فرن التكسير بالهيدروجين DC 

نظرة عامة

مبدأ العمل الأساسي

1. نظام التسخين بالتيار المباشر: يولد الفرن قوسًا أو بلازما مستقرة بالتيار المباشر من خلال أقطاب الجرافيت (الكاثود + الأنود)، مما يحقق تسخينًا سريعًا للمواد عن طريق الإشعاع الحراري المباشر والحث الكهرومغناطيسي. بالمقارنة مع التسخين بالتيار المتردد، يتمتع التسخين بالتيار المباشر بثبات قوس أقوى، وتوزيع مجال درجة حرارة موحد، واستهلاك أقل للطاقة، مما يمكن أن يتجنب أكسدة المواد الناتجة عن الأقواس غير المستقرة.
2. آلية التكسير في جو من الهيدروجين:
   • تفاعل الاختزال: يعمل الهيدروجين (H₂) كعامل اختزال للتفاعل مع أكاسيد المعادن في المواد (مثل MO₃ + xH₂ → M + xH₂O)، مما يقلل المعادن ذات التكافؤ العالي إلى شكل عنصري ويحسن نقاء المنتج.
   • تفاعل التكسير: في ظل درجة الحرارة الفائقة وجو الهيدروجين، تتكسر الشوائب العضوية (مثل الزيوت والراتنجات) أو المركبات المعقدة (مثل كربيدات المعادن، النتريدات) إلى غازات صغيرة الجزيئات (CH₄، NH₃، H₂O)، والتي يتم تصريفها مع غاز الذيل لتحقيق إزالة الشوائب.
   • تأثير التنقية: يمكن للهيدروجين أيضًا القضاء على شوائب الغاز (O₂، N₂، CO) في المواد عن طريق تكوين H₂O، NH₃، و CH₄، مما يزيد من تحسين نقاء المنتجات المستهدفة (حتى 99.99٪ أو أعلى).

المعلمات الفنية الرئيسية

المزايا الأساسية

1. ناتج عالي النقاء: تعمل خاصية الاختزال القوية للهيدروجين والمعالجة المسبقة بالتفريغ على إزالة الأكاسيد والغازات والشوائب العضوية بشكل فعال، مما يتيح نقاء المنتج المستهدف حتى 99.99٪–99.999٪، وهو مناسب لإعداد المواد المتطورة.
2. تسخين فعال: يحقق تسخين القوس/البلازما بالتيار المباشر ارتفاعًا سريعًا في درجة الحرارة (10–50 درجة مئوية/دقيقة) وبيئة ذات درجة حرارة فائقة (تصل إلى 3000 درجة مئوية)، والتي يمكنها التعامل مع المواد ذات نقطة الانصهار العالية (مثل التنغستن والموليبدينوم والتيتانيوم) وتسريع تفاعلات التكسير.
3. صديق للبيئة: المنتجات الثانوية الرئيسية لتكسير الهيدروجين هي H₂O وغازات صغيرة الجزيئات، والتي يمكن تصريفها بعد معالجة بسيطة (مثل تكثف الماء)؛ لا يتم توليد نفايات سامة، بما يتوافق مع معايير حماية البيئة.
4. مستقر وموثوق به: يضمن التسخين بالتيار المباشر مجال درجة حرارة موحدًا وقوسًا مستقرًا؛ يمنع جو الهيدروجين ذو الضغط الإيجابي والتعشيق بالتفريغ تسرب الهواء، مما يقلل من أكسدة المواد ويحسن اتساق المنتج.

سيناريوهات التطبيق النموذجية

1. استخلاص المعادن النادرة وتنقيةها: تقليل أكاسيد المعادن النادرة (مثل WO₃، MoO₃، TiO₂) إلى معادن عنصرية عالية النقاء؛ تنقية معادن الأرض النادرة لإزالة الشوائب مثل الأكسجين والكربون.
2. إعادة تدوير مواد البطاريات: تكسير مواد الكاثود لبطاريات الليثيوم أيون (مثل LiCoO₂، LiNiMnCoO₂) لاستعادة الكوبالت والنيكل والليثيوم والمعادن الثمينة الأخرى؛ تقليل الهيدروجين لأكاسيد المعادن في بطاريات النفايات لتحسين معدل الاسترداد.
3. إعداد أشباه الموصلات والمواد عالية التقنية: تنقية مواد أشباه الموصلات (مثل السيليكون والجرمانيوم) لإزالة الشوائب الضئيلة؛ إعداد مساحيق معدنية عالية النقاء (مثل مسحوق النيكل المخفض بالهيدروجين، مسحوق الكوبالت) للمكونات الإلكترونية.
4. إعادة تدوير موارد النفايات: تكسير النفايات المركبة العضوية وغير العضوية (مثل المركبات المعدنية والبلاستيكية، والنفايات الإلكترونية) لفصل المعادن والمواد العضوية؛ إعادة تدوير المعادن الثمينة في بقايا النفايات الصناعية.

التحديات الفنية الرئيسية والحلول

اقتراحات الاختيار والتخصيص

1. بناءً على خصائص المواد: بالنسبة للمعادن ذات نقطة الانصهار العالية (مثل W، Mo)، حدد نماذج عالية الطاقة (≥200 كيلو واط) مع درجة حرارة قصوى ≥2500 درجة مئوية؛ بالنسبة للمواد ذات نقطة الانصهار المنخفضة أو التكسير العضوي، اختر نماذج متوسطة الطاقة (50–150 كيلو واط) مع درجة حرارة ≤2000 درجة مئوية.
2. وفقًا لحجم الإنتاج: يختار البحث والتطوير بكميات صغيرة (0.1–1 كجم/دفعة) حجم غرفة الفرن ≤0.05 متر مكعب؛ يختار الإنتاج بكميات متوسطة (1–50 كجم/دفعة) غرفة فرن 0.05–0.5 متر مكعب.
3. بالنظر إلى متطلبات النقاء: بالنسبة للمنتجات فائقة النقاء (≥99.999٪)، حدد النماذج ذات أداء التفريغ العالي (التفريغ النهائي ≤1×10⁻³ باسكال) ونظام تنقية الهيدروجين عالي النقاء؛ بالنسبة لمتطلبات النقاء العامة، تعد تكوينات التفريغ والهيدروجين الشائعة مقبولة.
4. مطابقة معايير السلامة: تأكد من أن المعدات تفي بمعايير السلامة المحلية للهيدروجين (مثل GB 3634 لسلامة استخدام الهيدروجين، NFPA 55 للمعايير الدولية)، وهي مجهزة بتعشيق أمان كامل وأجهزة مقاومة للانفجار.