재료 특성:

탄산리튬은 무기 화합물로, 화학식은 Li2CO3이며, 무색의 단사정계 결정 또는 백색 분말로 존재한다. 밀도는 2.11 g/cm³이고, 녹는점은 723℃이다. 이는 세라믹, 의약품, 촉매 등의 제조에 사용될 수 있으며, 리튬이온 배터리의 주요 원료로 널리 활용된다.

탄산리튬의 주요 원료는 스포듀민과 염수이며, 탄산리튬은 또한 탄산리튬 생산의 원료로도 사용됩니다.

탄산리튬은 느슨한 분말 형태이지만 유동성이 좋지 않습니다. 원료와 공정에 따라 건조 전 수분 함량은 10%~15%이며, 건조 후 제품의 수분 함량은 0.1%~0.2%로 유지되어야 합니다.

특수 건조 공정:

탄산리튬 건조 공정은 다음과 같은 특성과 요구 사항을 갖습니다: 원료는 느슨하지만 유동성이 좋지 않으며, 내열성이 높습니다. 또한 에너지 소비가 낮고, 원료가 균일하게 가열되며, 운전 환경이 우수하고, 동시에 모든 성능 지표 요건을 충족해야 합니다. 배터리 등급 탄산리튬의 경우, 건조 과정에서 신규 자성 물질에 대한 엄격한 기준(일반적으로 <30ppb)이 적용됩니다.

그러나 전통적인 열풍 건조와 최근 부상하고 있는 마이크로파 건조 및 원적외선 건조는 모두 리튬 탄산염 건조에 있어 이상적인 선택이라기보다는 각각의 단점이 존재한다. 예를 들어, 열풍 건조는 에너지 소비가 높고(열효율이 30%~40%에 불과함) 작업 환경이 열악하며(분진 발생이 심함) 이러한 문제를 안고 있다. 마이크로파 건조는 설비 투자가 크고, 처리 물질의 건조가 균일하지 않으며, 가열 과정에서 ‘핫스팟’과 ‘열폭주’ 현상이 발생하고, 부품 손상이 쉽게 일어난다는 단점을 지닌다. 또한 원적외선 건조는 구조가 복잡하고 가열이 어렵고 에너지 소비가 높다는 단점을 안고 있다.

허베이 옌밍 화학설비 유한공사는 자료 분석과 다년간의 엔지니어링 경험을 바탕으로, 에너지 절약형·친환경형 디스크 연속 건조기를 리튬 탄산염 건조 시스템으로 성공적으로 도입하였으며, 이는 현재 리튬 탄산염 건조에 널리 적용되고 있습니다.
건조 후 리튬염 및 배터리 소재 산업에서 요구하는 자성 물질 함량 기준(일반적으로 30ppb 이내)을 고려하여, 당사는 디스크 연속 건조기의 접촉 부품(예: 천 트레이, 건조 트레이, 입·출구 등)을 스테인리스강에서 티타늄 재료로 변경할 것을 선도적으로 제안하였으며, 이를 바탕으로 다수의 배터리 소재 생산 기업의 건조 설비를 설계·개조하였습니다. 다만, 건조 후 제품의 자성 물질 함량 기준이 엄격하지 않은 경우에는 설비 재료로 304 스테인리스강 또는 316L 스테인리스강을 선택할 수 있습니다.
 

프로세스 특성:

공정 간략 소개: 이전 공정에서 운반된 탄산리튬 습식 원료는 계량 공급기를 통해 에너지 절약형·친환경 디스크 연속 건조기로 정량적으로 투입되어 건조 작업이 수행됩니다. 원료는 유동 과정 중 열 및 물질 전달 과정을 완료함으로써 건조 목적을 달성합니다. 건조된 원료는 건조기 내에서 냉각되어 포장 온도(일반적으로 50℃)에 도달한 후, 하부의 배출구를 통해 다음 공정으로 배출되며, 원료로부터 발생하는 미립자 및 가스 성분은 건조기 상부의 습식 배출구에서 분진 제거 후 외부로 배출됩니다.

