Протягом періоду «14-го п’ятирічного плану», відповідно до стратегічного плану країни «пік викидів вуглецю та нейтралізація вуглецю», фотоелектрична промисловість призведе до вибухового розвитку. Спалах фотоелектричної промисловості «створив багатство» для всього промислового ланцюга. У цьому сліпучому ланцюжку фотоелектричне скло є незамінною ланкою. Сьогодні, виступаючи за збереження енергії та захист навколишнього середовища, попит на фотоелектричне скло зростає з кожним днем, і існує дисбаланс між попитом і пропозицією. У той же час кварцовий пісок із низьким вмістом заліза та ультрабілий кварцовий пісок, важливий матеріал для фотоелектричного скла, також зріс, і ціна зросла, а пропозиція є дефіцитною. Галузеві експерти прогнозують, що кварцовий пісок з низьким вмістом заліза матиме довгострокове зростання більш ніж на 15% протягом більш ніж 10 років. Під сильним вітром фотоелектричної енергії виробництво кварцового піску з низьким вмістом заліза привернуло велику увагу.
1. Кварцовий пісок для фотоелектричного скла
Фотоелектричне скло, як правило, використовується як панель інкапсуляції фотоелектричних модулів, і воно безпосередньо контактує із зовнішнім середовищем. Його атмосферостійкість, міцність, світлопроникність та інші показники відіграють центральну роль у терміні служби фотоелектричних модулів і довгостроковій ефективності виробництва електроенергії. Іони заліза в кварцовому піску легко пофарбувати, і щоб забезпечити високу сонячну пропускну здатність оригінального скла, вміст заліза в фотоелектричному склі нижчий, ніж у звичайному склі, а також у кварцовому піску з низьким вмістом заліза та високою чистотою кремнію. і має використовуватися низький вміст домішок.
Зараз у нашій країні є кілька високоякісних кварцових пісків із низьким вмістом заліза, які легко видобувати, і вони в основному поширені в Хеюань, Гуансі, Феньян, Аньхой, Хайнань та інших місцях. У майбутньому, із зростанням виробничих потужностей ультрабілого тисненого скла для сонячних батарей, високоякісний кварцовий пісок з обмеженою площею виробництва стане відносно дефіцитним ресурсом. Постачання високоякісного та стабільного кварцового піску в майбутньому обмежить конкурентоспроможність компаній, що займаються виробництвом фотоелектричного скла. Тому, як ефективно зменшити вміст заліза, алюмінію, титану та інших домішкових елементів у кварцовому піску та підготувати кварцовий пісок високої чистоти, є актуальною темою для досліджень.
2. Виробництво малозалізистого кварцового піску для фотоелектричного скла
2.1 Очищення кварцового піску для фотоелектричного скла
В даний час традиційні процеси очищення кварцу, які зріло застосовуються в промисловості, включають сортування, скруббер, гарт кальцинування водою, шліфування, просіювання, магнітну сепарацію, гравітаційну сепарацію, флотацію, кислотне вилуговування, мікробне вилуговування, високотемпературну дегазацію тощо. Процеси глибокого очищення включають хлороване випалювання, кольорове сортування опроміненням, надпровідне магнітне сортування, високотемпературний вакуум тощо. Загальний процес збагачення домашнього очищення кварцового піску також був розроблений від раннього «подрібнення, магнітної сепарації, промивання» до «сепарації → грубого дроблення → кальцинації → гартування водою → шліфування → просіювання → магнітної сепарації → флотації → кислоти Комбінований процес збагачення занурення → миття → сушіння в поєднанні з мікрохвильовою піччю, ультразвуком та іншими засобами для попередньої обробки або допоміжного очищення значно покращує ефект очищення. З огляду на вимоги до фотоелектричного скла з низьким вмістом заліза, в основному впроваджуються дослідження та розробки методів видалення кварцового піску.
Зазвичай залізо існує в наступних шести поширених формах у кварцовій руді:
① Існують у формі дрібних частинок у глині або каолінізованому польовому шпаті
②Прикріплені до поверхні частинок кварцу у вигляді плівки оксиду заліза
③Мінерали заліза, такі як гематит, магнетит, спекулярит, кініт тощо, або залізовмісні мінерали, такі як слюда, амфібол, гранат тощо.
