УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АНОДНОГО МАТЕРИАЛА

Полезная модель относится к устройствам термической переработки измельченного растительного сырья, в частности органического сырья природного происхождения, предпочтительно, тростникового сахара.
Известно устройство термической переработки измельченного углеводородного сырья, содержащее печь в виде цилиндрического металлического корпуса с футеровкой, установленную в ней соосно пиролизную камеру с кольцевым зазором, источник обогрева, средство для отвода продуктов пиролиза, включающее патрубок для отвода парогазовой смеси, механизм загрузки сырья (см. патент РФ №2240339, 2004 г.).
Известна также установка для получения анодного материала, содержащая узел подготовки углеродсодержащего материала и узел термической обработки (см. патент РФ №2133527, 1999 г.).
К недостаткам этих устройств относятся их громоздкость, значительные суммарные расходы на производство углеводородного сырья получаемого переработкой исходных неорганических углеродсодержащих материалов, повышенная их токсичность при переработке и высокое содержание вредных и нежелательных примесей, требующая дополнительных затрат на их удаление.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое решение, является ускорение процесса получения анодного материала, улучшение экологии окружающей среды, за счет возможности использования экологически чистого природного сырья.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в упрощение конструкции, за счет упрощения самой технологии получения анодного материала, повышении качества получаемого анодного материала при снижении суммарных расходов на производство углеродного сырья, используемого в качестве его
основы. Кроме того, обеспечивается возможность использования для производства анодного материала возобновляемого сырья.
Поставленная задача решается тем, устройство для изготовления анодного материала содержащее узел подготовки углеродсодержащего материала к термической обработке и узел термической обработки, отличается тем, что узел подготовки углеродсодержащего материала включает первый загрузочный бункер выход которого через сито связан с узлом обезвоживания, выход которого связан с первым узлом измельчения, выход которого, связан с первым классификатором, надрешетное пространство которого связано со входом первого узла измельчения, а подрешетное пространство связано со входом реактора пиролиза выполненный с возможностью прогрева до 800°С, при этом выход реактора пиролиза связан со вторым узлом измельчения, выход которого, связан со вторым классификатором, надрешетное пространство которого связано со входом второго узла измельчения, а подрешетное пространство связано со входом первой вакуумной печи, выполненный с возможностью прогрева до 1150°С, выход которой связан с третьим узлом измельчения, выход которого, связан с третьим классификатором, надрешетное пространство которого связано со входом третьего узла измельчения, а подрешетное пространство связано со входом первого каскада термообработки, выход которого связан со входом узла перемешивания, который также связан с выходом узла подготовки модифицирующего материала, при этом узел подготовки модифицирующего материала включает второй загрузочный бункер, выход которого связан с четвертым узлом измельчения, выход которого, связан с четвертым классификатором, надрешетное пространство которого связано со входом четвертого узла измельчения, а подрешетное пространство связано с узлом перемешивания, при этом, выход узла перемешивания связан с пятым классификатором, надрешетное пространство которого связано со входом пятого узла измельчения, а подрешетное пространство связано со входом второй вакуумной печи, выполненной с
возможностью прогрева до 850°С, выход которой связан с шестым узлом измельчения, выход которого, связан с шестым классификатором, надрешетное пространство которого связано со входом шестого узла измельчения, а подрешетное пространство связано со входом второго каскада термообработки, выход которого связан с седьмым классификатором, надрешетное пространство которого связано со входом седьмого узла измельчения, а подрешетное пространство связано с приемным бункером анодного материала. Кроме того каскады термообработки содержат, по меньшей мере, две параллельно установленных отжиговых печи, выполненных с возможностью прогрева до 750°С.
Кроме того каскады термообработки содержат, три последовательно установленных отжиговых печи, первая из которых выполнена с возможностью прогрева до 550°С, а вторая и третья, соответственно, до 650 и 750°С.
Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения с совокупностью существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом совокупность отличительных признаков формулы изобретения обеспечивает решение поставленной задачи ускорения процесса получения анодного материала, улучшения экологии окружающей среды, за счет возможности использования экологически чистого природного сырья.
