Durant el període del "14è Pla Quinquennal", segons el pla estratègic del país per al "pic de carboni i la neutralitat en 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 un enllaç indispensable. Avui dia, defensant la conservació d'energia 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. Al mateix temps, la sorra de quars baixa en ferro i ultra blanca, un material important per al vidre fotovoltaic, també ha augmentat, 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 baixa en ferro ha atret molta atenció.
1. Sorra de quars per a vidre fotovoltaic
El vidre fotovoltaic s'utilitza generalment com a panell d'encapsulació dels mòduls fotovoltaics i està en contacte directe amb l'entorn extern. La seva resistència a la intempèrie, resistència, transmitància de la llum i altres indicadors tenen un paper central en la vida útil dels mòduls fotovoltaics i l'eficiència de la generació d'energia a llarg termini. Els ions de ferro de la sorra de quars són fàcils de tenyir i, per garantir l'alta transmitància solar del vidre original, el contingut de ferro del vidre fotovoltaic és inferior al del vidre ordinari, i s'ha d'utilitzar sorra de quars baixa en ferro amb alta puresa de silici i baix contingut d'impureses.
Actualment, hi ha poques sorres de quars de baix contingut en ferro d'alta qualitat que siguin fàcils d'extreure 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 ultra blanc 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 d'alta qualitat i estable 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'impuresa 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 amb baix contingut en ferro per a vidre fotovoltaic
2.1 Purificació de sorra de quars per a vidre fotovoltaic
Actualment, els processos tradicionals de purificació de quars que s'apliquen amb maduresa a la indústria inclouen la classificació, el fregat, la calcinació-trempat amb aigua, 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 la torrada clorada, la classificació de color irradiada, la classificació magnètica superconductora, el buit a alta temperatura, etc. El procés general de beneficiació de la purificació de sorra de quars domèstica també s'ha desenvolupat des de la "mòlta, separació magnètica, rentat" inicial fins a "separació → trituració gruixuda → calcinació → trepat amb aigua → mòlta → cribratge → separació magnètica → flotació → àcid". El procés de beneficiació combinat d'immersió → rentat → assecat, combinat amb microones, ultrasons i altres mitjans per al pretractament o la purificació auxiliar, millora considerablement l'efecte de purificació. Tenint en compte els baixos requisits de ferro del vidre fotovoltaic, s'introdueix principalment la investigació i el desenvolupament de mètodes d'eliminació de sorra de quars.
Generalment, el ferro existeix en les sis formes comunes següents en el mineral de quars:
① Existeixen en forma de partícules fines en argila o feldespat caolinitzat
② Adherit a la superfície de partícules de quars en forma de pel·lícula d'òxid de ferro
③Minerals de ferro com hematites, magnetita, especularita, qinite, etc. o minerals que contenen ferro com mica, amfíbol, granat, etc.
④Es 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, cal primer determinar l'estat d'ocurrència de les impureses de ferro en el mineral de quars i seleccionar un mètode de beneficiació i un procés de separació raonables per aconseguir l'eliminació de les impureses de ferro.
(1) Procés de separació magnètica
El procés de separació magnètica pot eliminar els minerals d'impureses magnètiques febles com l'hematita, la limonita i la biotita, incloent-hi 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 normalment utilitza un separador magnètic fort humit o un separador magnètic d'alt gradient.
En general, la sorra de quars que conté principalment minerals d'impureses magnètiques febles com la limonita, l'hematita, la 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 dia, amb l'aplicació de separadors magnètics de camp magnètic fort i d'alt gradient, la separació i la purificació magnètiques s'han millorat significativament en comparació amb el passat. Per exemple, l'ús d'un separador magnètic fort de tipus corró d'inducció electromagnètica per eliminar el ferro amb una força 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 a través de diferents propietats físiques i químiques a la superfície de les partícules minerals. La funció principal és eliminar la mica i el feldespat minerals relacionats de la sorra de quars. Per a la separació per flotació de minerals que contenen ferro i quars, esbrinar la forma d'aparició de les 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 de 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 és adequat per a l'ús de col·lectors aniònics.
L'àcid gras (sabó), el sulfonat d'hidrocarbil o el sulfat es poden utilitzar com a col·lector aniònic per a la flotació de mineral d'òxid de ferro. La pirita es pot flotar a partir de quars en un entorn de decapatge amb l'agent de flotació clàssic per al xantat d'isobutil més pols negra de butilamina (4:1). La dosi és d'unes 200 ppmw.
La flotació de la ilmenita generalment utilitza 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 els ions oleat i les 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 una bona selectivitat i rendiment de recollida per a la ilmenita.
(3) Procés de lixiviació àcida
El propòsit principal del procés de lixiviació àcid és eliminar els minerals de ferro solubles en la solució àcida. Els factors que afecten l'efecte de purificació de la lixiviació àcid 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 velocitat de lixiviació i la velocitat de lixiviació de l'Al. L'efecte de purificació d'un sol àcid és limitat i l'àcid barrejat té un efecte sinèrgic, que pot augmentar considerablement la velocitat d'eliminació d'elements d'impuresa com el Fe i el 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 d'ús comú 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 baixa dosi i una alta taxa d'eliminació de ferro. Algunes persones utilitzen ultrasons per ajudar a la purificació de l'àcid oxàlic i han descobert que, en comparació amb l'agitació convencional i els ultrasons de tanc, els ultrasons de sonda tenen 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 al 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 de 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 del SiO2 és de fins al 99,993% en pes.
