বিশ্বব্যাপী নতুন শক্তির যানবাহনের দ্রুত বিকাশের সাথে সাথে লিথিয়াম ব্যাটারির অ্যানোড উপাদানের বাজারের চাহিদা উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পেয়েছে। পরিসংখ্যান অনুসারে, ২০২১ সালে এই শিল্পের শীর্ষ আটটি লিথিয়াম ব্যাটারি অ্যানোড উৎপাদনকারী প্রতিষ্ঠান তাদের উৎপাদন ক্ষমতা প্রায় দশ লক্ষ টনে উন্নীত করার পরিকল্পনা করেছে। অ্যানোড উপাদানের সূচক এবং খরচের উপর গ্রাফিটাইজেশন প্রক্রিয়ার প্রভাব সবচেয়ে বেশি। চীনে গ্রাফিটাইজেশন সরঞ্জাম বিভিন্ন ধরনের, এগুলোর শক্তি খরচ বেশি, দূষণ মারাত্মক এবং স্বয়ংক্রিয়তার মাত্রা কম, যা গ্রাফাইট অ্যানোড উপাদানের বিকাশকে কিছুটা সীমিত করে। অ্যানোড উপাদানের উৎপাদন প্রক্রিয়ায় এটিই একটি প্রধান সমস্যা যা জরুরি ভিত্তিতে সমাধান করা প্রয়োজন।
১. নেতিবাচক গ্রাফিটাইজেশন ফার্নেসের বর্তমান পরিস্থিতি ও তুলনা
১.১ অ্যাচিসন নেগেটিভ গ্রাফিটাইজেশন ফার্নেস
প্রচলিত ইলেকট্রোড আইচিসন ফার্নেস গ্রাফিটাইজেশন ফার্নেসের উপর ভিত্তি করে তৈরি পরিবর্তিত ফার্নেসটিতে, মূল ফার্নেসটিতে নেগেটিভ ইলেকট্রোড উপাদানের বাহক হিসেবে গ্রাফাইট ক্রুসিবল (ক্রুসিবলটিতে কার্বনাইজড নেগেটিভ ইলেকট্রোড কাঁচামাল ভরা থাকে) স্থাপন করা হয়, ফার্নেসের কোর তাপ-প্রতিরোধী উপাদান দিয়ে পূর্ণ করা হয়, বাইরের স্তরটি ইনসুলেশন উপাদান এবং ফার্নেসের দেয়ালের ইনসুলেশন দিয়ে পূর্ণ করা হয়। বিদ্যুতায়নের পর, প্রধানত রেজিস্টর উপাদানকে উত্তপ্ত করার মাধ্যমে ২৮০০ ~ ৩০০০℃ উচ্চ তাপমাত্রা উৎপন্ন হয় এবং ক্রুসিবলের ভেতরের নেগেটিভ উপাদান পরোক্ষভাবে উত্তপ্ত হয়ে নেগেটিভ উপাদানের উচ্চ-তাপমাত্রার স্টোন ইঙ্কিং সম্পন্ন করে।
১.২. অভ্যন্তরীণ তাপ সিরিজ গ্রাফিটাইজেশন চুল্লি
এই ফার্নেস মডেলটি গ্রাফাইট ইলেকট্রোড উৎপাদনের জন্য ব্যবহৃত সিরিয়াল গ্রাফিটাইজেশন ফার্নেসের একটি প্রতিরূপ, এবং এতে নেগেটিভ ইলেকট্রোড উপাদান দিয়ে ভরা কয়েকটি ইলেকট্রোড ক্রুসিবল অনুদৈর্ঘ্যভাবে সিরিজে সংযুক্ত থাকে। ইলেকট্রোড ক্রুসিবলটি একই সাথে একটি বাহক এবং একটি উত্তাপক অংশ, এবং এর মধ্য দিয়ে বিদ্যুৎ প্রবাহিত হয়ে উচ্চ তাপমাত্রা উৎপন্ন করে এবং সরাসরি অভ্যন্তরীণ নেগেটিভ ইলেকট্রোড উপাদানকে উত্তপ্ত করে। গ্রাফিটাইজেশন প্রক্রিয়ায় কোনো রেজিস্ট্যান্স উপাদান ব্যবহার করা হয় না, যা লোডিং এবং বেকিংয়ের প্রক্রিয়াগত কার্যক্রমকে সরল করে, রেজিস্ট্যান্স উপাদানের তাপ সঞ্চয়ের অপচয় কমায় এবং বিদ্যুৎ সাশ্রয় করে।
১.৩ গ্রিড বক্স টাইপ গ্রাফিটাইজেশন ফার্নেস
সাম্প্রতিক বছরগুলিতে এর প্রয়োগ বৃদ্ধি পাচ্ছে, যার প্রধান উৎস হলো অ্যাচিসন সিরিজের গ্রাফিটাইজেশন ফার্নেস এবং এর সাথে সংযুক্ত প্রযুক্তি। গ্রাফিটাইজিং ফার্নেসের বৈশিষ্ট্য হলো, এর ফার্নেস কোর একাধিক অ্যানোড প্লেট গ্রিড উপাদান দিয়ে তৈরি একটি বক্স কাঠামো ব্যবহার করে। কাঁচামাল ক্যাথোডের মধ্যে প্রবেশ করানো হয় এবং সমস্ত স্লটেড সংযোগের মাধ্যমে অ্যানোড প্লেট ও কলামকে স্থির করা হয়। প্রতিটি কন্টেইনারে ব্যবহৃত অ্যানোড প্লেটগুলো একই উপাদান দিয়ে সিল করা থাকে। কলাম এবং অ্যানোড প্লেটের এই উপাদান বক্স কাঠামোটি একত্রে হিটিং বডি গঠন করে। বিদ্যুৎ ফার্নেস হেডের ইলেকট্রোডের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়ে ফার্নেস কোরের হিটিং বডিতে প্রবেশ করে এবং উৎপন্ন উচ্চ তাপমাত্রা সরাসরি বক্সের ভেতরের অ্যানোড উপাদানকে উত্তপ্ত করে গ্রাফিটাইজেশনের উদ্দেশ্য সাধন করে।
১.৪ তিন ধরনের গ্রাফিটাইজেশন চুল্লির তুলনা
অভ্যন্তরীণ তাপের ধারাবাহিক গ্রাফিটাইজেশন ফার্নেস হলো ফাঁপা গ্রাফাইট ইলেকট্রোড গরম করার মাধ্যমে সরাসরি উপাদানকে উত্তপ্ত করা। ইলেকট্রোড ক্রুসিবলের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত বিদ্যুতের ফলে উৎপন্ন "জুল তাপ" প্রধানত উপাদান এবং ক্রুসিবলকে উত্তপ্ত করতে ব্যবহৃত হয়। এর উত্তাপের গতি দ্রুত, তাপমাত্রার বণ্টন সুষম এবং রোধক উপাদান দ্বারা উত্তপ্ত করা প্রচলিত অ্যাচিসন ফার্নেসের তুলনায় এর তাপীয় দক্ষতা বেশি। গ্রিড-বক্স গ্রাফিটাইজেশন ফার্নেস অভ্যন্তরীণ তাপের ধারাবাহিক গ্রাফিটাইজেশন ফার্নেসের সুবিধাগুলো গ্রহণ করে এবং উত্তাপক অংশ হিসেবে কম খরচের প্রি-বেকড অ্যানোড প্লেট ব্যবহার করে। ধারাবাহিক গ্রাফিটাইজেশন ফার্নেসের তুলনায় গ্রিড-বক্স গ্রাফিটাইজেশন ফার্নেসের লোডিং ক্ষমতা বেশি এবং সেই অনুযায়ী প্রতি ইউনিট পণ্যের জন্য বিদ্যুৎ খরচ কমে যায়।
২. নেগেটিভ গ্রাফিটাইজেশন ফার্নেসের উন্নয়নের দিকনির্দেশনা
২.১ পরিধি প্রাচীরের কাঠামো অপ্টিমাইজ করুন
বর্তমানে, বেশ কয়েকটি গ্রাফিটাইজেশন চুল্লির তাপ নিরোধক স্তর প্রধানত কার্বন ব্ল্যাক এবং পেট্রোলিয়াম কোক দিয়ে পূর্ণ থাকে। উৎপাদনের সময় উচ্চ তাপমাত্রায় জারণ প্রক্রিয়ায় এই নিরোধক উপাদানটি পুড়ে যায় এবং প্রতিবার লোড করার পর এটি প্রতিস্থাপন বা একটি বিশেষ নিরোধক উপাদান যোগ করার প্রয়োজন হয়। এই প্রতিস্থাপন প্রক্রিয়াটি পরিবেশের জন্য ক্ষতিকর এবং এতে প্রচুর শ্রমের প্রয়োজন হয়।
একটি উপায় হলো বিশেষ উচ্চ শক্তি ও উচ্চ তাপমাত্রা সহনশীল সিমেন্টের গাঁথুনির দেয়ালের আঠা ব্যবহার করা, যা দেয়ালের সামগ্রিক শক্তি বৃদ্ধি করে, পুরো কার্যচক্র জুড়ে এর বিকৃতি স্থিতিশীলতা নিশ্চিত করে, একই সাথে ইটের জোড় সিল করে দেয়, দেয়ালের ফাটল ও জোড়ের ফাঁক দিয়ে অতিরিক্ত বাতাস চুল্লিতে প্রবেশ করতে বাধা দেয় এবং ইনসুলেটিং উপাদান ও অ্যানোড উপাদানের জারণজনিত দহন ক্ষতি হ্রাস করে।
দ্বিতীয়ত, চুল্লির দেয়ালের বাইরে ঝুলন্ত একটি সামগ্রিক বৃহৎ চলমান ইনসুলেশন স্তর স্থাপন করা হয়, যেমন উচ্চ-শক্তির ফাইবারবোর্ড বা ক্যালসিয়াম সিলিকেট বোর্ড ব্যবহার করা হয়, যা উত্তাপ পর্যায়ে একটি কার্যকর সিলিং এবং ইনসুলেশনের ভূমিকা পালন করে এবং শীতল পর্যায়ে দ্রুত শীতল করার জন্য সুবিধাজনকভাবে সরানো যায়; তৃতীয়ত, চুল্লির তলদেশে এবং চুল্লির দেয়ালে বায়ুচলাচল পথ স্থাপন করা হয়। এই বায়ুচলাচল পথে বেল্টের মুখসহ পূর্ব-নির্মিত জালি ইটের কাঠামো ব্যবহার করা হয়, যা উচ্চ-তাপমাত্রার সিমেন্টের গাঁথুনিকে সমর্থন করে এবং শীতল পর্যায়ে জোরপূর্বক বায়ুচলাচল শীতলীকরণের বিষয়টি বিবেচনা করে।
২.২ সংখ্যাসূচক সিমুলেশনের মাধ্যমে বিদ্যুৎ সরবরাহ বক্ররেখা অপ্টিমাইজ করুন
বর্তমানে, নেগেটিভ ইলেকট্রোড গ্রাফিটাইজেশন ফার্নেসের পাওয়ার সাপ্লাই কার্ভ অভিজ্ঞতা অনুসারে তৈরি করা হয়, এবং তাপমাত্রা ও ফার্নেসের অবস্থা অনুযায়ী গ্রাফিটাইজেশন প্রক্রিয়াটি যেকোনো সময় ম্যানুয়ালি সামঞ্জস্য করা হয়, এবং এর কোনো একীভূত মান নেই। হিটিং কার্ভ অপ্টিমাইজ করলে বিদ্যুৎ খরচের সূচক উল্লেখযোগ্যভাবে কমানো যায় এবং ফার্নেসের নিরাপদ অপারেশন নিশ্চিত করা যায়। বিভিন্ন বাউন্ডারি কন্ডিশন এবং ভৌত প্যারামিটার অনুসারে বৈজ্ঞানিক উপায়ে নিডল অ্যালাইনমেন্টের নিউমেরিক্যাল মডেল স্থাপন করা উচিত, এবং গ্রাফিটাইজেশন প্রক্রিয়ায় কারেন্ট, ভোল্টেজ, মোট পাওয়ার এবং ক্রস সেকশনের তাপমাত্রা বণ্টনের মধ্যে সম্পর্ক বিশ্লেষণ করা উচিত, যাতে উপযুক্ত হিটিং কার্ভ তৈরি করা যায় এবং প্রকৃত অপারেশনের সময় এটিকে ক্রমাগত সামঞ্জস্য করা যায়। যেমন, পাওয়ার ট্রান্সমিশনের প্রাথমিক পর্যায়ে উচ্চ পাওয়ার ব্যবহার করা, তারপর দ্রুত পাওয়ার কমানো এবং তারপর ধীরে ধীরে বাড়ানো, পাওয়ার কমানো এবং এভাবে পাওয়ারের শেষ পর্যন্ত চলতে থাকা।
২.৩ ক্রুসিবল এবং হিটিং বডির কার্যকাল বৃদ্ধি করুন
বিদ্যুৎ খরচের পাশাপাশি, ক্রুসিবল এবং হিটারের জীবনকালও সরাসরি নেগেটিভ গ্রাফিটাইজেশনের খরচ নির্ধারণ করে। গ্রাফাইট ক্রুসিবল এবং গ্রাফাইট হিটিং বডির ক্ষেত্রে, লোডিং আউটের উৎপাদন ব্যবস্থাপনা ব্যবস্থা, গরম ও ঠান্ডা করার হারের যুক্তিসঙ্গত নিয়ন্ত্রণ, স্বয়ংক্রিয় ক্রুসিবল উৎপাদন লাইন, জারণ রোধে সিলিং শক্তিশালীকরণ এবং ক্রুসিবলের পুনর্ব্যবহারের সংখ্যা বাড়ানোর জন্য অন্যান্য পদক্ষেপ গ্রহণ করলে গ্রাফাইট ইঙ্কিংয়ের খরচ কার্যকরভাবে হ্রাস পায়। উপরোক্ত পদক্ষেপগুলো ছাড়াও, গ্রাফিটাইজেশন খরচ সাশ্রয়ের জন্য গ্রিড বক্স গ্রাফিটাইজেশন ফার্নেসের হিটিং প্লেটকে প্রি-বেকড অ্যানোড, ইলেকট্রোড বা উচ্চ রোধ ক্ষমতাসম্পন্ন স্থির কার্বনযুক্ত পদার্থের হিটিং উপাদান হিসেবেও ব্যবহার করা যেতে পারে।
২.৪ ফ্লু গ্যাস নিয়ন্ত্রণ এবং বর্জ্য তাপের ব্যবহার
গ্রাফিটাইজেশন প্রক্রিয়ার সময় উৎপন্ন ফ্লু গ্যাস প্রধানত অ্যানোড উপাদানের উদ্বায়ী পদার্থ ও দহনজাত পণ্য, পৃষ্ঠের কার্বন দহন, বায়ু নিঃসরণ ইত্যাদি থেকে আসে। চুল্লি চালু করার শুরুতে প্রচুর পরিমাণে উদ্বায়ী পদার্থ ও ধূলিকণা নির্গত হয়, কর্মশালার পরিবেশ খারাপ থাকে এবং বেশিরভাগ প্রতিষ্ঠানেই এর কার্যকর প্রতিকারমূলক ব্যবস্থা থাকে না। এটিই নেগেটিভ ইলেকট্রোড উৎপাদনে কর্মরত শ্রমিকদের পেশাগত স্বাস্থ্য ও নিরাপত্তার ওপর প্রভাব বিস্তারকারী সবচেয়ে বড় সমস্যা। কর্মশালায় ফ্লু গ্যাস ও ধূলিকণার কার্যকর সংগ্রহ ও ব্যবস্থাপনার বিষয়টি সার্বিকভাবে বিবেচনা করার জন্য আরও বেশি প্রচেষ্টা চালানো উচিত এবং কর্মশালার তাপমাত্রা কমাতে ও গ্রাফিটাইজেশন কর্মশালার কাজের পরিবেশ উন্নত করতে যুক্তিসঙ্গত বায়ুচলাচল ব্যবস্থা গ্রহণ করা উচিত।
ফ্লু গ্যাসকে চিমনির মাধ্যমে সংগ্রহ করে দহন কক্ষে মিশ্র দহনের জন্য পাঠানো হয়, যা ফ্লু গ্যাস থেকে বেশিরভাগ আলকাতরা এবং ধূলিকণা অপসারণ করে। এতে আশা করা যায় যে দহন কক্ষে ফ্লু গ্যাসের তাপমাত্রা ৮০০℃-এর উপরে থাকবে এবং ফ্লু গ্যাসের বর্জ্য তাপ বর্জ্য তাপ স্টিম বয়লার বা শেল হিট এক্সচেঞ্জারের মাধ্যমে পুনরুদ্ধার করা যেতে পারে। কার্বন অ্যাসফাল্টের ধোঁয়া পরিশোধনে ব্যবহৃত RTO দহন প্রযুক্তিকেও এক্ষেত্রে উদাহরণ হিসেবে ব্যবহার করা যেতে পারে, যেখানে অ্যাসফাল্ট ফ্লু গ্যাসকে ৮৫০~৯০০℃ পর্যন্ত উত্তপ্ত করা হয়। তাপ সঞ্চয় দহনের মাধ্যমে, ফ্লু গ্যাসে থাকা অ্যাসফাল্ট, উদ্বায়ী উপাদান এবং অন্যান্য পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন জারিত হয়ে অবশেষে CO2 এবং H2O-তে বিয়োজিত হয় এবং এর কার্যকর পরিশোধন দক্ষতা ৯৯%-এর বেশি হতে পারে। এই সিস্টেমের কার্যকারিতা স্থিতিশীল এবং এর পরিচালন হার উচ্চ।
২.৫ উল্লম্ব অবিচ্ছিন্ন ঋণাত্মক গ্রাফিটাইজেশন চুল্লি
উপরে উল্লিখিত বিভিন্ন ধরণের গ্রাফিটাইজেশন ফার্নেস হলো চীনে অ্যানোড উপাদান উৎপাদনের প্রধান ফার্নেস কাঠামো। এদের সাধারণ বৈশিষ্ট্য হলো পর্যায়ক্রমিক বিরতিপূর্ণ উৎপাদন, কম তাপীয় দক্ষতা, লোডিং আউট মূলত ম্যানুয়াল অপারেশনের উপর নির্ভরশীল এবং অটোমেশনের মাত্রা খুব বেশি নয়। পেট্রোলিয়াম কোক ক্যালসিনেশন ফার্নেস এবং বক্সাইট ক্যালসিনেশন শ্যাফট ফার্নেসের মডেল অনুসরণ করে একটি অনুরূপ উল্লম্ব অবিচ্ছিন্ন নেগেটিভ গ্রাফিটাইজেশন ফার্নেস তৈরি করা যেতে পারে। উচ্চ তাপমাত্রার তাপ উৎস হিসেবে রেজিস্ট্যান্স আর্ক (ARC) ব্যবহার করা হয়, উপাদান তার নিজস্ব মাধ্যাকর্ষণ দ্বারা অবিচ্ছিন্নভাবে নির্গত হয় এবং আউটলেট এলাকায় উচ্চ তাপমাত্রার উপাদানকে ঠান্ডা করার জন্য প্রচলিত ওয়াটার কুলিং বা গ্যাসিফিকেশন কুলিং কাঠামো ব্যবহার করা হয়, এবং ফার্নেসের বাইরে উপাদান ডিসচার্জ ও ফিড করার জন্য পাউডার নিউম্যাটিক কনভেয়িং সিস্টেম ব্যবহার করা হয়। এই ফার্নেস টাইপটি অবিচ্ছিন্ন উৎপাদন বাস্তবায়ন করতে পারে, ফার্নেস বডির তাপ সঞ্চয়ের ক্ষতি উপেক্ষা করা যায়, ফলে তাপীয় দক্ষতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত হয়, উৎপাদন এবং শক্তি খরচের সুবিধা সুস্পষ্ট এবং সম্পূর্ণ স্বয়ংক্রিয় অপারেশন সম্পূর্ণরূপে বাস্তবায়িত হতে পারে। সমাধানযোগ্য প্রধান সমস্যাগুলো হলো পাউডারের তরলতা, গ্রাফিটাইজেশন মাত্রার সমরূপতা, নিরাপত্তা, তাপমাত্রা পর্যবেক্ষণ ও শীতলীকরণ ইত্যাদি। বিশ্বাস করা হয় যে, শিল্প উৎপাদনের জন্য চুল্লিটির সফল উন্নয়নের মাধ্যমে নেগেটিভ ইলেকট্রোড গ্রাফিটাইজেশন ক্ষেত্রে একটি বিপ্লব ঘটবে।
৩ গিঁটের ভাষা
গ্রাফাইট রাসায়নিক প্রক্রিয়া হলো লিথিয়াম ব্যাটারির অ্যানোড উপাদান প্রস্তুতকারকদের জন্য সবচেয়ে বড় সমস্যা। এর মূল কারণ হলো, বহুল ব্যবহৃত পর্যায়ক্রমিক গ্রাফিটাইজেশন চুল্লির বিদ্যুৎ খরচ, ব্যয়, পরিবেশ সুরক্ষা, স্বয়ংক্রিয়তার মাত্রা, নিরাপত্তা এবং অন্যান্য দিকগুলোতে এখনও কিছু সমস্যা রয়ে গেছে। এই শিল্পের ভবিষ্যৎ প্রবণতা হলো সম্পূর্ণ স্বয়ংক্রিয় ও সুসংগঠিত নির্গমন-রোধী অবিচ্ছিন্ন উৎপাদন চুল্লির কাঠামো তৈরি করা এবং এর জন্য পরিপক্ক ও নির্ভরযোগ্য সহায়ক প্রক্রিয়াকরণ ব্যবস্থার সমর্থন নেওয়া। তখন, প্রতিষ্ঠানগুলোকে জর্জরিত করা গ্রাফিটাইজেশন সমস্যাগুলোর উল্লেখযোগ্য উন্নতি ঘটবে এবং শিল্পটি স্থিতিশীল উন্নয়নের একটি পর্যায়ে প্রবেশ করবে, যা নতুন শক্তি-সম্পর্কিত শিল্পগুলোর দ্রুত বিকাশকে ত্বরান্বিত করবে।
পোস্ট করার সময়: ১৯-আগস্ট-২০২২