המצב הנוכחי והכיוון של טכנולוגיית גרפיטיזציה שלילית

עם הפיתוח המהיר של רכבי אנרגיה חדשים ברחבי העולם, הביקוש בשוק לחומרי האנודה של סוללות ליתיום גדל באופן משמעותי. על פי הסטטיסטיקה, בשנת 2021, שמונה מפעלי האנודות המובילים של סוללות ליתיום בתעשייה מתכננים להרחיב את כושר הייצור שלהם לכמעט מיליון טון. לגרפיטיזציה יש את ההשפעה הגדולה ביותר על המדד והעלות של חומרי האנודה. לציוד הגרפיטיזציה בסין יש סוגים רבים, צריכת אנרגיה גבוהה, זיהום כבד ודרגת אוטומציה נמוכה, מה שמגביל את הפיתוח של חומרי אנודה גרפיט במידה מסוימת. זוהי הבעיה העיקרית שיש לפתור בדחיפות בתהליך הייצור של חומרי האנודה.

1. מצב נוכחי והשוואה של תנור גרפיטיזציה שלילי

1.1 תנור גרפיטיזציה שלילי Atchison

בסוג הכבשן המשתנה המבוסס על תנור הגרפיטיזציה המסורתי של תנור Aitcheson, הכבשן המקורי נטען בכור גרפיט כמנשא של חומר אלקטרודה שלילי (הכור עמוס בחומר גלם של אלקטרודה שלילית מפוחם), ליבת הכבשן מלאה בחימום. חומר התנגדות, השכבה החיצונית מלאה בחומר בידוד ובידוד קיר תנור. לאחר חשמול, טמפרטורה גבוהה של 2800 ~ 3000 ℃ נוצרת בעיקר על ידי חימום של חומר הנגד, והחומר השלילי בכור היתוך מחומם בעקיפין כדי להשיג דיו אבן בטמפרטורה גבוהה של החומר השלילי

1.2. תנור גרפיטיזציה מסדרת חום פנימי

דגם התנור הוא התייחסות לכבשן הגרפיטיזציה הטורי המשמש לייצור אלקטרודות גרפיט, ומספר כור אלקטרודות (טעון בחומר אלקטרודה שלילי) מחוברים בסדרה לאורך. כור האלקטרודה הוא גם מוביל וגם גוף מחמם, והזרם עובר דרך כור האלקטרודה כדי ליצור טמפרטורה גבוהה ולחמם ישירות את חומר האלקטרודה השלילי הפנימי. תהליך ה-GRAPHItization אינו משתמש בחומר התנגדות, מפשט את פעולת התהליך של טעינה ואפייה, ומפחית את אובדן אחסון החום של חומר התנגדות, חוסך בצריכת חשמל

תנור גרפיטיזציה מסוג 1.3 תיבת רשת

יישום מספר 1 הולך וגדל בשנים האחרונות, העיקרי הוא למד סדרת acheson תנור גרפיטיזציה ומאפיינים טכנולוגיים משורשרים של תנור גרפיטציה, ליבת תנור של שימוש במספר חתיכות של מבנה חומר רשת האנודה, חומר לתוך הקתודה בחומר הגלם, דרך כל החיבור המחורץ בין עמודת צלחת האנודה קבוע, כל מיכל, השימוש בחותם צלחת האנודה עם אותו חומר. העמוד ולוח האנודה של מבנה קופסת החומר מהווים יחד את גוף החימום. החשמל זורם דרך האלקטרודה של ראש התנור לתוך גוף החימום של ליבת התנור, והטמפרטורה הגבוהה שנוצרת מחממת ישירות את חומר האנודה בקופסה כדי להשיג את מטרת הגרפיטיזציה

1.4 השוואה בין שלושה סוגי תנורי גרפיטציה

תנור הגרפיטיזציה מסדרת החום הפנימי מיועד לחמם ישירות את החומר על ידי חימום אלקטרודת הגרפיט החלולה. "חום הג'ול" המופק מהזרם דרך כור היתוך האלקטרודה משמש בעיקר לחימום החומר והכור היתוך. מהירות החימום מהירה, חלוקת הטמפרטורה אחידה, והיעילות התרמית גבוהה יותר מתנור Atchison המסורתי עם חימום חומר התנגדות. תנור הגריד-קופסת גרפיטציה שואב את היתרונות של תנור גרפיטיזציה טורתי בחום פנימי, ומאמץ את צלחת האנודה האפויה מראש בעלות נמוכה יותר כגוף החימום. בהשוואה לכבשן הגרפיטיזציה הטורי, כושר הטעינה של תנור הגרידיזציה עם קופסת הרשת גדולה יותר, וצריכת החשמל ליחידת מוצר מופחתת בהתאם.

