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amixon® Mischer/Trockner für Lithiumsalze

Lithiumsalze für Lithium-Ionen-Batterien müssen extrem rein und trocken sein. Zu den Lithiumsalzen zählen Lithiumoxid, Lithiumfluorid, Lithiumcarbonat, Lithiumhydroxid und Lithiumchlorid. Bis zum reinen Lithiumsalz sind viele Aufbereitungsschritte notwendig. Nahezu jeder chemische Prozessschritt schließt mit einem Trocknungsprozess ab. Vakuum-Mischtrockner von amixon® eignen sich hervorragend für die effiziente und wirtschaftliche Trocknung von Lithiumderivaten und Lithiumsalzen.

 

Vakuum-Mischtrockner für Lithiumsalze

Auf der Basis von Trocknungsversuchen kann amixon® sehr genaue Hochrechnungen für unterschiedlichste Trocknungsvolumina und Apparatedimensionen berechnen. Wir können auch hochrechnen, wie sich die Trocknungszeit verändert, wenn mit höheren oder niedrigeren Trocknungstemperaturen getrocknet wird. Oder wenn das Mischwerkzeug mit veränderten Umdrehungsfrequenzen arbeitet.

 

Gleiches gilt für die Berechnung der Abkühlzeit, wenn das Trockengut im gleichen Vakuum-Mischtrockner abgekühlt werden soll. Bei der Berechnung der Abkühlzeit berücksichtigen wir die Chargengröße und unterschiedlich kalte Kühlmedien.

Eine typische Trocknungskurve mit Produktkühlung

Eine typische Trocknungskurve mit Produktkühlung. Die Trocknungstemperatur kann wesentlich höher gewählt werden. Dies verkürzt den Prozess.

Für die Trocknung von Lithiumsalzen sind amixon® Vakuum-Mischtrockner aus folgenden Gründen besonders geeignet:

 

  • Der Prozessraum ist hochrein. Er ist „technisch dicht“ im Sinne der TA-Luft. Es treten weder Partikel aus, noch werden Fremdpartikel oder Umgebungsluft eingetragen.
  • Die Trocknung erfolgt bei niedrigen Drehzahlen. Die Relativgeschwindigkeiten betragen in der Regel 0,8 bis 1,3 m/s. Dadurch gibt es praktisch keinen Abrieb und keine Partikelzerstörung.
  • Das Vakuum senkt die Produkttemperatur und beschleunigt die Verdampfung.
  • Extrem verkürzte Trocknungszeiten, wenn ein "Kühlmischer" unter dem Vakuum-Mischtrockner installiert wird. Die amixon® Apparate haben eine lange Lebensdauer trotz abrupter "Heiß/Kalt-Wechsel".
  • Der Wärmeübergang erfolgt extrem schnell durch ständigen Kontakt mit den Apparateflächen.
  • Alle Apparateoberflächen sind beheizt - auch die Mischwelle, die Mischarme und die Wendel.
  • Nach der Trocknung entleert sich ein amixon®-Mischtrockner vollständig selbst.
  • Die Ein- und Austragsarmaturen können mit Containmentsystemen gekoppelt werden. Dadurch wird eine hohe Reinheit der Produkte gewährleistet.
  • Bei Bedarf können Metalloxide im selben Mischtrockner zugegeben und gemischt werden.

Gyraton® Großvolumiger Mischer / Rührkessel / Dispenser / Homogenisator

Die typischen Aufbereitungsschritte (Suspension in Aufschlusssäuren, chemische Extraktion durch Fällung, Flockung, Sedimentation, Filtration, Trocknung, Mischung, Kalzinierung, Mahlung) sind umso wirtschaftlicher, je kontinuierlicher und unterbrechungsfreier sie ablaufen. Dennoch müssen Zwischenprodukte chargenweise gesammelt werden, um für den nächsten Verfahrensschritt homogenisiert zu werden. Für die großvolumige Homogenisierung hat amixon® einen geeigneten Mischer entwickelt. Der Gyraton® Mischer kann sowohl chargenweise als auch kontinuierlich betrieben werden. Mit diesem neuartigen Mischsystem werden 5 wichtige Prozessanforderungen erfüllt:

  1. Es werden ideale Mischgüten erzeugt – unabhängig von der Beschaffenheit der Mischgüter
    • trocken, feucht, nass, abrasiv
    • feindispers, nanodispers, kristallin
    • differierende Partikelgrößen
    • differierende Schüttdichten
    • der Mischer kann Mischgüter erwärmen oder kühlen
    • Mischprozess wahlweise atmosphärisch oder unter Inertgasatmosphäre
  2. Der Gyraton®-Mischer liefert auch bei einem Füllgrad von 5 % ideale Mischqualitäten. Der Mischer ist derzeit für Chargen von 10 m³ bis 100 m³ lieferbar.
  3. Der Mischer kann abrasive Güter mischen. Dann ist er mit einer Hochleistungskeramik beschichtet.
  4. Der Gyraton® Mischer mischt große Chargen mit minimalem Energieaufwand und erhält die Partikelstruktur.
  5. Er entspricht den hygienischen Anforderungen, wie sie in der Pharma- oder Lebensmittelindustrie gestellt werden.
  6. Der Mischer kann auch für kontinuierliches Mischen bei allen Füllgraden verwendet werden, wenn er auf Wägezellen steht.
Gyraton® Mischer für große Chargen bis 100 m³.

Gyraton® Mischer für große Chargen bis 100 m³. Die Mischgüter können trocken, feucht oder nass sein.

