کوره دوار مورد استفاده برای تولید باتری لیتیوم کربنات به لیتیوم

مقدمه

برشته کردن تبدیلی: کنسانتره اسپودومن به صورت دستی از سیلوی کنسانتره از طریق بالابر سطل به سیلو کنسانتره ارسال می شود و سپس از طریق تغذیه کننده دیسک و پیچی به دم کوره دوار کربنات لیتیم افزوده می شود. کنسانتره پیش گرم کننده گاز دم با دمای بالا، کنسانتره در دمای حدود ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد در بخش کلسینه شده کریستالیزه و کلسینه می شود و توسط نوع α (سیستم مونوکلینیک، چگالی ۳۱۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب) به اسپودومن نوع β تبدیل می شود. سیستم چهارضلعی دارای چگالی ۲۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است که یک ماده پخت است و نرخ تبدیل آن حدود ۹۸٪ است.

فنی

فرآیند تولید کربنات لیتیوم
بخش پخت و پز
برشته کردن تبدیلی: کنسانتره اسپودومن به صورت دستی از مخزن کنسانتره به بالابر سطل و سپس به مخزن کنسانتره منتقل می شود و سپس از طریق تغذیه کننده دیسکی و پیچ خور به دم کوره دوار کربنات لیتیوم افزوده می شود و توسط دم کوره پیش گرم می گردد. کنسانتره خشک کننده گازی با دمای بالا، این کنسانتره در دمای حدود 1200 درجه سانتی گراد در بخش کلسیناسیون متبلور و کلسینه می شود و توسط نوع α (سیستم مونوکلینیک، چگالی 3150 کیلوگرم بر متر مکعب) (سیستم چهارضلعی) به اسپودومن نوع β تبدیل می گردد. چگالی آن 2400 کیلوگرم بر متر مکعب است، یعنی ماده پخت و نرخ تبدیل حدود 98٪ است.
برشته کردن اسیدی شده: پس از آنکه ماده خنک کننده توسط بخش خنک کننده سرد شد، از سر کوره تخلیه شده و سپس در آسیاب خنک کننده طبیعی و گلوله ای به صورت ریز تا 0.074 میلی متر آسیاب می شود تا بیش از 90٪ برسد، سپس به سطل باطله کوره برشته کننده اسیدی منتقل می شود، سپس از طریق تغذیه کننده و نوار نقاله پیچی به دستگاه اسید مخلوط اضافه می شود و اسید سولفوریک غلیظ (93٪ یا بیشتر) به نسبت مشخصی (غلیظ) به دستگاه اسید مخلوط اضافه می شود و اسید سولفوریک غلیظ (93٪ یا بیشتر) به نسبت مشخصی (غلیظ) اسید سولفوریک بیش از ۳۵٪ معادل لیتیم موجود در ماده پخت، حدود ۰.۲۱ تن اسید سولفوریک غلیظ در هر تن ماده پخت)، و سپس به برشته کاری اسیدی افزوده می شود. در محفظه، برشته کردن اسیدی بسته در دمای حدود ۲۵۰ تا ۳۰۰ درجه سانتی گراد به مدت ۳۰ تا ۶۰ دقیقه انجام می شود. اسپودومن نوع β موجود در پخت با اسید سولفوریک واکنش داده می شود و یون های هیدروژن موجود در اسید جایگزین یون های لیتیم در اسپودومن نوع β می شوند. Li2O با SO42 به عنوان Li2SO4 محلول در آب ترکیب می شود تا کلینکر اسیدی شده به دست آید.
شستشوی و شستشوی دوغاطی: کلینکر سرد و دوغاب داده می شود تا سولفات لیتیوم محلول در کلینکر به فاز مایع حل شود. برای کاهش خوردگی محلول به تجهیزات نشت، دوغاب سنگ آهک برای خنثی سازی اسید باقی مانده در کلینکر و تنظیم pH استفاده می شود. با تنظیم به ۶.۵ ~ ۷.۰ و در عین حال حذف بیشتر ناخالصی های آهن، آلومینیوم و سایر ناخالصی ها، نسبت جامد محلول لیچ حدود ۲.۵ و زمان شستشوی حدود ۰.۵ ساعت است. دوغاب شستشوی با فیلتراسیون جدا می شود تا محلولی با حدود ۱۰۰ گرم بر لیتر لیتیوم ۲ SO 4 (Li 2 O 27 g/L) به دست آید و کیک فیلتر آن سرباره شسته شده است و میزان آب آن حدود ۳۵٪ است. سولفات لیتیم در مایع باقی مانده نشت کننده که به آن چسبیده است، نگهداری می شود. برای کاهش اتلاف لیتیوم، سرباره شسته شده با هم زدن معکوس شسته می شود و مایع شستشو برای شستشو به دوغاب بازگردانده می شود.
