Әлемде жаңа энергия көліктерінің қарқынды дамуымен литий батареясының анод материалдарына деген нарықтық сұраныс айтарлықтай өсті. Статистикаға сәйкес, 2021 жылы саланың ең ірі сегіз литий батареясының анодтық кәсіпорны өндірістік қуатын шамамен бір миллион тоннаға дейін кеңейтуді жоспарлап отыр. Графиттеу анод материалдарының индексі мен құнына ең үлкен әсер етеді. Қытайдағы графиттеу жабдықтарының түрлері көп, энергияны көп тұтынады, ластануы жоғары және автоматтандыру деңгейі төмен, бұл графит анод материалдарының дамуын белгілі бір дәрежеде шектейді. Бұл анод материалдарын өндіру процесінде шұғыл шешілуі тиіс негізгі мәселе.
1. Теріс графитизация пешінің ағымдағы жағдайы және салыстыруы
1.1 Атчисон теріс графитизация пеші
Дәстүрлі электродты Эйчесон пешінің графитизация пешіне негізделген модификацияланған пеш түрінде бастапқы пеш теріс электрод материалын тасымалдаушы ретінде графит тигельмен толтырылады (тигель көміртекті теріс электрод шикізатымен толтырылады), пештің өзегі қыздыруға төзімді материалмен, сыртқы қабаты оқшаулағыш материалмен және пеш қабырғасының оқшаулағышымен толтырылады. Электрлендіруден кейін негізінен резистор материалын қыздыру арқылы 2800 ~ 3000℃ жоғары температура пайда болады, ал тигельдегі теріс материал теріс материалдың жоғары температуралы тас бояуына қол жеткізу үшін жанама түрде қыздырылады.
1.2. Ішкі жылулық тізбекті графиттеу пеші
Пеш моделі графит электродтарын өндіру үшін қолданылатын сериялық графиттеу пешіне сілтеме болып табылады және бірнеше электрод тигелі (теріс электрод материалымен толтырылған) бойлық бойымен тізбектей жалғанған. Электрод тигелі тасымалдаушы да, қыздыру денесі де болып табылады, ал ток электрод тигелі арқылы өтіп, жоғары температура тудырады және ішкі теріс электрод материалын тікелей қыздырады. ГРАФИТизациялау процесінде кедергі материалы пайдаланылмайды, бұл тиеу және пісіру процесін жеңілдетеді және кедергі материалының жылу сақтау шығынын азайтады, қуат тұтынуын үнемдейді.
1.3 Торлы қорап типті графиттеу пеші
Соңғы жылдары №1 қолданылуы артып келеді, негізгісі - графиттеу пешінің сериялық ачесондық сипаттамалары және біріктірілген технологиясы, пештің өзегі бірнеше анодтық пластина тор материалын пайдаланады, қорап құрылымын жасайды, материалды шикізатқа катодқа салады, барлық анодтық пластина бағандары арасындағы саңылаулар арқылы бекітеді, әр контейнерде бірдей материалмен анодтық пластина тығыздағышы қолданылады. Баған мен анодтық пластина қорап құрылымының материалы бірге қыздыру корпусын құрайды. Электр тогы пеш басының электроды арқылы пештің өзегінің қыздыру корпусына ағады, ал пайда болған жоғары температура графиттеу мақсатына жету үшін қораптағы анод материалын тікелей қыздырады.
1.4 Графиттеу пешінің үш түрін салыстыру
Ішкі жылу сериялы графиттеу пеші қуыс графит электродын қыздыру арқылы материалды тікелей қыздыруға арналған. Электрод тигелі арқылы ток шығаратын «Джоуль жылуы» көбінесе материал мен тигельді қыздыру үшін қолданылады. Қыздыру жылдамдығы жылдам, температураның таралуы біркелкі және жылу тиімділігі кедергі материалын қыздырумен дәстүрлі Атчисон пешіне қарағанда жоғары. Торлы қорапты графиттеу пеші ішкі жылу сериялы графиттеу пешінің артықшылықтарын пайдаланады және қыздыру корпусы ретінде төмен құны бар алдын ала пісірілген анодты пластинаны пайдаланады. Сериялық графиттеу пешімен салыстырғанда, торлы қорапты графиттеу пешінің жүктеме сыйымдылығы үлкенірек және өнім бірлігіне шаққандағы қуат тұтынуы сәйкесінше азаяды.
