नेगेटिव ग्राफिटाइजेशन तकनीक की वर्तमान स्थिति और दिशा

विश्वभर में नई ऊर्जा वाहनों के तीव्र विकास के साथ, लिथियम बैटरी एनोड सामग्री की बाजार मांग में उल्लेखनीय वृद्धि हुई है। आंकड़ों के अनुसार, 2021 में, उद्योग की शीर्ष आठ लिथियम बैटरी एनोड कंपनियों ने अपनी उत्पादन क्षमता को लगभग दस लाख टन तक बढ़ाने की योजना बनाई है। एनोड सामग्री के सूचकांक और लागत पर ग्रेफाइटीकरण का सबसे अधिक प्रभाव पड़ता है। चीन में ग्रेफाइटीकरण उपकरण कई प्रकार के हैं, लेकिन इनकी ऊर्जा खपत अधिक है, प्रदूषण अधिक है और स्वचालन का स्तर कम है, जो ग्रेफाइट एनोड सामग्री के विकास को कुछ हद तक सीमित करता है। यह एनोड सामग्री के उत्पादन प्रक्रिया में तत्काल हल करने योग्य मुख्य समस्या है।

1. ऋणात्मक ग्राफिटाइजेशन भट्टी की वर्तमान स्थिति और तुलना

1.1 एटचिसन नेगेटिव ग्रेफाइटाइजेशन फर्नेस

परंपरागत इलेक्ट्रोड ऐचेसन फर्नेस पर आधारित संशोधित फर्नेस ग्रेफाइटाइजेशन फर्नेस में, मूल फर्नेस में नेगेटिव इलेक्ट्रोड सामग्री के वाहक के रूप में ग्रेफाइट क्रूसिबल का उपयोग किया जाता है (क्रूसिबल में कार्बनीकृत नेगेटिव इलेक्ट्रोड कच्चा माल भरा होता है)। फर्नेस के कोर में ताप प्रतिरोधक सामग्री भरी होती है, बाहरी परत में इन्सुलेशन सामग्री और फर्नेस की दीवारों में इन्सुलेशन होता है। विद्युतीकरण के बाद, प्रतिरोधक सामग्री के ताप से 2800 ~ 3000 ℃ का उच्च तापमान उत्पन्न होता है, और क्रूसिबल में मौजूद नेगेटिव सामग्री अप्रत्यक्ष रूप से गर्म होकर उच्च तापमान पर स्टोन इंकिंग प्रक्रिया द्वारा नेगेटिव सामग्री को लेपित करती है।

1.2. आंतरिक ऊष्मा श्रृंखला ग्रेफाइटीकरण भट्टी

यह भट्टी मॉडल ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड के उत्पादन के लिए उपयोग की जाने वाली सीरियल ग्रेफाइटाइजेशन भट्टी का संदर्भ है, जिसमें कई इलेक्ट्रोड क्रूसिबल (ऋणात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री से भरे हुए) अनुदैर्ध्य रूप से श्रृंखला में जुड़े होते हैं। इलेक्ट्रोड क्रूसिबल वाहक और ताप निकाय दोनों का कार्य करता है, और धारा इलेक्ट्रोड क्रूसिबल से होकर गुजरती है जिससे उच्च तापमान उत्पन्न होता है और आंतरिक ऋणात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री सीधे गर्म होती है। ग्रेफाइटाइजेशन प्रक्रिया में प्रतिरोध सामग्री का उपयोग नहीं होता है, जिससे लोडिंग और बेकिंग की प्रक्रिया सरल हो जाती है, प्रतिरोध सामग्री की ऊष्मा भंडारण हानि कम होती है और बिजली की खपत में बचत होती है।

1.3 ग्रिड बॉक्स प्रकार का ग्रेफाइटाइजेशन फर्नेस

हाल के वर्षों में, नंबर 1 अनुप्रयोग में वृद्धि हो रही है, मुख्य रूप से एचिसन श्रृंखला की ग्राफिटाइजेशन भट्टियों और ग्राफिटाइजेशन भट्टियों की संयुक्त प्रौद्योगिकी विशेषताओं का अध्ययन किया जा रहा है। भट्टी के कोर में कई एनोड प्लेट ग्रिड सामग्री बॉक्स संरचना का उपयोग किया जाता है। कच्चे माल को कैथोड में डाला जाता है, और सभी स्लॉटेड कनेक्शन के माध्यम से एनोड प्लेट कॉलम को फिक्स किया जाता है। प्रत्येक कंटेनर में, एनोड प्लेट सील के लिए समान सामग्री का उपयोग किया जाता है। सामग्री बॉक्स संरचना के कॉलम और एनोड प्लेट मिलकर हीटिंग बॉडी बनाते हैं। बिजली भट्टी के शीर्ष के इलेक्ट्रोड के माध्यम से भट्टी के कोर की हीटिंग बॉडी में प्रवाहित होती है, और उत्पन्न उच्च तापमान सीधे बॉक्स में एनोड सामग्री को गर्म करता है, जिससे ग्राफिटाइजेशन का उद्देश्य प्राप्त होता है।

