Với sự phát triển nhanh chóng của các phương tiện sử dụng năng lượng mới trên toàn thế giới, nhu cầu thị trường về vật liệu cực dương của pin lithium đã tăng lên đáng kể. Theo thống kê, vào năm 2021, 8 doanh nghiệp sản xuất pin lithium hàng đầu trong ngành có kế hoạch mở rộng năng lực sản xuất lên gần một triệu tấn. Than chì hóa có tác động lớn nhất đến chỉ số và giá thành của vật liệu làm cực dương. Thiết bị than chì hóa ở Trung Quốc có nhiều loại, tiêu thụ năng lượng cao, ô nhiễm nặng và mức độ tự động hóa thấp, điều này hạn chế sự phát triển của vật liệu cực dương than chì ở một mức độ nhất định. Đây là vấn đề chính cần được giải quyết khẩn cấp trong quá trình sản xuất vật liệu làm cực dương.
1. Thực trạng và so sánh lò grafit hóa âm
1.1 Lò than chì âm Atchison
Trong loại lò được sửa đổi dựa trên lò đồ họa hóa lò Aitcheson điện cực truyền thống, lò ban đầu được nạp bằng nồi nấu bằng than chì làm chất mang vật liệu điện cực âm (nồi nấu được nạp nguyên liệu điện cực âm được cacbon hóa), lõi lò được làm đầy bằng nhiệt vật liệu chịu lực, lớp ngoài chứa đầy vật liệu cách nhiệt và cách nhiệt tường lò. Sau khi điện khí hóa, nhiệt độ cao 2800 ~ 3000oC được tạo ra chủ yếu bằng cách đốt nóng vật liệu điện trở và vật liệu âm trong nồi nấu được nung gián tiếp để đạt được mực đá nhiệt độ cao của vật liệu âm
1.2. Lò graphit hóa dòng nhiệt bên trong
Mô hình lò là tham chiếu đến lò đồ họa hóa nối tiếp được sử dụng để sản xuất điện cực than chì và một số nồi nấu kim loại điện cực (được nạp vật liệu điện cực âm) được nối nối tiếp theo chiều dọc. Nồi nấu kim loại vừa là chất mang vừa là vật làm nóng, dòng điện đi qua nồi nấu kim loại để tạo ra nhiệt độ cao và làm nóng trực tiếp vật liệu điện cực âm bên trong. Quá trình GRAPHItization không sử dụng vật liệu điện trở, đơn giản hóa quá trình vận hành quá trình tải và nướng, đồng thời giảm tổn thất lưu trữ nhiệt của vật liệu điện trở, tiết kiệm điện năng tiêu thụ
1.3 Lò grafit hóa kiểu hộp lưới
Ứng dụng số 1 ngày càng gia tăng trong những năm gần đây, chủ yếu là tìm hiểu về đặc tính công nghệ nối tiếp của lò đồ họa hóa acheson của lò đồ họa hóa, lõi lò sử dụng nhiều mảnh cấu trúc hộp vật liệu lưới tấm cực dương, vật liệu vào cực âm trong nguyên liệu thô, thông qua tất cả các kết nối rãnh giữa cột tấm anode được cố định, mỗi thùng chứa, sử dụng con dấu tấm anode bằng cùng một vật liệu. Cột và tấm cực dương của cấu trúc hộp vật liệu cùng nhau tạo thành thân gia nhiệt. Dòng điện chạy qua điện cực của đầu lò vào thân đốt của lõi lò và nhiệt độ cao sinh ra trực tiếp làm nóng vật liệu cực dương trong hộp để đạt được mục đích đồ họa hóa
1.4 So sánh ba loại lò than chì hóa
Lò đồ họa hóa loạt nhiệt bên trong là làm nóng trực tiếp vật liệu bằng cách nung nóng điện cực than chì rỗng. “Nhiệt Joule” được tạo ra bởi dòng điện chạy qua nồi nấu kim loại điện cực chủ yếu được sử dụng để làm nóng vật liệu và nồi nấu kim loại. Tốc độ gia nhiệt nhanh, phân bổ nhiệt độ đồng đều và hiệu suất nhiệt cao hơn lò Atchison truyền thống với khả năng gia nhiệt vật liệu kháng. Lò đồ họa hóa hộp lưới tận dụng những ưu điểm của lò đồ họa hóa nối tiếp nhiệt bên trong và sử dụng tấm cực dương nung sẵn với chi phí thấp hơn làm thân gia nhiệt. So với lò đồ họa hóa nối tiếp, công suất tải của lò đồ họa hóa hộp lưới lớn hơn và mức tiêu thụ điện năng trên mỗi đơn vị sản phẩm cũng giảm theo
2. Hướng phát triển của lò graphit hóa âm
2.1 Tối ưu hóa kết cấu tường bao
Hiện nay, lớp cách nhiệt của một số lò than chì hóa chủ yếu chứa than đen và than cốc. Phần vật liệu cách nhiệt này trong quá trình sản xuất bị đốt cháy oxy hóa ở nhiệt độ cao, mỗi lần tải ra khỏi cần phải thay thế hoặc bổ sung một vật liệu cách nhiệt đặc biệt, thay thế quá trình môi trường kém, cường độ lao động cao.
