W okresie „14. planu pięcioletniego”, zgodnie z planem strategicznym kraju „szczyt węglowy i neutralność pod względem emisji dwutlenku węgla”, przemysł fotowoltaiczny doprowadzi do gwałtownego rozwoju.Wybuch przemysłu fotowoltaicznego „stworzył bogactwo” dla całego łańcucha przemysłowego.W tym olśniewającym łańcuchu szkło fotowoltaiczne jest nieodzownym ogniwem.Dzisiaj, opowiadając się za oszczędzaniem energii i ochroną środowiska, zapotrzebowanie na szkło fotowoltaiczne rośnie z dnia na dzień i istnieje nierównowaga między podażą a popytem.W tym samym czasie wzrosła również cena piasku kwarcowego o niskiej zawartości żelaza i ultrabiałego, ważnego materiału do produkcji szkła fotowoltaicznego, wzrosła cena i brakuje podaży.Eksperci branżowi przewidują, że piasek kwarcowy o niskiej zawartości żelaza będzie miał długoterminowy wzrost o ponad 15% przez ponad 10 lat.Pod silnym wiatrem fotowoltaiki produkcja piasku kwarcowego o niskiej zawartości żelaza przyciągnęła wiele uwagi.
1. Piasek kwarcowy do szkła fotowoltaicznego
Szkło fotowoltaiczne jest powszechnie stosowane jako panel hermetyzacyjny modułów fotowoltaicznych i ma bezpośredni kontakt ze środowiskiem zewnętrznym.Jego odporność na warunki atmosferyczne, wytrzymałość, przepuszczalność światła i inne wskaźniki odgrywają kluczową rolę w żywotności modułów fotowoltaicznych i długoterminowej wydajności wytwarzania energii.Jony żelaza w piasku kwarcowym są łatwe do barwienia, a aby zapewnić wysoką przepuszczalność promieniowania słonecznego oryginalnego szkła, zawartość żelaza w szkle fotowoltaicznym jest niższa niż w zwykłym szkle, a piasek kwarcowy o niskiej zawartości żelaza o wysokiej czystości krzemu i należy stosować niską zawartość zanieczyszczeń.
Obecnie w naszym kraju istnieje kilka wysokiej jakości piasków kwarcowych o niskiej zawartości żelaza, które są łatwe do wydobycia w naszym kraju i są one głównie dystrybuowane w Heyuan, Guangxi, Fengyang, Anhui, Hainan i innych miejscach.W przyszłości, wraz ze wzrostem zdolności produkcyjnych ultra-białego szkła tłoczonego do ogniw słonecznych, wysokiej jakości piasek kwarcowy o ograniczonej powierzchni produkcyjnej stanie się stosunkowo rzadkim zasobem.Dostawy wysokiej jakości i stabilnego piasku kwarcowego ograniczą w przyszłości konkurencyjność firm produkujących szkło fotowoltaiczne.W związku z tym, jak skutecznie zmniejszyć zawartość żelaza, aluminium, tytanu i innych zanieczyszczeń w piasku kwarcowym oraz przygotować piasek kwarcowy o wysokiej czystości jest gorącym tematem badawczym.
2. Produkcja piasku kwarcowego o niskiej zawartości żelaza do szkła fotowoltaicznego
2.1 Oczyszczanie piasku kwarcowego do szkła fotowoltaicznego
Obecnie tradycyjne procesy oczyszczania kwarcu stosowane w przemyśle obejmują sortowanie, płukanie, hartowanie w wodzie kalcynacyjnej, mielenie, przesiewanie, separację magnetyczną, separację grawitacyjną, flotację, ługowanie kwasem, ługowanie mikrobiologiczne, odgazowywanie w wysokiej temperaturze itp., głębokie oczyszczanie Procesy obejmują prażenie chlorem, napromieniowane sortowanie kolorów, nadprzewodnikowe sortowanie magnetyczne, próżnię w wysokiej temperaturze i tak dalej.Ogólny proces wzbogacania domowego oczyszczania piasku kwarcowego został również opracowany od wczesnego „mielenia, separacji magnetycznej, płukania” do „separacji → gruboziarniste kruszenie → kalcynacja → hartowanie w wodzie → mielenie → przesiewanie → separacja magnetyczna → flotacja → kwas Połączony proces wzbogacania zanurzenia → mycia → suszenia, w połączeniu z mikrofalami, ultradźwiękami i innymi środkami do obróbki wstępnej lub oczyszczania pomocniczego, znacznie poprawia efekt oczyszczania.Ze względu na niskie wymagania żelazowe szkła fotowoltaicznego, wprowadza się głównie badania i rozwój metod usuwania piasku kwarcowego.
