CN113731598A - 一种连续式天然球形石墨的生产装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续式天然球形石墨的生产装置，包括自动加料系统、物料粗碎系统、物料球形化系统以及物料收集系统，所述物料粗碎系统包括多套粗碎机组，所述粗碎机组包括主机、旋流分离器、脉冲除尘器和风机，所述主机包括至少两台，所述主机串联。本系统是由2台主机串联再与旋流分离器、脉冲除尘器、风机依次连接共3套机组，相较于传统的工艺是每套机组由1台主机、旋流分离器、脉冲除尘器、风机依次连接共6套机组，减少了设备配置数量节约了成本、降低了能耗、提高了效率。

Description

一种连续式天然球形石墨的生产装置及方法

技术领域

本发明涉及一种天然球形石墨的制造装置。

背景技术

当今社会，信息、能源和新材料在全球范围内成为重要的支柱产业和发展的主要方向。随着日益严峻的环境问题以及不可再生资源的减少，锂电池作为新一代环保、高能电池，成为电池产业发展的重点之一，不仅大量应用于可携式电子产品上，包括笔记本电脑、移动电话、摄录像机、数字相机、迷你光驱、掌上型终端机及游戏机等；还可作为电动工具、电动自行车、电动机车等动力来源。

天然球形石墨作为目前锂离子电池中最主要的负极材料之一，对比其他正在研究或正在应用的负极材料诸如硅、锡的氧化物以及其他各种三元金属氧化物等具有很多优势，如循环性能更加稳定、资源丰富、价格低廉, 相信在未来的几十年内，天然球形石墨仍然会作为锂离子电池的负极材料而得到广泛应用。

传统的天然球形石墨产品加工操作过程复杂用人多、能耗高、收率低、产品质量不稳定，因此需要有一种工艺方法，操作简单（一键起动/停止）、选择合理设备配置提高收率、通过智能化的监控系统，监控生产现场的实际情况，产品或设备发生异常时能自动按照设定的程序调整生产参数，从而保证产品的稳定性。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种连续式天然球形石墨的生产装置，通过优化系统中各种设备的配置，使得系统的流程达到最合理，提高生产收率。

为解决上述技术问题，本发明的连续式天然球形石墨的生产装置，包括自动加料系统、物料粗碎系统、物料球形化系统以及物料收集系统， 所述物料粗碎系统包括多套粗碎机组，所述粗碎机组包括主机、旋流分离器、脉冲除尘器和风机，所述主机包括至少两台，所述主机串联。

本系统是由2台主机串联再与旋流分离器、脉冲除尘器、风机依次连接共3套机组，相较于传统的工艺是每套机组由1台主机、旋流分离器、脉冲除尘器、风机依次连接共6套机组，减少了设备配置数量节约了成本、降低了能耗、提高了效率。

所述自动加料系统、物料粗碎系统、物料球形化系统以及物料收集系统都连接物料主管道，所述物料主管道与所述注记的连接处设置自动碟阀。

本系统的物料主管道与自动碟阀的设计，可实现某一组设备出现故障或检修时能通过自动碟阀的转换而不用全线停产，只停本一组设备即可，保证生产正常进行。

所述物料球形化系统包括第一球形化机组和第二球形化机组，所述第一球形化机组包括主机、分级机、旋流分离器、脉冲除尘器、风机，所述第二球形化机组包括分级机、旋流分离器、脉冲除尘器、风机。

本系统中设置在较前面的第一球形化机组每套机组配有主机，其目的是为了保证产品的球形化度，而设置在较前面的第一球形化机组没有配置主机，是因为产品振实密度低、比表面积高、最主要的原因是产品内细粉较多造成，最后2套机组不配主机，是为了在产品球形化度达到后，不增加细粉的情况下（生产过程中增加球磨机，产品中的细粉就会相应增加），还能通过分级原理分除产品中的细粉，从而达到提高振实密度，降低比表面的目的，解决了市场难题。

优选的，第二球形化机组设置一套或两套。

优选的，所述第一球形化机组设置六套至十套。

作为进一步的改进，物料收集系统包括成品料收集系统、中粉料收集系统和尾料收集系统；所述中粉料收集系统由分级机、脉冲除尘器、风机依次连接；所述尾料收集系统由分级机、脉冲除尘器、风机依次连接。