Im Technikum von amixon® können Vakuum-Trocknungsprozesse vorgeführt werden

 

Ein Besuch bei amixon® lohnt sich immer. Sie erfahren viel im Gespräch mit unseren Experten aus Verfahrenstechnik, Konstruktion und Fertigungstechnik. amixon® stellt alle Komponenten selbst her und kontrolliert alle qualitätsrelevanten Haltepunkte. Versuche mit Ihrem Mischgut führen mit Sicherheit zu guten Ergebnissen. Das sichert Ihre Investitionsentscheidung. Im amixon®-Technikum können wir auch bei höheren Temperaturen kalzinieren. Optional kann auch mit höheren Systemdrücken gearbeitet werden.

Einzigartige Eigenschaften von Lithium

 

Der elektrische Gleichstromantrieb für Autos hat von allen Antriebssystemen den höchsten Wirkungsgrad. Die Qualität der Batterie ist entscheidend. Gemessen an den Herstellungskosten eines Elektroautos entfallen rund 40 % auf die Batterie. Etwa 15 Prozent der Materialkosten eines Elektrofahrzeugs entfallen auf die Kathode einer Lithium-Ionen-Batterie. Sie besteht aus Lithium-Metalloxiden, die im Wesentlichen aus Nickel, Mangan, Kobalt und anderen Seltenen Erden bestehen.

 

Die Qualität einer Lithium-Ionen-Batterie hängt von der Reinheit der verwendeten Lithiumsalze ab. Lithium besitzt einzigartige Eigenschaften in der Gruppe der Alkalimetalle:

  • Lithium hat mit - 3,04 Volt das höchste elektrochemische Standardpotential.
  • Lithium hat mit 0,534 kg/dm³ die geringste spezifische Dichte.
  • Lithium besitzt die höchste chemische Reaktivität.
  • Lithium besitzt den höchsten Schmelzpunkt.
  • Lithium besitzt den höchsten Siedepunkt.
  • Lithium besitzt die höchste spezifische Wärmekapazität .
  • Lithium hat die höchste Hydratationsenthalpie.
  • Lithium-Ionen-Batterien haben mit fast 4000 Ah/kg die höchste spezifische Kapazität.
Lithium ist in reiner Form selbstentzündlich und wird in Petroleum gelagert.

Lithium ist in reiner Form selbstentzündlich und wird in Petroleum gelagert.

Lithiumgewinnung

 

Unabhängig davon, ob Lithium aus Gestein oder aus Wasser gewonnen wird, kommt es in der Natur nur in sehr geringen Konzentrationen vor. Die Konzentrationen betragen maximal 0,16 %. Die Gewinnung von Lithium ist auch bei Konzentrationen von 0,02 bis 0,06 % möglich. Voraussetzung ist, dass die Lagerstätte wenige und gut isolierbare Elemente enthält.

Derzeit werden Lithiumvorkommen in China, Australien, Lateinamerika, Afrika und den USA abgebaut. Auch in Europa kann Lithium abgebaut werden. Interessante Vorkommen gibt es in Portugal, Spanien, Serbien und Deutschland. Aus den oben genannten Gründen ist es schwierig und teuer, reine Lithiumderivate zu gewinnen. Jede Lagerstätte hat ihre eigenen spezifischen Begleitelemente. Daher unterscheiden sich die Aufbereitungsverfahren. Die Verfahrensschritte ähneln der Aufbereitung anderer seltener Vorkommen.

Im Wesentlichen handelt es sich um Klassierung, Zerkleinerung, Dichtetrennung, Suspension in Aufschlusssäuren, chemische Extraktion durch Fällung, Flockung, Sedimentation, Filtration, Trocknung, Mischung, Kalzinierung, Mahlung, Homogenisierung, ..... Details werden von den Bergbauunternehmen geheim gehalten.

Recycling von Elektrolyten, Metalloxiden und Lithium aus Altbatterien

 

Die wirtschaftliche Rückgewinnung von Wertstoffen aus gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien gewinnt zunehmend an Bedeutung. Die größten Produzenten von Lithium-Ionen-Batterien sind China, Japan und Südkorea. Dort wachsen die Recyclingkapazitäten sehr schnell. Die Prozessroute des Recyclings ähnelt der des Abbaus mit Ausnahme der Pyrometallurgie.

Aufbereitung von Lithium

Aufbereitung von Lithium

Nur hochreine Lithiumsalze sind für die Batterieherstellung geeignet.

Nur hochreine Lithiumsalze sind für die Batterieherstellung geeignet.

Lithiumsalze werden in vielen Industrien verwendet

 

Lithium ist viel zu reaktionsfreudig, um in der Natur in reiner elementarer Form zu existieren. Reines Lithium würde sich in Gegenwart von Luftsauerstoff selbst entzünden. Selbst mit Stickstoff reagiert Lithium zu Lithiumnitrid. In der Praxis werden daher Lithiumsalze verwendet. In

  • Lithiumoxid beispielsweise beträgt der Li-Gehalt etwa 46,5 %,
  • in Lithiumfluorid 26,8 %.
  • Es folgen Lithiumcarbonat (18,8 %),
  • Lithiumhydroxid-Monohydrat (16,5 %) und
  • Lithiumchlorid (16,3 %).

Lithiumsalze werden als Flussmittel in der Metallurgie und Keramik, als Zusatzstoffe in der Glasindustrie und in der Pulvermetallurgie sowie als Additive in Schmiermitteln verwendet. Lithiumnitrid dient beispielsweise als Träger für die Einlagerung von Stickstoff in Legierungen.

Der Bedarf an hochreinen Lithiumsalzen steigt stark an

 

Die weitaus größten Mengen an Lithium werden für die Herstellung von wiederaufladbaren Batterien benötigt. Hier ist auch die höchste Reinheit gefordert. So darf ein Lithiumcarbonat höchstens 0,4 % Fremdstoffe enthalten.

Bedarfsprognose für Batteriematerialien

Bedarfsprognose für Batteriematerialien

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