O importante papel da máquina de lavagem e secagem de filtros na produção segura de hexafluorofosfato de lítio.

O hexafluorofosfato de lítio é um dos materiais essenciais das baterias de íon-lítio. A qualidade do produto determina o desempenho de carga e descarga, a vida útil e a segurança das baterias de íon-lítio. O desempenho do eletrólito preparado com hexafluorofosfato de lítio e solventes de carbonato orgânico afeta diretamente a capacidade de carga e descarga, a vida útil e a segurança da bateria secundária de íon-lítio. Devido à sua alta higroscopicidade, decompõe-se facilmente no ar, sendo suas condições de preparação muito rigorosas, assim como o ambiente de embalagem e armazenamento. Decompõe-se em ácido ao entrar em contato com a água, o qual possui efeito corrosivo sobre os tecidos humanos e não deve ser utilizado em contato direto. Deve ser armazenado em recipiente hermeticamente fechado. Durante o uso, a umidade deve ser inferior a 10 ppm. Para evitar a decomposição, opere em um ambiente seco.

Os métodos de purificação de LiPF6 mais comuns são a secagem térmica a vácuo e a recristalização por dissolução. O método de recristalização por dissolução consiste em dissolver o LiPF6 em éter, carbonato de dimetila ou carbonato de dietila a uma determinada temperatura, centrifugar para remover a matéria insolúvel e, em seguida, reduzir a temperatura para que o LiPF6 recristalize a partir do solvente orgânico. Os cristais de LiPF6 obtidos por filtração são então secos a vácuo para obter o produto final, conforme divulgado na patente CN1884046. Este método de purificação, no entanto, é relativamente complexo e não permite produção contínua. Além disso, durante a purificação do LiPF6, o produto da recristalização retém certos solventes orgânicos, o que afeta a pureza do produto. O uso de grandes quantidades de solventes orgânicos na purificação aumenta os custos de produção, dificultando a aplicação do LiPF6 em larga escala. Ademais, a patente CN1462722 descreve um método que utiliza gás ácido para remover a umidade do LiPF6. Por um lado, esse método não consegue remover o fluoreto de hidrogênio do produto bruto LiPF6 e introduz impurezas de gás ácido.

Em comparação com os métodos acima, o método de secagem térmica a vácuo consiste em aquecer e purificar diretamente o produto bruto de LiPF6 em vácuo, sendo um método de purificação adequado para a produção em larga escala de LiPF6 e que evita a contaminação secundária do LiPF6 presente no método de dissolução-recristalização. O principal desafio do método de secagem térmica a vácuo é evitar a decomposição do LiPF6 durante o processo de aquecimento, garantindo que cada partícula do produto bruto de LiPF6 fique totalmente exposta ao ambiente de vácuo, de modo que não haja inclusão de fluoreto de hidrogênio no produto final de LiPF6, resultando em um teor de fluoreto de hidrogênio inferior a 80 ppm.

No entanto, devido à toxicidade do hexafluorofosfato de lítio, é necessário um controle rigoroso durante a produção e o manuseio desse composto e, mais importante ainda, escolher o equipamento de produção mais adequado.

Para superar os diversos problemas encontrados nos processos tradicionais de filtração e secagem da cristalização do hexafluorofosfato de lítio e, ao mesmo tempo, atender à transformação da indústria química para alta qualidade, alto valor agregado, multivarietais e em pequenos lotes, a Wuxi ZhangHua Machinery Co., Ltd. desenvolveu e produziu com sucesso uma máquina multifuncional para filtração, lavagem e secagem de hexafluorofosfato de lítio (número da patente: 202122464595.4).

A nova tecnologia está relacionada ao campo da separação e purificação de eletrólitos de baterias de lítio. Ela utiliza filtração sob pressão de nitrogênio e secagem a vácuo pulsado em baixa temperatura para remover HF e impurezas em produtos brutos de hexafluorofosfato de lítio. Proporciona uma produção contínua, segura e de alta eficiência de seis componentes. Um dispositivo especial para purificação e secagem de oxifosfato de lítio.

A máquina de lavagem e secagem por filtro cônico para purificação de hexafluorofosfato de lítio possui uma estrutura em forma de barril-cone, com uma camisa de aquecimento instalada no corpo circular e no cone inferior para aquecer ou resfriar o material. Um eixo oco e um condutor variável de ângulo variável estão instalados dentro da máquina multifuncional. O dispositivo de agitação espiral oco é utilizado para a mistura do molde, agitando e elevando o material, e o impulsionando para fora durante a descarga. Um dispositivo de filtragem cônica com estrutura relativamente complexa está instalado no cone inferior, e um dispositivo de descarga rápida sem ângulo morto, especialmente projetado, ou uma válvula de esfera de descarga pneumática sem ângulo morto, está instalado na parte inferior do equipamento.

Na etapa de reação, os reagentes são adicionados pela parte superior. A estrutura de agitação exclusiva garante a mistura homogênea dos materiais dentro da máquina, que são aquecidos ou resfriados simultaneamente através da camisa cilíndrica, da camisa cônica, do eixo oco e da fita oca, permitindo que a reação ocorra por completo. Na etapa de filtração, a máquina filtra e seca o material por pressurização ou vácuo, adicionando-se líquido de lavagem. O material é então automaticamente repolpado e lavado diversas vezes dentro da máquina, sendo então prensado e seco após atender aos requisitos de lavagem. Na etapa de secagem, a camisa cilíndrica, a camisa cônica, o eixo oco e a fita oca aquecem o material simultaneamente, criando vácuo na parte superior e secando-o hermeticamente a baixa temperatura. Após a secagem, o material é selado e descarregado automaticamente.