④Він знаходиться в стані занурення або лінзи всередині частинок кварцу
⑤ Існують у стані твердого розчину всередині кристала кварцу
⑥ Певна кількість вторинного заліза буде змішано в процесі дроблення та подрібнення
Щоб ефективно відокремити залізовмісні мінерали від кварцу, необхідно спочатку визначити стан наявності домішок заліза в кварцовій руді та вибрати прийнятний метод збагачення та процес розділення для досягнення видалення домішок заліза.
(1) Процес магнітної сепарації
Процес магнітної сепарації може найбільшою мірою видалити слабкі магнітні домішки мінералів, таких як гематит, лімоніт і біотит, включаючи сполучені частинки. За магнітною силою магнітну сепарацію можна розділити на сильну магнітну сепарацію та слабку магнітну сепарацію. Сильна магнітна сепарація зазвичай приймає мокрий сильний магнітний сепаратор або високоградієнтний магнітний сепаратор.
Взагалі кажучи, кварцовий пісок, що містить переважно слабкі магнітні домішки мінералів, таких як лімоніт, гематит, біотит тощо, можна відібрати за допомогою сильної магнітної машини мокрого типу зі значенням вище 8,0 × 105 А/м; Для сильномагнітних мінералів, серед яких переважає залізна руда, для сепарації краще використовувати слабкомагнітну машину або середньомагнітну машину. [2] Нині із застосуванням магнітних сепараторів із високим градієнтом і сильним магнітним полем магнітне розділення та очищення значно вдосконалено порівняно з минулим. Наприклад, використання сильного магнітного сепаратора з електромагнітною індукцією роликового типу для видалення заліза під напругою магнітного поля 2,2 Тл може зменшити вміст Fe2O3 з 0,002% до 0,0002%.
(2) Процес флотації
Флотація - це процес розділення мінеральних частинок через різні фізичні та хімічні властивості на поверхні мінеральних частинок. Основною функцією є видалення пов’язаної мінеральної слюди та польового шпату з кварцового піску. Для флотаційного розділення залізовмісних мінералів і кварцу з’ясування форми появи домішок заліза та форми розподілу кожного розміру частинок є ключем до вибору належного процесу розділення для видалення заліза. Більшість залізовмісних мінералів мають нульову електричну точку вище 5, яка є позитивно зарядженою в кислому середовищі, і теоретично підходить для використання аніонних колекторів.
Жирну кислоту (мило), гідрокарбілсульфонат або сульфат можна використовувати як аніонний збирач для флотації залізної оксидної руди. Пірит може бути флотацією піриту з кварцу в середовищі травлення за допомогою класичного флотаційного агента для ізобутилового ксантогенату плюс бутиламінового чорного порошку (4:1). Дозування становить приблизно 200 ppmw.
Флотація ільменіту зазвичай використовує олеат натрію (0,21 моль/л) як флотаційний агент для регулювання рН до 4~10. Між іонами олеату та частинками заліза на поверхні ільменіту відбувається хімічна реакція з утворенням олеату заліза, який хімічно адсорбується. Іони олеату зберігають ільменіт із кращою плавучістю. Колектори фосфонової кислоти на основі вуглеводнів, розроблені в останні роки, мають хорошу селективність і ефективність збору ільменіту.
(3) Процес кислотного вилуговування
Основною метою процесу кислотного вилуговування є видалення розчинних мінералів заліза в кислотному розчині. Фактори, які впливають на ефект очищення кислотного вилуговування, включають розмір частинок кварцового піску, температуру, час, тип кислоти, концентрацію кислоти, співвідношення тверда речовина-рідина тощо, а також підвищення температури та розчину кислоти. Концентрація і зменшення радіуса кварцових частинок може збільшити швидкість вилуговування і швидкість вилуговування Al. Ефект очищення однієї кислоти обмежений, а змішана кислота має синергетичний ефект, який може значно збільшити швидкість видалення домішок, таких як Fe та K. Поширеними неорганічними кислотами є HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4 , H2C2O4, зазвичай два або більше з них змішують і використовують у певній пропорції.
Щавлева кислота - це органічна кислота, яка зазвичай використовується для кислотного вилуговування. Він може утворювати відносно стійкий комплекс з розчиненими іонами металу, і домішки легко вимиваються. Він має переваги низької дози та високої швидкості видалення заліза. Деякі люди використовують ультразвук, щоб допомогти очищенню щавлевої кислоти, і виявили, що порівняно зі звичайним перемішуванням і ультразвуком в резервуарі ультразвук зонда має найвищу швидкість видалення Fe, кількість щавлевої кислоти менше 4 г/л, а швидкість видалення заліза досягає 75,4%.