연속 운전 및 높은 열효율. 디스크 연속 건조기는 전도와 열전달에 의해 건조되므로, 건조 과정 중에는 건조기 내부로 공기가 유입되지 않으며, 배기 가스의 운반 능력도 매우 작아 열효율이 85%를 초과할 수 있습니다.

② 물질 손실이 적고 운전 환경이 우수합니다. 원반 연속 건조기에서 탄산리튬을 건조하는 과정에서는 재료가 입·출구를 통해 유입·배출되므로, 재료의 수분 분포가 습윤과 건조 상태로 교차하며 건조 배기가스의 유속이 매우 낮아(약 0.1 m/s) 재료 분진이 설비 상부로 부유하기 어려워 배기가스에 의해 이송되는 경우도 거의 없습니다. 이로 인해 물질 손실이 발생하지 않을 뿐만 아니라 환경 오염도 방지되어 환경 보호 요구 사항을 충족하며, 분진의 99% 이상을 회수할 수 있습니다.

조절 가능한 설비로, 재료의 건조 균일성을 조절할 수 있습니다. 설비의 속도, 재료층의 두께, 열원의 유량, 열원의 온도, 랙 암의 개수, 랙 날의 형상·크기 및 각도, 투입되는 재료의 양, 그리고 건조기 내 건조 트레이의 수 등을 조정함으로써 재료 건조 효과를 편리하게 조절할 수 있습니다.

건조 후 자성 물질 함량이 일반적으로 30ppb 이내로 요구되는 배터리 소재 산업의 요구 사항에 부합하기 위해, 당사는 디스크 연속 건조기의 직접 접촉 부품 재료를 스테인리스강에서 티타늄으로 변경할 것을 선도적으로 제안하였으며, 최종 고객의 요구 사항을 충족하기 위해 다수의 배터리 소재 제조업체의 건조 설비를 설계·개조하였습니다.

⑤ 장비의 안정적인 운전, 긴 서비스 수명 및 간편한 조작;

물질의 흐름 방향이 단일하여 역혼합 현상이 없고, 건조가 균일하며 품질이 안정적이고 재혼합이 필요하지 않습니다.

⑦ 각 건조 트레이 층은 열매체 또는 냉매체에 개별적으로 접촉시켜 재료를 가열하거나 냉각할 수 있으며, 또한 한 기기 내에서 건조 상부와 냉각 하부를 동시에 구현할 수 있어 재료의 온도 제어가 정확하고 용이합니다.

⑧ 습윤 물질 내의 미세 입자에 대하여는 건조기 내부의 적절한 위치에 특수 파쇄 장치를 설치하여, 파쇄된 미세 입자가 분말 형태로 되도록 함으로써 열전달 및 건조 과정을 강화하고 건조물의 균일성을 확보한다;

⑨ 설치가 간편하고 점유 면적이 작습니다. 건조기는 전체 구조로 제작되어 일체형으로 운송됩니다. 현장에 크레인으로 인양하기만 하면 되므로 설치와 위치 정렬이 매우 용이합니다. 또한 건조 트레이가 층별로 배열되고 수직으로 설치되기 때문에, 건조 면적은 넓으면서도 바닥 공간은 작게 차지합니다.

특허 기술(실용신안 특허, 특허 번호: ZL2016212122004)을 적용하여 건조기 전동 장치의 슬립을 방지함으로써 건조기가 손상되지 않고 정상적으로 운전될 수 있도록 하였습니다.

건조기의 상부에는 직물 분배 장치가 설치되어 있어, 원료가 건조 트레이 위에 균일하게 분포되도록 하고, 공급 장치에서 원료가 직접 건조 트레이로 떨어져 랙 로드의 랙 잎을 손상시키는 것을 방지합니다.

대량의 물질 순환을 수반하는 디스크형 연속 건조기의 경우, 당사는 습한 물질이 바로 섀시로 떨어져 제품의 수분 함량이 기준에 부합하지 않는 사례를 방지하기 위해 특수한 건조 설계를 적용하고 있습니다.

탄산리튬 고효율 에너지 절약 환경 보호 저자성 재료형 디스크 연속 건조 시스템 공정 흐름도: