Sistema de cristalização por evaporação MVR de carbonato de lítio de 120 t/d

I. Contexto do Projeto

Com o crescimento explosivo da indústria global de veículos de novas energias e do mercado de armazenamento de energia, a demanda por carbonato de lítio, um material catódico essencial para baterias de lítio, continua a aumentar, e a capacidade de produção está se expandindo rapidamente. Durante a extração de lítio da lepidolita e do espodumênio, ou na reciclagem de baterias usadas, grandes quantidades de soluções contendo lítio, como a solução-mãe da evaporação ou a solução de enriquecimento de lítio em lagos de salmoura, são geradas. Os métodos tradicionais de cristalização por evaporação em lote consomem muita energia e produzem um produto com pureza instável, tornando-se um gargalo que restringe a expansão da capacidade e o controle de custos. Para aprimorar sua competitividade, um fabricante líder de materiais para baterias de lítio encomendou à nossa empresa a construção de um sistema de cristalização e purificação de carbonato de lítio em larga escala, contínuo e estável.

II. Solução

Diante desse desafio, nossa empresa projetou, construiu e colocou em operação com sucesso este sistema de cristalização por evaporação MVR de carbonato de lítio com capacidade de processamento de 120 toneladas/dia. Este sistema, baseado na tecnologia de recompressão mecânica de vapor (MVR), integra profundamente as propriedades físico-químicas do carbonato de lítio, alcançando alto grau de eficiência, custo-benefício e qualidade do produto em produção em larga escala, fornecendo forte suporte técnico para o desenvolvimento sustentável do cliente.

III. Vantagens do Sistema Central

1. Escala e Eficiência Energética: Possibilitando a Redução de Custos e a Melhoria da Eficiência

Considerando uma capacidade de processamento diário de 120 toneladas, os métodos tradicionais de evaporação acarretariam custos astronômicos com vapor. Este sistema emprega um compressor de vapor centrífugo de alta eficiência, recuperando e reutilizando quase todo o vapor secundário, resultando em um alto coeficiente de desempenho (COP) do sistema. Com o auxílio de economias de escala, o consumo de energia por unidade de produto é reduzido a um nível baixo, proporcionando aos clientes uma significativa vantagem de custo na produção de matérias-primas químicas a granel.

2. Controle preciso da cristalização, garantindo a pureza do produto com qualidade de bateria.

O carbonato de lítio de grau para baterias possui requisitos extremamente rigorosos quanto à pureza, tamanho de partícula e morfologia cristalina. Este sistema, por meio de um sistema de controle DCS, controla com precisão parâmetros-chave como temperatura de evaporação, valor de pH, taxa de alimentação e supersaturação, criando o ambiente ideal para a cristalização. O produto final é carbonato de lítio de grau para baterias com morfologia regular, tamanho de partícula concentrado e pureza estável superior a 99,5%, podendo ser utilizado diretamente na produção de materiais catódicos.

3. Design superior anti-incrustante e resistente à corrosão: O lítio líquido é propenso à formação de incrustações nas superfícies de troca de calor durante a evaporação, afetando a eficiência da transferência de calor e o tempo de operação contínua. O sistema emprega um processo de cristalização combinado de "Circulação Forçada (FC) + Oslo (OSLO)". A circulação de alta vazão impede a cristalização dentro dos tubos de aquecimento, ao mesmo tempo que proporciona um ambiente favorável ao crescimento de cristais dentro do cristalizador, mitigando eficazmente a formação de incrustações. O corpo principal do equipamento em contato com os materiais é feito de aço inoxidável 316L ou de grau superior, garantindo resistência à corrosão a longo prazo e vida útil prolongada em condições operacionais complexas.

4. Alto Nível de Inteligência e Estabilidade: Todo o sistema possui partida/parada com um único botão e operação totalmente automática. A sala de controle central pode monitorar o status operacional de todos os equipamentos em tempo real. O sistema conta com funções de correção automática, intertravamento de segurança e alerta antecipado, garantindo operação contínua e estável por até 7200 horas/ano sob uma alta carga de 120 t/d, o que garante significativamente a eficiência operacional geral da linha de produção do cliente.

5. Reciclagem ecológica, produção em circuito fechado:

O sistema produz água destilada de alta qualidade que pode ser reutilizada como água de processo pura em etapas anteriores, como lixiviação e lavagem, reduzindo significativamente o consumo de água doce durante a produção. Isso não só permite a utilização em circuito fechado dos recursos hídricos, como também reduz o descarte de efluentes na fonte, atendendo perfeitamente aos requisitos de sustentabilidade e respeito ao meio ambiente da cadeia produtiva de baterias de lítio.

IV. Visão Geral do Fluxograma do Processo do Sistema

1. Refino e pré-aquecimento: A solução qualificada de lítio proveniente do processo upstream entra inicialmente em um pré-aquecedor integrado de múltiplos estágios, onde passa por trocas de calor em múltiplos estágios com o condensado e a solução-mãe do sistema, maximizando a recuperação de calor.

2. Evaporação por Circulação Forçada MVR: Após o pré-aquecimento, a solução entra em um evaporador de circulação forçada, onde é aquecida indiretamente por vapor comprimido em alta temperatura, que flui em alta velocidade através dos tubos de aquecimento. Após entrar na câmara de separação, a solução passa por uma evaporação instantânea para concentração.

3. Cristalização e crescimento OSLO: A solução supersaturada concentrada entra no cristalizador OSLO, onde se obtém um equilíbrio entre o crescimento dos cristais e a dessaturação da supersaturação, cultivando cristais de carbonato de lítio grandes e uniformes.

4. Espessamento e Separação: A suspensão cristalina é descarregada do fundo do cristalizador e entra no espessador para concentração. Em seguida, é enviada para uma centrífuga para separação sólido-líquido, obtendo-se carbonato de lítio úmido.

5. Secagem e Embalagem: O material úmido é seco em um secador de disco ou secador de esteira usando um método de baixa temperatura e alto volume de fluxo de ar para finalmente obter carbonato de lítio em pó com grau de pureza adequado para baterias, que é então embalado e armazenado.

6. Circulação de vapor: O vapor secundário gerado durante o processo de evaporação é pressurizado por um compressor e utilizado como principal fonte de calor para reciclagem. A água pura condensada é reutilizada na produção.

V. Conquistas do Projeto e Valor para o Cliente

O comissionamento bem-sucedido deste sistema de evaporação e cristalização de carbonato de lítio MVR de 120 t/d representa um avanço significativo nos equipamentos do meu país para a preparação de materiais essenciais para baterias de lítio, criando valor substancial para os clientes:

1. Benefícios econômicos: Economia anual de mais de 10.000 toneladas de consumo de carvão padrão; custos operacionais reduzidos em mais de 50% em comparação com os métodos tradicionais; água pura de alta qualidade como subproduto; e um período de retorno do investimento muito inferior à média do setor.

2. Qualidade e Capacidade de Produção: A pureza do produto atende consistentemente aos padrões de qualidade de baterias, ajudando os clientes a conquistar o mercado de alto padrão; a produção contínua em larga escala garante um fornecimento estável de matérias-primas, apoiando fortemente a rápida liberação da capacidade de produção do cliente.