Broyeur Raymond pour l'hydroxyde de lithium – Analyse des applications du produit et étude de faisabilité

1. Présentation du produit

1.1 Introduction à l'hydroxyde de lithium

L'hydroxyde de lithium (LiOH) est un composé inorganique se présentant sous la forme d'une poudre cristalline blanche. Ses propriétés physiques sont les suivantes :

L'hydroxyde de lithium est principalement utilisé dans la fabrication de sels de lithium, de graisses à base de lithium, d'électrolytes pour piles alcalines et de solutions absorbantes pour les refroidisseurs au bromure de lithium. Avec le développement rapide du secteur des véhicules à énergie nouvelle, l'hydroxyde de lithium de qualité batterie, en tant que matière première essentielle pour les matériaux de cathode ternaires, connaît une demande sans cesse croissante sur le marché.

1.2 Introduction à Raymond Mill

Le broyeur Raymond (broyeur à rouleaux suspendus) est un équipement de broyage à sec largement utilisé pour le traitement des minéraux non métalliques. Le broyeur Raymond pour spodumène est spécialement conçu pour le broyage de matières premières de minerai de lithium telles que le spodumène et la lépidolite, dont la dureté sur l’échelle de Mohs est inférieure à 7. Il utilise l’action de compression des rouleaux et des anneaux de broyage pour concasser et broyer les matériaux en poudres fines de 80 à 600 mesh. Le broyeur Raymond est l’un des équipements clés du processus en amont de la fabrication des matériaux de cathode pour batteries au lithium (tels que le carbonate de lithium et l’hydroxyde de lithium).

Dans les procédés d'extraction du lithium, afin d'augmenter la surface spécifique des particules et d'améliorer la vitesse et l'efficacité de la réaction de l'électrolyte contenant des impuretés lors du chauffage et de l'agitation, l'électrolyte doit être acheminé vers un broyeur Raymond pour y être réduit en poudre. Le broyeur Raymond de type européen est également un choix courant pour le broyage du minerai de lithium, constituant une solution idéale de pulvérisation par voie sèche.

2. Exigences techniques relatives au broyage de l'hydroxyde de lithium

2.1 Exigences en matière de qualité des produits

Les différentes qualités d'hydroxyde de lithium sont soumises à des exigences de finesse différentes :

2.2 Défis particuliers liés au broyage de l'hydroxyde de lithium

Le broyage de l'hydroxyde de lithium pose les difficultés particulières suivantes :

1. Hygroscopicité – L'hydroxyde de lithium absorbe facilement le dioxyde de carbone et l'humidité présents dans l'air, ce qui provoque l'adhérence aux parois et le colmatage du matériau.
2. Alcalinité élevée – Son caractère fortement alcalin provoque la corrosion des équipements.
3. Adhérence – Il a tendance à coller, ce qui nuit à l'efficacité du broyage et à la fluidité du déversement.
4. Exigences strictes en matière de pureté – Les applications destinées aux batteries exigent une “ tolérance zéro ” vis-à-vis des impuretés métalliques.
5. Sensibilité à la chaleur – Une surchauffe locale peut endommager le matériau.

3. Analyse technique du broyage de l'hydroxyde de lithium à l'aide d'un broyeur Raymond

3.1 Principe de fonctionnement de Raymond Mill

Les principaux composants d’un broyeur Raymond sont une bague de base fixe et des rouleaux de broyage rotatifs. La bague de base est équipée d’une bague de broyage sur son pourtour. Lorsque les rouleaux tournent autour de l’axe vertical, la force centrifuge les presse fermement contre la bague de broyage. Des racleurs tournant en même temps que les rouleaux répartissent la matière sur la plaque de base, entre les rouleaux et l’anneau, où elle est broyée par compression et par attrition. La poudre obtenue est entraînée par le flux d’air provenant du ventilateur, passe à travers le classificateur, et les fines qui répondent aux critères de finesse sont acheminées vers le cyclone de collecte pour y être récupérées.

3.2 Paramètres de faisabilité pour le traitement de l'hydroxyde de lithium à l'aide d'un broyeur Raymond

3.3 Évaluation de l'applicabilité de Raymond Mill pour l'hydroxyde de lithium

✅ Applications adaptées :

• Traitement de poudre grossière d'hydroxyde de lithium de qualité industrielle (80-200 mesh)
• Pré-broyage de matières premières telles que le spodumène calciné
• Traitement de produits intermédiaires à base d'hydroxyde de lithium soumis à des exigences moins strictes en matière d'impuretés métalliques
• Préparation de poudres de minerai de lithium primaire (100-150 μm)

❌ Candidatures non retenues :

• Broyage ultrafin d'hydroxyde de lithium destiné aux batteries (D50 = 3-8 μm)
• Applications imposant des limites strictes quant à la teneur en impuretés métalliques

3.4 Principaux risques liés à l'utilisation d'un broyeur Raymond pour la production d'hydroxyde de lithium

1. Risque de contamination par des métaux – Le secteur ne recommande généralement pas les broyeurs mécaniques traditionnels (tels que Moulins Raymond) car ils laissent facilement passer des limaille de fer et posent des problèmes d'étanchéité.
2. Problèmes d'étanchéité – L'hydroxyde de lithium est hygroscopique, et les broyeurs Raymond ne permettent pas d'isoler complètement l'air et l'humidité.
3. Limite de finesse – Les produits issus du broyeur Raymond ont généralement une granulométrie comprise entre 80 et 400 mesh, ce qui est bien loin de la précision au micron requise pour la qualité « batterie ».
4. Collage mural – Le caractère collant de l'hydroxyde de lithium peut entraîner des obstructions dans la chambre de broyage et les conduites.