Có thể xem xét a là sử dụng gạch ốp tường xi măng cường độ cao và nhiệt độ cao đặc biệt, tăng cường cường độ tổng thể, đảm bảo tường trong toàn bộ chu trình vận hành ổn định trong biến dạng, đồng thời bịt kín các đường gạch, ngăn không khí quá mức xuyên qua tường gạch các vết nứt và khe hở trong lò, làm giảm tổn thất cháy do oxy hóa của vật liệu cách điện và vật liệu cực dương;
Thứ hai là lắp đặt lớp cách nhiệt di động tổng thể treo bên ngoài thành lò, chẳng hạn như sử dụng ván sợi cường độ cao hoặc tấm canxi silicat, giai đoạn gia nhiệt đóng vai trò bịt kín và cách nhiệt hiệu quả, giai đoạn nguội thuận tiện tháo ra để sử dụng. làm mát nhanh chóng; Thứ ba, kênh thông gió được đặt ở đáy lò và thành lò. Kênh thông gió sử dụng cấu trúc gạch lưới đúc sẵn với miệng đai cái, đồng thời hỗ trợ khối xây xi măng nhiệt độ cao và xem xét việc làm mát thông gió cưỡng bức trong giai đoạn lạnh.
2. 2 Tối ưu hóa đường cong nguồn điện bằng mô phỏng số
Hiện tại, đường cong cung cấp năng lượng của lò đồ họa hóa điện cực âm được thực hiện theo kinh nghiệm và quá trình đồ họa hóa được điều chỉnh thủ công bất cứ lúc nào theo nhiệt độ và điều kiện lò, và không có tiêu chuẩn thống nhất. Tối ưu hóa đường cong gia nhiệt rõ ràng có thể làm giảm chỉ số tiêu thụ điện năng và đảm bảo lò hoạt động an toàn. MÔ HÌNH SỐ CỦA việc căn chỉnh kim NÊN ĐƯỢC THIẾT LẬP bằng các phương tiện khoa học theo các điều kiện biên và thông số vật lý khác nhau, đồng thời phải phân tích mối quan hệ giữa dòng điện, điện áp, tổng công suất và sự phân bố nhiệt độ của mặt cắt ngang trong quá trình đồ thị hóa, sao cho để xây dựng đường cong gia nhiệt thích hợp và liên tục điều chỉnh nó trong hoạt động thực tế. Chẳng hạn như giai đoạn đầu truyền tải điện là sử dụng truyền tải công suất lớn, sau đó giảm nhanh công suất rồi tăng dần công suất, giảm công suất rồi giảm công suất cho đến khi hết công suất.
2. 3 Kéo dài tuổi thọ của nồi nấu kim loại và thân gia nhiệt
Ngoài mức tiêu thụ điện năng, tuổi thọ của nồi nấu kim loại và lò sưởi cũng quyết định trực tiếp đến chi phí của quá trình than chì hóa âm. Đối với nồi nấu bằng than chì và thân gia nhiệt bằng than chì, hệ thống quản lý sản xuất nạp ra, kiểm soát tốc độ gia nhiệt và làm mát hợp lý, dây chuyền sản xuất nồi nấu kim loại tự động, tăng cường niêm phong để ngăn chặn quá trình oxy hóa và các biện pháp khác để tăng thời gian tái chế nồi nấu kim loại, giảm chi phí than chì một cách hiệu quả mực. Ngoài các biện pháp trên, tấm gia nhiệt của lò đồ họa hóa hộp lưới cũng có thể được sử dụng làm vật liệu gia nhiệt cho cực dương, điện cực hoặc vật liệu cacbon cố định có điện trở suất cao để tiết kiệm chi phí đồ họa hóa.
