本发明专利技术公开了一种负极材料碳化用系统及碳化工艺，属于锂电池负极材料制备技术领域。本发明专利技术的系统包括进料缓冲仓、螺旋进料机、外热式回转窑、水冷螺旋出料机、冷却窑、高温循环风机、热风炉、高温除尘器、挥发分风机、余热锅炉、烟囱及配套调节阀门、管道。本发明专利技术首先利用外热式回转窑高温加热碳化负极材料，再通过水冷螺旋出料机和冷却窑冷却外热式回转窑内出来的高温料得到碳化后负极材料产品，不仅解决了传统负极材料辊道窑碳化过程中挥发分难以处理的问题，进一步提高负极材料碳化产能，而且减少了碳化过程外部燃料的消耗，提高了系统的能量利用效率，能耗低。能耗低。能耗低。
【技术实现步骤摘要】
一种负极材料碳化用系统及碳化工艺
[0001]本专利技术属于锂电池负极材料制备
，更具体地说，涉及一种负极材料碳化用系统及碳化工艺。
技术介绍
[0002]随着新能源汽车的兴起，动力电池负极材料需求量日益增加，而人造石墨在负极材料中占比近85％。人造石墨负极材料生产一般包含四大工序，包括破碎、造粒、石墨化和筛分，四大工序又细分成十几道工序，流程基本一致。四大工序中，石墨化的生产成本占负极材料成本超过50％，如何降低石墨化成本成为各个企业最关注的问题。人造石墨负极材料原料一般使用石油系或者煤系针状焦，不同原料的针状焦原料含有10％甚至更多15％的挥发分。所以，在石墨化之前的工序中需要对原料进行加热碳化去除挥发分，以提高负极材料的碳纯度，增加石墨化工序的装料量。
[0003]传统的负极材料碳化工艺设备使用的是辊道窑，其具体过程首先将需要碳化的负极材料原料装入小方匣钵，再将小方匣钵放置在进窑辊道上，辊道以每小时几厘米的行进速度带动小方匣钵慢速行进，小方匣钵内负极材料在辊道窑炉内完成高温碳化，最后经过冷却段后输出，把小方匣钵内的负极材料吸出进行装包。辊道窑加热方式为燃气或者电加热，同时在窑炉内需要通入氮气进行保护，避免空气中氧气进人小方匣钵内氧化负极材料。这种传统的工艺需要使用专用的辊道炉，此窑炉造价高，小方匣钵易高温损坏且装填负极材料产量受限。此外，经过反应釜包覆后的人造石墨负极材料挥发分一般超过8％，若使用传统的辊道窑进行碳化，不仅存在碳化过程中挥发分难以处理的问题，还会存在“跑料”(所谓跑料就是负极材料粉体随着碳化烟气溜走)现象，影响产量并增加生产成本。
[0004]经检索，如中国专利申请号为202011553982.9，申请日为2020年12月24日，专利技术创造名称为：一种锂电池负极材料的预碳化方法。该申请案通过将平均粒径为10.1～28.6um的负极原料生焦在回转窑中加热至900～1200℃进行预碳化处理，预碳化处理的时间为45～120分钟。上述申请案中提出了采用回转窑进行负极材料预碳化，但该申请案中的所用的回转窑为连续转动设备，原料平均粒径为微米级，窑内粉料极易扬尘，如不采取除尘措施将会降低产品的收率，且粉料与挥发分气体接触后容易堵塞设备和管路。同时，负极材料在高温预碳化过程产生的焦油挥发分气体难以得到处理和回收，系统的能量利用效率低，能耗高。
技术实现思路
[0005]1.要解决的问题
[0006]针对现有负极材料碳化工艺存在装填料操作繁琐、装料量少、效率低，且碳化过程中负极材料易发生“跑料”造成损失，碳化系统能量利用效率低，能耗高的不足，本专利技术提供了一种负极材料碳化用系统及碳化工艺。采用本专利技术的技术方案能够有效克服上述问题，解决了传统负极材料辊道窑碳化过程中挥发分难以处理的问题，进一步提高负极材料碳化
产能，且资源利用率高，能耗低。
[0007]2.技术方案
[0008]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0009]其一，本专利技术提供了一种负极材料碳化用系统，包括进料缓冲仓、碳化装置、冷却窑和配套的控制阀门和管道等。作为本专利技术的优化，所述碳化装置包括加热源和外热式回转窑，加热源与外热式回转窑相连，用于为外热式回转窑进行供热。具体的，本专利技术的外热式回转窑的进料口通过进料设备与进料缓冲仓相连，外热式回转窑的出料口通过出料设备与冷却窑相连，冷却窑通过出料旋转阀进行出料。所述外热式回转窑包括中心筒体和外筒体，中心筒体采用耐高温不锈钢材质制成，筒体内部用于装填待碳化的负极材料，外筒体采用耐火材料砌筑而成。中心筒体直径小于外筒体直径，中心筒体和外筒体的间隙为高温烟气通道，且中心筒体可转动安装于外筒体内。中心筒体进料端嵌套一个圆形大齿圈，大齿圈和外部小齿圈相连接，小齿圈依次连接减速机、轴承和电机，通过电机传动带动中心筒体以每分钟几转的速度缓慢转动。安装时，将外热式回转窑的进料口高于出料口，安装后外热式回转窑与水平面形成的夹角为1～3
°