1.4 तीन प्रकार के ग्राफिटाइजेशन फर्नेस की तुलना

आंतरिक ऊष्मा श्रृंखला ग्राफिटाइजेशन भट्टी में खोखले ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड को गर्म करके सामग्री को सीधे गर्म किया जाता है। इलेक्ट्रोड क्रूसिबल से प्रवाहित होने वाली धारा द्वारा उत्पन्न "जूल ऊष्मा" का उपयोग मुख्य रूप से सामग्री और क्रूसिबल को गर्म करने के लिए किया जाता है। इसकी ताप गति तीव्र होती है, तापमान का वितरण एकसमान होता है, और प्रतिरोधक सामग्री तापन वाली पारंपरिक एटचिसन भट्टी की तुलना में इसकी तापीय दक्षता अधिक होती है। ग्रिड-बॉक्स ग्राफिटाइजेशन भट्टी आंतरिक ऊष्मा श्रृंखला ग्राफिटाइजेशन भट्टी के लाभों का उपयोग करती है और कम लागत वाली पूर्व-पकी हुई एनोड प्लेट को ताप निकाय के रूप में अपनाती है। श्रृंखला ग्राफिटाइजेशन भट्टी की तुलना में, ग्रिड-बॉक्स ग्राफिटाइजेशन भट्टी की लोडिंग क्षमता अधिक होती है, और प्रति इकाई उत्पाद की बिजली खपत तदनुसार कम हो जाती है।

2. नेगेटिव ग्राफिटाइजेशन फर्नेस की विकास दिशा

2.1 परिधि दीवार संरचना को अनुकूलित करें

वर्तमान में, कई ग्रेफाइटीकरण भट्टियों की तापीय इन्सुलेशन परत मुख्य रूप से कार्बन ब्लैक और पेट्रोलियम कोक से भरी होती है। उच्च तापमान ऑक्सीकरण दहन के दौरान इन्सुलेशन सामग्री के इस हिस्से को लोड करते समय, प्रत्येक बार इसे बदलने या विशेष इन्सुलेशन सामग्री को पूरक करने की आवश्यकता होती है, जिससे यह प्रक्रिया पर्यावरण के लिए हानिकारक और श्रमसाध्य हो जाती है।

एक विकल्प यह हो सकता है कि विशेष उच्च शक्ति और उच्च तापमान वाले सीमेंट चिनाई वाली दीवार में मिट्टी की ईंटों का उपयोग किया जाए, जिससे समग्र शक्ति में वृद्धि हो, पूरे संचालन चक्र में दीवार की स्थिरता और विरूपण सुनिश्चित हो, साथ ही ईंटों के जोड़ की सीलिंग हो, ईंट की दीवार की दरारों और जोड़ों के बीच से भट्टी में अत्यधिक हवा के प्रवेश को रोका जा सके, और इन्सुलेटिंग सामग्री और एनोड सामग्री के ऑक्सीकरण से होने वाले नुकसान को कम किया जा सके।

दूसरा तरीका है भट्टी की दीवार के बाहर लटकने वाली समग्र थोक गतिशील इन्सुलेशन परत लगाना, जैसे कि उच्च-शक्ति वाले फाइबरबोर्ड या कैल्शियम सिलिकेट बोर्ड का उपयोग। यह तापन चरण में प्रभावी सीलिंग और इन्सुलेशन का काम करती है, और शीतलन चरण में इसे तेजी से ठंडा करने के लिए आसानी से हटाया जा सकता है। तीसरा तरीका है भट्टी के निचले भाग और भट्टी की दीवार में वेंटिलेशन चैनल लगाना। वेंटिलेशन चैनल बेल्ट के मुख के साथ पूर्वनिर्मित जालीदार ईंट संरचना का उपयोग करता है, जो उच्च तापमान वाले सीमेंट चिनाई को सहारा देता है, और शीतलन चरण में जबरन वेंटिलेशन शीतलन को ध्यान में रखता है।

2.2 संख्यात्मक सिमुलेशन द्वारा बिजली आपूर्ति वक्र को अनुकूलित करें

वर्तमान में, नेगेटिव इलेक्ट्रोड ग्रेफाइटाइजेशन फर्नेस का पावर सप्लाई कर्व अनुभव के आधार पर बनाया जाता है, और ग्रेफाइटाइजेशन प्रक्रिया को तापमान और फर्नेस की स्थिति के अनुसार मैन्युअल रूप से समायोजित किया जाता है, और इसका कोई एकीकृत मानक नहीं है। हीटिंग कर्व को अनुकूलित करने से बिजली की खपत में उल्लेखनीय कमी आ सकती है और फर्नेस का सुरक्षित संचालन सुनिश्चित हो सकता है। विभिन्न सीमा शर्तों और भौतिक मापदंडों के अनुसार वैज्ञानिक तरीकों से सुई संरेखण का संख्यात्मक मॉडल स्थापित किया जाना चाहिए, और ग्रेफाइटाइजेशन प्रक्रिया में धारा, वोल्टेज, कुल शक्ति और अनुप्रस्थ काट के तापमान वितरण के बीच संबंध का विश्लेषण किया जाना चाहिए, ताकि उपयुक्त हीटिंग कर्व तैयार किया जा सके और वास्तविक संचालन में इसे लगातार समायोजित किया जा सके। उदाहरण के लिए, बिजली संचरण के प्रारंभिक चरण में उच्च शक्ति संचरण का उपयोग किया जाता है, फिर शक्ति को तेजी से कम किया जाता है और फिर धीरे-धीरे बढ़ाया जाता है, और अंत तक शक्ति को कम किया जाता है।

2.3 क्रूसिबल और हीटिंग बॉडी की सेवा अवधि बढ़ाएँ

बिजली की खपत के अलावा, क्रूसिबल और हीटर का जीवनकाल भी सीधे तौर पर नेगेटिव ग्रेफाइटाइजेशन की लागत निर्धारित करता है। ग्रेफाइट क्रूसिबल और ग्रेफाइट हीटिंग बॉडी के लिए, लोडिंग आउट की उत्पादन प्रबंधन प्रणाली, हीटिंग और कूलिंग दर का उचित नियंत्रण, स्वचालित क्रूसिबल उत्पादन लाइन, ऑक्सीकरण को रोकने के लिए सीलिंग को मजबूत करना और अन्य उपाय क्रूसिबल के पुनर्चक्रण की संख्या को बढ़ाकर ग्रेफाइट इंकिंग की लागत को प्रभावी ढंग से कम करते हैं। उपरोक्त उपायों के अतिरिक्त, ग्रिड बॉक्स ग्रेफाइटाइजेशन फर्नेस की हीटिंग प्लेट का उपयोग प्री-बेक्ड एनोड, इलेक्ट्रोड या उच्च प्रतिरोधकता वाले स्थिर कार्बनयुक्त पदार्थ के हीटिंग मटेरियल के रूप में भी किया जा सकता है, जिससे ग्रेफाइटाइजेशन की लागत में बचत होती है।

2.4 फ्लू गैस नियंत्रण और अपशिष्ट ऊष्मा का उपयोग

ग्राफिटाइजेशन के दौरान उत्पन्न होने वाली धुआँ गैस मुख्य रूप से एनोड सामग्री के वाष्पशील पदार्थों और दहन उत्पादों, सतह पर कार्बन के जलने, वायु रिसाव आदि से आती है। भट्टी के चालू होने पर, बड़ी मात्रा में वाष्पशील पदार्थ और धूल निकलती है, जिससे कार्यशाला का वातावरण खराब हो जाता है। अधिकांश उद्यमों में इसके प्रभावी उपचार उपाय नहीं होते हैं, और यही नकारात्मक इलेक्ट्रोड उत्पादन में ऑपरेटरों के व्यावसायिक स्वास्थ्य और सुरक्षा को प्रभावित करने वाली सबसे बड़ी समस्या है। कार्यशाला में धुआँ गैस और धूल के प्रभावी संग्रहण और प्रबंधन पर व्यापक रूप से विचार करने के लिए और अधिक प्रयास किए जाने चाहिए, और कार्यशाला के तापमान को कम करने और ग्राफिटाइजेशन कार्यशाला के कार्य वातावरण को बेहतर बनाने के लिए उचित वेंटिलेशन उपाय किए जाने चाहिए।