Generalnie żelazo występuje w następujących sześciu typowych postaciach w rudzie kwarcu:
① Występują w postaci drobnych cząstek w glinie lub kaolinizowanym skaleniu
②Przymocowane do powierzchni cząstek kwarcu w postaci filmu tlenku żelaza
③Minerały żelaza, takie jak hematyt, magnetyt, specularyt, chinit itp. lub minerały zawierające żelazo, takie jak mika, amfibol, granat itp.
④Jest w stanie zanurzenia lub soczewki wewnątrz cząstek kwarcu
⑤Istnieją w stanie stałego roztworu wewnątrz kryształu kwarcu
⑥ Pewna ilość żelaza wtórnego zostanie zmieszana w procesie kruszenia i mielenia
Aby skutecznie oddzielić minerały zawierające żelazo od kwarcu, należy najpierw ustalić stan występowania zanieczyszczeń żelazowych w rudzie kwarcu i wybrać rozsądną metodę wzbogacania i proces separacji, aby osiągnąć usunięcie zanieczyszczeń żelazowych.
(1) Proces separacji magnetycznej
Proces separacji magnetycznej może usuwać minerały słabego domieszki magnetycznej, takie jak hematyt, limonit i biotyt, w tym w największym stopniu połączone cząstki.W zależności od siły magnetycznej separację magnetyczną można podzielić na silną separację magnetyczną i słabą separację magnetyczną.Silna separacja magnetyczna zwykle przyjmuje mokry silny separator magnetyczny lub separator magnetyczny o wysokim gradiencie.
Ogólnie rzecz biorąc, piasek kwarcowy zawierający głównie minerały o słabych zanieczyszczeniach magnetycznych, takie jak limonit, hematyt, biotyt, itp., można wybrać za pomocą silnej maszyny magnetycznej typu mokrego przy wartości powyżej 8,0 × 105 A/m;W przypadku minerałów o silnych właściwościach magnetycznych, zdominowanych przez rudę żelaza, lepiej jest użyć do separacji słabej maszyny magnetycznej lub maszyny o średniej magnetycznej.[2] Obecnie, dzięki zastosowaniu wysokogradientowych separatorów magnetycznych o silnym polu magnetycznym, separacja magnetyczna i oczyszczanie uległy znacznej poprawie w porównaniu z przeszłością.Na przykład użycie silnego separatora magnetycznego typu rolka indukcyjna elektromagnetyczna do usuwania żelaza przy natężeniu pola magnetycznego 2,2 T może zmniejszyć zawartość Fe2O3 z 0,002% do 0,0002%.
(2) Proces flotacji
Flotacja to proces oddzielania cząstek mineralnych poprzez różne właściwości fizyczne i chemiczne na powierzchni cząstek mineralnych.Główną funkcją jest usuwanie pokrewnej miki mineralnej i skalenia z piasku kwarcowego.W przypadku flotacyjnej separacji minerałów zawierających żelazo i kwarcu, ustalenie formy występowania zanieczyszczeń żelazowych i formy dystrybucji każdej wielkości cząstek jest kluczem do wyboru właściwego procesu separacji w celu usunięcia żelaza.Większość minerałów zawierających żelazo ma zerowy punkt elektryczny powyżej 5, który jest naładowany dodatnio w środowisku kwaśnym i teoretycznie nadaje się do stosowania kolektorów anionowych.
Kwas tłuszczowy (mydło), sulfonian lub siarczan węglowodoru można stosować jako kolektor anionowy do flotacji rudy tlenku żelaza.Piryt może być flotacją pirytu z kwarcu w środowisku trawiącym przy użyciu klasycznego środka flotacyjnego dla ksantogenianu izobutylu plus czarny proszek butyloaminowy (4:1).Dawka wynosi około 200 ppm.
Do flotacji ilmenitu na ogół wykorzystuje się oleinian sodu (0,21 mol/L) jako środek flotacyjny w celu dostosowania pH do 4-10.Reakcja chemiczna zachodzi między jonami oleinianowymi a cząsteczkami żelaza na powierzchni ilmenitu w celu wytworzenia oleinianu żelaza, który jest chemicznie adsorbowany. Jony oleinianu utrzymują ilmenit z lepszą zdolnością unoszenia się na wodzie.Opracowane w ostatnich latach kolektory kwasu fosfonowego na bazie węglowodorów charakteryzują się dobrą selektywnością i wydajnością zbierania ilmenitu.
(3) Proces ługowania kwasem
Głównym celem procesu ługowania kwasem jest usunięcie rozpuszczalnych minerałów żelaza z roztworu kwasu.Czynniki, które wpływają na efekt oczyszczania w wyniku ługowania kwasem, obejmują wielkość cząstek piasku kwarcowego, temperaturę, czas, rodzaj kwasu, stężenie kwasu, stosunek ciało stałe-ciecz itp. oraz wzrost temperatury i roztworu kwasu.Stężenie i zmniejszenie promienia cząstek kwarcu może zwiększyć szybkość ługowania i szybkość ługowania Al.Efekt oczyszczania pojedynczego kwasu jest ograniczony, a kwas mieszany ma efekt synergiczny, co może znacznie zwiększyć szybkość usuwania zanieczyszczeń, takich jak Fe i K. Powszechnymi kwasami nieorganicznymi są HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4 , H2C2O4, na ogół dwa lub więcej z nich miesza się i stosuje w określonej proporcji.
Kwas szczawiowy jest powszechnie stosowanym kwasem organicznym do ługowania kwasem.Może tworzyć stosunkowo stabilny kompleks z rozpuszczonymi jonami metali, a zanieczyszczenia są łatwo wypłukiwane.Ma zalety niskiego dozowania i wysokiej wydajności usuwania żelaza.Niektórzy używają ultradźwięków do wspomagania oczyszczania kwasu szczawiowego i stwierdzili, że w porównaniu z konwencjonalnym mieszaniem i ultradźwiękami w zbiorniku, ultradźwięki sondy mają najwyższą szybkość usuwania Fe, ilość kwasu szczawiowego jest mniejsza niż 4 g / l, a szybkość usuwania żelaza osiąga 75,4%.
Obecność rozcieńczonego kwasu i kwasu fluorowodorowego może skutecznie usuwać zanieczyszczenia metaliczne, takie jak Fe, Al, Mg, ale ilość kwasu fluorowodorowego musi być kontrolowana, ponieważ kwas fluorowodorowy może powodować korozję cząstek kwarcu.Stosowanie różnego rodzaju kwasów wpływa również na jakość procesu oczyszczania.Wśród nich mieszany kwas HCl i HF ma najlepsze działanie przetwórcze.Niektórzy ludzie stosują mieszany środek ługujący HCl i HF do oczyszczania piasku kwarcowego po separacji magnetycznej.W wyniku ługowania chemicznego całkowita ilość pierwiastków zanieczyszczających wynosi 40,71 μg/g, a czystość SiO2 wynosi aż 99,993% wag.
(4) Wymywanie mikrobiologiczne
Mikroorganizmy są wykorzystywane do ługowania cienkowarstwowego żelaza lub impregnacji żelaza na powierzchni cząstek piasku kwarcowego, co jest niedawno opracowaną techniką usuwania żelaza.Badania zagraniczne wykazały, że zastosowanie Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus i innych drobnoustrojów do wymywania żelaza na powierzchni powłoki kwarcowej osiągnęło dobre wyniki, z których efekt wymywania żelaza przez Aspergillus niger jest optymalny.Szybkość usuwania Fe2O3 wynosi przeważnie powyżej 75%, a stopień usunięcia Fe2O3 wynosi zaledwie 0,007%.Stwierdzono, że efekt wypłukiwania żelaza z prekultywacją większości bakterii i pleśni byłby lepszy.
