В настоящее время твердофазный метод является одним из наиболее зрелых и широко используемых процессов в производстве. катодные материалы из фосфата лития-железа (LiFePO4). Используя фосфат железа и карбонат лития в качестве основных сырьевых материалов, этот процесс обеспечивает крупномасштабное производство за счет точного дозирования, мокрого измельчения, высокотемпературного восстановительного спекания и последующей постобработки. Подробный производственный процесс и ключевые контрольные точки для каждого этапа описаны ниже:
Смешивание и дозирование
После проверки и хранения сырье, такое как фосфат железа, карбонат лития, глюкоза и добавки (проводящие вещества), временно размещается на складе сырья. Фосфат железа и карбонат лития поставляются в мешках-тоннах. Сначала мешки с фосфатом железа и карбонатом лития размещаются на верхней части силоса. С помощью внутренних режущих инструментов силоса дно мешка разрезается, чтобы материал мог упасть в силос. Временно хранящиеся в силосе материалы взвешиваются по формуле в дозирующем резервуаре. Глюкоза и проводящие вещества добавляются непосредственно в дозирующий резервуар.
При разгрузке таких материалов, как фосфат железа и карбонат лития, образуется пыль. При подаче материала активируется выпускной патрубок для сбора пыли, образующейся на выходе. Собранная пыль возвращается в процесс дозирования, а очищенные отработанные газы оседают в цехе.
Мельница-мешалка и Шлифовка
Для смешивания материалов используется влажный процесс. После дозирования фосфата железа, карбоната лития, глюкозы, чистой воды и проводящих агентов в дозирующем резервуаре, материалы образуют суспензию, которая перекачивается в мешалку. Для измельчения и смешивания используются шарики из оксидированного диоксида циркония, что позволяет уменьшить размер частиц до менее 50 меш. Затем суспензия переносится в песчаную мельницу для дальнейшего измельчения до тех пор, пока размер частиц не станет менее 100 меш.
В процессе производства ледяная вода используется для охлаждения мешалки и песочной мельницы, чтобы поддерживать низкую температуру материала. Ледяная вода возвращается в циркуляционный бассейн с охлаждающей водой и градирню, охлаждается и используется повторно без сброса. Ледяная вода дополнительно охлаждается холодильной системой для повторного использования. Поскольку мешалка и песочная мельница работают в замкнутой системе с влажными материалами, пыль не образуется. Однако операции перемешивания, измельчения и работы градирни создают некоторый шум.
Распылительная сушка
Измельченная суспензия подается в распылительную сушилку. В верхней части башни высокоскоростной центробежный распылитель распыляет суспензию в виде мелких капель, которые за очень короткое время контактируют с горячим воздухом, высыхая до полуфабриката в виде порошка. В качестве источника тепла сушилка использует природный газ. Горячий воздух нагревается в сушилке и поступает в воздухораспределитель в верхней части сушильной камеры. Горячий воздух поступает в сушильную камеру по спирали, достигая температуры 320 °C.
Все полуфабрикаты непрерывно выгружаются из нижней части сушильной башни и циклонного пылеуловителя. Отработанные газы отводятся вентилятором в рукавный фильтр для удаления пыли. Пыль, собранная рукавным фильтром, возвращается в процесс сушки. Очищенные отработанные газы выводятся через дымоход высотой 25 м. Размер пор рукавного фильтра составляет <0,1 мкм. Температура отработанных газов на входе и выходе составляет около 100 °C; водяной пар не конденсируется в капли и не влияет на рукавный фильтр. Распылительная сушилка издает шум во время работы.
Спекание
Материал, собранный пылесборником распылительной сушки, по герметичному трубопроводу подается в процесс спекания с помощью вакуумной подачи, что исключает образование пыли. Спекание материала происходит в герметичной роликовой печи. Температура спекания устанавливается в разных зонах в зависимости от процесса спекания, обычно 700–800 °C (роликовая печь использует электрический нагрев). Материал загружается в графитовые тигли (без образования пыли) на ролике. Вращение ролика перемещает тигли вперед, завершая процесс спекания.
В процессе спекания трехвалентное железо восстанавливается до двухвалентного железа. Для создания инертной атмосферы в печь для спекания подается азот высокой чистоты, получаемый с помощью генератора азота. LiFePO₄ синтезируется при высокой температуре с конверсией реакции 99,91 TP3T (в пересчете на LiFePO₄), а выход LiFePO₄ составляет 99,51 TP3T.
