグフィルターで収集された粉塵はすべてバッチ処理工程に戻されます。また、この工程では廃棄包装袋も発生します。.

2. 粗いおよび微粉砕

リン酸鉄リチウム（LFP）スラリーは、ダイヤフラムポンプによって密閉型粗粉砕ビーズミル（8セット）に送り込まれる。粗粉砕により、材料の粒子サイズ（D50）は1～2μm未満に縮小される。.

粗粉砕後、スラリーはフィルターカートリッジを通して濾過され、さらに鉄除去装置を通して鉄不純物が除去されます。処理されたスラリーは、密閉型微粉砕ビーズミル（16セット）に移送され、微粉砕されます。この工程により、粒子径（D50）はさらに小さくなり、0.3～0.5μm未満になります。粗粉砕スラリーの濾過残渣は、再粉砕のために粗粉砕ミルに戻されます。.

粗粉砕工程と微粉砕工程の両方において、粉砕機の温度を低く保つために冷却水が必要です。使用済みの冷却水は冷却水プールに戻され、再利用前に氷水冷却システムによって再び冷却されます。粗粉砕工程と微粉砕工程は完全に密閉されており、原料は湿潤状態にあるため、粉塵は発生しません。微粉砕されたスラリーは最終的にLFPスラリータンクに送られます。.

環境影響／汚染ノード： 粉砕機の洗浄工程では一定量の廃水（W1）が発生します。この廃水は、工場内の廃水処理施設で基準を満たした後、排出されます。鉄除去工程（電磁式スラリー鉄除去装置8台を使用）では少量の金属鉄くず（S1、S2）が発生し、外部に販売されます。.

3. 湿式アイロンの取り外し

粉砕されたスラリーは電磁式乾式鉄除去装置に入り、製品から磁性不純物が除去される。鉄除去装置は完全に密閉されている。ふるい分けと鉄除去の後、原料はスプレードライヤーに入る。.

環境影響／汚染ノード： 磁気除去プロセスでは、主に鉄系金属からなる少量の磁性物質（S2）が生成されます。これらは外部に販売されます。.

4. スプレードライ

熱風炉で発生した高温の排ガスは、噴霧乾燥塔上部の空気分配器（4基）に入る。高温の空気は螺旋状に均一に乾燥室内に送られ、約300℃の温度に達する。.

LFPスラリーは、スクリューポンプによって乾燥塔上部の高速遠心噴霧器に送り込まれる。スラリーは極めて微細な霧状の液滴に噴霧される。これらの液滴は熱風と直接、かつ並流的に接触し、混合され、螺旋状に沈降する。スラリー中の水分は瞬時に蒸発する。ごく短時間のうちに、予めコーティングされたリン酸鉄と炭酸リチウムからなる乾燥粉末が形成される。半製品は、噴霧乾燥塔下部のバグフィルターによって回収される。バグフィルターに入る排ガスの温度は、水蒸気の露点よりも高いまま維持される。.

環境影響／汚染ノード： スプレードライタワーを支える熱風炉は、燃料として天然ガスを使用する。天然ガス燃焼によって発生する高温の排ガスは、加熱対象物と直接接触する。熱風炉（G2-1）からの排ガスと乾燥排ガス（G-2）は混合され、バグフィルター（4セット）で処理された後、煙突から排出される。フィルターで捕集された物質は、密閉された配管を通って次の工程へと送られる。.

5. 焼結

乾燥粉末材料は焼結前に貯蔵タンクに搬送されます。その後、自動的にサガーに充填され、焼結炉に送られます。サガー内の材料は窒素ガスで保護され、電気的に600～700℃以上に加熱されます。リン酸鉄リチウム（LFP）は定温焼成によって製造され、1バッチあたりの焼成時間は22時間です。.

この工程では、焼結炉内に保護雰囲気として窒素ガスが充填されます。これにより、還元された二価鉄（Fe²⁺）が三価鉄（Fe³⁺）に酸化されるのを防ぎます。焼結炉は完全に密閉された構造になっており、外部からの空気の侵入を防ぎます。.

