A planta de produção de fosfato de ferro-lítio (LFP) utiliza fosfato de ferro, carbonato de lítio e glicose como principais matérias-primas. Ácido fosfórico e dióxido de titânio são utilizados como aditivos. A planta produz o pó de LFP por meio de uma série de processos, incluindo mistura em lotes, moagem grossa e fina, secagem por aspersão, sinterização, pulverização, mistura em lotes e peneiramento, além de separação magnética e embalagem.
O processo de produção detalhado está descrito abaixo:
1. Dosagem e Dispersão
Nesta etapa, são utilizados seis tipos de matérias-primas: fonte de fósforo, fonte de ferro, fonte de lítio, fonte de açúcar, ácido fosfórico, polietilenoglicol e dióxido de titânio.
Guinchos elétricos elevam as matérias-primas em big bags e as conectam à estação de alimentação. Os big bags são abertos na estação de alimentação e os materiais são adicionados ao tanque de dosagem de acordo com uma proporção específica. Simultaneamente, uma quantidade medida de água de alta pureza é adicionada ao tanque. As matérias-primas e a água são misturadas proporcionalmente. Sob a ação de um dispersor, os materiais circulam e se dispersam dentro do tanque até que a pasta esteja completamente homogênea.
- Núcleo de Impacto Ambiental/Poluição: Uma certa quantidade de gases de exaustão carregados de poeira (G1) é gerada durante o processo de descarregamento. Esses gases são coletados e tratados por um filtro de mangas para atender aos padrões de emissão, sendo então expelidos por uma chaminé de 32 metros. Toda a poeira coletada pelo filtro de mangas retorna à etapa de dosagem. Além disso, sacos de embalagem descartáveis são gerados durante esse processo.
2. Grosso e Moagem fina
A pasta de fosfato de ferro-lítio (LFP) é bombeada por bombas de diafragma para moinhos de esferas de moagem grossa fechados (8 conjuntos). A moagem grossa reduz o tamanho das partículas do material (D50) para menos de 1–2 μm.
Após a moagem grosseira, a pasta é bombeada através de cartuchos filtrantes para filtração e, em seguida, através de removedores de ferro para eliminar impurezas de ferro. A pasta tratada é então transferida para moinhos de esferas fechados para moagem fina (16 conjuntos). Esta etapa reduz ainda mais o tamanho das partículas (D50) para menos de 0,3–0,5 μm. O resíduo da filtração da pasta grosseira é retornado aos moinhos grosseiros para nova moagem.
Tanto o processo de moagem grossa quanto o de moagem fina requerem água de resfriamento para manter a temperatura baixa nos moinhos. A água de resfriamento utilizada retorna ao reservatório de água de resfriamento e é resfriada novamente por um sistema de refrigeração com água e gelo antes de ser reutilizada. Como os processos de moagem grossa e fina são completamente fechados e os materiais estão úmidos, não há geração de poeira. A pasta finamente moída entra finalmente no tanque de pasta do moinho de partículas.
- Núcleo de Impacto Ambiental/Poluição: A limpeza dos moinhos gera uma certa quantidade de águas residuais (W1). Essas águas residuais são descartadas após atenderem aos padrões na estação de tratamento de efluentes da fábrica. O processo de remoção de ferro (utilizando 8 conjuntos de removedores eletromagnéticos de ferro por lama) produz uma pequena quantidade de sucata de ferro metálico (S1, S2), que é vendida externamente.
3. Remoção de Ferro Úmido
A pasta moída entra no separador eletromagnético de ferro em pó seco para eliminar impurezas magnéticas do produto. O separador de ferro é completamente selado. Após a peneiração e a remoção do ferro, as matérias-primas entram no secador por pulverização.
- Núcleo de Impacto Ambiental/Poluição: O processo de remoção magnética gera uma pequena quantidade de substâncias magnéticas (S2), que são principalmente metais ferrosos. Estas são vendidas externamente.
4. Secagem por Aspersão
Os gases de combustão quentes gerados pelo forno de ar quente entram no distribuidor de ar no topo da torre de secagem por aspersão (4 conjuntos). O ar quente entra na câmara de secagem uniformemente em um padrão espiral, atingindo uma temperatura de cerca de 300°C.
A pasta de LFP é bombeada para o atomizador centrífugo de alta velocidade no topo da torre de secagem por uma bomba de parafuso. A pasta é atomizada em gotículas de névoa extremamente finas. Essas gotículas entram em contato direto e em co-corrente com o ar quente, misturam-se e depositam-se em espiral. A umidade na pasta evapora instantaneamente. Em um curto período de tempo, forma-se um pó seco composto de fosfato de ferro pré-revestido e carbonato de lítio. O pó semiacabado é coletado por um filtro de mangas na parte inferior da torre de secagem por aspersão. A temperatura do gás de exaustão que entra no filtro de mangas permanece acima do ponto de orvalho do vapor de água.
- Núcleo de Impacto Ambiental/Poluição: O forno de ar quente que suporta a torre de secagem por aspersão utiliza gás natural como combustível. Os gases de combustão quentes do gás natural entram em contato direto com o material para aquecimento. Os gases de combustão do forno de ar quente (G2-1) e os gases de exaustão da secagem (G-2) são combinados, tratados por filtros de mangas (4 conjuntos) e, em seguida, descarregados através de uma chaminé. Os materiais coletados pelos filtros entram no processo seguinte através de tubos selados.
5. Sinterização
O material em pó seco é transportado para o tanque de armazenamento antes da sinterização. Ele é carregado automaticamente em recipientes e, em seguida, enviado para o forno de sinterização. Protegido por gás nitrogênio, o material dentro dos recipientes é aquecido eletricamente a mais de 600–700 °C. O fosfato de ferro-lítio (LFP) é produzido por calcinação a temperatura constante, com um tempo de calcinação de 22 horas por lote.
