نظام التبلور بالتبخير MVR لكبريتات الصوديوم وكبريتات الليثيوم 10 طن/ساعة

يُمثل نظام التبلور بالتبخير بتقنية MVR لكبريتات الصوديوم وكبريتات الليثيوم، بقدرة 10 أطنان/ساعة، إنجازًا جديدًا لشركتنا في مجال "عدم التصريف" لمياه الصرف عالية الملوحة الناتجة عن المواد الوظيفية الأرضية النادرة. وقد أثبت المشروع موثوقية وفعالية عملية "الفصل الحراري، الفصل بالضغط + MVR + DTB" المُدمجة لأنظمة الكبريتات المُعقدة. في المستقبل، سنواصل تحسين كفاءة الضاغط وعمق فصل الليثيوم والصوديوم، مما يُوفر لمزيد من شركات المعادن النادرة، وبطاريات الليثيوم، ومواد الطاقة الجديدة حلولًا متكاملة منخفضة الاستهلاك وعالية القيمة المضافة لضمان عدم التصريف لمياه الصرف عالية الملوحة.

أولا: خلفية المشروع 

يُنتج هذا المالك 5000 طن سنويًا من أكسيد الإيتريوم عالي النقاء، وأكسيد التيربيوم، وكربونات الليثيوم المُستخدمة في بطاريات أيونات الليثيوم. تُنتج عملية الإنتاج كمية كبيرة من سائل نفايات الكبريتات المختلطة: Na₂SO₄ 120-140 غ/لتر، Li₂SO₄ 45-55 غ/لتر، COD 2000 ملغ/لتر، F⁻ 800 ملغ/لتر، عند درجة حرارة 65 درجة مئوية. استهلك مُبخّر التأثير الثلاثي الأصلي 0.33 طن من البخار لكل طن من الماء، وأدى الترسيب المُشترك لـ Li₂SO₄ وNa₂SO₄ إلى انخفاض نقاء المنتج، مما جعله غير قابل للبيع. في عام 2024، أطلقت الشركة تحديثًا "خاليًا من الانبعاثات". سلّمت شركتنا نظامًا لتبلور التبخر باستخدام كبريتات الصوديوم وكبريتات الليثيوم (MVR) بسعة 10 أطنان/ساعة (حجم ماء التبخير) وفقًا لنموذج EPC. بدأ تشغيله بنجاح في أبريل 2025، ويعمل بشكل متواصل لأكثر من 8000 ساعة. استهلاك البخار ≤ 0.08 طن/طن ماء، ونقاء Li₂SO₄ ≥ 99.2%، وNa₂SO₄ يتوافق مع معيار الفئة الأولى GB/T6009-2014. تبلغ إيراداته السنوية 32 مليون يوان، مما يجعله نموذجًا عمليًا لمعالجة سوائل النفايات عالية الملوحة في صناعة المعادن النادرة.

II. مسار العملية

1. خصائص المحلول الخام

·  ارتفاع نقطة الغليان Δb = 10 درجة مئوية (ملح مختلط 22%، 70 كيلو باسكال أمبير)

تختلف منحنيات ذوبان الملحين اختلافًا كبيرًا: Li₂SO₄ 1.34-1.54 غ/100 غH₂O في نطاق 80-95 درجة مئوية، Na₂SO₄ 42.7-43.8 غ/100 غH₂O، مما يُلبي شروط التبلور التدريجي. يحتوي على F⁻ وCOD وكمية صغيرة  من  أيونات  العناصر الأرضية النادرة، مما يتطلب معالجة مسبقة لمنع التكلس وتلوث المنتج.

2. ملخص العملية

·  محلول خام → ترسيب عالي الكثافة (Ca(OH)₂ + Na₂CO₃) يزيل F⁻ والكالسيوم، Ca ≤ 20mg/L → سرير تبادل الكاتيون الحمضي الضعيف (راتينج من نوع Li، عناصر أرضية نادرة ≤ 0.5mg/L) → تسخين مسبق على مرحلتين (مكثف + بخار ثانوي) → تبخير المرحلة الأولى MVR (فيلم ساقط + دوران قسري، 90 درجة مئوية) → جهاز تبلور DTB A (ترسيب تفضيلي Li₂SO₄) → الطرد المركزي → تجفيف السرير المميع → تعبئة Li₂SO₄·H₂O بدرجة بطارية

·  السائل الأم ← تبخير المرحلة الثانية من MVR (-80 كيلو باسكال، 55 درجة مئوية) ← جهاز التبلور DTB B ← الطرد المركزي باستخدام Na₂SO₄ decahydratation ← التجفيف ← تعبئة كبريتات الصوديوم

·  تستخدم كلتا مرحلتي البخار الثانوي ضاغط طرد مركزي أحادي الصندوق مع زيادة في السرعة، مع ارتفاع في درجة الحرارة بمقدار 20 درجة مئوية، ونسبة ضغط تبلغ 1.8، وكفاءة حرارية ≥85%.