本系统配置与同行业相比、不同之处：中粉料收集系统与尾料收集系统这2套机组同行业是旋流分离器、脉冲除尘器、风机依次连接，而本系统配置是分级机、脉冲除尘器、风机依次连接，这样配置的优点是，A、中粉料收集系统通过分级机分出来的中粉可以当成SG10产品的原料；B、尾料收集系统通过分级机分出来的尾粉可以当成SG08产品的原料。增加了附产品的附加值，大大降低了生产成本，提高产品的市场竞争力。

所述成品料收集系统由分级机、旋流分离器、脉冲除尘器、风机依次连接。

本发明还涉及一种连续式天然球形石墨的生产方法，包括下列步骤，

加料：将石墨用风机负压输送、依次通过上料搅拢、振台筛、脉冲除尘器、把物料加到料仓内；物料粗碎；物料细化：将石墨颗粒粉碎成石墨粉；物料球形化：将石墨粉，粉碎成球形石墨；物料收集。

作为进一步的改进，在物料粗碎步骤之前，进行智能设计，根据客户要求的质量指标，进入PLC柜参数设计界面、设计相关参数，再进入分区界面，设计下料量和每台设备的频率及转速、最后回到主界面，启动设备；在开机过程中如果有一台设备发生故障，系统把这一台设备所在的机组停掉，继续往下开启其它设备，并在设备开启完后自动改变参数来保证产品的质量；待发生故障的设备修复完后，把自动按钮旋至手动处，按顺序手动开启这一套机组，设备开启后再把手动按钮旋至自动处，系统又会自动调节参数来保证产品质量；生产过程中如果有设备发生故障、系统会自动报警、在规定的时间内如果故障没有解除、系统会自动把出现故障的这一套机组停掉、并且系统会根据停掉机组的数量会自动增加其它运行的机组设备的转速。

这样的设计可以保证产品的稳定性，整个过程不需要人工参与调机，减少人工成本，提高效率。

作为进一步的改进，所述物料收集步骤中，将球形石墨通过成品料收集系统进行收集，将中粉料通过中粉收集系统进行收集，将尾料，通过尾料收集系统进行收集。

采用这样的结构后，本发明的连续式天然球形石墨的生产装置生产前可根据客户的要求通过智能设计系统设计好下料量、各种设备的转速、频率等技术参数，然后按一键起动、生产出的产品就能满足客户要求，保证产品质量，并且生产线的运转情况、可通过服务器连到电脑及手机上实再实时监测与告警，合理化的设备选型与配置，回收率可达到50-53%，进一步提高生产效率，降低生产成本，并且实现粉尘零排放，保护了环境。

本发明的有益效果：

1.生产前可根据客户的要求设计好下料量、各种设备的转速、频率等技术参数，然后按一键起动、生产出的产品就能满足客户要求，保证产品质量，并且生产线的运转情况、可通过服务器连到电脑及手机上实再实时监测与告警。

2.生产过程中如果有设备发生故障、系统会自动报警、再规定的时间内如果故障没有解除、系统会自动把出现故障的这1套机组停掉、并且系统会根据停掉机组的数量会自动增加其它运行的机组设备的转速，来保证产品的稳定性，整个过程不需要人工参与调机，减少人工成本。

3.现有的技术产品回收率在40-43%左右，本发明合理化的设备选型与配置，回收率可达到50-53%，进一步提高生产效率，降低生产成本，并且实现粉尘零排放，保护了环境。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

根据下文结合附图对本申请具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述及其他目的、优点和特征。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。

图1是本发明的连续式天然球形石墨的生产装置的结构示意图。

图2是自动加料系统的结构示意图。

图3是物料粗碎系统的结构示意图。

图4是物料细化系统的结构示意图。

图5是物料球形化系统的结构示意图。

图6是物料收集系统的结构示意图。

图7是本发明的连续式天然球形石墨的生产装置的管理系统的架构图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。

应该理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“本实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“一个实施例”或“本实施例”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身并不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

本文中术语“至少一种”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和B的至少一种，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。

本发明的连续式天然球形石墨的生产装置，包括自动加料系统、物料粗碎系统、物料球形化系统以及物料收集系统，如图1所示。

其中，自动加料系统：包括依次连接的投料口1、大搅拢2、振动筛3、除尘器4、大料仓5、关风机6、小料仓7、小搅拢8、风机9，小搅拢8连接主管道10，设备连接如图2所示。

本系统采用一键起动，操作简单，增加振动筛3是为了去除原料中的杂质，采用负压输送无粉尘，上料速度快（1小时可加4吨原料），而且大料仓能容纳20吨原料，5小时可把大料仓5加满，减少人工成本（生产线原料的最大用量为20吨/天，其它时间现场无需人员）。同时由于本系统的小料仓7、小搅拢8设计，能使原料均匀进入粗碎系统，保证了产品质量。

物料粗碎系统：包括602、604、606三套机组，每套机组包括两台串联的粉碎主机60机1160，每套机组由主机60机、主机60机、旋流分离器12、脉冲除尘器13、风机9依次连接，将D50为100-150um的鳞片石墨粉碎至D50为16-50um的石墨颗粒；设备连接如图1和图3所示。

传统的工艺是每套机组由1台60机、旋流分离器、脉冲除尘器、风机依次连接共6套机组，本系统是由2台60机串联再与旋流分离器、脉冲除尘器、风机依次连接共3套机组，减少了设备配置数量节约了成本、降低了能耗、提高了效率。本系统的物料主管道与自动碟阀的设计，可实现某一组设备出现故障或检修时能通过自动碟阀的转换而不用全线停产，只停本一组设备即可，保证生产正常进行。

物料细化系统： 包括501、502、503、504四套机组，每套机组由50机1150、分级机14、旋流分离器12、脉冲除尘器13、风机9依次连接如图4，将物料粗碎系统过来石墨颗粒粉碎至D50为5-35um的石墨粉。

本系统配置的分级机是315型分级机，目前同行业中用的分级机是220型或260型，315型分机用的分级叶轮是315mm,其处理量比同行业的分级机大、故产能也比同行业提高2-3吨/天，并且其分级精度也相应提高，所以回收率比同行业高出10%左右。

物料球形化系统：包括301、302、303、304、305、306、307、308、309、310共10套机组，其中设置在前部的301-308每套机组为第一球形化机组，由主机30机1130、分级机14、旋流分离器12、脉冲除尘器13、风机9依次连接，设置在后部309与310为第二球形化机组，每套机组分级机14、旋流分离器12、脉冲除尘器13、风机9依次连接，将物料细化系统过来石墨颗粒整形至D50为5-35um的球形石墨；设备连接如图5所示。第一球形化机组也可以设置六套至十套，第二球形化机组也可以设置一套或两套。

本系统301-308每套机组配有30机1130，其目的是为了保证产品的球形化度，而309与310机组没有配置30机1130，是因为产品振实密度低、比表面积高、最主要的原因是产品内细粉较多造成，最后2套机组不配30机1130，是为了在产品球形化度达到后，不增加细粉的情况下（生产过程中增加球磨机，产品中的细粉就会相应增加），还能通过分级原理分除产品中的细粉，从而达到提高振实密度，降低比表面的目的，解决了市场难题。

物料收集系统：包括成品料收集系统310、中粉料收集系统Z01、尾料收集系统W01三套机组，310机组由分级机14、旋流分离器12、脉冲除尘器13、风机9依次连接、Z01机组；Z01机组由分级机14、脉冲除尘器13、风机9依次连接，W01机组由分级机14、脉冲除尘器13、风机9依次连接。设备连接如图6所示。

本系统配置与同行业相比、不同之处：中粉料收集系统Z01与尾料收集系统W01这2套机组同行业是旋流分离器、脉冲除尘器、风机依次连接，而本系统配置是分级机、脉冲除尘器、风机依次连接，这样配置的优点：A、中粉料收集系统Z01通过分级机14分出来的中粉可以当成SG10产品的原料。B、尾料收集系统W01通过分级机14分出来的尾粉可以当成SG08产品的原料。增加了附产品的附加值，大大降低了生产成本，提高产品的市场竞争力。

本发明还涉及一种连续式天然球形石墨的生产方法，包括以下步骤：

A、加料：将含碳量为94%以上的天然鳞片石墨用风机负压输送、依次通过上料搅拢、振台筛、脉冲除尘器、把物料加到料仓内，再经过关风机、小料仓、小搅拢把料均匀的送至粗碎系统；

