جهاز تبخير MVR لإزالة شوائب إلكتروليت الألومنيوم واستخراج الليثيوم بقدرة 3 أطنان/ساعة

أولا: خلفية المشروع 

مع اقتراب موعد تقاعد مركبات الطاقة الجديدة، أصبح استخلاص الليثيوم من إلكتروليتات الألومنيوم (كتل الكربون الكاثودية + الإلكتروليت) خطوةً حاسمةً في تجديد موارد بطاريات الليثيوم. يحتوي الإلكتروليت على أملاح قابلة للذوبان مثل Li₂CO₃ بتركيز 5-7 غ/لتر، وNaF/KF بتركيز 180 غ/لتر، وAl³⁺ بتركيز 15 غ/لتر، بالإضافة إلى كميات ضئيلة من المعادن الثقيلة (Ni، Co، Mn). تستخدم العمليات التقليدية "التبخير متعدد التأثيرات + ترسيب أملاح التبريد"، مما يؤدي إلى استهلاك كبير للبخار، وخسائر كبيرة في احتباس الليثيوم، وتآكل شديد في المعدات. يخطط المالك لإنشاء مبخر MVR لاستخلاص الليثيوم من إلكتروليت الألومنيوم بطاقة 3 أطنان/ساعة في عام 2024، بالمتطلبات التالية: تركيز أولي Li₂CO₃ ≥ 60 غ/لتر، نسبة تخصيب ≥ 10؛ مكثف F≤ 10mg/L، معدل إعادة الاستخدام ≥ 95%؛ لا يوجد تصريف للسائل الأم؛ استهلاك الطاقة لكل طن من الماء ≤ 45 كيلوواط/ساعة؛ مادة المعدات مقاومة لـ 20% من حمض الهيدروفلوريك والتشغيل طويل الأمد عند 80 درجة مئوية.

II. مسار العملية

1. المعالجة المسبقة لإزالة الشوائب

• استخدام "إزالة الألومنيوم باستخدام ثاني أكسيد الكربون + إزالة المعادن الثقيلة باستخدام الراتينج":

• يؤدي فقاعات ثاني أكسيد الكربون عند درجة حموضة 8.5 إلى توليد Al³⁺ لتكوين غرواني Al(OH)₃، والذي ينتج بعد الترشيح من خلال غشاء سيراميكي Al ≤ 5mg/L؛

• يقوم الراتنج المخلبي بامتصاص Ni/Co/Mn بشكل انتقائي، مع محتوى إجمالي من المعادن الثقيلة ≤ 0.1mg/L، مما يمنع رغوة التبخر اللاحقة وتسمم المحفز.

2. تركيز التبخر بالدوران القسري MVR: 

يُستخدم مزيج من التسخين المسبق للصفائح، والتبخير الأنبوبي بالدوران القسري، وضاغط بخار طرد مركزي. درجة حرارة التبخير: 75 درجة مئوية (تفريغ -0.082 ميجا باسكال)، وارتفاع درجة حرارة الضاغط: 18 درجة مئوية، ونسبة الانضغاط: 1.7. يُعاد استخدام البخار الثانوي بالكامل؛ ويُضاف 0.4 طن فقط من البخار الحي عند بدء التشغيل. معدل تدفق مضخة الدوران: 1200 متر مكعب/ساعة، وسرعة الأنبوب: 3.5 متر/ثانية، مما يمنع تراكم الفلورايد.

٣. فصل أملاح الذوبان بالتجميد والحرارة: تُدخل محاليل Li₂CO₃ المركزة (٦٠ جم/لتر) وNaF (١٩٠ جم/لتر) إلى مُبلور تجميد بدرجة حرارة صفر مئوية. يترسب الملح المختلط NaF·KF، ويُطرد مركزيًا، ثم يُعاد إلى المرحلة الأولى. يُسخّن السائل الأم إلى ٩٥ درجة مئوية؛ نقاء بلورات Li₂CO₃ ≥ ٩٨.٥٪، نسبة العائد من المرحلة الأولى: ٨٨٪.

4. تجفيف السائل الأم: يتم تغذية السائل الأم الغني بالليثيوم إلى مجفف كاشط، مع محتوى المواد الصلبة الجافة ≤3% ماء و0.15 طن / يوم من الأملاح المختلطة، ثم يتم إرساله إلى معالجة النفايات الخطرة المشتركة، مما يحقق عدم انبعاث السائل الأم.

