המצב הנוכחי וכיוונה של טכנולוגיית גרפיטיזציה שלילית

עם הפיתוח המהיר של כלי רכב חדשים המופעלים על ידי אנרגיה ברחבי העולם, ביקוש השוק לחומרי אנודה לסוללות ליתיום גדל משמעותית. על פי נתונים סטטיסטיים, בשנת 2021, שמונה מפעלי אנודה לסוללות ליתיום המובילים בתעשייה מתכננים להרחיב את כושר הייצור שלהם לכמעט מיליון טון. לגרפיטיזציה יש את ההשפעה הגדולה ביותר על מדד ועלות חומרי האנודה. לציוד הגרפיטיזציה בסין יש סוגים רבים, צריכת אנרגיה גבוהה, זיהום כבד ורמת אוטומציה נמוכה, מה שמגביל במידה מסוימת את פיתוח חומרי האנודה של גרפיט. זוהי הבעיה העיקרית שיש לפתור בדחיפות בתהליך הייצור של חומרי האנודה.

1. מצב נוכחי והשוואה של תנור גרפיטיזציה שלילי

1.1 תנור גרפיטיזציה שלילי של אצ'יסון

בסוג התנור המשופר המבוסס על תנור הגרפיטיזציה המסורתי של תנור Aitcheson, התנור המקורי נטען בכור היתוך גרפיט כנשא של חומר האלקטרודה השלילית (כור היתוך נטען בחומר גלם של אלקטרודה שלילית מפוחמת), ליבת התנור ממולאת בחומר התנגדות חימום, השכבה החיצונית ממולאת בחומר בידוד ובבידוד דופן התנור. לאחר החשמול, נוצרת טמפרטורה גבוהה של 2800 ~ 3000 ℃ בעיקר על ידי חימום חומר הנגד, והחומר השלילי בכור היתוך מחומם בעקיפין כדי להשיג דיו אבן בטמפרטורה גבוהה של החומר השלילי.

1.2. תנור גרפיטיזציה סדרתי פנימי

מודל התנור הוא התייחסות לתנור גרפיטיזציה סדרתי המשמש לייצור אלקטרודות גרפיט, וכמה כור היתוך של אלקטרודות (טעונות בחומר אלקטרודה שלילית) מחוברות בטור לאורך. כור היתוך של האלקטרודה משמש גם כמנשא וגם כגוף חימום, והזרם עובר דרך כור היתוך האלקטרודות כדי לייצר טמפרטורה גבוהה ולחמם ישירות את חומר האלקטרודה השלילית הפנימית. תהליך הגרפיטיזציה אינו משתמש בחומר התנגדות, מה שמפשט את פעולת התהליך של טעינה ואפייה, ומפחית את אובדן אחסון החום של חומר ההתנגדות, וחוסך בצריכת חשמל.

1.3 תנור גרפיטיזציה מסוג קופסת רשת

היישום מספר 1 של תנור הגרפיטיזציה הולך וגדל בשנים האחרונות, והעיקר הוא למידה של מאפייני תנור הגרפיטיזציה בסדרת acheson וטכנולוגיה משולבת. ליבת התנור משתמשת במספר חלקים של רשת חומרי לוח האנודה, החומר נכנס לקתודה כחומר גלם, דרך כל חיבור חריץ בין עמודות לוח האנודה, וכל מיכל משתמש בלוח האנודה מאותו חומר אטום. העמודה ומבנה תיבת החומר לוח האנודה יוצרים יחד את גוף החימום. החשמל זורם דרך האלקטרודה של ראש התנור אל גוף החימום של ליבת התנור, והטמפרטורה הגבוהה הנוצרת מחממת ישירות את חומר האנודה בקופסה כדי להשיג את מטרת הגרפיטיזציה.

1.4 השוואה בין שלושה סוגי תנורי גרפיטיזציה

תנור הגרפיטיזציה הסדרתי הפנימי מיועד לחימום ישיר של החומר על ידי חימום אלקטרודת גרפיט חלולה. "חום הג'אול" המופק מהזרם דרך כור ההיתוך של האלקטרודה משמש בעיקר לחימום החומר והכור. מהירות החימום מהירה, פיזור הטמפרטורה אחיד, והיעילות התרמית גבוהה יותר מתנור אצ'יסון המסורתי עם חימום חומר התנגדות. תנור הגרפיטיזציה בקופסת רשת שואב את היתרונות של תנור הגרפיטיזציה הסדרתי הפנימי, ומאמץ את לוח האנודה האפוי מראש בעלות נמוכה יותר כגוף החימום. בהשוואה לתנור הגרפיטיזציה הסדרתי, קיבולת הטעינה של תנור הגרפיטיזציה בקופסת רשת גדולה יותר, וצריכת החשמל ליחידת מוצר מצטמצמת בהתאם.