Основной механизм реакции выглядит следующим образом:
- Разложение карбоната лития с выделением CO₂:
Li₂CO₃ → Li₂O + CO₂ - Глюкоза разлагается на углерод и воду в инертной атмосфере:
C₆H₁₂O₆ → 6C + 6H₂O - Фосфат железа реагирует с литием в присутствии углерода, образуя LiFePO₄:
2FePO₄ + Li₂O + 6C → 2LiFePO₄ + 5C + CO
Общая реакция:
2FePO₄ + Li₂CO₃ + C₆H₁₂O₆ → 2LiFePO₄ + 5C + CO₂ + CO + 6H₂O
После спекания материал охлаждают и отправляют на дробление. классификация В секции послеспекания роликовой печи используется водяная циркуляционная рубашка и воздушное охлаждение. Циркулирующая вода охлаждается стекловолоконной градирней и используется повторно.
В процессе спекания происходят побочные реакции, обусловленные разложением глюкозы:
C₆H₁₂O₆ → 6C + 6H₂O
C + CO₂ → 2CO
Генератор азота использует технологию разделения воздуха, используя воздух в качестве сырья и углеродные молекулярные сита в качестве адсорбентов. Он работает по принципу адсорбции с изменением давления, избирательно адсорбируя кислород и азот для их разделения. Во время работы генератора азота возникает шум.
В процессе спекания образуется большое количество водяного пара, CO, CO₂ и незначительное количество летучих продуктов неполного разложения глюкозы, которые попадают в систему сжигания отработанных газов после спекания. Отработанные газы воспламеняются природным газом и выводятся через дымоход высотой 15 м. К загрязняющим веществам в отработанных газах относятся пыль, SO₂ и NOx. Тепло, выделяемое при сгорании, используется для предварительного подогрева воздуха в процессе распылительной сушки.
Струйное фрезерование
После спекания материал подается в струйную мельницу для измельчения. Используется струйная мельница с псевдоожиженным слоем. Сжатый воздух ускоряется через четыре сопла Лаваля, окружающие камеру измельчения, образуя сверхзвуковой поток. В зоне измельчения частицы сталкиваются в точках пересечения сопел, что приводит к измельчению.
Грунт переносится восходящим потоком воздуха в зону классификации. Высокоскоростной классификатор Струйное измельчение отделяет мелкие частицы, которые собираются циклонными сепараторами и рукавными фильтрами. Крупные частицы возвращаются в зону измельчения для дальнейшего помола. Отработанные газы фильтруются и рециркулируются через вентиляторную турбину в мельницу; газы используются повторно и не сбрасываются. Материал, собранный циклонными и рукавными фильтрами, транспортируется на следующий этап обработки. Процесс струйного измельчения работает в замкнутом цикле, не производя выбросов пыли.
Магнитная сепарация и фильтрация
Под струйной мельницей установлены электромагнитные сепараторы и сита для сухих порошков. Материал, собранный циклонными и рукавными фильтрами, попадает в эти устройства для удаления железа и просеивания с целью устранения магнитных примесей. Контейнер для удаления железа герметично закрыт. После просеивания и удаления железа материал поступает в вакуумную упаковочную машину. Этот процесс полностью герметичен, не образуя пыли, за исключением небольшого количества железного шлака, который собирается и перерабатывается.
Вакуумная упаковка
Порошкообразный продукт автоматически подается в вакуумную упаковочную машину для вакуумной герметизации. Воздух внутри упаковочного пакета удаляется, унося с собой небольшое количество порошка. Пыль, образующаяся в процессе вакуумной упаковки, собирается встроенным рукавным фильтром в закрытом упаковочном помещении. После обработки отработанный воздух оседает в цехе.
Заключение
В целом, от точного дозирования и смешивания до окончательной вакуумной упаковки, каждый этап производства твердотельного фосфата лития-железа тесно взаимосвязан и строго контролируется. Благодаря точному управлению такими критически важными параметрами, как размер частиц при измельчении, атмосфера спекания и магнитное удаление железа, эффективно гарантируется качество и чистота конечного катодного материала.
“Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться со службой поддержки Zelda Online по любым дополнительным вопросам.».
— Опубликовано Эмили Чен
“
