Durant el període del "14è Pla Quinquennal", segons el pla estratègic del país "pic de carboni i neutralitat de carboni", la indústria fotovoltaica conduirà a un desenvolupament explosiu. L'esclat de la indústria fotovoltaica ha "creat riquesa" per a tota la cadena industrial. En aquesta cadena enlluernadora, el vidre fotovoltaic és una baula indispensable. Avui, defensant l'estalvi energètic i la protecció del medi ambient, la demanda de vidre fotovoltaic augmenta dia a dia i hi ha un desequilibri entre l'oferta i la demanda. Paral·lelament, també ha augmentat la sorra de quars poc ferro i ultrablanca, un material important per al vidre fotovoltaic, i el preu ha augmentat i l'oferta és escassa. Els experts de la indústria prediuen que la sorra de quars baixa en ferro tindrà un augment a llarg termini de més del 15% durant més de 10 anys. Sota el fort vent de la fotovoltaica, la producció de sorra de quars baix en ferro ha cridat molta atenció.
1. Sorra de quars per vidre fotovoltaic
El vidre fotovoltaic s'utilitza generalment com a panell d'encapsulació de mòduls fotovoltaics i està en contacte directe amb l'entorn extern. La seva resistència a la intempèrie, força, transmitància de la llum i altres indicadors tenen un paper central en la vida útil dels mòduls fotovoltaics i l'eficiència de generació d'energia a llarg termini. Els ions de ferro de la sorra de quars són fàcils de tenyir i, per tal d'assegurar l'elevada transmitància solar del vidre original, el contingut de ferro del vidre fotovoltaic és inferior al del vidre normal i la sorra de quars baixa en ferro amb una gran puresa de silici. i s'ha d'utilitzar un baix contingut d'impureses.
En l'actualitat, hi ha poques sorres de quars de baix ferro d'alta qualitat que són fàcils d'explotar al nostre país i es distribueixen principalment a Heyuan, Guangxi, Fengyang, Anhui, Hainan i altres llocs. En el futur, amb el creixement de la capacitat de producció de vidre en relleu ultrablanc per a cèl·lules solars, la sorra de quars d'alta qualitat amb una àrea de producció limitada es convertirà en un recurs relativament escàs. El subministrament de sorra de quars estable i d'alta qualitat restringirà la competitivitat de les empreses de vidre fotovoltaic en el futur. Per tant, com reduir eficaçment el contingut de ferro, alumini, titani i altres elements d'impureses a la sorra de quars i preparar sorra de quars d'alta puresa és un tema de recerca candent.
2. Producció de sorra de quars baix en ferro per al vidre fotovoltaic
2.1 Purificació de sorra de quars per a vidre fotovoltaic
Actualment, els processos tradicionals de purificació de quars que s'apliquen de manera madura a la indústria inclouen la classificació, el fregat, l'extinció de l'aigua de calcinació, la mòlta, el tamisat, la separació magnètica, la separació per gravetat, la flotació, la lixiviació àcida, la lixiviació microbiana, la desgasificació a alta temperatura, etc., Els processos de purificació profunda inclouen torrat amb clor, classificació de colors irradiats, classificació magnètica superconductora, buit a alta temperatura, etc. El procés de benefici general de la purificació de sorra de quars domèstica també s'ha desenvolupat des dels primers anys de "mòlta, separació magnètica, rentat" fins a "separació → trituració gruixuda → calcinació → extinció d'aigua → mòlta → cribratge → separació magnètica → flotació → àcid El procés de benefici combinat d'immersió → rentat → assecat, combinat amb microones, ultrasons i altres mitjans de pretractament o purificació auxiliar, millora molt l'efecte de purificació. Tenint en compte els requisits baixos de ferro del vidre fotovoltaic, s'introdueixen principalment la investigació i el desenvolupament de mètodes d'eliminació de sorra de quars.
En general, el ferro existeix en les sis formes comunes següents al mineral de quars:
① Existeixen en forma de fines partícules en argila o feldspat caolinitzat
②Enganxat a la superfície de partícules de quars en forma de pel·lícula d'òxid de ferro
③Minerals de ferro com hematita, magnetita, especularita, qinite, etc. o minerals que contenen ferro com ara mica, amfíbol, granat, etc.
④ Es troba en estat d'immersió o lent dins de les partícules de quars
⑤ Existeixen en estat de solució sòlida dins del cristall de quars
⑥ Es barrejarà una certa quantitat de ferro secundari en el procés de trituració i mòlta
Per separar eficaçment els minerals que contenen ferro del quars, primer cal determinar l'estat d'aparició d'impureses de ferro al mineral de quars i seleccionar un mètode de benefici raonable i un procés de separació per aconseguir l'eliminació d'impureses de ferro.