2. כיוון פיתוח של תנור גרפיטיזציה שלילי

2. 1 אופטימיזציה של מבנה הקיר ההיקפי

כיום, שכבת הבידוד התרמי של מספר תנורי גרפיטיזציה מלאה בעיקר בפחמן שחור ובקוק נפט. חלק זה של חומר הבידוד עובר חמצון בטמפרטורה גבוהה במהלך הייצור, ובכל פעם עומס יש צורך להחליף או להוסיף חומר בידוד מיוחד, תהליך ההחלפה תקין עקב סביבה ירודה ועבודה אינטנסיבית גבוהה.

ניתן לשקול שימוש במקלות קיר בנייה בצמנט מיוחדים בעלי חוזק גבוה וטמפרטורה גבוהה, כדי לשפר את החוזק הכללי, להבטיח את יציבות הקיר בעיוותים לאורך כל מחזור הפעולה, לאטום את תפרי הלבנים, למנוע כניסת אוויר מוגזמת דרך סדקים ופערים בקירות הלבנים לתוך התנור, להפחית את אובדן החמצון של חומרי הבידוד וחומרי האנודה כתוצאה משריפת חמצון.

השני הוא להתקין את שכבת הבידוד הניידת הכוללת התלויה מחוץ לדופן הכבשן, כגון שימוש בלוח סיבים בעלי חוזק גבוה או לוח סידן סיליקט, שלב החימום ממלא תפקיד יעיל של איטום ובידוד, שלב הקור נוח להסרה לקירור מהיר; שלישית, תעלת האוורור ממוקמת בתחתית הכבשן ובדופן הכבשן. תעלת האוורור מאמצת מבנה לבני סריג טרומיות עם פתח נשי של החגורה, תוך תמיכה בבנייה בטון בטמפרטורה גבוהה, ובהתחשב בקירור אוורור מאולץ בשלב הקר.

2. 2 אופטימיזציה של עקומת אספקת החשמל באמצעות סימולציה נומרית

כיום, עקומת אספקת החשמל של תנור הגרפיטיזציה עם אלקטרודה שלילית נעשית בהתאם לניסיון, ותהליך הגרפיטיזציה מותאם באופן ידני בכל עת בהתאם לטמפרטורה ולמצב התנור, ואין סטנדרט אחיד. אופטימיזציה של עקומת החימום יכולה להפחית באופן ברור את מדד צריכת החשמל ולהבטיח את הפעולה הבטוחה של התנור. יש לקבוע את המודל המספרי של יישור המחטים באמצעים מדעיים בהתאם לתנאי גבול ופרמטרים פיזיקליים שונים, ויש לנתח את הקשר בין הזרם, המתח, ההספק הכולל והתפלגות הטמפרטורה של חתך הרוחב בתהליך הגרפיטיזציה, על מנת לגבש את עקומת החימום המתאימה ולהתאים אותה באופן רציף בפעולה בפועל. כמו בשלב המוקדם של העברת הכוח, השימוש בהעברה גבוהה מתרחש, ולאחר מכן הפחתה מהירה של ההספק ולאחר מכן עלייה איטית, והספק מופחת ולאחר מכן הפחתה של ההספק עד סוף ההספק.

2. 3 להאריך את חיי השירות של כור ההיתוך וגוף החימום

בנוסף לצריכת החשמל, אורך חיי כור ההיתוך והגוף החימום קובע ישירות גם את עלות הגרפיטיזציה השלילית. עבור כור היתוך גרפיט וגוף החימום של גרפיט, מערכת ניהול הייצור של העמסת הגרפיט, שליטה סבירה בקצב החימום והקירור, קו ייצור אוטומטי של כור ההיתוך, חיזוק האיטום למניעת חמצון ואמצעים אחרים להגדלת זמני המיחזור של כור ההיתוך, מפחיתים ביעילות את עלות דיו הגרפיט. בנוסף לאמצעים הנ"ל, ניתן להשתמש גם בלוח החימום של תנור הגרפיטיזציה של תיבת הרשת כחומר חימום של אנודה, אלקטרודה או חומר פחמן קבוע אפוי מראש עם התנגדות גבוהה כדי לחסוך בעלויות הגרפיטיזציה.