Наявність розбавленої кислоти та фтористоводневої кислоти може ефективно видаляти металеві домішки, такі як Fe, Al, Mg, але кількість фтористоводневої кислоти необхідно контролювати, оскільки фтористоводнева кислота може роз’їдати частинки кварцу. Використання різних видів кислот також впливає на якість процесу очищення. Серед них змішана кислота HCl і HF має найкращий ефект обробки. Деякі люди використовують змішаний вилуговувач HCl і HF для очищення кварцового піску після магнітної сепарації. Через хімічне вилуговування загальна кількість домішок становить 40,71 мкг/г, а чистота SiO2 досягає 99,993 мас.%.
(4) Мікробне вимивання
Мікроорганізми використовуються для вилуговування тонкоплівкового заліза або просочування залізом поверхні частинок кварцового піску, що є нещодавно розробленим методом видалення заліза. Іноземні дослідження показали, що використання Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus та інших мікроорганізмів для вилуговування заліза на поверхні кварцової плівки досягло хороших результатів, з яких ефект вилуговування заліза Aspergillus niger оптимальний. Швидкість видалення Fe2O3 здебільшого перевищує 75%, а ступінь концентрату Fe2O3 лише 0,007%. І було виявлено, що ефект вилуговування заліза з попереднім культивуванням більшості бактерій і цвілі буде кращим.
2.2 Інші результати досліджень кварцового піску для фотоелектричного скла
Щоб зменшити кількість кислоти, зменшити труднощі очищення стічних вод і бути екологічно чистими, Peng Shou [5] та ін. розкрив метод приготування 10 ppm кварцового піску з низьким вмістом заліза за допомогою процесу без травлення: природний жилковий кварц використовується як сировина та триступеневе дроблення. Перша стадія подрібнення та друга стадія класифікації можуть отримати зернистість 0,1–0,7 мм ; пісок відокремлюється на першій стадії магнітної сепарації та на другій стадії сильного магнітного видалення механічного заліза та залізовмісних мінералів для отримання піску магнітної сепарації; магнітна сепарація піску досягається на другій стадії флотації. Вміст Fe2O3 нижче 10 частин на мільйон кварцового піску з низьким вмістом заліза, флотація використовує H2SO4 як регулятор, регулює pH=2~3, використовує олеат натрію та пропілендіамін на основі кокосової олії як збирачі . Підготовлений кварцовий пісок SiO2≥99,9%, Fe2O3≤10ppm, відповідає вимогам силікатної сировини, необхідної для оптичного скла, скла для фотоелектричних дисплеїв і кварцового скла.
З іншого боку, з виснаженням ресурсів високоякісного кварцу широку увагу привернуло комплексне використання ресурсів низького класу. Xie Enjun з China Building Materials Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd. використовував відходи каоліну для приготування кварцового піску з низьким вмістом заліза для фотоелектричного скла. Основним мінеральним складом каолінових відходів Фуцзянь є кварц, який містить невелику кількість домішок мінералів, таких як каолініт, слюда та польовий шпат. Після обробки хвостів каоліну за допомогою процесу збагачення «подрібнення-гідравлічна класифікація-магнітна сепарація-флотація» вміст частинок розміром 0,6~0,125 мм перевищує 95%, SiO2 становить 99,62%, Al2O3 становить 0,065%, Fe2O3 є 92×10-6 дрібний кварцовий пісок відповідає вимогам якості кварцового піску з низьким вмістом заліза для фотоелектричного скла.
Шао Вейхуа та інші співробітники Чженчжоуського інституту комплексного використання мінеральних ресурсів Академії геологічних наук Китаю опублікували патент на винахід: метод отримання високочистого кварцового піску з каолінових хвостів. Етапи методу: а. Хвости каоліну використовуються як необроблена руда, яка після перемішування та очищення просіюється для отримання матеріалу +0,6 мм; b. Матеріал +0,6 мм подрібнюється та класифікується, а мінеральний матеріал 0,4 мм 0,1 мм піддається операції магнітного розділення. Щоб отримати магнітні та немагнітні матеріали, немагнітні матеріали входять в операцію гравітаційного розділення, щоб отримати легкі мінерали та гравітаційне відділення. важкі мінерали з гравітаційним відділенням і легкі мінерали з гравітаційним відділенням входять в операцію повторного подрібнення для просіювання для отримання мінералів +0,1 мм; c.+0,1 мм Мінерал надходить на операцію флотації для отримання флотаційного концентрату. Верхню воду флотаційного концентрату видаляють, потім ультразвуковим травленням, а потім просівають, щоб отримати грубий матеріал +0,1 мм у вигляді кварцового піску високої чистоти. Спосіб винаходу дозволяє не тільки отримати високоякісні продукти кварцового концентрату, але також має короткий час обробки, простий процес, низьке споживання енергії та високу якість отриманого кварцового концентрату, який може відповідати вимогам якості високої чистоти. кварц.