(1) Procés de separació magnètica
El procés de separació magnètica pot eliminar els minerals d'impureses magnètiques febles, com ara l'hematita, la limonita i la biotita, incloses les partícules unides en la major mesura. Segons la força magnètica, la separació magnètica es pot dividir en separació magnètica forta i separació magnètica feble. La separació magnètica forta sol adoptar un separador magnètic fort humit o un separador magnètic d'alt gradient.
En termes generals, la sorra de quars que conté principalment minerals d'impureses magnètiques febles, com ara limonita, hematita, biotita, etc., es pot seleccionar mitjançant una màquina magnètica forta de tipus humit a un valor superior a 8,0 × 105 A/m; Per a minerals magnètics forts dominats pel mineral de ferro, és millor utilitzar una màquina magnètica feble o una màquina magnètica mitjana per a la separació. [2] Avui en dia, amb l'aplicació de separadors magnètics de camp magnètic fort i d'alt gradient, la separació i purificació magnètica s'han millorat significativament en comparació amb el passat. Per exemple, l'ús d'un separador magnètic fort tipus corró d'inducció electromagnètica per eliminar el ferro amb una intensitat de camp magnètic de 2,2 T pot reduir el contingut de Fe2O3 del 0,002% al 0,0002%.
(2) Procés de flotació
La flotació és un procés de separació de partícules minerals mitjançant diferents propietats físiques i químiques a la superfície de les partícules minerals. La funció principal és eliminar la mica mineral i el feldspat relacionats de la sorra de quars. Per a la separació per flotació de minerals i quars que contenen ferro, esbrinar la forma d'aparició d'impureses de ferro i la forma de distribució de cada mida de partícula és la clau per triar un procés de separació adequat per a l'eliminació del ferro. La majoria dels minerals que contenen ferro tenen un punt elèctric zero per sobre de 5, que està carregat positivament en un ambient àcid i teòricament adequat per a l'ús de col·lectors aniònics.
Els àcids grassos (sabó), el sulfonat d'hidrocarbil o el sulfat es poden utilitzar com a col·lector aniònic per a la flotació del mineral d'òxid de ferro. La pirita pot ser la flotació de la pirita del quars en un entorn de decapat amb l'agent de flotació clàssic per al xant d'isobutil més pols negre de butilamina (4:1). La dosi és d'unes 200 ppmw.
La flotació de la ilmenita utilitza generalment oleat de sodi (0,21 mol/L) com a agent de flotació per ajustar el pH a 4 ~ 10. Es produeix una reacció química entre ions oleat i partícules de ferro a la superfície de la ilmenita per produir oleat de ferro, que s'adsorbeix químicament. Els ions oleat mantenen la ilmenita amb una millor flotabilitat. Els col·lectors d'àcid fosfònic basats en hidrocarburs desenvolupats en els darrers anys tenen un bon rendiment de selectivitat i recollida per a ilmenita.
(3) Procés de lixiviació àcida
L'objectiu principal del procés de lixiviació àcida és eliminar els minerals de ferro solubles de la solució àcida. Els factors que afecten l'efecte de purificació de la lixiviació àcida inclouen la mida de les partícules de sorra de quars, la temperatura, el temps, el tipus d'àcid, la concentració d'àcid, la relació sòlid-líquid, etc., i augmenten la temperatura i la solució àcida. La concentració i la reducció del radi de les partícules de quars poden augmentar la taxa de lixiviació i la taxa de lixiviació d'Al. L'efecte de purificació d'un àcid únic és limitat i l'àcid barrejat té un efecte sinèrgic, que pot augmentar molt la taxa d'eliminació d'elements d'impureses com ara Fe i K. Els àcids inorgànics comuns són HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4. , H2C2O4, generalment dos o més d'ells es barregen i s'utilitzen en una determinada proporció.
L'àcid oxàlic és un àcid orgànic utilitzat habitualment per a la lixiviació àcida. Pot formar un complex relativament estable amb els ions metàl·lics dissolts i les impureses es renten fàcilment. Té els avantatges d'una dosi baixa i una alta taxa d'eliminació de ferro. Algunes persones utilitzen ultrasons per ajudar a la purificació de l'àcid oxàlic, i van trobar que, en comparació amb l'agitació convencional i l'ultrasò del tanc, l'ultrasò de la sonda té la taxa d'eliminació de Fe més alta, la quantitat d'àcid oxàlic és inferior a 4 g/L i la taxa d'eliminació de ferro arriba a 75,4%.