2. כיוון פיתוח של תנור גרפיטציה שלילי

2. 1 ייעל את מבנה הקיר ההיקפי

כיום, שכבת הבידוד התרמי של כמה תנורי גרפיטציה מלאה בעיקר בפחמן שחור וקולה נפט. חלק זה של חומר הבידוד במהלך הייצור של חמצון בטמפרטורה גבוהה לשרוף, בכל פעם הטעינה מתוך הצורך להחליף או להשלים חומר בידוד מיוחד, החלפת תהליך של סביבה ירודה, עוצמת עבודה גבוהה.

יכול לשקול שימוש מיוחד בחוזק גבוה ובטמפרטורה גבוהה מלט קיר מקל מלט אדובי, לשפר את החוזק הכולל, להבטיח את הקיר בכל מחזור הפעולה יציבות בדפורמציה, איטום תפר לבנים בו זמנית, למנוע אוויר מוגזם דרך קיר הלבנים סדקים ופער משותף לתוך הכבשן, מפחיתים את אובדן שריפת החמצון של חומרי בידוד וחומרי האנודה;

השני הוא התקנת שכבת הבידוד הניידת הכוללת בתפזורת התלויה מחוץ לקיר התנור, כגון שימוש בלוח סיבי חוזק גבוה או לוח סיליקט סידן, שלב החימום ממלא תפקיד איטום ובידוד יעיל, השלב הקר נוח להסרה עבור קירור מהיר; שלישית, ערוץ האוורור מוגדר בתחתית הכבשן ובקיר הכבשן. תעלת האוורור מאמצת את מבנה לבני הסריג הטרומיות עם הפה הנשית של החגורה, תוך תמיכה במבנה המלט בטמפרטורה גבוהה, והתחשבות בקירור האוורור הכפוי בשלב הקר.

2. 2 ייעל את עקומת אספקת החשמל על ידי הדמיה מספרית

נכון לעכשיו, עקומת אספקת החשמל של תנור הגרפיטציה של האלקטרודה השלילית נעשית על פי הניסיון, ותהליך הגרפיטציה מותאם באופן ידני בכל עת בהתאם לטמפרטורה ולמצב התנור, ואין תקן אחיד. אופטימיזציה של עקומת החימום יכולה כמובן להפחית את מדד צריכת החשמל ולהבטיח את הפעולה הבטוחה של התנור. המודל המספרי של יישור המחט צריך להיות מבוסס באמצעים מדעיים על פי תנאי גבול ופרמטרים פיזיקליים שונים, ויש לנתח את הקשר בין הזרם, המתח, ההספק הכולל והתפלגות הטמפרטורה של החתך בתהליך הגרפיטיזציה, כך לגבש את עקומת החימום המתאימה ולהתאים אותה באופן רציף בפעולה בפועל. כמו בשלב המוקדם של העברת כוח הוא השימוש בהילוך כוח גבוה, ואז להפחית במהירות את ההספק ואז לאט לאט לעלות, כוח ואז להפחית את ההספק עד סוף ההספק

2. 3 הארך את חיי השירות של כור היתוך וגוף חימום

בנוסף לצריכת החשמל, חיי ההיתוך והמחמם קובעים ישירות את העלות של גרפיטיזציה שלילית. עבור כור היתוך גרפיט וגוף חימום גרפיט, מערכת ניהול הייצור של טעינה, שליטה סבירה בקצב החימום והקירור, קו ייצור כור היתוך אוטומטי, חיזוק איטום למניעת חמצון ואמצעים אחרים להגדלת זמני המחזור של כור ההיתוך, להפחית ביעילות את עלות הגרפיט דִיוּת. בנוסף לאמצעים לעיל, לוח החימום של תנור גרפיטיזציה בקופסת רשת יכול לשמש גם כחומר חימום של אנודה אפויה מראש, אלקטרודה או חומר פחמני קבוע עם התנגדות גבוהה כדי לחסוך בעלות הגרפיטיזציה.

