نظام التبلور بالتبخير MVR لاستخلاص إلكتروليت الألومنيوم والليثيوم 6 طن/ساعة

أولا: خلفية المشروع

في إطار هدف "ثنائي الكربون"، أصبحت إعادة تدوير بطاريات أيون الليثيوم المُستغنى عنها مجالاً رئيسياً لضمان توريد موارد استراتيجية مثل الليثيوم والنيكل والكوبالت. يحتوي إلكتروليت الألومنيوم (كتلة كربون الكاثود + إلكتروليت)، كمنتج ثانوي لإعادة تدوير بطاريات الليثيوم، على 6-8 غ/لتر من Li₂CO₃ القابل للذوبان، و200 غ/لتر من NaF/KF، و20 غ/لتر من Al³⁺، وكميات ضئيلة من المعادن الثقيلة، وتتميز بأربع خصائص رئيسية: ارتفاع نسبة الفلورايد، وارتفاع نسبة الأملاح، وارتفاع نسبة الليثيوم، والتآكل الشديد. تعاني أجهزة التبخير ثلاثية التأثير التقليدية من استهلاك مرتفع للبخار، وسحب كبير لليثيوم، وقصر عمر المعدات، مما يُصعّب تلبية متطلبات الإثراء الأولي لأملاح الليثيوم المستخدمة في البطاريات.

متطلبات الشراء الخاصة بالعميل هي كما يلي: التركيز الأساسي Li₂CO₃ ≥ 80 جم / لتر، نسبة التخصيب ≥ 12؛ نقاء Li₂CO₃ من الدرجة البطارية ≥ 99.2٪، العائد الأساسي ≥ 90٪؛ لا يوجد تصريف للسائل الأم من النظام؛ استهلاك الطاقة لكل طن من الماء ≤ 42 كيلو واط ساعة؛ مادة المعدات مقاومة لـ 30٪ HF والتشغيل طويل الأمد عند 85 درجة مئوية.

II. مسار العملية

1. المعالجة المسبقة لإزالة الشوائب

"إزالة ثاني أكسيد الكربون والألمنيوم + التقاط المعادن الثقيلة + إزالة الشوائب العميقة من الراتنج": فقاعات ثاني أكسيد الكربون عند درجة حموضة 8.0، Al³⁺ إلى Al(OH)₃، Al ≤ 3 ملغ/لتر بعد الترشيح بغشاء سيراميكي؛ راتينج مخلب للثيول الجديد يمتص بشكل انتقائي Ni/Co/Mn، إجمالي المعادن الثقيلة ≤ 0.05 ملغ/لتر، مما يتجنب رغوة التبخر والتسمم بالمحفز.

٢. التبلور بالتبخير بالدوران القسري MVR: باستخدام وحدة متكاملة من "التسخين المسبق على مرحلتين + التبخير بالدوران القسري أحادي التأثير + ضاغط بخار طرد مركزي + جهاز التبلور Oslo DTB": درجة حرارة التبخير ٧٨ درجة مئوية (التفريغ -٠٫٠٨٠ ميجا باسكال)، ارتفاع درجة حرارة الضاغط ٢٠ درجة مئوية، نسبة الضغط ١٫٧٥؛ إعادة استخدام ثانوي للبخار ١٠٠٪، تتطلب ٠٫٥ طن فقط من البخار الحي للتجديد الأولي؛ معدل تدفق مضخة الدوران ٢٠٠٠ متر مكعب/ساعة، سرعة الأنبوب ٣٫٨ متر/ثانية، مما يمنع تراكم الفلورايد؛ يتحكم جهاز التبلور DTB في محتوى المواد الصلبة في الملاط بنسبة ٣٠٪، ومتوسط حجم الجسيمات ٠٫٥٥ مم، ومحتوى الماء أقل من ٢٪ بعد الطرد المركزي.

٣. فصل وتنقية أملاح الذوبان بالتجميد والحرارة: يُدخل ٨٠ غ/لتر من Li₂CO₃ المُركّز و٢٢٠ غ/لتر من NaF إلى مُبلور تجميد عند درجة حرارة -٥ درجات مئوية، مما يُرسّب أملاح NaF·KF المُختلطة، والتي تُعاد إلى الواجهة الأمامية بعد الطرد المركزي؛ يُسخّن السائل الأم المُجمّد إلى درجة حرارة ٩٥ درجة مئوية، مما يُحقق نقاءً بلوريًا لـ Li₂CO₃ ≥٩٩.٢٪، مع نسبة إنتاج أولية تبلغ ٩٠٪. ٤. تجفيف السائل الأم واستعادة الفلوريد: يُحقق مُجفف الأغشية الرقيقة للسائل الأم الغني بالليثيوم محتوى مواد صلبة جافة أقل من ٣٪ ومحتوى ملح مُختلط يبلغ ٠.٢٥ طن/يوم، والذي يُرسل بعد ذلك إلى المنطقة الصناعية للمعالجة المُشتركة للنفايات الخطرة، مما يُحقق انبعاثات صفرية من السائل الأم.

ثالثًا: المعدات والمواد الرئيسية

رابعًا: بيانات التشغيل (متوسط ٢٠٠ يوم مستمر من ٢٠٢٤/٠٥ إلى ٢٠٢٤/١١)

• سعة المعالجة: 6.3 طن/ساعة (معدل التحميل 105%)

• استهلاك الكهرباء لكل طن من المياه: 39 كيلوواط/ساعة (بما في ذلك الضاغط ومضخة الدوران والتجفيف)

• مكياج البخار: 0.02 طن/طن من الماء (للاستخدام أثناء الخدمة فقط)

• نسبة إثراء الليثيوم: 13 مرة، تركيز Li₂CO₃: 82 جم/لتر، معدل استرداد الليثيوم: 91%، معدل استرداد ملح NaF المختلط: 94%

• مكثف F⁻: 4 ملغ/لتر، معدل إعادة الاستخدام: 97%

• وقت تشغيل النظام: 98.7%، إيقاف تشغيل غير مخطط له مرة واحدة في السنة

• دورة التنظيف: 100 يوم (3 ساعات من دوران الحمض عبر الإنترنت)

خامسا. الابتكارات التقنية

1. نظام المواد المقاومة للفلور: معدل تآكل سبائك التيتانيوم TA10 في جانب الأنبوب هو ≤0.008 مم/أ تحت ظروف 30%HF و80 درجة مئوية، مما يزيد من عمر الخدمة بمقدار 8 مرات مقارنة بـ 316L.

2. نظام الطرد المركزي عالي الحرارة MVR: ارتفاع درجة الحرارة في مرحلة واحدة بمقدار 20 درجة مئوية، ونسبة الضغط 1.75، واستهلاك الطاقة 28 كيلو وات في الساعة لكل طن من ضغط الماء، وتوفير الطاقة بنسبة 18% مقارنة بنظام Roots ذي المرحلتين.

3. حجم جسيمات Oslo DTB قابل للتحكم: معدل الدورة 3-4، متوسط حجم الجسيمات 0.55 مم، انخفاض استهلاك الطاقة في عملية التجفيف بالطرد المركزي بنسبة 20%، زيادة إنتاج ملح الليثيوم من الدرجة الأولى بنسبة 15%.

4. فصل الأملاح بالتجميد والحرارة الذائبة: باستخدام الفرق في الذوبان بين NaF وLi₂CO₃، يتم إجراء النترتة منخفضة الحرارة والذوبان الساخن في المرحلة الأمامية، مما يحقق معدل إزالة كبريتات بنسبة 92% وانخفاض في الشوائب بنسبة 85%.

السادس. الفوائد البيئية والاقتصادية

1.البيئة: تخفيض سنوي قدره 52 ألف طن من مياه الصرف الصحي عالية الملوحة، و8.5 طن من انبعاثات الفلور، وتخفيض بنسبة 88% في النفايات الخطرة والشوائب.

٢. اقتصاديًا: توفير سنوي قدره ٥٠ ألف طن من المياه الأولية و٦٥٠٠ طن من البخار الحي، بالإضافة إلى ناتج ثانوي قدره ٣٣٠٠ طن من ليثيوم-ثاني أكسيد الكربون عالي الجودة. بمعدل ١٥٠ ألف يوان/طن، يُترجم هذا إلى إيرادات مبيعات سنوية قدرها ٤٩٥ مليون يوان.

٧. الخاتمة

يُعالج نظام التبلور بالتبخير بتقنية MVR، المُستخرج من إلكتروليت الألومنيوم والليثيوم، بسعة 6 أطنان/ساعة، بنجاح التحديات الرئيسية الثلاثة المتمثلة في "ارتفاع نسبة الفلوريد، وارتفاع نسبة الأملاح، وفقدان الليثيوم". ويعتمد النظام على "مواد التيتانيوم المقاومة للتآكل + MVR عالي الحرارة + حجم جسيمات DTB قابل للتحكم + الفصل بالتجميد"، مما يُحقق إثراءً عاليًا لموارد الليثيوم مع عدم تصريف مياه الصرف الصحي إطلاقًا. تُوفر دراسة الحالة هذه لصناعة إعادة تدوير بطاريات الليثيوم وحدةً موحدةً تتميز بالكفاءة، وانخفاض الاستهلاك، وطول دورة حياتها، مما يُمثل مرحلةً جديدةً في تطبيق تقنية MVR على نطاق واسع في مجال استخراج موارد الطاقة الاستراتيجية الجديدة.