УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АНОДНОГО МАТЕРИАЛА

Полезная модель относится к устройствам термической переработки измельченного растительного сырья, в частности органического сырья природного происхождения, предпочтительно, кукурузного зерна.
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 углеродной объемной матрицы к термической обработке и узел термической обработки, отличается тем, что узел подготовки углеродной объемной матрицы включает загрузочный бункер, 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 узла обезвоживания, выход которого 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 реактора пиролиза, выполненного с возможностью прогрева до 930°С, при этом выход реактора пиролиза связан со входом первого механореактора, выход которого, через узел ультразвуковой обработки связан со входом узла перемешивания, который также связан с выходом питателя модифицирующего материала, при этом выход узла перемешивания связан со входом второго механореактора, выход которого связан с приемным бункером анодного материала. При этом для механоактивации углеродной массы и смеси используют энергонапряженую вибромельницу, при отношении объема размалывающих шаров к рабочему объему мельницы как 3: 10, причем отношение объема активируемого материала к объему размалывающих шаров, как 1: 20, а на этапе механоактивации смеси используют размалывающие шары, с массой на 1,3 - 1,45 большей, чем используемые на этапе механоактивации углеродной массы.
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 загрузочный бункер 1, выход которого связан с первым узлом измельчения 2. Выход первого узла измельчения 2, связан с первым классификатором 3, надрешетное пространство которого связано со входом первого узла измельчения 2, а подрешетное пространство связано со входом узла обезвоживания 4. Узел обезвоживания 4 представляет собой устройство известной конструкции, например сушильный шкаф, оборудованный вентиляционным обдувом потоками теплого воздуха (t=45-50°C). Выход узла обезвоживания 4 связан со вторым узлом измельчения 5. В качестве узлов измельчения 2 и 5 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 второго узла измельчения 5 связан с вторым классификатором 6 (в качестве классификаторов 3 и 6 используют устройства сходного назначения рабочие характеристики которого удовлетворяют решаемой задаче - требуемым параметрам частиц), надрешетное пространство которого связано со входом второго узла измельчения 5, а подрешетное пространство связано со входом реактора пиролиза 7 выполненного с возможностью прогрева до 930°C, 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 7 связан со входом первого механореактора 8. Для механоактивации углеродной массы используют энергонапряженную вибромельницу. Выход первого механореактора 8 через узел ультразвуковой переработки 9 (любое ультразвуковое устройство для разбивания слипшихся частиц) связан со входом узла перемешивания 10, который также связан с выходом питателя 11 модифицирующего материала. При этом, выход узла перемешивания 10 связан со входом второго механореактора 12, выход которого связан с приемным бункером 13 анодного материала.
Установка работает следующим образом. Исходный материал, которым является кукурузное зерно, засыпают в загрузочный бункер 1, через выход которого сырье поступает в узел измельчения 2 в котором его очищают от инородных примесей. Очищенное и измельченное зерно пропускают через первый классификатор 3 (сепарационное сито) и оно поступает в первый узел обезвоживания 4, где его сушат, снижая его влажность как минимум до 1,25% от исходной массы. После сушки кукурузное звено подвергают измельчению во втором узле измельчения 5 и пропускают через второй классификатор 6. В процессе подготовки кукурузного зерна, к пиролизу его дерть измельчают до крупности частиц не более 42 мкм и обезвоживают до влажности не более 0,23%.
Подготовленную массу подвергают пиролизу при температуре около 900-930°С в реакторе 7 до тех пор пока не прекращается газовыделение в вакуумной печи. Время нагрева и сгорания кукурузного зерна определяют экспериментально. Полученную углеродную массу охлаждают как минимум до 25°С, после чего полученную модификацию углерода подвергают процессу механоактивации в первом механореакторе 8. Для механоактивации углеродной массы используют энергонапряженную вибромельницу при отношении объема размалывающих шаров к рабочему объему мельницы как 3 : 10, причем отношение объема
активируемого материала к объему размалывающих шаров, как 1 : 20. После процесса механоактивации углеродную модификацию подвергают ультразвуковой обработке с целью предотвращения слипания частиц в узле ультразвуковой переработки 9. В полученную дисперсную углеродную массу в узле перемешивания 10 через питатель 11 модифицирующего материала вводят нанодисперсный кремний, в количестве до 1% от массы смеси, после чего смесь подвергают механоактивации во втором механореакторе 12 до получения дисперсного композитного материала, который подают в приемный бункер анодного материала 13. На этапе механоактивации смеси используют размалывающие шары, с массой на 1,3 - 1,45 большей, чем используемые на этапе механоактивации углеродной массы.
Таким образом, получен анодный материал из кукурузного зерна, представляющий собой композитный материал системы углерод-нанодисперсный кремний, где углерод является объемной матрицей, а кремний выступает в роли активной фазы и равномерно распределен по всему объему углеродной матрицы, который подходит как для литий-ионных, так и для литий-полимерных аккумуляторов с актуальными рабочими свойствами: высокой емкостью, удельной поверхностью и эффективностью, низкой зольностью, высокой насыпной и физической плотностью, хорошей технологической обрабатываемостью анода, высокой разрядной способностью, с хорошими рабочими характеристиками и приемлемой ценой.