Aprimoramento técnico da máquina de lavagem e secagem de filtro cônico para purificação de hexafluorofosfato de lítio

(1) O licor-mãe de cristalização e os cristais de hexafluorofosfato de lítio são selados e filtrados para uma separação eficiente, reduzindo efetivamente o teor de íons metálicos de impureza.

O método convencional de secagem térmica é amplamente utilizado, porém, esse método demanda um longo tempo para secar os cristais e apresenta defeitos como secagem incompleta e dificuldade na remoção eficaz e rápida do HF presente no produto, afetando, assim, a qualidade do produto. A pureza do hexafluorofosfato de lítio obtido por filtração e purificação é superior a 99,9%, o processo apresenta alta segurança, a solução-mãe pode ser reciclada e o custo é baixo.

(2) Operação totalmente fechada, operada sob a proteção de pressão positiva de oxigênio.

O hexafluorofosfato de lítio se decompõe facilmente em contato com a água. Devido à sua alta higroscopicidade, também se decompõe facilmente no ar, e suas condições de preparação são bastante rigorosas. Isso exige que o processo de produção do hexafluorofosfato de lítio envolva alta pureza, baixa temperatura e ausência de água e poeira. Portanto, todos os processos no sistema são realizados sob atmosfera inerte. O gás inerte preferencial é o nitrogênio, e o sistema é preenchido com nitrogênio para garantir pressão positiva, o que impede eficazmente o contato do ar com o produto.

(3) No processo de secagem, adota-se aquecimento em múltiplos intervalos e temperaturas: no estágio inicial da secagem, utiliza-se baixa temperatura e aquecimento lento para remover o ácido residual da superfície do cristal; o tempo da seção de secagem em alta temperatura no estágio posterior é reduzido para separar efetivamente o enxofre livre e reduzir ao mínimo o grau de decomposição do LPF6.

(4) O método de secagem a vácuo com pulso de nitrogênio é adotado no estágio final da secagem, o que reduz o tempo de explosão seca dos cristais de LiPF6, torna a secagem uniforme, melhora a eficiência e a qualidade da secagem e não acumula ou bloqueia materiais na câmara de secagem após a secagem.

O material é aquecido à força dentro do corpo cônico, de modo que a troca de calor entre o material, a fita de aquecimento e a parede se complete enquanto o material se move irregularmente em todas as direções. Dessa forma, o objetivo de mistura e secagem é alcançado em um curto período de tempo sob vácuo. O novo design de mistura pulsada utiliza nitrogênio de alta pressão para impactar os materiais e misturá-los rapidamente. A mistura dos materiais é mais rápida e uniforme, e o ácido dentro do cristal do produto e uma pequena quantidade de ácido residual na superfície podem ser removidos rapidamente. Comparado ao método tradicional de secagem térmica, a secagem direta por ar com pulsos de nitrogênio pode reduzir significativamente o tempo de secagem e, ao mesmo tempo, diminuir o teor de íons livres no produto, removendo eficazmente as inclusões de HF, melhorando a qualidade do produto e facilitando as operações de produção.

(5) A estabilidade térmica do hexafluorofosfato de lítio é pior do que a de outros sais de lítio. Ele pode se decompor em LiF e PF5 em pequena quantidade a 60°C. Após o índice de acidez livre atender aos requisitos, realize um resfriamento rápido para reduzir a influência da zona de alta temperatura na matéria insolúvel.

(6) Tanto a fonte de calor quanto a fonte de frio utilizam uma máquina de moldagem por óleo de condução térmica com controle preciso de temperatura.

A máquina de controle de temperatura de moldes com óleo quente gera um meio de aquecimento de baixa pressão e alta temperatura, que é fácil de ajustar, proporciona aquecimento uniforme e permite atingir a temperatura precisa do processo. Quando a temperatura do óleo de transferência de calor ultrapassar 80 °C, é imprescindível isolá-lo do ar, caso contrário, o óleo vaporizará e se deteriorará rapidamente. O óleo de transferência de calor é inflamável e medidas eficazes de prevenção de incêndio devem ser tomadas.

(7) Adota-se vedação mecânica de dupla extremidade a seco ao ar.

Substituir o princípio tradicional de "bloqueio por líquido" pelo princípio de "bloqueio por gás", ou seja, substituir o líquido de vedação pressurizado por gás de vedação para garantir "zero vazamento" do fluido de processo; todo o conjunto de vedações opera sem contato e seu consumo de energia é apenas 5% do consumo de uma vedação tradicional de dupla face, com vida útil mais de 5 vezes maior; o sistema auxiliar, com estrutura simples, garante que o fluido de processo não seja contaminado nem vaze para a atmosfera, eliminando completamente a dependência da vedação mecânica de dupla face em relação aos sistemas de refrigeração a água e óleo; o gás de vedação é nitrogênio industrial ou ar comprimido industrial, com pressão de 0,15 a 0,2 MPa superior à do fluido.

(8) Sistema de controle automático, capaz de verificar de forma inteligente o estado operacional do equipamento e a secura do material; não é necessária operação manual para conectar frequentemente a tubulação do equipamento, reduzindo a intensidade do trabalho, usa nitrogênio quente para isolar o material do ar e manter a acidez do produto estável, devido ao transporte hermético de todo o processo, de modo que a qualidade do produto é mais estável e a operação é mais segura e conveniente.