عملية استخلاص كبريتات الصوديوم في إنتاج بطاريات الليثيوم

في عملية إعادة تدوير بطاريات الليثيوم الثلاثية وبطاريات فوسفات حديد الليثيوم المستهلكة، يتحول حمض الكبريتيك والصودا الكاوية حتمًا إلى أملاح كبريتات الصوديوم نظرًا لمتطلبات العملية. تشمل المحاليل الخام المحتوية على كبريتات الصوديوم بشكل رئيسي محلول إعادة تدوير نظام ملح الليثيوم، والمحلول الناتج عن تصنيع بطاريات النيكل-الكوبالت الثلاثية، ومحلول التفريغ الملحي للمعالجة المسبقة للبطاريات الثلاثية، والمحلول الناتج عن ترسيب فوسفات حديد الليثيوم، ومحلول التفريغ الملحي لفوسفات حديد الليثيوم، والمحلول الناتج عن ترسيب الليثيوم بواسطة ملح الليثيوم، والمحلول المتبقي من استخلاص ملح النيكل-الكوبالت-المنغنيز، والمحلول الناتج عن تصنيع النيكل-الكوبالت-المنغنيز، وغيرها. تُنقل هذه المحاليل مباشرةً أو تُنقى إلى نظام التبخير MVR، حيث تخضع لعملية التبلور والتجفيف لإنتاج كبريتات الصوديوم اللامائية. وتتلخص عملية الإنتاج الرئيسية فيما يلي:

1. امزج السائل
سائل التخليق الثلاثي للنيكل والكوبالت، محلول ملحي ثلاثي معالج مسبقًا، فوسفات حديد الليثيوم بعد ترسيب الليثيوم، محلول ملحي لتفريغ فوسفات حديد الليثيوم، ملح الليثيوم بعد ترسيب بقايا استخلاص ملح النيكل والكوبالت والمنغنيز، سائل التخليق للنيكل والكوبالت والمنغنيز وسوائل مختلطة أخرى.

2. إزالة الشوائب والتكرير
بعد تحضير محلول كبريتات الصوديوم باستخدام قلوي سائل وكبريتيد الصوديوم لإزالة المعادن الثقيلة (مع ترشيح كمية صغيرة من خبث النيكل والكوبالت، وإعادته للتغذية لإعادة الاستخدام)، يتم ضبط الرقم الهيدروجيني (pH) إلى 5-7. بعد التأكد من مطابقة المحلول للمواصفات، يُنقل إلى خزان السائل الخام، الذي يُستخدم لتخزين وتنظيم السائل الخام لضمان التشغيل المستمر والمستقر لمبخر مياه الصرف الصحي بتقنية إعادة تدوير البخار الميكانيكي (MVR). يُزود خزان السائل الخام بمضخة تنقل محلول كبريتات الصوديوم المائي بالتساوي إلى نظام المعالجة بالتبخير. يتم ضبط صمام التحكم بعد المضخة للحفاظ على التوازن بين كمية السائل الخام المرفوعة وكمية التبخير.

3. حل الإرجاع
تُضاف بلورات كبريتات الصوديوم المائية العشرية المنتجة بواسطة نظام ملح الليثيوم إلى الماء المكثف وماء غسل الليثيوم المغمور لتشكيل محلول كبريتات الصوديوم شبه المشبع، والذي يتم تخزينه في خزان سائل منفصل ثم يتم نقله مباشرة إلى نظام التبخير والتركيز MVR.

4. تبخير محلول كبريتات الصوديوم بتقنية إعادة تدوير البخار الميكانيكي وبلورته
يُسخّن المحلول المائي المحتوي على كبريتات الصوديوم مسبقًا بواسطة مُسخّن المكثفات، ثم يدخل إلى حجرة التبخير في نظام التبلور بالتبخير الميكانيكي لإعادة الضغط (MVR). يُجهّز نظام التبخير MVR بمبادل حراري رأسي بعد مضخة الدوران القسري. بفعل مضخة الدوران القسري، يتدفق السائل في مسار دائري عبر حجرة التبخير - المبادل الحراري - مضخة الدوران القسري - المبادل الحراري - حجرة التبخير، حيث يُسخّن السائل في المبادل الحراري، ويتم فصل الغاز عن السائل عن الصلب في حجرة التبخير. يُرسل معلق الملح المركز إلى مخرج الملح بواسطة مضخة التفريغ للتركيز والفصل، ثم يُصرّف إلى حوض الملح للتجميع والتركيز والفصل، وأخيرًا يُصرّف إلى جهاز الطرد المركزي للفصل بالطرد المركزي. يُجمع الراشح الناتج عن الطرد المركزي والسائل الطافي من فاصل الملح في خزان الراشح، ثم يُعاد إلى مبخر MVR للتبخير والتبلور. يدخل كبريتات الصوديوم المفصولة من جهاز الطرد المركزي إلى نظام التجفيف.

5. التجفيف - التعبئة والتغليف
يحتوي كبريتات الصوديوم المُستخلص من عملية التبلور على كمية قليلة من الماء، ويُحدد استخدام معدات التجفيف لتقليل هذه الكمية بناءً على حالة إعادة الاستخدام. يمكن استخدام معدات التجفيف هذه، مثل التجفيف في طبقة مميعة (مع ضبط درجة حرارة التجفيف على حوالي 150 درجة مئوية)، وذلك بفتح الطبقة المميعة الاهتزازية وجهاز تجميع الغبار، ثم نقل المنتج إلى وحدة التجفيف باستخدام وحدة تغذية لولبية للحصول على منتجات كبريتات الصوديوم اللامائية (محتوى الماء أقل من 0.5%)، وتعبئتها للتصدير.