B、智能设计：根据客户要求的质量指标，进入PLC柜参数设计界面、设计相关参数，再进入分区界面，设计下料量和每台设备的频率及转速、最后回到主界面，按一键启动，系统会按开机顺序（W01-Z01-310-309-308-307……602-下料搅拢）开启所有设备，在开机过程中如果有一台设备发生故障，系统过把这一台设备所在的机组停掉，继续往下开启其它设备，并在设备开启完后自动改变参数来保证产品的质量。待发生故障的设备修复完后，人工把自动按钮旋至手动处，按顺序手动开启这一套机组，设备开启后再把手动按钮旋至自动处，系统又会自动调节参数来保证产品质量。生产过程中如果有设备发生故障、系统会自动报警、再规定的时间内如果故障没有解除、系统会自动把出现故障的这1套机组停掉、并且系统会根据停掉机组的数量会自动增加其它运行的机组设备的转速，来保证产品的稳定性，整个过程不需要人工参与调机，减少人工成本，提高效率。并且生产线的运转情况、可通过服务器连到电脑及手机上实再实时监测与告警

C、物料粗碎：将含碳量为94%以上的天然鳞片石墨按照PLC设计的下料量及设备的频率，系统会自动将鳞片石墨粉碎至D50为16-50um的石墨颗粒。

D、物料细化：将D50为16-50um的石墨颗粒，按照PLC设计的设备频率。系统会自动将石墨颗粒粉碎至D50为5-35um的石墨粉。

E、物料球形化：将D50为5-35um的石墨粉，按照PLC设计的设备频率。系统会自动将石墨粉粉碎至D50为5-35um的球形石墨。

F、物料收集：将D50为5-35um的球形石墨,通过成品料收集系统310进行收集、将D50为5-13um的中粉料，通过中粉收集系统Z01进行收集、将D50为3-5um的尾料，通过尾料收集系统W01进行收集。

本发明解决了天然球形石墨产品加工操作过程复杂、用人多、能耗高、收率低、产品质量不稳定,提供一种连续式天然球形石墨的生产装置和方法, 按此工艺生产的球形石墨主要特点是产品结晶配向良好，球形化（SR/LR）高，颗粒表面缺陷少，粒度分布集中，振实密度（Tap）大，其制成品首次放电容量可达365mAh/g以上（接近理论容量372mAh/g），充放电效率达91％以上。石墨层间结合力强，石墨材料与溶剂的相容性好，比表面积低；压实密度高，极片压缩性、加工性好；有理想的电压平台和良好的循环性能.质量稳定，生产过程全自动化、智能化，无需人员操作，收率提高，节能 30％以上，降低成本 40％以上，无粉尘泄漏，噪音小。

以下以具体的实施例说明本发明的技术方案。

实施例1：生产SG17

A、加料：将D50为150um含碳量为94%以上的天然鳞片石墨用风机负压输送、依次通过上料搅拢、振台筛、脉冲除尘器、把物料加到料仓内。

B、智能设计：根据客户要求的质量指标，①进入PLC柜参数设计界面（设计相关参数），②进入分区界面（设计下料量和每台设备的频率及转速）、③回到主界面，按一键启动，系统会按开机顺序开启所有设备。

C、物料粗碎：将含碳量为94%以上的天然鳞片石墨按照PLC设计的下料量及设备的频率，系统会自动将鳞片石墨粉碎至D50为20-23um的石墨颗粒。

D、物料细化：将D50为20-23um的石墨颗粒，按照PLC设计的设备频率。系统会自动将石墨颗粒粉碎至D50为16.5-17.5um的石墨粉。

E、物料球形化：将D50为16.5-17.5um的石墨粉，按照PLC设计的设备频率。系统会自动将石墨粉粉碎至D50为16-17um的球形石墨。

F、物料收集：将D50为16-17um的球形石墨,通过成品料收集系统310进行收集、将D50为5-13um的中粉料，通过中粉收集系统Z01进行收集、将D50为3-5um的尾料。

实施例1制得的球形石墨，经测试如下表：

实施例2：生产SG10

A、加料：将D50为150um含碳量为94%以上的天然鳞片石墨用风机负压输送、依次通过上料搅拢、振台筛、脉冲除尘器、把物料加到料仓内。

B、智能设计：根据客户要求的质量指标，①进入PLC柜参数设计界面（设计相关参数），②进入分区界面（设计下料量和每台设备的频率及转速）、③回到主界面，按一键启动，系统会按开机顺序开启所有设备。