Каолінові хвости містять велику кількість ресурсів кварцу. Завдяки збагаченню, очищенню та глибокій обробці він може відповідати вимогам до використання фотоелектричної ультрабілої скляної сировини. Це також дає нову ідею комплексного використання ресурсів каолінових хвостів.
3. Огляд ринку кварцового піску з низьким вмістом заліза для фотоелектричного скла
З одного боку, у другій половині 2020 року виробничі потужності, обмежені розширенням, не можуть впоратися з вибуховим попитом за високого добробуту. Попит і пропозиція фотоелектричного скла незбалансовані, а ціна стрімко зростає. Відповідно до спільного заклику багатьох компаній, що займаються виробництвом фотоелектричних модулів, у грудні 2020 року Міністерство промисловості та інформаційних технологій видало документ, який роз’яснює, що проект фотоелектричного рулонного скла може не складати план заміни потужності. Відповідно до нової політики темпи зростання виробництва фотоелектричного скла будуть збільшені з 2021 року. Відповідно до публічної інформації, потужність рулонного фотоелектричного скла з чітким планом виробництва в 21/22 досягне 22250/26590 т/д, з річний приріст 68,4/48,6%. У випадку політики та гарантій з боку попиту очікується, що фотоелектричний пісок призведе до вибухового зростання.
2015-2022 виробничі потужності фотоелектричної скляної промисловості
З іншого боку, значне збільшення виробничих потужностей фотоелектричного скла може спричинити перевищення поставок кремнеземного піску з низьким вмістом заліза, що, у свою чергу, обмежує фактичне виробництво виробничих потужностей фотоелектричного скла. Згідно зі статистичними даними, з 2014 року внутрішнє виробництво кварцового піску в моїй країні загалом було дещо нижчим за внутрішній попит, а попит і пропозиція зберігають жорсткий баланс.
У той же час внутрішні ресурси кварцового розсипу з низьким вмістом заліза в моїй країні є дефіцитними, зосереджені в Хеюані провінції Гуандун, Бейхаї провінції Гуансі, Фен'яні провінції Аньхой і Дунхаї провінції Цзянсу, і їх велику кількість потрібно імпортувати.
Ультрабілий кварцовий пісок з низьким вмістом заліза є однією з важливих сировинних матеріалів (що складає близько 25% вартості сировини) в останні роки. Ціна також зростала. У минулому протягом тривалого часу вона становила близько 200 юанів за тонну. Після спалаху епідемії Q1 за 20 років він знизився з високого рівня, і на даний момент підтримує стабільну роботу.
У 2020 році загальний попит моєї країни на кварцовий пісок становитиме 90,93 млн тонн, виробництво становитиме 87,65 млн тонн, а чистий імпорт становитиме 3,278 млн тонн. Згідно з публічною інформацією, кількість кварцового каменю в 100 кг розплавленого скла становить близько 72,2 кг. Згідно з поточним планом розширення, збільшення потужності фотоелектричного скла у 2021/2022 роках може сягнути 3,23/24500 т/день, відповідно до річного виробництва, розрахованого за 360-денний період, загальне виробництво відповідатиме нещодавно збільшеному попиту на низькі -залізистий кремнеземний пісок 836/635 мільйонів тонн на рік, тобто новий попит на кремнеземний пісок із низьким вмістом заліза, викликаний фотоелектричним склом у 2021/2022 роках, складатиме загальний кварцовий пісок у 2020 році 9,2%/7,0% від попиту . Враховуючи, що кремнеземний пісок із низьким вмістом заліза становить лише частину загального попиту на кремнеземний пісок, тиск попиту та пропозиції на кремнеземний пісок із низьким вмістом заліза, спричинений масштабними інвестиціями у виробництво фотоелектричного скла, може бути набагато вищим, ніж тиск на загальна промисловість кварцового піску.
—Стаття з Powder Network
Час публікації: 11 грудня 2021 р