2. Теріс графитизация пешінің даму бағыты
2. 1 Периметрлік қабырға құрылымын оңтайландыру
Қазіргі уақытта бірнеше графиттеу пештерінің жылу оқшаулағыш қабаты негізінен көміртегі қара және мұнай коксымен толтырылған. Оқшаулағыш материалдың бұл бөлігі өндіріс кезінде жоғары температуралы тотығу кезінде жанады, әр тиеу кезінде арнайы оқшаулағыш материалды ауыстыру немесе толықтыру қажеттілігі туындайды, бұл процесті нашар қоршаған орта және жоғары еңбек сыйымдылығымен ауыстыруға болады.
Арнайы жоғары беріктікке және жоғары температураға төзімді цемент кірпіш қабырға сымын пайдалануды қарастыруға болады, жалпы беріктікті арттырады, бүкіл жұмыс циклінде қабырғаның деформацияға төзімділігін қамтамасыз етеді, кірпіш жіктерін тығыздайды, кірпіш қабырғасындағы жарықтар мен пештегі қосылыс саңылауларының шамадан тыс ауаның алдын алады, оқшаулағыш материалдар мен анод материалдарының тотығу және жану шығындарын азайтады;
Екіншісі - пеш қабырғасының сыртына ілініп тұратын жалпы көлемді жылжымалы оқшаулағыш қабатын орнату, мысалы, жоғары беріктіктегі талшықты тақтаны немесе кальций силикат тақтасын пайдалану, қыздыру сатысы тиімді тығыздау және оқшаулау рөлін атқарады, суық сатыны тез салқындату үшін алып тастау ыңғайлы; Үшіншіден, желдету арнасы пештің түбіне және пеш қабырғасына орнатылған. Желдету арнасы белдіктің аналық аузы бар алдын ала дайындалған торлы кірпіш құрылымын қабылдайды, сонымен қатар жоғары температуралы цемент қалауын қолдайды және суық фазада мәжбүрлі желдетуді салқындатуды ескереді.
2. 2 Сандық модельдеу арқылы қуат көзінің қисығын оңтайландыру
Қазіргі уақытта теріс электродты графиттеу пешінің қуат беру қисығы тәжірибеге сәйкес жасалады, ал графиттеу процесі температура мен пештің жағдайына сәйкес кез келген уақытта қолмен реттеледі, және бірыңғай стандарт жоқ. Қыздыру қисығын оңтайландыру қуат тұтыну индексін анық төмендетіп, пештің қауіпсіз жұмысын қамтамасыз ете алады. Инені туралаудың сандық моделі әртүрлі шекаралық жағдайлар мен физикалық параметрлерге сәйкес ғылыми құралдармен белгіленуі керек, ал графиттеу процесінде ток күші, кернеу, жалпы қуат және көлденең қиманың температуралық таралуы арасындағы байланысты талдау керек, осылайша тиісті қыздыру қисығын қалыптастырып, оны нақты жұмыс барысында үздіксіз реттеу керек. Мысалы, қуат берудің алғашқы кезеңінде жоғары қуатты беру қолданылады, содан кейін қуатты тез азайтады, содан кейін қуатты баяу арттырады, қуатты азайтады, содан кейін қуат аяқталғанға дейін қуатты азайтады.
2. 3 Тигель мен қыздырғыш корпустың қызмет ету мерзімін ұзартыңыз
Қуат тұтынудан басқа, тигель мен қыздырғыштың қызмет ету мерзімі теріс графитизация құнын да тікелей анықтайды. Графит тигель мен графит қыздыру корпусы үшін өндірісті басқару жүйесі, қыздыру және салқындату жылдамдығын ақылға қонымды басқару, тигельді автоматты түрде өндіру желісі, тотығудың алдын алу үшін тығыздауды күшейту және тигельді қайта өңдеу уақытын арттыруға арналған басқа да шаралар, графит бояуының құнын тиімді түрде төмендету. Жоғарыда аталған шаралардан басқа, торлы қорапты графитизациялау пешінің қыздыру пластинасын графитизация құнын үнемдеу үшін алдын ала пісірілген анодты, электродты немесе жоғары кедергісі бар бекітілген көміртекті материалды қыздыру материалы ретінде де пайдалануға болады.