2.2 Inne postępy badawcze piasku kwarcowego do szkła fotowoltaicznego
Aby zmniejszyć ilość kwasu, zmniejszyć trudność oczyszczania ścieków i być przyjaznym dla środowiska, Peng Shou [5] i in.ujawnili metodę przygotowania piasku kwarcowego o niskiej zawartości żelaza 10 ppm w procesie nietrawionym: naturalny kwarc żyłkowy jest używany jako surowiec i trzyetapowe kruszenie. Pierwszy etap mielenia i drugi etap klasyfikacji mogą uzyskać ziarnistość 0,1~0,7 mm ;żwir jest oddzielany przez pierwszy etap separacji magnetycznej i drugi etap silnego magnetycznego usuwania mechanicznego żelaza i minerałów żelazonośnych w celu uzyskania magnetycznego piasku separacyjnego;separację magnetyczną piasku uzyskuje się w drugim etapie flotacji Zawartość Fe2O3 jest niższa niż 10 ppm piasku kwarcowego o niskiej zawartości żelaza, flotacja wykorzystuje H2SO4 jako regulator, reguluje pH = 2 ~ 3, wykorzystuje oleinian sodu i propylenodiaminę na bazie oleju kokosowego jako kolektory .Przygotowany piasek kwarcowy SiO2≥99,9%, Fe2O3≤10ppm spełnia wymagania surowców krzemionkowych wymaganych dla szkła optycznego, szkła fotoelektrycznego i szkła kwarcowego.
Z drugiej strony, wraz z wyczerpywaniem się wysokiej jakości zasobów kwarcu, szerokie wykorzystanie zasobów niskiej klasy przyciągnęło powszechną uwagę.Xie Enjun z Chin Materiały budowlane Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd. wykorzystał odpady kaolinowe do przygotowania piasku kwarcowego o niskiej zawartości żelaza do szkła fotowoltaicznego.Głównym składem mineralnym odpadów kaolinowych z Fujian jest kwarc, który zawiera niewielką ilość minerałów zanieczyszczeń, takich jak kaolinit, mika i skaleń.Po przetworzeniu odpadów kaolinowych w procesie wzbogacania „mielenie-klasyfikacja hydrauliczna-separacja magnetyczna-flotacja”, zawartość cząstek 0,6 ~ 0,125 mm jest większa niż 95%, SiO2 wynosi 99,62%, Al2O3 wynosi 0,065%, Fe2O3 jest Drobny piasek kwarcowy 92×10-6 spełnia wymagania jakościowe piasku kwarcowego o niskiej zawartości żelaza do szkła fotowoltaicznego.
Shao Weihua i inni z Instytutu Kompleksowego Wykorzystywania Zasobów Mineralnych Zhengzhou Chińskiej Akademii Nauk Geologicznych opublikowali patent na wynalazek: metodę przygotowania piasku kwarcowego o wysokiej czystości z odpadów kaolinowych.Etapy metody:Odpady kaolinowe są wykorzystywane jako surowa ruda, która po wymieszaniu i przetarciu jest przesiewana w celu uzyskania materiału +0,6 mm;b.Materiał + 0,6 mm jest mielony i klasyfikowany, a materiał mineralny 0,4 mm 0,1 mm jest poddawany operacji separacji magnetycznej. Aby uzyskać materiały magnetyczne i niemagnetyczne, materiały niemagnetyczne wchodzą w operację separacji grawitacyjnej w celu uzyskania separacji grawitacyjnej lekkich minerałów i minerały ciężkie z separacją grawitacyjną i minerały lekkie z separacji grawitacyjnej wchodzą w operację przemiału w celu przesiewania w celu uzyskania minerałów +0,1 mm;ok.+0,1mm Minerał wchodzi do operacji flotacji w celu uzyskania koncentratu flotacyjnego.Górna woda koncentratu flotacyjnego jest usuwana, a następnie trawiona ultradźwiękowo, a następnie przesiewana w celu uzyskania gruboziarnistego materiału o grubości +0,1 mm w postaci piasku kwarcowego o wysokiej czystości.Sposób według wynalazku może nie tylko uzyskać wysokiej jakości koncentraty kwarcowe, ale także ma krótki czas przetwarzania, prosty przebieg procesu, niskie zużycie energii i wysoką jakość otrzymanego koncentratu kwarcowego, który może spełniać wymagania jakościowe o wysokiej czystości kwarc.
Odpady kaolinowe zawierają dużą ilość zasobów kwarcu.Poprzez wzbogacanie, oczyszczanie i głęboką obróbkę może spełnić wymagania dotyczące stosowania ultra-białych surowców szklanych fotowoltaicznych.Daje to również nowy pomysł na kompleksowe wykorzystanie zasobów odpadów kaolinowych.