4. Plans de faisabilité

4.1 Plan 1 : Traitement de poudre grossière pour la production d'hydroxyde de lithium de qualité industrielle (utilisation d'un broyeur Raymond recommandée)

Scénario d'application : Traitement de poudre grossière d’hydroxyde de lithium de qualité industrielle, avec une granulométrie requise comprise entre 80 et 200 mesh et des limites moins strictes en matière d’impuretés métalliques.

Déroulement du processus :

LiOH en vrac → Concasseur à mâchoires (concassage grossier) → Élévateur → Trémie de stockage →
Alimentateur vibrant électromagnétique → Broyeur Raymond (broyage) → Classificateur (séparation) →
Collecteur à cyclone → Dépoussiéreur à impulsions → Conditionnement du produit fini

Configuration recommandée du matériel :

Référence du modèle de broyeur Raymond :

Précautions essentielles :

• La matière première doit être soigneusement séchée jusqu’à ce que sa teneur en humidité soit inférieure à 1% ; dans le cas contraire, des collages sur les parois et des bourrages se produiront.
• Toutes les pièces en contact avec le produit doivent être en acier inoxydable 304/316L ou revêtues de céramique ou de polyuréthane afin de résister à une forte corrosion alcaline.
• Le système doit fonctionner en circuit fermé sous dépression totale, avec un dépoussiéreur à impulsions.
• Il est recommandé d'utiliser un système de commande entièrement automatique par automate programmable (PLC) pour le fonctionnement à distance et le réglage automatique.

4.2 Plan 2 : Broyage ultrafin pour l'hydroxyde de lithium destiné aux batteries (le broyeur Raymond n'est PAS recommandé)

Scénario d'application : Broyage ultrafin d’hydroxyde de lithium destiné aux batteries, avec des spécifications suivantes : D50 = 3 à 8 μm et D97 ≤ 15 μm.

Matériel recommandé : Broyeur à jets opposés à lit fluidisé sous protection d'azote

Motifs de la recommandation :

• Aucune contamination par des métaux – Le flux d'air à grande vitesse provoque des collisions entre les particules ; l'absence de corps de broyage et d'usure mécanique garantit une grande pureté
• Broyage à basse température – L'expansion de l'air absorbe la chaleur, ce qui permet de maintenir la chambre à une température basse et d'éviter toute dégradation thermique
• Protection à l'azote en circuit fermé – La teneur en oxygène peut être contrôlée à des niveaux de l'ordre de quelques ppm, ce qui empêche l'absorption d'humidité et l'oxydation
• Conception antidéflagrante – Conception intégrale antidéflagrante avec équilibrage dynamique PID pour la sécurité des procédés

Paramètres de référence de l'équipement :

4.3 Plan 3 : Pré-broyage du spodumène calciné (application au broyeur Raymond à pleine capacité)

Scénario d'application : Pré-broyage du spodumène calciné dans le procédé à l'acide sulfurique pour l'extraction du lithium.

Le spodumène calciné est un matériau hétérogène qui nécessite généralement un broyage à sec jusqu'à environ 200 mesh, ce qui entre largement dans les capacités d'un broyeur Raymond. Parmi les équipements couramment utilisés pour le broyage du spodumène calciné, on trouve les broyeurs Raymond de la série R et les broyeurs à pendule HC, qui permettent d'obtenir des poudres d'une granulométrie comprise entre 80 et 2 500 mesh.

Procédure recommandée :

Spodumène calciné → Concasseur à mâchoires → Broyeur Raymond → Classificateur → Collecteur → Étape suivante (torréfaction acide, etc.)

4.4 Résumé comparatif du choix des équipements

5. Conclusions et recommandations

5.1 Conclusion générale

Un broyeur Raymond peut être utilisé pour le broyage de l'hydroxyde de lithium, mais son champ d'application est clairement délimité:

1. Traitement de poudre grossière d'hydroxyde de lithium de qualité industrielle (80-200 mesh) : FAISABLE. L'usine Raymond est un modèle éprouvé, dont le coût d'investissement est moindre et qui offre une grande capacité : c'est un choix judicieux sur le plan économique.
2. Broyage ultrafin d’hydroxyde de lithium destiné aux batteries (D50 = 3-8 μm) : IMPOSSIBLE. Il est impossible d'obtenir ce degré de finesse, et il existe un risque de contamination par des particules métalliques ; l'industrie ne recommande pas cette méthode.

5.2 Recommandations de mise en œuvre

Si vous optez pour un broyeur Raymond pour le broyage de l'hydroxyde de lithium, nous vous recommandons :

1. Contrôle rigoureux de l'humidité : La matière première doit être soigneusement séchée jusqu’à ce que sa teneur en humidité soit inférieure à 1%.
2. Protection contre la corrosion : Toutes les surfaces en contact avec le produit doivent être en acier inoxydable ou revêtues de céramique.
3. Améliorations apportées aux joints d'étanchéité : Améliorer l'étanchéité du système afin d'empêcher l'absorption d'humidité et les infiltrations de poussière.
4. Accessoires écologiques : Équiper l'installation de dépoussiéreurs à impulsions à haut rendement afin de garantir le respect des normes d'émissions.
5. Broyage d'essai : Demandez au fournisseur de l'équipement de procéder à un essai avec votre matériau afin de vérifier ses performances.
6. Automatisation : Utiliser des systèmes de commande par automates programmables (PLC) pour garantir la stabilité et l'efficacité de la production.

Pour la production d'hydroxyde de lithium destiné aux batteries, nous recommandons :

Évaluez directement un système de broyeur à jet à lit fluidisé en circuit fermé à azote. Bien que l'investissement initial soit plus élevé, ce système garantit la pureté et la finesse du produit.