2.4 Түтін газын басқару және қалдық жылуды пайдалану
Графиттеу кезінде пайда болатын түтін газы негізінен анод материалдарының ұшқыш заттары мен жану өнімдерінен, беткі көміртектің жануынан, ауаның ағуынан және т.б. пайда болады. Пешті іске қосудың басында ұшқыш заттар мен шаң көп мөлшерде шығады, цехтың ортасы нашар, көптеген кәсіпорындарда тиімді тазарту шаралары жоқ, бұл теріс электрод өндірісіндегі операторлардың еңбек денсаулығы мен қауіпсіздігіне әсер ететін ең үлкен мәселе. Цехтағы түтін газы мен шаңын тиімді жинау мен басқаруды жан-жақты қарастыруға көбірек күш салу керек, сондай-ақ цех температурасын төмендету және графиттеу цехының жұмыс ортасын жақсарту үшін тиісті желдету шараларын қабылдау қажет.
Түтін газы түтін арқылы аралас жану камерасына жиналғаннан кейін, түтін газындағы шайыр мен шаңның көп бөлігін алып тастағаннан кейін, жану камерасындағы түтін газының температурасы 800℃ жоғары болады деп күтілуде, ал түтін газының қалдық жылуын қалдық жылу бу қазандығы немесе қабық жылу алмастырғышы арқылы қалпына келтіруге болады. Көміртекті асфальт түтінін өңдеуде қолданылатын RTO жағу технологиясын да анықтама ретінде пайдалануға болады, ал асфальт түтін газы 850 ~ 900℃ дейін қыздырылады. Жылуды сақтау арқылы түтін газындағы асфальт және ұшпа компоненттер және басқа полициклді хош иісті көмірсутектер тотығады және ақырында CO2 және H2O-ға ыдырайды, ал тиімді тазарту тиімділігі 99%-дан асады. Жүйе тұрақты жұмыс істейді және жоғары жұмыс жылдамдығына ие.
2. 5 Тік үздіксіз теріс графиттеу пеші
Жоғарыда аталған графиттеу пештерінің бірнеше түрі Қытайдағы анод материалдарын өндірудің негізгі пеш құрылымы болып табылады, ортақ мәселе - мерзімді үзіліссіз өндіріс, төмен жылу тиімділігі, тиеу негізінен қолмен жұмыс істеуге негізделген, автоматтандыру дәрежесі жоғары емес. Ұқсас тік үздіксіз теріс графиттеу пешін мұнай коксын кальцинациялау пеші мен бокситті кальцинациялау шахта пешінің моделіне сілтеме жасау арқылы жасауға болады. Кедергі ARC жоғары температуралы жылу көзі ретінде қолданылады, материал өзінің ауырлық күшімен үздіксіз шығарылады, ал дәстүрлі сумен салқындату немесе газдандыру салқындату құрылымы шығыс аймағындағы жоғары температуралы материалды салқындату үшін қолданылады, ал ұнтақ пневматикалық тасымалдау жүйесі материалды пештен шығару және беру үшін қолданылады. FURNACE түрі үздіксіз өндірісті жүзеге асыра алады, пеш корпусының жылу сақтау шығынын ескермеуге болады, сондықтан жылу тиімділігі айтарлықтай жақсарады, шығыс және энергия тұтыну артықшылықтары айқын, ал толық автоматты жұмыс толығымен жүзеге асырылуы мүмкін. Шешілуі тиіс негізгі мәселелер - ұнтақтың сұйықтығы, графиттеу дәрежесінің біркелкілігі, қауіпсіздік, температураны бақылау және салқындату және т.б. Пештің өнеркәсіптік өндірісті масштабтау бойынша сәтті дамуы теріс электродты графиттеу саласында төңкеріс жасайды деп есептеледі.
3 түйін тілі
Графит химиялық процесі литий батареясының анод материалдарын өндірушілердің ең үлкен мәселесі болып табылады. Негізгі себебі - кеңінен қолданылатын мерзімді графиттеу пешінің энергия тұтынуы, құны, қоршаған ортаны қорғау, автоматтандыру дәрежесі, қауіпсіздігі және басқа да аспектілерінде әлі де кейбір мәселелер бар. Саланың болашақтағы бағыты - толық автоматтандырылған және ұйымдастырылған шығарындыларды үздіксіз өндіру пешінің құрылымын дамыту және жетілген және сенімді қосалқы технологиялық қондырғыларды қолдау. Сол кезде кәсіпорындарды мазалайтын графиттеу мәселелері айтарлықтай жақсарады және сала тұрақты даму кезеңіне енеді, бұл жаңа энергетикалық салалардың қарқынды дамуына ықпал етеді.
Жарияланған уақыты: 19 тамыз 2022 ж.