نظام التبلور بالتبخير MVR لكربونات الليثيوم 120 طنًا يوميًا

أولا: خلفية المشروع

مع النمو الهائل لصناعة مركبات الطاقة الجديدة العالمية وسوق تخزين الطاقة، يتزايد الطلب على كربونات الليثيوم، وهي مادة الكاثود الأساسية لبطاريات الليثيوم، وتتوسع الطاقة الإنتاجية بسرعة. أثناء استخراج الليثيوم من الليبيدوليت والإسبوديومين، أو إعادة تدوير البطاريات المستهلكة، تُنتج كميات كبيرة من محلول الأم المتبخر أو محاليل تخصيب الليثيوم في بحيرة ملحية تحتوي على الليثيوم. تستهلك طرق التبلور بالتبخير على دفعات طاقة كبيرة، وتؤدي إلى نقاء غير مستقر للمنتج، مما يُشكل عقبة أمام توسيع الطاقة الإنتاجية والتحكم في التكاليف. لتعزيز قدرتها التنافسية الأساسية، كلفت شركة رائدة في تصنيع مواد بطاريات الليثيوم شركتنا ببناء نظام واسع النطاق ومستمر ومستقر لتبلور وتنقية كربونات الليثيوم.

II.الحل

لمواجهة هذا التحدي، نجحت شركتنا في تصميم وبناء وتشغيل نظام التبلور بالتبخير MVR لكربونات الليثيوم، بطاقة معالجة تبلغ 120 طنًا/يومًا. يعتمد هذا النظام على تقنية إعادة الضغط الميكانيكي للبخار (MVR)، ويدمج الخصائص الفيزيائية والكيميائية لكربونات الليثيوم بشكل عميق، محققًا كفاءة عالية وفعالية من حيث التكلفة وجودة المنتج في الإنتاج واسع النطاق، مما يوفر دعمًا فنيًا قويًا للتنمية المستدامة للعميل.

III. مزايا النظام الأساسي

1.الحجم وكفاءة الطاقة، وتمكين خفض التكاليف وتحسين الكفاءة

نظراً لطاقة معالجة يومية تبلغ 120 طناً، فإن طرق التبخير التقليدية ستُكلف مبالغ طائلة من البخار. يستخدم هذا النظام ضاغط بخار طرد مركزي عالي الكفاءة، يستعيد ويعيد استخدام معظم البخار الثانوي، مما يُحقق معامل أداء عالٍ للنظام (COP). وبفضل وفورات الحجم، ينخفض استهلاك الطاقة لكل وحدة منتج إلى مستوى منخفض، مما يمنح العملاء ميزة تكلفة كبيرة في إنتاج المواد الخام الكيميائية بكميات كبيرة.

2. التحكم الدقيق في التبلور، مما يضمن نقاء المنتج بدرجة البطارية

يخضع كربونات الليثيوم المُستخدم في البطاريات لمتطلبات صارمة للغاية فيما يتعلق بالنقاء وحجم الجسيمات وشكل البلورات. يتحكم هذا النظام، من خلال نظام تحكم DCS، بدقة في معايير رئيسية مثل درجة حرارة التبخر، وقيمة الرقم الهيدروجيني، ومعدل التغذية، والتشبع الفائق، مما يُهيئ بيئة تبلور مثالية. المنتج النهائي هو كربونات الليثيوم المُستخدم في البطاريات، ويتميز بتركيب منتظم، وحجم جسيمات مُركز، ونقاء ثابت يتجاوز 99.5%، ويمكن استخدامه مباشرةً في إنتاج مواد الكاثود اللاحقة.

٣. تصميم فائق مضاد للتكلسات ومقاوم للتآكل: سائل الليثيوم عرضة للتكلسات على أسطح التبادل الحراري أثناء التبخر، مما يؤثر على كفاءة نقل الحرارة ومدة التشغيل المستمر. يستخدم النظام عملية تبلور مُدمجة "الدورة القسرية (FC) + أوسلو (OSLO)". يمنع الدوران عالي التدفق التبلور داخل أنابيب التسخين، مع توفير بيئة نمو مناسبة للبلورات داخل وحدة التبلور، مما يُخفف من التكلسات بفعالية. الهيكل الرئيسي للجهاز الملامس للمواد مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L أو أعلى، مما يضمن مقاومة طويلة الأمد للتآكل وعمرًا افتراضيًا أطول في ظل ظروف تشغيل معقدة.