E、物料粗碎：将含碳量为94%以上的天然鳞片石墨按照PLC设计的下料量及设备的频率，系统会自动将鳞片石墨粉碎至D50为16-17um的石墨颗粒。

F、物料细化：将D50为16-17um的石墨颗粒，按照PLC设计的设备频率。系统会自动将石墨颗粒粉碎至D50为10.5-11.5um的石墨粉。

G、物料球形化：将D50为10.5-11.5um的石墨粉，按照PLC设计的设备频率。系统会自动将石墨粉粉碎至D50为10.5-11.5um的球形石墨。

H、物料收集：将D50为10.5-11.5um的球形石墨,通过成品料收集系统310进行收集、将D50为5-8um的中粉料，通过中粉收集系统Z01进行收集、将D50为3-5um的尾料。

实施例2制得的球形石墨，经测试如下表：

以上所述，仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种连续式天然球形石墨的生产装置，其特征在于： 包括自动加料系统、物料粗碎系统、物料球形化系统以及物料收集系统， 所述物料粗碎系统包括多套粗碎机组，所述粗碎机组包括主机、旋流分离器、脉冲除尘器和风机，所述主机包括至少两台，所述主机串联。

2.按照权利要求1所述的连续式天然球形石墨的生产装置，其特征在于：所述自动加料系统、物料粗碎系统、物料球形化系统以及物料收集系统都连接物料主管道，所述物料主管道与所述注记的连接处设置自动碟阀。

3.按照权利要求1所述的连续式天然球形石墨的生产装置，其特征在于：所述物料球形化系统包括第一球形化机组和第二球形化机组，所述第一球形化机组包括主机、分级机、旋流分离器、脉冲除尘器、风机，所述第二球形化机组包括分级机、旋流分离器、脉冲除尘器、风机。

4.按照权利要求3所述的连续式天然球形石墨的生产装置，其特征在于：第二球形化机组设置一套或两套；所述第一球形化机组设置六套至十套。

5.按照权利要求3或4所述的连续式天然球形石墨的生产装置，其特征在于：所示自动加料系统包括依次连接的投料口、大搅拢、振动筛、除尘器、大料仓、关风机、小料仓、小搅拢、风机，小搅拢连接主管道。

6.按照权利要求1至4任意一项所述的连续式天然球形石墨的生产装置，其特征在于：物料收集系统包括成品料收集系统、中粉料收集系统和尾料收集系统；

所述中粉料收集系统由分级机、脉冲除尘器、风机依次连接；

所述尾料收集系统由分级机、脉冲除尘器、风机依次连接。

7.按照权利要求6所述的连续式天然球形石墨的生产装置，其特征在于：所述成品料收集系统由分级机、旋流分离器、脉冲除尘器、风机依次连接。

8.一种连续式天然球形石墨的生产方法，其特征在于：包括下列步骤，

加料：把物料加到料仓内；

物料粗碎；

物料细化：将石墨颗粒粉碎成石墨粉；

物料球形化：将石墨粉，粉碎成球形石墨；

物料收集。

9.按照权利要求8所述的连续式天然球形石墨的生产方法，其特征在于：在物料粗碎步骤之前，进行智能设计，根据客户要求的质量指标，进入PLC柜参数设计界面、设计相关参数，再进入分区界面，设计下料量和每台设备的频率及转速、最后回到主界面，启动设备；

在开机过程中如果有一台设备发生故障，系统把这一台设备所在的机组停掉，继续往下开启其它设备，并在设备开启完后自动改变参数来保证产品的质量；

待发生故障的设备修复完后，把自动按钮旋至手动处，按顺序手动开启这一套机组，设备开启后再把手动按钮旋至自动处，系统又会自动调节参数来保证产品质量；

生产过程中如果有设备发生故障、系统会自动报警、在规定的时间内如果故障没有解除、系统会自动把出现故障的这一套机组停掉、并且系统会根据停掉机组的数量会自动增加其它运行的机组设备的转速。

10.按照权利要求8或9所述的连续式天然球形石墨的生产方法，其特征在于：所述物料收集步骤中，将球形石墨通过成品料收集系统进行收集，将中粉料通过中粉收集系统进行收集，将尾料，通过尾料收集系统进行收集。

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