تصفیه لیچک: زمانی که ماده پخت اسیدی و کلسینه می شود، علاوه بر قلیایی فلز می تواند با اسید سولفوریک واکنش داده و سولفات محلول متناظر تولید کند، سایر آهن، آلومینیوم، کلسیم، منیزیم و موارد مشابه نیز با اسید سولفوریک واکنش داده شده و سولفات متناظر را تولید می کنند. اگرچه برخی ناخالصی های کلینکر را می توان در طول فرآیند شستشو حذف کرد، اما ناخالصی های باقی مانده در لیچت باقی می مانند و برای تضمین کیفیت محصول باید بیشتر تصفیه شوند. تصفیه لیچکیت با روش دکلسیفاسیون قلیایی انجام می شود، به طوری که محلول شسته شونده با شیر آهکی عامل قلیایی (حاوی CaO 100-150 گرم بر لیتر) قلیایی می شود و pH را به 11-12 افزایش می دهد تا منیزیم و آهن به رسوب هیدروکسید هیدرولیز شوند. علاوه بر این، محلول کربنات سدیم (حاوی Na2CO3 به میزان ۳۰۰ گرم در لیتر) با سولفات کلسیم واکنش داده می شود تا رسوب کربنات کلسیم تولید شود و بدین ترتیب کلسیم موجود در شسته شده و کلسیم وارد شده توسط عامل قلیایی شیر آهکی حذف گردد. دوغاب حذف کلسیم قلیایی شده توسط محلول جامد مایع جدا می شود و محلول به دست آمده یک مایع خالص سازی است. نسبت کلسیم به لیتیم کمتر از ۹.۶×۱۰-۴ است و کیک فیلتر باقی مانده کلسیم است که برای شستشو به دوغ بازگردانده می شود.
تبخیر و غلظت مایع تصفیه کننده: مایع تصفیه کننده غلظت پایینی از سولفات لیتیوم و میزان رسوب لیتیوم پایین دارد. نمی توان آن را مستقیما برای بارش لیتیم یا کلرید لیتیوم استفاده کرد. لازم است مایع تصفیه ابتدا با اسید سولفوریک به pH 6-6.5 تنظیم شود و سپس با تبخیرکننده سه اثره تبخیر و غلیظ گردد. غلظت سولفات لیتیم در این کنسانتره ۲۰۰ گرم بر لیتر است (حاوی Li2O به میزان ۶۰ گرم بر لیتر). مایع غلیظ شده با فیلتراسیون فشار جدا می شود و فیلترات برای تأمین مایع به مرحله بعدی استفاده می شود و کیک فیلتر برای شستشو به دوغ بازگردانده می شود.
۲ بخش تولید کربنات لیتیم
مایع تکمیل کننده و قلیا خالص (حاوی Na2CO3 به اندازه ۳۰۰ گرم در لیتر) به مخزن لیتیوم تبخیرشونده افزوده شدند تا رسوب تبخیری لیتیوم (دمای ثابت پس از جوشیدن به مدت ۲ ساعت) انجام شود و رسوب به دلیل حلالیت پایین کربنات لیتیوم رسوب گذاری شد و نرخ رسوب لیتیم حدود ۸۵٪ بود. پس از رسوب لیتیم، کربنات لیتیوم خام (حاوی کمتر از ۱۰٪ فیلترات) و مایع مادر آبداری لیتیوم اولیه توسط دستگاه گریز از مرکز جدا می شوند.
محلول اولیه مایع لیتیوم حاوی مقدار زیادی سولفات سدیم و سولفات لیتیوم بالاتر (حدود ۱۵٪ از کل مقدار) است و مایع قلیایی خالص (حاوی Na2CO3 به اندازه ۳۰۰ گرم در لیتر) برای انجام رسوب دوم لیتیم به منظور به دست آوردن محصول خام دوم و مایع مادر دوم، مایع مادر، افزوده می شود. پس از خنثی سازی اسید و تنظیم pH هیدروکسید سدیم، سدیم سولفات بی آب و مادر مایع رسوب سدیم با تبخیر و سانتریفیوژ جدا می شوند و سولفات سدیم بی آب توسط جریان هوا خشک و بسته بندی می شود تا پودر یوان مینگ محصول جانبی به دست آید. سدیم مادر الکل برای یک بار به مادر الکل بازگردانده می شود.
کربنات لیتیوم خام اولیه و مایع چسبندگی محصول خام دوم حاوی ناخالصی هایی مانند Na2SO4 هستند و سپس با آب تصفیه شده در دمای حدود ۹۰ درجه سانتی گراد هم زده می شوند، مایع شستشو به قلیایی فرستاده می شود و پس از شستشو، کربنات لیتیوم مرطوب توسط سانتریفیوژ جدا می شود و سپس کربنات لیتیوم مرطوب جدا می گردد. پس از خشک شدن توسط خشک کن مادون قرمز دور، جداسازی مغناطیسی ذرات آهن و موارد مشابه را که از خشک کن جدا شده اند حذف کرده و در نهایت توسط جریان هوا خرد شده و در انبار بسته بندی می شود.
این پروژه عمدتا ظرفیت تولید کربنات لیتیوم با درجه باتری را افزایش می دهد. از دیدگاه کل فرآیند تولید، کربنات لیتیوم باتری دار و کربنات لیتیوم صنعتی اساسا یکسان هستند، تفاوت این است که شرایط کنترل فرآیند دو بخش تبخیر و فرو رفتن لیتیم متفاوت است، یعنی چگالی مخصوص مایع و عبور شعله توسط هیدرومتر اندازه گیری می شود وقتی مایع تصفیه با تبخیر غلیظ می شود. فوتومتر غلظت Li2O در مایع را اندازه گیری می کند تا اطمینان حاصل شود که غلظت مایع نهایی مطابق با الزامات فرآیند است. هنگام استفاده از لیتیوم، جریان سنج الکترومغناطیسی درجات مختلف باز شدن شیر تنظیم کننده را برای کنترل سرعت تغذیه نمایش می دهد و سرعت موتور توسط مبدل فرکانس برای کنترل سرعت همزن کنترل می شود. . شرایط کنترل فرآیند فوق همگی فناوری های کلیدی شرکت هستند.
۳ بخش کلرید لیتیوم بی آب
مایع تکمیل به دست آمده در بخش پخت تحت واکنش متاتزیس با محلول کلرید کلسیم قرار می گیرد و پس از اتمام واکنش، CaSO4•2H2O جدا شده و برای به دست آوردن محصول CaSO4 ارسال می شود. پس از جداسازی، محلول رقیق LiCl به دست می آید و محلول های فعال نوع β Al2O3، Na2CO3 و NaOH به ترتیب اضافه می شوند تا ناخالصی هایی مانند SO42-، Ca2+ و Mg2+ در محلول رقیق شده LiCl حذف شوند و سپس غلظت LiCl با تبخیر و غلظت به ۴۰۰-۵۰۰ گرم بر لیتر افزایش می یابد. فیلتراسیون خنک کننده انجام شد و NaCl جامد جدا شد تا محلول غلیظ LiCl به دست آید. محلول غلیظ LiCl به مخزن پالایش منتقل می شود و محلول تصفیه شده خودساخته شرکت (فناوری ثبت شده شرکت، اجزای معدنی که فاقد فلز سنگین سمی و مضر است) با Na+ جایگزین می شود تا نسبت Na+/LiCl در محلول انتهایی محلول کمتر از ۳۰ ppm کنترل شود. پس از جداسازی، مایع تکمیل LiCl به دست می آید و در نهایت مایع نهایی با اسپری خشک می شود تا محصول یکنواخت کلرید لیتیوم بدون آب به دست آید.