2.4 בקרת גזי פליטה וניצול חום הפסולת

גז הפליטה הנוצר במהלך הגרפיטציה מגיע בעיקר מחומרים נדיפים ומוצרי בעירה של חומרי אנודה, שריפת פחמן משטח, דליפת אוויר וכן הלאה. בתחילת הפעלת התנור, נדיפים ואבק בורחים למספר גדול, סביבת הסדנה גרועה, לרוב הארגונים אין אמצעי טיפול יעילים, זוהי הבעיה הגדולה ביותר המשפיעה על הבריאות והבטיחות התעסוקתית של מפעילים בייצור אלקטרודות שליליות. יש לעשות מאמצים נוספים לשקול באופן מקיף את האיסוף והניהול האפקטיבי של גז פליטה ואבק בבית המלאכה, ויש לנקוט באמצעי אוורור סבירים כדי להפחית את טמפרטורת הסדנה ולשפר את סביבת העבודה של סדנת גרפיטציה.

לאחר שניתן לאסוף את גז הפליטה דרך הארובה לתוך תא הבעירה בעירה מעורבת, יש להסיר את רוב הזפת והאבק בגז הפליטה, צפוי שהטמפרטורה של גז הפליטה בתא השריפה היא מעל 800℃, ניתן להחזיר את חום הפסולת של גז הפליטה דרך דוד הקיטור של פסולת החום או מחליף החום. ניתן להשתמש גם בטכנולוגיית שריפת ה-RTO המשמשת בטיפול בעשן אספלט מפחמן לצורך התייחסות, וגז הפליטה מחומם ל-850 ~ 900℃. באמצעות שרפת אגירת חום, האספלט והרכיבים הנדיפים ושאר הפחמימנים הארומטיים הפוליציקליים בגז הפליטה מתחמצנים ולבסוף מתפרקים ל-CO2 ול-H2O, ויעילות הטיהור האפקטיבית יכולה להגיע ליותר מ-99%. למערכת פעולה יציבה וקצב פעולה גבוה.

2. 5 תנור גרפיטיזציה שלילי רציף אנכי

כמה סוגים של תנור גרפיטיזציה שהוזכרו לעיל הם מבנה התנור העיקרי של ייצור חומרי האנודה בסין, הנקודה המשותפת היא ייצור לסירוגין תקופתי, יעילות תרמית נמוכה, הטעינה מסתמכת בעיקר על פעולה ידנית, מידת האוטומציה אינה גבוהה. ניתן לפתח תנור גרפיטיזציה שלילי מתמשך אנכי דומה על ידי התייחסות למודל של תנור שריפת נפט קוקס ותנור פיר בוקסיט. ההתנגדות ARC משמשת כמקור חום בטמפרטורה גבוהה, החומר משוחרר באופן רציף על ידי כוח המשיכה שלו, ומבנה קירור המים או הגיזה הרגיל משמש לקירור החומר בטמפרטורה גבוהה באזור היציאה, ומערכת השינוע הפנאומטית של אבקה משמש לפריקה והזנה של החומר מחוץ לכבשן. סוג התנור יכול לממש ייצור מתמשך, ניתן להתעלם מאובדן אחסון החום של גוף התנור, כך שהיעילות התרמית משתפרת באופן משמעותי, יתרונות התפוקה וצריכת האנרגיה ברורים, וניתן לממש את הפעולה האוטומטית המלאה במלואה. הבעיות העיקריות שיש לפתור הן נזילות האבקה, אחידות דרגת הגרפיטיזציה, בטיחות, ניטור טמפרטורה וקירור וכו'. מאמינים שעם הפיתוח המוצלח של הכבשן להגדלת הייצור התעשייתי, הוא יחולל מהפכה בתחום השדה של גרפיטיזציה של אלקטרודות שלילית.

3 שפת הקשר

תהליך כימי גרפיט הוא הבעיה הגדולה ביותר שמציקה ליצרני חומרי האנודה של סוללות ליתיום. הסיבה הבסיסית היא שעדיין יש כמה בעיות בצריכת החשמל, העלות, הגנת הסביבה, מידת האוטומציה, הבטיחות והיבטים אחרים של תנור הגרפיטיזציה התקופתי בשימוש נרחב. המגמה העתידית של התעשייה היא לפיתוח של מבנה תנורי ייצור רציף של פליטה אוטומטית ומאורגנת לחלוטין, ותמיכה במתקני תהליך עזר בוגרים ואמינים. באותו זמן, בעיות הגרפיטיזציה הפוקדות מפעלים ישתפרו משמעותית, והתעשייה תיכנס לתקופה של התפתחות יציבה, שתגביר את הפיתוח המהיר של תעשיות חדשות הקשורות לאנרגיה