La presència d'àcid diluït i àcid fluorhídric pot eliminar eficaçment les impureses metàl·liques com ara Fe, Al, Mg, però la quantitat d'àcid fluorhídric s'ha de controlar perquè l'àcid fluorhídric pot corroir les partícules de quars. L'ús de diferents tipus d'àcids també afecta la qualitat del procés de purificació. Entre ells, l'àcid mixt d'HCl i HF té el millor efecte de processament. Algunes persones utilitzen un agent de lixiviació mixt de HCl i HF per purificar la sorra de quars després de la separació magnètica. Mitjançant la lixiviació química, la quantitat total d'elements d'impuresa és de 40,71 μg/g, i la puresa de SiO2 és tan alta com el 99,993% en pes.
(4) Lixiviació microbiana
Els microorganismes s'utilitzen per lixiviar pel·lícula fina de ferro o impregnar ferro a la superfície de partícules de sorra de quars, que és una tècnica desenvolupada recentment per eliminar el ferro. Estudis estrangers han demostrat que l'ús d'Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus i altres microorganismes per lixiviar el ferro a la superfície de la pel·lícula de quars ha aconseguit bons resultats, dels quals l'efecte del ferro de lixiviació Aspergillus niger és òptim. La taxa d'eliminació de Fe2O3 és majoritàriament per sobre del 75% i el grau de concentrat de Fe2O3 és tan baix com el 0,007%. I es va trobar que l'efecte de la lixiviació del ferro amb el pre-cultiu de la majoria de bacteris i floridures seria millor.
2.2 Altres avenços de recerca de sorra de quars per a vidre fotovoltaic
Per tal de reduir la quantitat d'àcid, reduir la dificultat del tractament d'aigües residuals i ser respectuós amb el medi ambient, Peng Shou [5] et al. va revelar un mètode per preparar sorra de quars de baix contingut en ferro de 10 ppm mitjançant un procés sense decapat: el quars de veta natural s'utilitza com a matèria primera i la trituració en tres etapes, la mòlta de la primera etapa i la classificació de la segona etapa poden obtenir un grau de 0,1 ~ 0,7 mm. ; la sorra està separada per la primera etapa de separació magnètica i la segona etapa d'eliminació magnètica forta de ferro mecànic i minerals que contenen ferro per obtenir sorra de separació magnètica; la separació magnètica de la sorra s'obté mitjançant la flotació de la segona etapa, el contingut de Fe2O3 és inferior a 10 ppm de sorra de quars amb baix contingut en ferro, la flotació utilitza H2SO4 com a regulador, ajusta pH = 2 ~ 3, utilitza oleat de sodi i propilè diamina a base d'oli de coco com a col·lectors . La sorra de quars preparada SiO2≥99,9%, Fe2O3≤10ppm, compleix els requisits de les matèries primeres silícies necessàries per al vidre òptic, el vidre fotoelèctric i el vidre de quars.
D'altra banda, amb l'esgotament dels recursos de quars d'alta qualitat, la utilització integral dels recursos de gamma baixa ha cridat una atenció generalitzada. Xie Enjun, de la Xina, Materials de construcció Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd. va utilitzar restes de caolí per preparar sorra de quars amb baix contingut de ferro per al vidre fotovoltaic. La composició mineral principal dels residus de caolí de Fujian és el quars, que conté una petita quantitat de minerals d'impuresa com ara caolinita, mica i feldspat. Després que els residus de caolí es processin mitjançant el procés de benefici de "molt-classificació hidràulica-separació magnètica-flotació", el contingut de 0,6 ~ 0,125 mm de mida de partícula és superior al 95%, SiO2 és del 99,62%, Al2O3 és del 0,065%, Fe2O3 és La sorra fina de quars 92 × 10-6 compleix els requisits de qualitat de la sorra de quars amb baix contingut de ferro per al vidre fotovoltaic.
Shao Weihua i altres de l'Institut Zhengzhou d'Utilització Integral de Recursos Minerals, Acadèmia Xinesa de Ciències Geològiques, van publicar una patent d'invenció: un mètode per preparar sorra de quars d'alta puresa a partir de residus de caolí. Els passos del mètode: a. Els residus de caolí s'utilitzen com a mineral en brut, que es tamisa després de ser remenat i fregat per obtenir material de +0,6 mm; b. El material de + 0,6 mm està mòlt i classificat, i el material mineral de 0,4 mm 0,1 mm està sotmès a una operació de separació magnètica, per obtenir materials magnètics i no magnètics, els materials no magnètics entren a l'operació de separació per gravetat per obtenir minerals lleugers de separació per gravetat i els minerals pesats de separació per gravetat i els minerals lleugers de separació per gravetat entren en l'operació de trituració per cridar per obtenir minerals de +0,1 mm; c.+0,1mm El mineral entra a l'operació de flotació per obtenir el concentrat de flotació. L'aigua superior del concentrat de flotació s'elimina i, a continuació, es decapat per ultrasons, i després es garbella per obtenir el material gruixut de +0,1 mm com a sorra de quars d'alta puresa. El mètode de la invenció no només pot obtenir productes concentrats de quars d'alta qualitat, sinó que també té un temps de processament curt, un flux de procés senzill, un baix consum d'energia i una alta qualitat del concentrat de quars obtingut, que pot complir els requisits de qualitat d'alta puresa. quars.