，保证中心筒体在转动过程中物料由进料端向出料端按照一定速度移动。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述加热源采用热风炉和高温循环风机，外热式回转窑的烟气进口设于其出料口端，并通过管道与热风炉的烟气出口相连；外热式回转窑的烟气出口设于其进料口端，通过高温循环风机与热风炉进气口相连，且外热式回转窑的挥发分出口还通过除尘设备与热风炉燃料进气口相连。通过将外热式回转窑内负极材料在高温加热碳化过程中不断产生并挥发出的热解气进行收集，经过除尘后输送至热风炉中作为燃料燃烧，一方面有效解决了传统负极材料辊道窑碳化过程中挥发分难以处理的问题；另一方面，减少了碳化过程外部燃料的消耗，提高了系统的能量利用效率。此外，设置的高温除尘器能够有效过滤和收集挥发分气体夹带的细粉，进一步提高了系统的产品收率。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，上述除尘设备主要包括高温除尘器和热解气风机，外热式回转窑的挥发分出料口与高温除尘器入口相连，高温除尘器出口通过热解气风机与热风炉的进料口相连。由于原料细粉粒径为微米级，在外热式回转窑内随着筒体转动极易产生剧烈扬尘，在挥发分气体送入热风炉管线上设置了高温除尘器将气体夹带的细粉过滤收集后再排入回转窑内，提高了产品的收率；同时，管线上设置了挥发分风机可以有效稳定外热式回转窑中心筒体内的压力，便于将挥发分气体及时排出，以免造成气体超压泄露。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述进料设备采用螺旋进料机，螺旋进料机进料口通过管道与进料缓冲仓相连，该管道上设有进料旋转阀；螺旋进料机出料口与外热式回转窑的进料口相连。所述出料设备采用水冷螺旋出料机，外热式回转窑的出料口与水冷螺旋出料机的进料口相连，且水冷螺旋出料机的出料口与冷却窑的进料口相连。高温除尘器用于对外热式回转窑内碳化后的负极材料进行除尘，然后由水冷螺旋出料机进行出料，出料过程中使用循环水进行初步冷却，出料后进入冷却窑中进行进一步冷却。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述热风炉的进气口通过管道与燃料供应装置相连，且热风炉还与外部空气相连；高温循环风机还通过管道与余热锅炉相连，余热锅炉与烟囱相连。热风炉与燃料供应装置相连的管道上还设有控制阀门，热风炉进气口处及余热锅炉进气口均设有控制阀门。
[0014]其二，本专利技术的一种负极材料碳化工艺，采用上述系统进行生产，具体包括如下步骤：
[0015]步骤一、进料缓冲仓内的原料(即待碳化处理的负极材料)通过下部旋转进料阀控制物料进入螺旋进料机，螺旋进料机通过螺旋转动将物料送入外热式回转窑中心筒内，通过调整进料旋转阀和螺旋进料机的频率调节物料输送量。需说明的是，进料前通过启动热解气风机低频运行维持外热式回转窑处于
‑
5Pa的微负压下，原料生焦(即负极材料)加入外热式回转窑后往出料端运动，随着碳化反应温度逐渐升高，挥发分气体越来越多，逐渐增加挥发分风机的频率维持窑内微负压，最终经过几个小时后达到稳定状态。
[0016]步骤二、外热式回转窑的中心筒体进料本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种负极材料碳化用系统，包括进料缓冲仓(4)、碳化装置和冷却窑(10)，其特征在于：所述碳化装置包括加热源和外热式回转窑(7)，外热式回转窑(7)的进料口通过进料设备与进料缓冲仓(4)相连，外热式回转窑(7)的出料口通过出料设备与冷却窑(10)相连，冷却窑(10)通过出料旋转阀(11)进行出料，且外热式回转窑(7)的进料口高于出料口，安装后外热式回转窑(7)与水平面形成的夹角为1～3
°
；所述加热源用于为外热式回转窑(7)提供热能，其包括热风炉(13)和高温循环风机(3)，外热式回转窑(7)的烟气进口设于其出料口端，并通过管道与热风炉(13)的烟气出口相连；外热式回转窑(7)的烟气出口设于其进料口端，通过高温循环风机(3)与热风炉(13)进气口相连，且外热式回转窑(7)的热解气出口还通过除尘设备与热风炉(13)燃料进气口相连。2.根据权利要求1所述的一种负极材料碳化用系统，其特征在于：所述外热式回转窑(7)包括中心筒体和外筒体，中心筒体直径小于外筒体直径，中心筒体和外筒体的间隙为高温烟气通道，且中心筒体可转动安装于外筒体内。3.根据权利要求2所述的一种负极材料碳化用系统，其特征在于：所述中心筒体采用耐高温不锈钢材质制成，筒体内部用于装填待碳化的负极材料，外筒体采用耐火材料砌筑而成。4.根据权利要求1～3中任一项所述的一种负极材料碳化用系统，其特征在于：所述除尘设备包括高温除尘器(8)和热解气风机(9)，外热式回转窑(7)的热解气出口与高温除尘器(8)入口相连，高温除尘器(8)出口通过热解气风机(9)与热风炉(13)的进料口相连。5.根据权利要求1～3中任一项所述的一种负极材料碳化用系统，其特征在于：所述进料设备采用螺旋进料机(6)，螺旋进料机(6)进料口通过管道与进料缓冲仓(4)相连，该管道上设有进料旋转阀(5)；螺旋进料机(6)出料口与外热式回转窑(7)...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁明雷，朱晨军，金玲玲，白勇，
申请(专利权)人：安徽科达洁能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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