3. الابتكارات الرئيسية

تبلور على  مرحلتين، مُتحكم في درجة الحرارة والضغط: تتحكم المرحلة عالية الحرارة في الكثافة إلى 1.28 غ/سم³ لإنتاج بلورات البذور؛ بينما تستخدم المرحلة منخفضة الحرارة الترسيب الوميضي الفراغي لنترات العشاري الهيدرات، مع معامل فصل Li/Na ≥ 98%. الغسيل المباشر + مرحلة الملح: مدة بقاء ملح Li 60 دقيقة، d50 = 0.9 مم؛ مدة بقاء ملح Na 45 دقيقة، d50 = 1.2 مم، معامل التباين لكليهما ≤ 5%.

·  استخلاص الليثيوم عن طريق إرجاع السائل الأم: يتم إرجاع السائل الأم الغني بالليثيوم إلى المرحلة الأولى للحفاظ على تركيز الليثيوم بمقدار 55 جم / لتر، مع معدل استرداد الليثيوم للنظام > 98٪.

·  CIP ذكي: يتم بدء التنظيف التلقائي بحمض الستريك/EDTA عندما يكون الفرق في درجة حرارة جدار الأنبوب >2 درجة مئوية أو ينخفض الفراغ بمقدار 3 كيلو باسكال، مما يمتد دورة التنظيف من 4 أيام إلى 18 يومًا.

ثالثًا: تكوين المعدات

·  المبخر: أنبوب مزدوج من الفولاذ المقاوم للصدأ 2205 + TA10 من التيتانيوم، مساحة تبادل حراري إجمالية 960 متر مربع، هامش تصميم 25%، مما يضمن خمس سنوات من التشغيل بدون تسرب.

·  الضاغط: جهاز طرد مركزي على شكل صندوق لزيادة السرعة، محرك + محرك علبة تروس، قطر المروحة 1.2 متر، السرعة الخطية ≤285 متر/ثانية، قيمة الاهتزاز <1.0 مم/ثانية، عمر التصميم 100000 ساعة.

·  وحدة التبلور: وحدتان DTB بحجم Φ2200×4500 مم، وأنابيب توجيه مدمجة + حلقات حاجزة، مع الحفاظ على كثافة الملاط بنسبة 25-30%.

·  أجهزة الطرد المركزي: LW520×2500-N، عامل الفصل 1500، يستخدم قسم الغسيل سائل أم مبرد بدرجة حرارة 3 درجات مئوية لتقليل احتباس الصوديوم.

·  التجفيف: سرير مائع متداول مغلق الحلقة، حماية من النيتروجين، محتوى الأكسجين <3%، درجة حرارة المنتج ≤55 درجة مئوية، منع انتقال مرحلة الجفاف Li₂SO₄.

رابعًا: الأتمتة والسلامة

·  نظام التحكم التلقائي Kang Jinghui: التحكم التنبؤي المتعدد المتغيرات لمعدل التبخر، ونسبة الضغط، وكثافة السائل الأم، ومحلل Li⁺ عبر الإنترنت (ICP-OES)، مع تقلبات في حدود ±2%.

·  نظام SIS المزدوج المتكرر: 18 قفلًا متشابكًا بما في ذلك زيادة الضاغط، ومحتوى الأكسجين >8%، ودرجة الحرارة >100 درجة مئوية، وتسرب F⁻ >1 مجم/لتر، مع زمن استجابة <300 مللي ثانية.

خامسًا: البيانات التشغيلية (تقييم الأداء، يوليو ٢٠٢٥)

·  معدل التبخر: 10000 كجم/ساعة (التصميم 10000)

·  البخار المباشر: 0.08 طن/طن من الماء (التصميم 0.10)

·  استهلاك الطاقة: 26 كيلوواط ساعة/طن من الماء (ضاغط + مضخة دائرية + مضخة تفريغ + وحدة تبريد)

·  مياه التبريد: 1.2 طن/طن من الماء (32 درجة مئوية → 38 درجة مئوية)

·  المخرجات: Li₂SO₄·H₂O 2.1 طن/يوم، نقاء 99.3%، Na≤0.15%؛ Na₂SO₄ لا مائي 14 طن/يوم، بياض ≥88%، Li≤0.05%.

السادس. الفوائد الاقتصادية والبيئية

·  توفير سنوي في البخار يبلغ 26 ألف طن، أي ما يعادل 2900 طن من الفحم القياسي، وخفض انبعاثات الكربون بمقدار 7600 طن.

·  توفير تكاليف التشغيل السنوية بمقدار 6.5 مليون يوان (البخار + التخلص الخارجي).

·  مبيعات بطاريات Li₂SO₄ بسعر 18000 يوان/طن، وكبريتات الصوديوم بسعر 550 يوان/طن، مما أدى إلى إيرادات سنوية إضافية قدرها 32 مليون يوان.

·  فترة استرداد الاستثمار 1.4 سنة.

٧. شهادات العملاء

يفصل جهاز MVR ثنائي المرحلتين الليثيوم والصوديوم تمامًا. وقد عمل الضاغط لمدة 8000 ساعة دون أي أعطال. وظلت نقاء أملاح الليثيوم ثابتًا حتى مستوى البطارية، مما حلّ تمامًا مشكلة مياه الصرف الصحي للعناصر الأرضية النادرة في المرحلة الأخيرة.