2.4 Kiểm soát khí thải và tận dụng nhiệt thải
Khí thải được tạo ra trong quá trình than chì hóa chủ yếu đến từ các chất bay hơi và sản phẩm cháy của vật liệu cực dương, đốt cháy carbon bề mặt, rò rỉ không khí, v.v. Khi bắt đầu khởi động lò, số lượng lớn chất bay hơi và bụi thoát ra, môi trường xưởng kém, hầu hết doanh nghiệp không có biện pháp xử lý hiệu quả, đây là vấn đề lớn nhất ảnh hưởng đến sức khỏe và an toàn lao động của người vận hành trong sản xuất điện cực âm. Cần nỗ lực nhiều hơn nữa để xem xét toàn diện việc thu gom và quản lý hiệu quả khí thải và bụi trong xưởng, đồng thời thực hiện các biện pháp thông gió hợp lý để giảm nhiệt độ xưởng và cải thiện môi trường làm việc của xưởng than chì hóa.
Sau khi khí thải có thể được thu qua ống khói vào quá trình đốt hỗn hợp buồng đốt, loại bỏ phần lớn hắc ín và bụi trong khí thải, dự kiến nhiệt độ của khí thải trong buồng đốt là trên 800oC và Nhiệt thải của khí thải có thể được thu hồi thông qua nồi hơi nhiệt thải hoặc thiết bị trao đổi nhiệt dạng vỏ. Công nghệ đốt RTO được sử dụng trong xử lý khói nhựa đường carbon cũng có thể được sử dụng để tham khảo và khí thải nhựa đường được làm nóng đến 850 ~ 900oC. Thông qua quá trình đốt cháy tích trữ nhiệt, nhựa đường và các thành phần dễ bay hơi cũng như các hydrocacbon thơm đa vòng khác trong khí thải bị oxy hóa và cuối cùng bị phân hủy thành CO2 và H2O, hiệu suất lọc hiệu quả có thể đạt trên 99%. Hệ thống hoạt động ổn định và tốc độ hoạt động cao.
2. 5 Lò than chì hóa âm liên tục theo chiều dọc
Một số loại lò than chì hóa nêu trên là cấu trúc lò sản xuất vật liệu cực dương chính ở Trung Quốc, điểm chung là sản xuất không liên tục định kỳ, hiệu suất nhiệt thấp, tải ra chủ yếu dựa vào vận hành thủ công, mức độ tự động hóa không cao. Một lò grafitit hóa âm liên tục thẳng đứng tương tự có thể được phát triển bằng cách tham khảo mô hình lò nung than cốc dầu mỏ và lò nung bauxit trục. Điện trở ARC IS được sử dụng làm nguồn nhiệt ở nhiệt độ cao, vật liệu được thải ra liên tục bằng trọng lực của chính nó và cấu trúc làm mát bằng nước hoặc khí hóa thông thường được sử dụng để làm mát vật liệu có nhiệt độ cao ở khu vực đầu ra và hệ thống vận chuyển bằng khí nén bằng bột được sử dụng để xả và nạp nguyên liệu bên ngoài lò. Loại LÒ có thể thực hiện sản xuất liên tục, có thể bỏ qua sự mất mát lưu trữ nhiệt của thân lò, do đó hiệu suất nhiệt được cải thiện đáng kể, lợi thế về sản lượng và tiêu thụ năng lượng là rõ ràng và có thể thực hiện hoàn toàn hoạt động tự động. Các vấn đề chính cần giải quyết là tính lưu động của bột, tính đồng nhất của mức độ than chì hóa, độ an toàn, giám sát nhiệt độ và làm mát, v.v. Người ta tin rằng với sự phát triển thành công của lò để mở rộng quy mô sản xuất công nghiệp, nó sẽ tạo ra một cuộc cách mạng trong lĩnh vực grafitit hóa điện cực âm.
3 ngôn ngữ nút thắt
Quá trình hóa học than chì là vấn đề lớn nhất gây khó khăn cho các nhà sản xuất vật liệu làm cực dương cho pin lithium. Lý do cơ bản là vẫn còn một số vấn đề về tiêu thụ điện năng, chi phí, bảo vệ môi trường, mức độ tự động hóa, an toàn và các khía cạnh khác của lò than chì hóa định kỳ được sử dụng rộng rãi. Xu hướng tương lai của ngành là hướng tới phát triển cấu trúc lò sản xuất phát thải liên tục hoàn toàn tự động và có tổ chức, đồng thời hỗ trợ các cơ sở xử lý phụ trợ hoàn thiện và đáng tin cậy. Khi đó, vấn đề đồ họa hóa đang gây khó khăn cho các doanh nghiệp sẽ được cải thiện đáng kể, ngành sẽ bước vào thời kỳ phát triển ổn định, thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp mới liên quan đến năng lượng.
Thời gian đăng: 19-08-2022