3. Przegląd rynku piasku kwarcowego o niskiej zawartości żelaza do szkła fotowoltaicznego
Z jednej strony, w drugiej połowie 2020 roku, ograniczone przez ekspansję moce produkcyjne nie są w stanie sprostać wybuchowemu popytowi w warunkach wysokiej koniunktury.Podaż i popyt na szkło fotowoltaiczne są niezrównoważone, a cena gwałtownie rośnie.W ramach wspólnego zaproszenia wielu firm produkujących moduły fotowoltaiczne, w grudniu 2020 r. Ministerstwo Przemysłu i Informatyzacji wydało dokument wyjaśniający, że projekt fotowoltaicznego szkła walcowanego może nie formułować planu wymiany mocy.W związku z nową polityką, tempo wzrostu produkcji szkła fotowoltaicznego zostanie zwiększone od 2021 roku. Według informacji publicznych, moce walcowanego szkła fotowoltaicznego z jasnym planem produkcji w 21/22 roku wyniosą 22250/26590t/d, przy roczna stopa wzrostu 68,4/48,6%.W przypadku gwarancji politycznych i po stronie popytu oczekuje się, że piasek fotowoltaiczny zapoczątkuje gwałtowny wzrost.
Zdolność produkcyjna przemysłu fotowoltaicznego w latach 2015-2022
Z drugiej strony, znaczny wzrost zdolności produkcyjnych szkła fotowoltaicznego może spowodować, że podaż piasku krzemionkowego o niskiej zawartości żelaza może przekroczyć podaż, co z kolei ogranicza faktyczną produkcję zdolności produkcyjnych szkła fotowoltaicznego.Według statystyk od 2014 r. krajowa produkcja piasku kwarcowego w moim kraju jest ogólnie nieco niższa niż popyt krajowy, a podaż i popyt utrzymują ścisłą równowagę.
W tym samym czasie krajowe zasoby podkładek kwarcowych o niskiej zawartości żelaza w moim kraju są ograniczone, skoncentrowane w Heyuan w Guangdong, Beihai w Guangxi, Fengyang w Anhui i Donghai w Jiangsu, i duża ich ilość musi być importowana.
Ultrabiały piasek kwarcowy o niskiej zawartości żelaza jest jednym z ważnych surowców (stanowi około 25% kosztów surowca) w ostatnich latach.Cena również rośnie.W przeszłości przez długi czas wynosił on około 200 juanów/tonę.Po wybuchu epidemii I kwartału w ciągu 20 lat spadła z wysokiego poziomu i na razie utrzymuje stabilne działanie.
W 2020 roku całkowite zapotrzebowanie mojego kraju na piasek kwarcowy wyniesie 90,93 mln ton, produkcja 87,65 mln ton, a import netto 3,278 mln ton.Według informacji publicznych ilość kamienia kwarcowego w 100 kg stopionego szkła wynosi około 72,2 kg.Zgodnie z aktualnym planem rozbudowy wzrost mocy produkcyjnych szkła fotowoltaicznego w latach 2021/2022 może wynieść 3,23/24500 t/d, według rocznej produkcji Obliczonej w okresie 360 dni, całkowita produkcja będzie odpowiadać nowo zwiększonemu zapotrzebowaniu na niskie -piasek krzemionkowy żelazny 836/635 mln ton/rok, czyli nowe zapotrzebowanie na piasek kwarcowy o niskiej zawartości żelaza, jakie przyniesie szkło fotowoltaiczne w latach 2021/2022, będzie stanowić całkowity piasek kwarcowy w 2020 r. 9,2%/7,0% zapotrzebowania .Biorąc pod uwagę, że piasek kwarcowy o niskiej zawartości żelaza stanowi jedynie część całkowitego zapotrzebowania na piasek kwarcowy, presja podażowa i popytowa na piasek kwarcowy o niskiej zawartości żelaza spowodowana dużymi inwestycjami w moce produkcyjne szkła fotowoltaicznego może być znacznie wyższa niż presja na piasek kwarcowy o niskiej zawartości żelaza. cały przemysł piasku kwarcowego.
— Artykuł z Powder Network
Czas publikacji: 11.12.-2021