ნეგატიური გრაფიტიზაციის ტექნოლოგიის ამჟამინდელი მდგომარეობა და მიმართულება

მსოფლიოში ახალი ენერგიის მომწოდებელი სატრანსპორტო საშუალებების სწრაფი განვითარებით, ბაზარზე ლითიუმის აკუმულატორების ანოდურ მასალებზე მოთხოვნა მნიშვნელოვნად გაიზარდა. სტატისტიკის თანახმად, 2021 წელს ინდუსტრიის რვა წამყვანი ლითიუმის აკუმულატორების ანოდური საწარმო გეგმავს წარმოების მოცულობის თითქმის ერთ მილიონ ტონამდე გაზრდას. გრაფიტიზაციას ყველაზე დიდი გავლენა აქვს ანოდური მასალების ინდექსსა და ფასზე. ჩინეთში გრაფიტიზაციის აღჭურვილობა მრავალფეროვანია, მაღალი ენერგომოხმარებით, ძლიერი დაბინძურებით და ავტომატიზაციის დაბალი ხარისხით, რაც გარკვეულწილად ზღუდავს გრაფიტის ანოდური მასალების განვითარებას. ეს არის მთავარი პრობლემა, რომელიც სასწრაფოდ უნდა გადაიჭრას ანოდური მასალების წარმოების პროცესში.

1. უარყოფითი გრაფიტიზაციის ღუმელის ამჟამინდელი მდგომარეობა და შედარება

1.1 ატჩისონის უარყოფითი გრაფიტიზაციის ღუმელი

ტრადიციული ელექტროდის, აიჩსონის ღუმელის გრაფიტიზების ღუმელზე დაფუძნებულ მოდიფიცირებულ ღუმელში, თავდაპირველი ღუმელი იტვირთება გრაფიტის ტილოთი, როგორც უარყოფითი ელექტროდის მასალის მატარებელი (ტილო იტვირთება ნახშირბადიანი უარყოფითი ელექტროდის ნედლეულით), ღუმელის ბირთვი ივსება გათბობის წინააღმდეგობის მასალით, გარე ფენა ივსება საიზოლაციო მასალით და ღუმელის კედლის იზოლაციით. ელექტრიფიკაციის შემდეგ, რეზისტორის მასალის გაცხელებით, ძირითადად, წარმოიქმნება 2800 ~ 3000℃ მაღალი ტემპერატურა, ხოლო ტილოში არსებული უარყოფითი მასალა ირიბად თბება უარყოფითი მასალის მაღალი ტემპერატურის ქვის შეღებვის მისაღწევად.

1.2. შიდა სითბოს სერიული გრაფიტიზაციის ღუმელი

ღუმელის მოდელი წარმოადგენს გრაფიტის ელექტროდების წარმოებისთვის გამოყენებული სერიული გრაფიტიზაციის ღუმელის მითითებას და რამდენიმე ელექტროდის ტიუნერი (დატვირთული უარყოფითი ელექტროდის მასალით) დაკავშირებულია სერიულად გრძივად. ელექტროდის ტიუნერი წარმოადგენს როგორც მატარებელს, ასევე გამათბობელ სხეულს, ხოლო დენი გადის ელექტროდის ტიუნერში მაღალი ტემპერატურის გენერირებისთვის და პირდაპირ აცხელებს შიდა უარყოფითი ელექტროდის მასალას. გრაფიტიზაციის პროცესი არ იყენებს წინააღმდეგობის მასალას, რაც ამარტივებს ჩატვირთვისა და გამოცხობის პროცესს და ამცირებს წინააღმდეგობის მასალის სითბოს შენახვის დანაკარგს, რაც ზოგავს ენერგიის მოხმარებას.

1.3 ბადისებრი ყუთის ტიპის გრაფიტიზაციის ღუმელი

ბოლო წლებში #1 გამოყენება იზრდება, ძირითადია Acheson-ის სერიის გრაფიტიზების ღუმელისა და კონკატენირებული ტექნოლოგიის მახასიათებლები გრაფიტიზების ღუმელისთვის, ღუმელის ბირთვი იყენებს ანოდური ფირფიტის ბადისებრ მასალას, ყუთის სტრუქტურას, მასალა კათოდში ნედლეულში შედის, ანოდური ფირფიტების სვეტებს შორის ყველა ჭრილის შეერთების გზით ფიქსირდება, თითოეული კონტეინერი იყენებს ანოდური ფირფიტის დალუქვას იმავე მასალით. ყუთის სტრუქტურის სვეტი და ანოდური ფირფიტა ერთად ქმნიან გამათბობელ სხეულს. ელექტროენერგია ღუმელის თავის ელექტროდის გავლით ღუმელის ბირთვის გამათბობელ სხეულში მიედინება და წარმოქმნილი მაღალი ტემპერატურა პირდაპირ ათბობს ყუთში არსებულ ანოდურ მასალას გრაფიტიზების მიზნის მისაღწევად.

1.4 გრაფიტიზაციის ღუმელის სამი ტიპის შედარება

შიდა სითბოს სერიული გრაფიტიზაციის ღუმელი განკუთვნილია მასალის პირდაპირ გაცხელებისთვის ღრუ გრაფიტის ელექტროდის გაცხელებით. ელექტროდის ტიანში გამავალი დენის მიერ წარმოქმნილი „ჯოულის სითბო“ ძირითადად გამოიყენება მასალისა და ტიანშის გასათბობად. გათბობის სიჩქარე სწრაფია, ტემპერატურის განაწილება ერთგვაროვანია და თერმული ეფექტურობა უფრო მაღალია, ვიდრე ტრადიციული ატჩისონის ღუმელი წინაღობის მასალის გათბობით. ბადისებრი ყუთის გრაფიტიზაციის ღუმელი იყენებს შიდა სითბოს სერიული გრაფიტიზაციის ღუმელის უპირატესობებს და გამათბობელ კორპუსად იყენებს წინასწარ გამომცხვარ ანოდურ ფირფიტას, რომელსაც დაბალი ღირებულება აქვს. სერიულ გრაფიტიზაციის ღუმელთან შედარებით, ბადისებრი ყუთის გრაფიტიზაციის ღუმელის დატვირთვის მოცულობა უფრო დიდია და შესაბამისად მცირდება ენერგიის მოხმარება პროდუქტის ერთეულზე.

2. უარყოფითი გრაფიტიზაციის ღუმელის განვითარების მიმართულება

2. 1 პერიმეტრის კედლის სტრუქტურის ოპტიმიზაცია

ამჟამად, რამდენიმე გრაფიტიზაციის ღუმელის თბოიზოლაციის ფენა ძირითადად ივსება ნახშირბადის შავით და ნავთობკოქსით. საიზოლაციო მასალის ეს ნაწილი წარმოების დროს მაღალ ტემპერატურაზე იწვის და ყოველ ჯერზე, როდესაც იტვირთება, საჭიროა სპეციალური საიზოლაციო მასალის შეცვლა ან დამატება, ცუდი გარემოს და მაღალი შრომის ინტენსივობის პროცესის ჩანაცვლება.

შეიძლება განვიხილოთ სპეციალური, მაღალი სიმტკიცისა და მაღალი ტემპერატურის ცემენტის, აკრილის ქვის კედლისთვის განკუთვნილი ფიცრის გამოყენება, რაც გაზრდის საერთო სიმტკიცეს, უზრუნველყოფს კედლის სტაბილურობას დეფორმაციის დროს მთელი ექსპლუატაციის ციკლის განმავლობაში, ამავდროულად, აგურის ნაკერების დალუქვას, ხელს უშლის აგურის კედლის ბზარებიდან და შეერთების ნაპრალებიდან ღუმელში ზედმეტი ჰაერის შეღწევას, ამცირებს საიზოლაციო მასალისა და ანოდური მასალების დაჟანგვის წვის შედეგად დანაკარგებს;

მეორე არის ღუმელის კედლის გარეთ ჩამოკიდებული მოცულობითი მობილური იზოლაციის ფენის დამონტაჟება, მაგალითად, მაღალი სიმტკიცის ბოჭკოვანი დაფის ან კალციუმის სილიკატური დაფის გამოყენებით, გათბობის ეტაპი ასრულებს ეფექტურ დალუქვისა და იზოლაციის როლს, ცივი ეტაპი მოსახერხებელია სწრაფი გაგრილებისთვის; მესამე, სავენტილაციო არხი დამონტაჟებულია ღუმელის ძირში და ღუმელის კედელში. სავენტილაციო არხი იყენებს წინასწარ დამზადებული ბადისებრი აგურის სტრუქტურას ქამრის მდედრობითი შესართავით, მაღალი ტემპერატურის ცემენტის ქვისა და ცივ ფაზაში იძულებითი ვენტილაციის გაგრილების გათვალისწინებით.