٤. مستوى عالٍ من الذكاء والاستقرار: يتميز النظام بأكمله بميزة التشغيل والإيقاف بزر واحد، ويعمل تلقائيًا بالكامل. ويمكن لغرفة التحكم المركزية مراقبة حالة تشغيل جميع المعدات آنيًا. يحتوي النظام على وظائف التصحيح التلقائي، وقفل الأمان، والإنذار المبكر، مما يضمن تشغيلًا مستمرًا ومستقرًا لمدة تصل إلى ٧٢٠٠ ساعة سنويًا تحت حمولة عالية تبلغ ١٢٠ طنًا يوميًا، مما يضمن بشكل كبير الكفاءة التشغيلية الإجمالية لخط إنتاج العميل.

5. إعادة التدوير الأخضر، الإنتاج الدائري المغلق:

يُنتج النظام مياهًا مُقطّرة عالية الجودة، يُمكن إعادة استخدامها كمياه نقية في العمليات الأولية، مثل الاستخلاص والغسيل، مما يُقلل بشكل كبير من استهلاك المياه العذبة أثناء الإنتاج. ولا يقتصر هذا على تحقيق استغلال مُحكم لموارد المياه، بل يُقلل أيضًا من تصريف مياه الصرف الصحي عند المصدر، مُلبيًا بذلك المتطلبات الخضراء والصديقة للبيئة في سلسلة صناعة بطاريات الليثيوم.

رابعًا: نظرة عامة على سير عملية النظام

1. التكرير والتسخين المسبق: يدخل محلول مصدر الليثيوم المؤهل من العملية الأولية أولاً إلى جهاز تسخين مسبق متكامل متعدد المراحل، حيث يخضع لتبادل حراري متعدد المراحل مع مكثف النظام والمحلول الأم، مما يعمل على تعظيم استعادة الحرارة.

٢. التبخير بالدوران القسري MVR: بعد التسخين المسبق، يدخل المحلول إلى مبخر بالدوران القسري، حيث يُسخّن بشكل غير مباشر بواسطة بخار مضغوط عالي الحرارة يتدفق بسرعة عالية عبر أنابيب التسخين. بعد دخوله حجرة الفصل، يخضع لتركيز التبخير الفوري.

3. تبلور ونمو أوسلو: يدخل المحلول المركز المشبع إلى جهاز تبلور أوسلو، حيث يتم تحقيق التوازن بين نمو البلورة وإزالة التشبع الفائق، مما يؤدي إلى زراعة بلورات كربونات الليثيوم الكبيرة والموحدة.

٤. التكثيف والفصل: يُفرَّغ خليط البلورات من قاع وحدة التبلور، ويدخل إلى وحدة التكثيف للتركيز. ثم يُرسَل إلى جهاز طرد مركزي لفصله عن السائل للحصول على كربونات الليثيوم الرطبة.

5. التجفيف والتعبئة والتغليف: يتم تجفيف المواد الرطبة في مجفف الأقراص أو مجفف الحزام باستخدام طريقة تدفق الهواء ذات درجة الحرارة المنخفضة والحجم العالي للحصول أخيرًا على كربونات الليثيوم المسحوقة بدرجة البطارية، والتي يتم تعبئتها وتخزينها بعد ذلك.

٦. دوران البخار: يُضغط البخار الثانوي الناتج عن عملية التبخير بواسطة ضاغط، ويُستخدم كمصدر رئيسي للحرارة لإعادة التدوير. ويُعاد استخدام الماء النقي المكثف في الإنتاج.

إنجازات المشروع وقيمة العملاء

إن التشغيل الناجح لنظام التبخير والتبلور MVR لكربونات الليثيوم بقدرة 120 طنًا يوميًا يمثل تقدمًا كبيرًا في معدات بلدي لإعداد مواد بطارية الليثيوم الأساسية، مما يخلق قيمة كبيرة للعملاء:

1. الفوائد الاقتصادية: توفير سنوي يزيد عن 10 آلاف طن من استهلاك الفحم القياسي؛ وانخفاض تكاليف التشغيل بنسبة تزيد عن 50% مقارنة بالطرق التقليدية؛ والمياه النقية عالية الجودة كمنتج ثانوي؛ وفترة عائد على الاستثمار أقل بكثير من متوسط الصناعة.

2. الجودة والقدرة الإنتاجية: تتوافق نقاء المنتج باستمرار مع معايير درجة البطارية، مما يساعد العملاء على اغتنام السوق الراقية؛ ويضمن الإنتاج المستمر على نطاق واسع إمدادًا مستقرًا من المواد الخام، مما يدعم بقوة الإطلاق السريع لقدرة إنتاج العملاء.