फ्लू गैस को फ्लू के माध्यम से दहन कक्ष में एकत्रित करके मिश्रित दहन किया जाता है, जिससे फ्लू गैस में मौजूद अधिकांश टार और धूल को हटा दिया जाता है। उम्मीद है कि दहन कक्ष में फ्लू गैस का तापमान 800℃ से ऊपर होगा, और फ्लू गैस की अपशिष्ट ऊष्मा को अपशिष्ट ऊष्मा स्टीम बॉयलर या शेल हीट एक्सचेंजर के माध्यम से पुनः प्राप्त किया जा सकता है। कार्बन एस्फाल्ट धुएं के उपचार में प्रयुक्त आरटीओ भस्मीकरण तकनीक का भी संदर्भ लिया जा सकता है, जिसमें एस्फाल्ट फ्लू गैस को 850 ~ 900℃ तक गर्म किया जाता है। ऊष्मा भंडारण दहन के माध्यम से, फ्लू गैस में मौजूद एस्फाल्ट और वाष्पशील घटकों तथा अन्य पॉलीसाइक्लिक एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन का ऑक्सीकरण होता है और अंततः वे CO2 और H2O में विघटित हो जाते हैं, जिससे प्रभावी शुद्धिकरण दक्षता 99% से अधिक हो जाती है। यह प्रणाली स्थिर संचालन और उच्च संचालन दर प्रदान करती है।

2.5 ऊर्ध्वाधर सतत ऋणात्मक ग्राफिटाइजेशन भट्टी

ऊपर उल्लिखित विभिन्न प्रकार की ग्राफिटाइजेशन भट्टियां चीन में एनोड सामग्री उत्पादन की मुख्य भट्टी संरचनाएं हैं। इनमें सामान्य बात यह है कि उत्पादन आवधिक और रुक-रुक कर होता है, तापीय दक्षता कम होती है, सामग्री को बाहर निकालना मुख्य रूप से मैन्युअल संचालन पर निर्भर करता है और स्वचालन का स्तर उच्च नहीं होता है। पेट्रोलियम कोक कैल्सीनेशन भट्टी और बॉक्साइट कैल्सीनेशन शाफ्ट भट्टी के मॉडल का संदर्भ लेकर एक समान ऊर्ध्वाधर निरंतर नकारात्मक ग्राफिटाइजेशन भट्टी विकसित की जा सकती है। उच्च तापमान ताप स्रोत के रूप में प्रतिरोध आर्क का उपयोग किया जाता है, सामग्री अपने गुरुत्वाकर्षण द्वारा निरंतर बाहर निकलती है, और आउटलेट क्षेत्र में उच्च तापमान वाली सामग्री को ठंडा करने के लिए पारंपरिक जल शीतलन या गैसीकरण शीतलन संरचना का उपयोग किया जाता है, और सामग्री को भट्टी के बाहर निकालने और अंदर डालने के लिए पाउडर वायवीय संवहन प्रणाली का उपयोग किया जाता है। इस प्रकार की भट्टी निरंतर उत्पादन कर सकती है, भट्टी के शरीर में ऊष्मा भंडारण हानि को नगण्य माना जा सकता है, जिससे तापीय दक्षता में काफी सुधार होता है, उत्पादन और ऊर्जा खपत के लाभ स्पष्ट होते हैं, और पूर्ण स्वचालित संचालन को पूरी तरह से साकार किया जा सकता है। जिन प्रमुख समस्याओं का समाधान करना है, वे हैं पाउडर की तरलता, ग्राफिटाइजेशन की एकरूपता, सुरक्षा, तापमान की निगरानी और शीतलन आदि। यह माना जाता है कि भट्टी के सफल विकास के साथ औद्योगिक उत्पादन के क्षेत्र में नकारात्मक इलेक्ट्रोड ग्राफिटाइजेशन में एक क्रांति आ जाएगी।

3 गाँठ भाषा

लिथियम बैटरी एनोड सामग्री निर्माताओं के लिए ग्रेफाइट रासायनिक प्रक्रिया सबसे बड़ी समस्या है। इसका मूल कारण यह है कि व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली आवधिक ग्रेफाइटीकरण भट्टी में बिजली की खपत, लागत, पर्यावरण संरक्षण, स्वचालन स्तर, सुरक्षा और अन्य पहलुओं में अभी भी कुछ समस्याएं मौजूद हैं। उद्योग का भविष्य का रुझान पूर्णतः स्वचालित और संगठित उत्सर्जन निरंतर उत्पादन भट्टी संरचना के विकास और परिपक्व एवं विश्वसनीय सहायक प्रक्रिया सुविधाओं के समर्थन की ओर है। उस समय, उद्यमों को प्रभावित करने वाली ग्रेफाइटीकरण संबंधी समस्याएं काफी हद तक हल हो जाएंगी और उद्योग स्थिर विकास के दौर में प्रवेश करेगा, जिससे ऊर्जा से संबंधित नए उद्योगों के तीव्र विकास को बढ़ावा मिलेगा।