На фиг.1 показана схема устройства.
Установка содержит узел подготовки углеродсодержащего материала к термической обработке, который включает первый загрузочный бункер 1, выход которого через сито 2 (например, сепарационное) связан с узлом обезвоживания 3. Узел обезвоживания 3 представляет собой устройство известной конструкции, например сушильный шкаф, оборудованный вентиляционным обдувом потоками теплого воздуха (t=45-50°С). Выход узла обезвоживания 3 связан с первым узлом измельчения 4. В качестве узла
измельчения 4 могут быть использованы устройства известной конструкции, обеспечивающие измельчение материала до нужной дисперсности, например миксеры как механические, так и вибромиксеры, желательно регулируемые по скорости и размерам измельчения. Выход узла измельчения 4 связан с первым классификатором 5 (в качестве последнего используют устройства сходного назначения рабочие характеристики которого удовлетворяют решаемой задаче - требуемым параметрам частиц), надрешетное пространство которого связано со входом первого узла измельчения 4, а подрешетное пространство связано со входом реактора пиролиза 6 выполненного с возможностью прогрева до 800°С, например печь типа СНВЭ-2.4.2/16 И2, снабженной камерой равномерного нагрева, оборудованной датчиками для создания специальной защитной атмосферы, а также снабженной функцией отвода газов и конденсата. Выход реактора пиролиза 6 связан со вторым классификатором 8, надрешетное пространство которого связано со входом второго узла измельчения 7, а подрешетное пространство связано со входом первой вакуумной печи 9, выполненной с возможностью прогрева до 1150°С, выход которой связан с третьим узлом измельчения 10, выход которого, связан с третьим классификатором 11, надрешетное пространство которого связано со входом третьего узла измельчения 10, а подрешетное пространство связано со входом первого каскада термообработки 12. Первый каскад термообработки 12 содержит как минимум две параллельно установленные отжиговые печи, выполненных с возможностью прогрева до 750°С или три последовательно установленных печи, первая из которых выполнена с возможностью прогрева до 550°С, а вторая и третья, соответственно, до 650°С и 750°С. Выход первого каскада термообработки 12 связан со входом узла перемешивания 13, который также связан с выходом узла 14 подготовки модифицирующего материала, при этом узел 14 подготовки модифицирующего материала включает второй загрузочный бункер 15, выход которого связан с четвертым узлом измельчения 16, выход которого, связан с четвертым классификатором 17,
надрешетное пространство которого связано со входом четвертого узла измельчения 16, а подрешетное пространство (конструктивно упомянутые элементы 7-17 не отличаются от ранее описанных узлов и механизмов сходного назначения) связано с узлом перемешивания 13. При этом, выход узла перемешивания 13 связан с пятым классификатором 18, надрешетное пространство которого связано со входом пятого узла измельчения 19, а подрешетное пространство связано со входом второй вакуумной печи 20, выполненной с возможностью прогрева до 850°С, выход которой связан с шестым узлом измельчения 21, выход которого, связан с шестым классификатором 22, надрешетное пространство которого связано со входом шестого узла измельчения 21, а подрешетное пространство связано со входом второго каскада термообработки 23, выход которого связан с седьмым классификатором 24, надрешетное пространство которого связано со входом седьмого узла измельчения 25, а подрешетное пространство связано с приемным бункером анодного материала 26. (конструктивно упомянутые элементы 18-26 не отличаются от ранее описанных узлов и механизмов сходного назначения).