2. 2. ენერგომომარაგების მრუდის ოპტიმიზაცია რიცხვითი სიმულაციით

ამჟამად, უარყოფითი ელექტროდის გრაფიტიზაციის ღუმელის სიმძლავრის მრუდი შედგენილია გამოცდილების მიხედვით და გრაფიტიზაციის პროცესი რეგულირდება ხელით ნებისმიერ დროს ტემპერატურისა და ღუმელის მდგომარეობის მიხედვით, და არ არსებობს ერთიანი სტანდარტი. გათბობის მრუდის ოპტიმიზაცია აშკარად ამცირებს ენერგომოხმარების ინდექსს და უზრუნველყოფს ღუმელის უსაფრთხო მუშაობას. ნემსის გასწორების რიცხვითი მოდელი უნდა შეიქმნას სამეცნიერო საშუალებებით სხვადასხვა სასაზღვრო პირობებისა და ფიზიკური პარამეტრების მიხედვით და უნდა გაანალიზდეს გრაფიტიზაციის პროცესში დენი, ძაბვა, მთლიანი სიმძლავრე და ტემპერატურის განაწილებას შორის ურთიერთობა, რათა ჩამოყალიბდეს შესაბამისი გათბობის მრუდი და მუდმივად შეიცვალოს იგი ფაქტობრივი მუშაობის დროს. მაგალითად, სიმძლავრის გადაცემის ადრეულ ეტაპზე გამოიყენება მაღალი სიმძლავრის გადაცემა, შემდეგ სწრაფად მცირდება სიმძლავრე და შემდეგ ნელა იმატებს სიმძლავრე, შემდეგ კი მცირდება სიმძლავრე სიმძლავრის დასრულებამდე.

2. 3 გაახანგრძლივეთ ქვაბის და გამათბობელი კორპუსის მომსახურების ვადა

ენერგომოხმარების გარდა, გრაფიტის ტიუნერისა და გამათბობლის სიცოცხლის ხანგრძლივობა ასევე პირდაპირ განსაზღვრავს უარყოფითი გრაფიტიზაციის ღირებულებას. გრაფიტის ტიუნერისა და გრაფიტის გამათბობელი კორპუსისთვის, ჩატვირთვის წარმოების მართვის სისტემა, გათბობისა და გაგრილების სიჩქარის გონივრული კონტროლი, ტიუნერის ავტომატური წარმოების ხაზი, დაჟანგვის თავიდან ასაცილებლად დალუქვის გაძლიერება და სხვა ზომები ტიუნერის გადამუშავების დროის გასაზრდელად, ეფექტურად ამცირებს გრაფიტის შეღებვის ღირებულებას. ზემოაღნიშნული ზომების გარდა, ბადისებრი ყუთის გრაფიტიზაციის ღუმელის გამათბობელი ფირფიტა ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც წინასწარ გამომცხვარი ანოდის, ელექტროდის ან მაღალი წინაღობის მქონე ფიქსირებული ნახშირბადოვანი მასალის გამათბობელი მასალა გრაფიტიზაციის ხარჯების დაზოგვის მიზნით.

2.4 ნამწვი აირების კონტროლი და ნარჩენი სითბოს გამოყენება

გრაფიტიზაციის დროს წარმოქმნილი ნამწვი აირი ძირითადად წარმოიქმნება ანოდური მასალების აქროლადი ნივთიერებებისა და წვის პროდუქტებისგან, ზედაპირული ნახშირბადის წვის, ჰაერის გაჟონვისა და ა.შ. ღუმელის გაშვების დასაწყისში აქროლადი ნივთიერებებისა და მტვრის დიდი რაოდენობა გამოდის, სახელოსნოში გარემო არახელსაყრელია, საწარმოების უმეტესობას არ აქვს ეფექტური დამუშავების ზომები, რაც ყველაზე დიდ პრობლემას წარმოადგენს უარყოფითი ელექტროდის წარმოების ოპერატორების შრომის ჯანმრთელობასა და უსაფრთხოებაზე. მეტი ძალისხმევა უნდა იქნას მიმართული სახელოსნოში ნამწვი აირისა და მტვრის ეფექტური შეგროვებისა და მართვის ყოვლისმომცველი განხილვისთვის და უნდა იქნას მიღებული გონივრული ვენტილაციის ზომები სახელოსნოს ტემპერატურის შესამცირებლად და გრაფიტიზაციის სახელოსნოს სამუშაო გარემოს გასაუმჯობესებლად.