Durante esse processo, o forno de sinterização é preenchido com gás nitrogênio como atmosfera protetora. Isso impede que o ferro divalente reduzido (Fe²⁺) seja oxidado a ferro trivalente (Fe³⁺). O forno de sinterização possui uma estrutura completamente selada para impedir a entrada de ar externo.
As principais reações químicas durante a sinterização são as seguintes:
- O carbonato de lítio se decompõe liberando dióxido de carbono e formando óxido de lítio: Li₂CO₃ → Li₂O + CO₂
- A glicose se decompõe em carbono e água sob atmosfera inerte: C6H12O6 → 6C + 6H2O
- O fosfato de ferro e o óxido de lítio sintetizam LFP por meio da redução com carbono. A fórmula da reação global é: 2FePO4 + Li2CO3 + C6H12O6 → 2LiFePO4 + 5C + CO2↑ + CO↑ + 6H2O
- Reações secundárias da decomposição da glicose também ocorrem durante a sinterização: C6H12O6→6C+6H2O, C+CO2→2CO
- A equação da reação de combustão do CO é: 2CO + O₂ → 2CO₂
A sinterização produz uma grande quantidade de vapor de água, CO, CO2, carbono e compostos orgânicos voláteis (COVs) de baixa massa molecular a partir da decomposição da glicose. Controlando a taxa de aquecimento e a temperatura de calcinação (acima de 600–700 °C), os produtos da decomposição incompleta da glicose são convertidos em gases voláteis. Esses gases são incinerados antes do descarte.
Após a sinterização, o material é descarregado na extremidade do forno. A seção de descarga é equipada com um dispositivo de resfriamento por circulação de água para reduzir a temperatura do produto. Durante a calcinação em alta temperatura, as moléculas de cada matéria-prima se reestruturam.
Após a sinterização, o material é enviado para o silo de armazenamento pós-sinterização através de um descarregador de peneira. Em seguida, é peneirado por uma peneira linear e enviado sob pressão positiva para o processo de moagem a jato. A peneira linear tem como único objetivo evitar que grandes grumos danifiquem o equipamento, portanto, não há geração de resíduos.
Núcleo de Impacto Ambiental/Poluição:
O gás de exaustão (G3-1) gerado durante a sinterização passa por um incinerador (alimentado a gás natural, gerando o gás de exaustão G3-2) e um filtro de mangas antes de ser descarregado por uma chaminé (DA006). Cada forno de rolos com atmosfera controlada é equipado com um incinerador, totalizando 8 conjuntos de incineradores. O gás de exaustão da área de carregamento e da área de descarregamento é coletado em um sistema selado, tratado por filtros de mangas (quatro conjuntos para cada área) e, em seguida, descarregado pela chaminé (DA006).
6. Fresagem a jato (Pulverização a ar)
O material sinterizado entra na etapa de pulverização mecânica e é armazenado temporariamente no silo de pré-pulverização. O material em pó na saída do silo é alimentado uniformemente no moinho de jato através de uma válvula rotativa.
Após a pulverização, o material é transportado para a zona de classificação por um fluxo de ar ascendente. A roda de classificação gira em alta velocidade. O pó fino qualificado é enviado para um filtro de mangas para coleta juntamente com o fluxo de ar. O pó grosso que não atende aos requisitos de finura retorna à zona de pulverização para moagem adicional. Após ser filtrado pelo coletor de pó, o gás retorna ao compressor de ar de pulverização para reciclagem e não é descarregado externamente. Um filtro de mangas é usado para interceptação, e o produto interceptado é enviado para o tanque de mistura em lote.
- Núcleo de Impacto Ambiental/Poluição: O gás de exaustão da moagem a jato (G4) é tratado por um filtro de mangas (um sistema de remoção de poeira é instalado para cada 8 conjuntos de moinhos a jato) e, em seguida, descarregado através de uma chaminé (DA007). Os materiais coletados pelo filtro de mangas entram no processo seguinte através de tubos selados.
7. Mistura em lotes, peneiramento e remoção de ferro
O material coletado pelo filtro de mangas de moagem a jato entra diretamente no silo de fosfato de ferro-lítio (LFP) por meio de um sistema de transporte pneumático. Após ser homogeneizado, passa por peneiras vibratórias ultrassônicas (32 conjuntos). O LFP peneirado entra então em removedores eletromagnéticos de ferro em pó seco (32 conjuntos) para eliminar impurezas magnéticas. Os removedores de ferro são completamente selados.
- Núcleo de Impacto Ambiental/Poluição: A peneira vibratória ultrassônica é um dispositivo de peneiramento fechado de alta eficiência. Durante o processo de peneiramento, o gás de exaustão é tratado por um filtro de mangas (um conjunto de filtros de mangas está instalado) e, em seguida, descarregado através de uma chaminé (DA007). O material de tamanho excessivo (S3) gerado após o peneiramento consiste principalmente de metais ferrosos e é vendido externamente.
8. Embalagem
Após a peneiração e remoção do ferro, o produto acabado entra nos silos de armazenamento intermediário (8 conjuntos) das máquinas de embalagem a vácuo. A embalagem é então realizada pelas máquinas de embalagem a vácuo (8 conjuntos).
- Núcleo de Impacto Ambiental/Poluição: O gás de exaustão carregado de poeira (G6) gerado durante o processo de embalagem é tratado por filtros de mangas (8 conjuntos de dispositivos de remoção de poeira). Em seguida, é descarregado através de uma única chaminé comum (DA007) para todos os 8 sistemas de remoção de poeira.
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— Publicado por Emily Chen