Установка работает следующим образом. Исходный материал, которым является тростниковый сахар, засыпают в первый загрузочный бункер 1, через выход которого сырье поступает на сито 2 в котором его очищают от инородных примесей. Очищенный сахар поступает в узел обезвоживания 3, где его сушат, снижая его влажность как минимум до 0,4% от исходной массы. После сушки тростниковый сахар подвергают измельчению в первом узле измельчения 4 и пропускают через первый классификатор 5. Подготовленную массу подвергают пиролизу при температуре около 800°С в реакторе 6 до тех пор пока сахарная пудра не прекращает гореть и образуется черная углеродная масса в виде раскаленных углей. Время нагрева и сгорания углей определяют экспериментально. Полученную углеродную массу охлаждают как минимум до 30°С, после чего повторно измельчают во втором узле измельчения 7. Полученный мелкодисперсный
2
3
3
2
2
3
2
2
порошок (модификацию углерода) нагревают в реакторе 6 (до температуры 900°С (либо до 1150°С в зависимости от требуемой модификации углерода) и охлаждают до температуры как минимум до 35°С. После нагрева (окончательного пиролиза) в вакуумной печи и охлаждения, полученный мелкодисперсный порошок подвергают размолу в третьем узле измельчения 10 и пропускают через классификатор 11 После операций перемешивания сочетающихся с размолом и растиранием в узле перемешивания 13 порошок подвергают 3-х - ступенчатой термической обработке (отжигу в атмосфере инертных газов), как минимум в три ступени. Температурный режим процесса циклирования подбирается в пределах 0.65-0.85 от температуры пиролиза. Если в процессе пиролиза температурный максимум составлял 900°С то на первой ступени материал нагревают до температуры 550°С и после охлаждения в отжиговой печи до температуры 35°С нагревают до 650°С и после повторения процедуры охлаждения нагревают до температуры 750°С. Если в процессе пиролиза температурный максимум составлял 1150°С то на первой ступени материал нагревают до температуры 750°С и после охлаждения в отжиговой печи до температуры 35°С нагревают до 850°С и после повторения процедуры охлаждения нагревают до температуры 950°С). После трехступенчатой термической обработки, порошок вновь измельчают в четвертом узле измельчения 16 и пропускают через классификатор 17 до получения дисперсности 14 микрон. Параллельно в узле подготовки модификатора 14 модификаторы (в количестве до 3% по массе) в следующем составе NaСО, СаСl2НО, КСl, NaCl и NaOH в весовом соотношении: NaСО - 2,93-3,43%; СаСl2НО - 4,87-5,21%; КСl - 5,97-6,12%; NaCl - 6,88-7,29%; NaOH - 7,89-8,13% к массе добавки, загружают во второй загрузочный бункер 15 и перемалывают в узле измельчения 16 и пропускают через классификатор 17. Полученную смесь помещают в узел перемешивания 13. После операций перемешивания, сочетающихся с размолом и растиранием в пятом классификаторе 18 и пятом узле измельчения 19, смесь помещают во вторую вакуумную электрическую печь
20, где нагревают до температуры 850°С, после чего, остужают не вынимая из печи до 35°С. Охлажденную смесь пропускают через шестой классификатор 22 и шестой узел измельчения 21. После операций перемешивания, сочетающихся с размолом и растиранием, полученную мелкодисперсную смесь подвергают термической обработке в вакуумной печи без использования функции вакуума (отжигу в атмосфере), как минимум в три ступени во втором каскаде термообработки 23 Температурный режим процесса отжига подбирается в пределах 0.65-0.85 от температуры пиролиза. А именно: 1 ступень - нагрев до температуры 560°С, охлаждение с печью до 35°С, 2 ступень - нагрев до температуры 660°С, охлаждение с печью до 35°С, 3 ступень - нагрев до температуры 760°С, охлаждение с печью до 35°С. После трехступенчатой термической обработки, порошок подвергают операции перемешивания, сочетающихся с размолом и растиранием в седьмом классификаторе 24 и седьмом узле измельчения 25 до получения дисперсности 14 микрон. Полученный анодный материал подают в приемный бункер 26.
Таким образом установка позволяет получить анодный материал из тростникового сахара который подходит как для литий-ионных, так и для литий-полимерных батарей с актуальными рабочими свойствами: высокой емкостью и эффективностью, высокой насыпной плотностью, хорошей технологической обрабатываемостью анода, высокой разрядной способностью, с хорошими рабочими характеристиками и приемлемой ценой.