მას შემდეგ, რაც კვამლის აირი შეგროვდება კვამლის მილის მეშვეობით წვის კამერაში შერეული წვის მეთოდით, კვამლის აირში არსებული ფისისა და მტვრის უმეტესი ნაწილის მოცილებით, მოსალოდნელია, რომ წვის კამერაში კვამლის აირის ტემპერატურა 800°C-ზე მეტი იყოს და კვამლის აირის ნარჩენი სითბო აღდგეს ნარჩენი სითბოს ორთქლის ქვაბის ან გარსის სითბოს გადამცვლელის მეშვეობით. ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნახშირბადის ასფალტის კვამლის დამუშავებაში გამოყენებული RTO ინსინერაციის ტექნოლოგია, ხოლო ასფალტის კვამლის აირი თბება 850~900°C-მდე. სითბოს შენახვის წვის შედეგად, კვამლის აირში არსებული ასფალტი, აქროლადი კომპონენტები და სხვა პოლიციკლური არომატული ნახშირწყალბადები იჟანგება და საბოლოოდ იშლება CO2-ად და H2O-დ, ხოლო ეფექტური გაწმენდის ეფექტურობამ შეიძლება მიაღწიოს 99%-ს. სისტემას აქვს სტაბილური მუშაობა და მაღალი მუშაობის სიჩქარე.

2. 5 ვერტიკალური უწყვეტი უარყოფითი გრაფიტიზაციის ღუმელი

ზემოთ ხსენებული რამდენიმე სახის გრაფიტიზაციის ღუმელი წარმოადგენს ანოდური მასალების წარმოების ძირითად ღუმელის სტრუქტურას ჩინეთში, საერთო მახასიათებელია პერიოდული წყვეტილი წარმოება, დაბალი თერმული ეფექტურობა, დატვირთვა ძირითადად დამოკიდებულია ხელით მუშაობაზე, ავტომატიზაციის ხარისხი არ არის მაღალი. მსგავსი ვერტიკალური უწყვეტი უარყოფითი გრაფიტიზაციის ღუმელის შემუშავება შესაძლებელია ნავთობკოქსის კალცინაციის ღუმელის და ბოქსიტის კალცინაციის ლილვის ღუმელის მოდელის გამოყენებით. წინაღობის ARC გამოიყენება როგორც მაღალი ტემპერატურის სითბოს წყარო, მასალა უწყვეტად გამოიდევნება საკუთარი გრავიტაციით და ჩვეულებრივი წყლის გაგრილების ან გაზიფიკაციის გაგრილების სტრუქტურა გამოიყენება გამოსასვლელში მაღალი ტემპერატურის მასალის გასაგრილებლად, ხოლო ფხვნილის პნევმატური გადაცემის სისტემა გამოიყენება მასალის ღუმელის გარეთ გადმოსატანად და მისაწოდებლად. ღუმელის ტიპის ღუმელის საშუალებით შესაძლებელია უწყვეტი წარმოების განხორციელება, ღუმელის კორპუსის სითბოს შენახვის დანაკარგების იგნორირება შესაძლებელია, ამიტომ თერმული ეფექტურობა მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულია, გამომავალი და ენერგომოხმარების უპირატესობები აშკარაა და სრულად ავტომატური მუშაობა შესაძლებელია. გადასაჭრელი ძირითადი პრობლემებია ფხვნილის სითხეობა, გრაფიტიზაციის ხარისხის ერთგვაროვნება, უსაფრთხოება, ტემპერატურის მონიტორინგი და გაგრილება და ა.შ. ითვლება, რომ ღუმელის წარმატებული განვითარებით სამრეწველო წარმოების მასშტაბირება, ის რევოლუციას მოახდენს უარყოფითი ელექტროდის გრაფიტიზაციის სფეროში.

3 კვანძის ენა

გრაფიტის ქიმიური პროცესი ლითიუმის ბატარეის ანოდური მასალების მწარმოებლების ყველაზე დიდ პრობლემას წარმოადგენს. ძირითადი მიზეზი ის არის, რომ ჯერ კიდევ არსებობს გარკვეული პრობლემები ენერგომოხმარების, ღირებულების, გარემოს დაცვის, ავტომატიზაციის ხარისხის, უსაფრთხოებისა და ფართოდ გამოყენებული პერიოდული გრაფიტიზაციის ღუმელის სხვა ასპექტებთან დაკავშირებით. ინდუსტრიის მომავალი ტენდენციაა სრულად ავტომატიზირებული და ორგანიზებული ემისიური უწყვეტი წარმოების ღუმელის სტრუქტურის შემუშავება და განვითარებული და საიმედო დამხმარე დამუშავების ობიექტების მხარდაჭერა. ამ დროს, საწარმოებისთვის დამახასიათებელი გრაფიტიზაციის პრობლემები მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდება და ინდუსტრია სტაბილური განვითარების პერიოდში შევა, რაც ახალი ენერგეტიკული ინდუსტრიების სწრაფ განვითარებას შეუწყობს ხელს.