焼結過程における主な化学反応は以下のとおりです。

炭酸リチウムは分解して二酸化炭素を放出し、酸化リチウムを生成する：Li2CO3→Li2O+CO2
グルコースは不活性雰囲気下で炭素と水に分解する：C6H12O6→6C+6H2O
リン酸鉄と酸化リチウムは炭素還元によりLFPを合成する。全体の反応式は、2FePO4+Li2CO3+C6H12O6→2LiFePO4+5C+CO2↑+CO↑+6H2Oである。
焼結中にもグルコース分解の副反応が起こる：C6H12O6→6C+6H2O，C+CO2→2CO
COの燃焼反応式は次のとおりです。2CO+O2→2CO2

焼結工程では、グルコースの分解により大量の水蒸気、CO、CO2、炭素、および低分子揮発性有機化合物（VOC）が発生する。加熱速度と焼成温度（600～700℃以上）を制御することで、グルコースの不完全分解生成物を揮発性ガスに変換する。これらのガスは排出前に焼却される。.

焼結が完了すると、材料は炉の出口から排出されます。排出部には、製品の温度を下げるための循環水冷却装置が備えられています。高温焼成中、各原料の分子構造が再構築されます。.

焼結後、材料はサガーアンローダーを介して焼結後貯蔵サイロに送られます。その後、直線ふるいによって選別され、正圧によってジェットミル工程に送られます。直線ふるいの唯一の目的は、大きな塊が装置を損傷するのを防ぐことであり、そのため選別された廃棄物は発生しません。.

環境影響／汚染ノード：

焼結時に発生する排ガス（G3-1）は、焼却炉（天然ガスを燃料とし、排ガスG3-2を生成）とバグフィルターを通過した後、煙突（DA006）から排出されます。各雰囲気ローラーハースキルンには1基の焼却装置が設置されており、合計8基の焼却装置があります。装入エリアと荷降ろしエリアからの排ガスは密閉システムで収集され、バグフィルター（各エリアに4基）で処理された後、煙突（DA006）から排出されます。.

6. ジェットミリング（空気粉砕）

焼結された材料は機械粉砕工程に入り、一時的に前粉砕サイロに貯蔵される。サイロ出口の粉末材料は、回転弁を通してジェットミルに均一に供給される。.

粉砕後、材料は上昇気流によって分級ゾーンに運ばれます。分級ホイールは高速回転します。基準を満たした微粉末は気流とともにバグフィルターに送られ、捕集されます。細かさの要件を満たさない粗粉末は、さらに粉砕するために粉砕ゾーンに戻されます。集塵機でろ過されたガスは、外部に排出されずに粉砕用空気圧縮機に戻され、リサイクルされます。バグフィルターは捕捉に使用され、捕捉された製品はバッチ混合タンクに送られます。.

環境影響／汚染ノード： ジェットミルからの排ガス（G4）は、バグフィルター（ジェットミル8台につき1台の集塵システムが装備されている）で処理された後、煙突（DA007）を通して排出される。バグフィルターで捕集された物質は、密閉された配管を通って次の工程へと送られる。.

7. バッチ混合、ふるい分け、および鉄分除去

ジェットミル式バッグフィルターで回収された原料は、空気圧搬送システムを介してリン酸鉄リチウム（LFP）完成品サイロに直接送られます。均一に混合された後、超音波振動ふるい（32セット）に送られます。ふるい分けされたLFPは、電磁式乾式粉末鉄除去装置（32セット）に入り、磁性不純物が除去されます。鉄除去装置は完全に密閉されています。.

環境影響／汚染ノード： 超音波振動ふるいは、高効率な密閉型ふるい分け装置です。ふるい分け工程では、粉塵排ガスはバグフィルター（バグフィルター1セット設置）で処理され、煙突（DA007）を通して排出されます。ふるい分け後に発生する粗粒分（S3）は主に鉄系金属で構成されており、外部に販売されます。.