2.4 בקרת גזי פליטה וניצול חום פסולת

גזי הפליטה הנוצרים במהלך הגרפיטיזציה מגיעים בעיקר מחומרים נדיפים ותוצרי בעירה של חומרי אנודה, שריפת פחמן על פני השטח, דליפת אוויר וכן הלאה. בתחילת הפעלת התנור, חומרים נדיפים ואבק נפלטים בכמות גדולה, סביבת הסדנה גרועה, לרוב המפעלים אין אמצעי טיפול יעילים, וזו הבעיה הגדולה ביותר המשפיעה על בריאותם ובטיחותם התעסוקתית של המפעילים בייצור אלקטרודות שליליות. יש להשקיע מאמצים רבים יותר כדי לשקול באופן מקיף את איסוף וניהול יעילים של גזי פליטה ואבק בסדנה, ויש לנקוט באמצעי אוורור סבירים כדי להפחית את טמפרטורת הסדנה ולשפר את סביבת העבודה של סדנת הגרפיטיזציה.

לאחר שניתן לאסוף את גזי הפליטה דרך הארובה אל תוך תא הבעירה באמצעות בעירה מעורבת, ולסלק את רוב הזפת והאבק מגזי הפליטה, צפוי שטמפרטורת גזי הפליטה בתא הבעירה תהיה מעל 800 מעלות צלזיוס, וניתן יהיה להחזיר את חום הפסולת של גזי הפליטה באמצעות דוד קיטור חום פסולת או מחליף חום מעטפת. ניתן להשתמש גם בטכנולוגיית שריפת RTO המשמשת בטיפול בעשן אספלט פחמן כעיון, וגז הפליטה של ​​האספלט מחומם ל-850 ~ 900 מעלות צלזיוס. באמצעות בעירת אגירת חום, האספלט והרכיבים הנדיפים ופחמימנים ארומטיים פוליציקליים אחרים בגז הפליטה מתחמצנים ולבסוף מתפרקים ל-CO2 ו-H2O, ויעילות הטיהור האפקטיבית יכולה להגיע ליותר מ-99%. למערכת פעולה יציבה וקצב פעולה גבוה.

2. 5 תנור גרפיטיזציה שלילי רציף אנכי

מספר סוגי תנורי גרפיטיזציה שהוזכרו לעיל הם מבנה התנור העיקרי לייצור חומרי אנודה בסין. המשותף הוא ייצור לסירוגין תקופתי, יעילות תרמית נמוכה, עומס גזים מסתמך בעיקר על פעולה ידנית, ומידת האוטומציה אינה גבוהה. ניתן לפתח תנור גרפיטיזציה שלילי רציף אנכי דומה על ידי התייחסות לדגם של תנור הקלצינציה של קוק נפט ותנור פיר הקלצינציה של בוקסיט. קשת ההתנגדות משמשת כמקור חום בטמפרטורה גבוהה, החומר נפלט ברציפות על ידי כוח הכבידה שלו, ומבנה קירור מים או קירור גיזוז קונבנציונלי משמש לקירור החומר בטמפרטורה גבוהה באזור היציאה, ומערכת שינוע פנאומטית של אבקה משמשת לפריקת והזנת החומר מחוץ לתנור. סוג התנור יכול לממש ייצור רציף, ניתן להתעלם מאובדן אחסון החום של גוף התנור, כך שהיעילות התרמית משתפרת משמעותית, 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'. ההערכה היא שעם פיתוח מוצלח של הכבשן להרחבת הייצור התעשייתי, הוא יחולל מהפכה בתחום הגרפיטיזציה של אלקטרודות שליליות.

שפת הקשר 3

תהליך כימי של גרפיט הוא הבעיה הגדולה ביותר שמטרידה יצרני חומרי אנודה של סוללות ליתיום. הסיבה הבסיסית לכך היא שעדיין קיימות בעיות בצריכת חשמל, עלות, הגנת הסביבה, מידת האוטומציה, הבטיחות והיבטים אחרים של תנור גרפיטיזציה תקופתי בשימוש נרחב. המגמה העתידית של התעשייה היא פיתוח מבנה תנור ייצור רציף אוטומטי לחלוטין ומאורגן, ותמיכה במתקני תהליך עזר בוגרים ואמינים. באותו זמן, בעיות הגרפיטיזציה שמטרידות ארגונים ישתפרו משמעותית, והתעשייה תיכנס לתקופה של פיתוח יציב, מה שיגביר את הפיתוח המהיר של תעשיות חדשות הקשורות לאנרגיה.