Els residus de caolí contenen una gran quantitat de recursos de quars. Mitjançant el benefici, la purificació i el processament profund, pot complir els requisits per a l'ús de matèries primeres de vidre ultrablanc fotovoltaic. Això també proporciona una nova idea per a la utilització integral dels recursos de residus de caolí.
3. Visió general del mercat de sorra de quars baix en ferro per al vidre fotovoltaic
D'una banda, a la segona meitat del 2020, la capacitat de producció limitada per l'expansió no pot fer front a la demanda explosiva amb una gran prosperitat. L'oferta i la demanda de vidre fotovoltaic estan desequilibrades i el preu augmenta. En virtut de la convocatòria conjunta de moltes empreses de mòduls fotovoltaics, el desembre de 2020, el Ministeri d'Indústria i Tecnologia de la Informació va emetre un document que aclareix que el projecte de vidre laminat fotovoltaic pot no formular un pla de substitució de capacitat. Afectada per la nova política, el ritme de creixement de la producció de vidre fotovoltaic s'ampliarà a partir del 2021. Segons informació pública, la capacitat de vidre fotovoltaic laminat amb un pla de producció clar el 21/22 arribarà a les 22250/26590t/d, amb una taxa de creixement anual del 68,4/48,6%. En el cas de les garanties polítiques i de la demanda, s'espera que la sorra fotovoltaica provoqui un creixement explosiu.
Capacitat de producció de la indústria del vidre fotovoltaic 2015-2022
D'altra banda, l'augment substancial de la capacitat de producció de vidre fotovoltaic pot provocar que el subministrament de sorra de sílice baixa en ferro superi l'oferta, cosa que al seu torn restringeix la producció real de la capacitat de producció de vidre fotovoltaic. Segons les estadístiques, des del 2014, la producció nacional de sorra de quars del meu país ha estat generalment lleugerament inferior a la demanda interna, i l'oferta i la demanda han mantingut un equilibri ajustat.
Al mateix temps, els recursos domèstics de quars de baix contingut en ferro del meu país són escassos, concentrats a Heyuan de Guangdong, Beihai de Guangxi, Fengyang d'Anhui i Donghai de Jiangsu, i cal importar-ne una gran quantitat.
La sorra de quars ultrablanc amb baix contingut de ferro és una de les matèries primeres importants (que representa al voltant del 25% del cost de la matèria primera) dels darrers anys. El preu també ha anat pujant. En el passat, ha estat al voltant dels 200 iuans/tona durant molt de temps. Després de l'esclat de l'epidèmia Q1 en 20 anys, ha caigut des d'un nivell elevat, i actualment manté un funcionament estable de moment.
El 2020, la demanda global de sorra de quars del meu país serà de 90,93 milions de tones, la producció serà de 87,65 milions de tones i la importació neta serà de 3,278 milions de tones. Segons la informació pública, la quantitat de pedra de quars en 100 kg de vidre fos és d'uns 72,2 kg. D'acord amb el pla d'expansió actual, l'augment de la capacitat del vidre fotovoltaic el 2021/2022 pot arribar a 3,23/24500t/d, segons la producció anual Calculada durant un període de 360 dies, la producció total correspondrà a l'augment de la demanda de baix nivell. -sorra de sílice de ferro de 836/635 milions de tones/any, és a dir, la nova demanda de sorra de sílice baixa en ferro aportada pel vidre fotovoltaic el 2021/2022 representarà la sorra de quars total el 2020 el 9,2%/7,0% de la demanda. . Tenint en compte que la sorra de sílice amb baix contingut de ferro només representa una part de la demanda total de sorra de sílice, la pressió de l'oferta i la demanda de la sorra de sílice amb baix contingut de ferro causada per la inversió a gran escala de la capacitat de producció de vidre fotovoltaic pot ser molt superior a la pressió sobre la indústria global de la sorra de quars.
—Article de Powder Network
Hora de publicació: 11-12-2021