(4) Lixiviació microbiana
Els microorganismes s'utilitzen per lixiviar ferro en pel·lícules primes o impregnar-lo a la superfície de partícules de sorra de quars, 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 ferro a la superfície de pel·lícules de quars ha aconseguit bons resultats, i l'efecte de lixiviació de ferro per Aspergillus niger és òptim. La taxa d'eliminació de Fe2O3 és majoritàriament superior al 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 de ferro amb el cultiu previ de la majoria de bacteris i floridures seria millor.
2.2 Altres avenços en la 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 respectuosos amb el medi ambient, Peng Shou [5] et al. van descriure un mètode per preparar sorra de quars baixa en ferro de 10 ppm mitjançant un procés sense decapatge: s'utilitza quars de vena natural com a matèria primera i es tritura en tres etapes. La primera etapa de mòlta i la segona etapa de classificació poden obtenir una gra de 0,1 a 0,7 mm; la gra es separa mitjançant la primera etapa de separació magnètica i la segona etapa d'eliminació magnètica forta del ferro mecànic i els 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 al de 10 ppm de sorra de quars baixa en ferro, la flotació utilitza H2SO4 com a regulador, ajusta el pH = 2 ~ 3, utilitza oleat de sodi i propilendiamina a base d'oli de coco com a col·lectors. La sorra de quars preparada SiO2 ≥ 99,9%, Fe2O3 ≤ 10 ppm, compleix els requisits de matèries primeres silícies necessàries per al vidre òptic, el vidre de visualització fotoelèctrica i el vidre de quars.
D'altra banda, amb l'esgotament dels recursos de quars d'alta qualitat, la utilització integral dels recursos de baixa qualitat ha atret una atenció generalitzada. Xie Enjun, de China Building Materials Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd., va utilitzar residus de caolí per preparar sorra de quars baixa en ferro per a vidre fotovoltaic. La principal composició mineral dels residus de caolí de Fujian és el quars, que conté una petita quantitat de minerals impuresos com la caolinita, la mica i el feldespat. Després que els residus de caolí siguin processats mitjançant el procés de beneficiació de "mòlta-classificació hidràulica-separació magnètica-flotació", el contingut de partícula de 0,6~0,125 mm és superior al 95%, SiO2 és 99,62%, Al2O3 és 0,065%, Fe2O3 és sorra de quars fina 92×10-6 que compleix els requisits de qualitat de la sorra de quars baixa en ferro per a vidre fotovoltaic.
Shao Weihua i altres de l'Institut Zhengzhou d'Aprofitament Integral dels Recursos Minerals de l'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 es tritura i classifica, i el material mineral de 0,4 mm-0,1 mm se sotmet 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 els minerals lleugers de separació per gravetat i els minerals pesants de separació per gravetat, i els minerals lleugers de separació per gravetat entren a l'operació de mòlta per cribar per obtenir minerals de +0,1 mm; c. +0,1 mm El mineral entra a l'operació de flotació per obtenir el concentrat de flotació. L'aigua superior del concentrat de flotació s'elimina i després es decapa per ultrasons, i després es tamisa 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 de concentrat 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 del quars d'alta puresa.
Els residus de caolí contenen una gran quantitat de recursos de quars. Mitjançant la beneficiació, la purificació i el processament profund, poden 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 la sorra de quars amb baix contingut en ferro per a 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 en un context d'alta prosperitat. L'oferta i la demanda de vidre fotovoltaic estan desequilibrades i el preu s'està disparant. Sota la crida conjunta de moltes empreses de mòduls fotovoltaics, el desembre de 2020, el Ministeri d'Indústria i Tecnologia de la Informació va publicar un document que aclaria que el projecte de vidre laminat fotovoltaic no pot formular un pla de substitució de la capacitat. Afectat per la nova política, la taxa de creixement de la producció de vidre fotovoltaic s'ampliarà a partir del 2021. Segons la informació pública, la capacitat de vidre fotovoltaic laminat amb un pla clar de producció el 21/22 arribarà a les 22250/26590 t/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 iniciï 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 fer que el subministrament de sorra de sílice amb baix contingut de 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 ajustat equilibri.
Al mateix temps, els recursos nacionals de quars placer amb baix contingut de 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 ultra blanca amb baix contingut de ferro és una de les matèries primeres importants (que representa aproximadament el 25% del cost de la matèria primera) en els darrers anys. El preu també ha anat augmentant. En el passat, ha estat al voltant dels 200 iuans/tona durant molt de temps. Després de l'esclat de l'epidèmia del primer trimestre en 20 anys, ha caigut des d'un nivell alt 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. Segons el pla d'expansió actual, l'augment de la capacitat de vidre fotovoltaic el 2021/2022 pot arribar a 3,23/24.500 t/d, segons la producció anual. Calculada durant un període de 360 dies, la producció total correspondrà a la nova demanda augmentada de sorra de sílice amb baix contingut de ferro de 836/635 milions de tones/any, és a dir, la nova demanda de sorra de sílice amb baix contingut de ferro que aporta el vidre fotovoltaic el 2021/2022 representarà el 9,2%/7,0% de la demanda global de sorra de quars el 2020. 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 sorra de sílice amb baix contingut de ferro causada per la inversió a gran escala en la capacitat de producció de vidre fotovoltaic pot ser molt més alta que la pressió sobre la indústria general de la sorra de quars.
—Article de Powder Network
Data de publicació: 11 de desembre de 2021