ثالثًا: المعدات والمواد الرئيسية

رابعًا: بيانات التشغيل (متوسط ١٨٠ يومًا، أبريل ٢٠٢٤ - أكتوبر ٢٠٢٤)

• سعة المعالجة: 3.2 طن/ساعة (معدل التحميل 107%)

• استهلاك الكهرباء لكل طن من المياه: 42 كيلوواط/ساعة (بما في ذلك الضاغط ومضخة الدوران والتجفيف)

• مكياج البخار: 0.03 طن/طن من الماء (للاستخدام أثناء الخدمة فقط)

• نسبة إثراء الليثيوم: 12 مرة، تركيز Li₂CO₃: 62 جم/لتر، معدل استرداد الليثيوم: 90.5%، معدل استرداد ملح NaF المختلط: 93%

• مكثف F⁻: 6 ملغ/لتر، معدل إعادة الاستخدام: 96%

• وقت تشغيل النظام: 98.2%، إيقاف تشغيل غير مخطط له مرة كل ستة أشهر

• دورة التنظيف: 90 يومًا (دورة حمض الستريك 5٪ عبر الإنترنت لمدة 4 ساعات)

خامسا. الابتكارات التقنية

1. نظام مادة مقاومة للتآكل بالفلور: سبيكة التيتانيوم TA10 في جانب الأنبوب لها معدل مقاومة للتآكل HF ≤0.01 مم/أ، مما يزيد من عمر الخدمة بمقدار 6 مرات مقارنة بـ 316L.

2. MVR منخفض الحرارة + فراغ عالي: درجة حرارة التبخر 75 درجة مئوية، وتجنب إعادة إذابة Li₂CO₃ في درجات حرارة عالية، مما يقلل من فقدان الليثيوم بنسبة 70%.

3. ضاغط الطرد المركزي المكره التيتانيوم: في ظل ظروف ارتفاع درجة الحرارة 18 درجة مئوية ونسبة الضغط 1.7، تصل الكفاءة الأيزنتروبي إلى 84٪، مما يوفر 15٪ من الطاقة أكثر من نوع الجذور.

٤. خوارزمية الذكاء الاصطناعي لمكافحة الترسبات: تتنبأ المراقبة الفورية لاختلاف درجة الحرارة، والتوصيل، والاهتزاز باتجاهات ترسب الفلورايد، مع إصدار تحذير مسبق قبل ٧٢ ساعة، مما يقلل من تكرار التنظيف السنوي من ١٢ مرة إلى ٤ مرات. ٥. فصل الأملاح بالتجميد والذوبان: باستخدام فرق الذوبان بين NaF وLi₂CO₃، يتم الحصول على Li₂CO₃ (بنقاء ٩٩.٢٪) من فئة البطاريات في عملية واحدة، مما يقلل الشوائب بنسبة ٨٠٪.

السادس. الفوائد البيئية والاقتصادية

البيئة: خفض 26 ألف طن سنويًا من مياه الصرف الصحي عالية الملوحة، و4.2 طن من انبعاثات الفلور، وخفض النفايات الخطرة والشوائب بنسبة 85%، واجتياز اختبار عدم التفريغ بنجاح.

اقتصاديًا: توفير سنوي قدره 25,000 طن من المياه الأولية و3,200 طن من البخار الحي، بالإضافة إلى ناتج ثانوي قدره 1,650 طنًا من ثاني أكسيد الليثيوم. بناءً على تكلفة قدرها 150,000 يوان/طن، تبلغ إيرادات المبيعات السنوية 248 مليون يوان، بينما تبلغ تكلفة التشغيل لكل طن من المياه 46 يوانًا.

اجتماعيًا: استقطب المشروع تبادلات تقنية من أكثر من 40 شركة محلية ودولية.

٧. الخاتمة 

نجح مُبخّر MVR المُستخرج من الليثيوم بإلكتروليت الألومنيوم، بسعة 3 أطنان/ساعة، في حل ثلاثة تحديات رئيسية، وهي: ارتفاع نسبة الفلوريد، وارتفاع نسبة الأملاح، وارتفاع فقدان الليثيوم. بفضل تركيبته الأساسية المكونة من مادة التيتانيوم المقاومة للتآكل، وMVR منخفض الحرارة، والفصل بالتبريد العميق، يُحقق هذا المُبخّر إثراءً عاليًا لموارد الليثيوم، مع عدم وجود أي تصريف لمياه الصرف. يُوفر هذا الجهاز لقطاع إعادة تدوير بطاريات الليثيوم وحدةً موحدةً تتميز بالكفاءة، وانخفاض الاستهلاك، وطول دورة العمل، مما يُمثل مرحلةً جديدةً في تطبيق تقنية MVR على نطاق واسع في مجال استخراج موارد الطاقة الاستراتيجية الجديدة.