Počas obdobia „14. päťročného plánu“ podľa strategického plánu krajiny „uhlíkový vrchol a uhlíkovo neutrálny“ povedie fotovoltický priemysel k prudkému rozvoju. Vypuknutie fotovoltaického priemyslu „vytvorilo bohatstvo“ pre celý priemyselný reťazec. V tomto oslnivom reťazci je fotovoltaické sklo nepostrádateľným článkom. Dnes, keď sa obhajuje úspora energie a ochrana životného prostredia, dopyt po fotovoltaickom skle sa každým dňom zvyšuje a medzi ponukou a dopytom existuje nerovnováha. Zároveň zdražel aj kremenný piesok s nízkym obsahom železa a ultrabiely, dôležitý materiál pre fotovoltaické sklá, zvýšila sa cena a zásoby sú nedostatkové. Odborníci z odvetvia predpovedajú, že kremenný piesok s nízkym obsahom železa bude mať dlhodobý nárast o viac ako 15 % počas viac ako 10 rokov. Pod silným vetrom fotovoltaiky vzbudila veľkú pozornosť výroba kremenného piesku s nízkym obsahom železa.
1. Kremenný piesok na fotovoltaické sklo
Fotovoltické sklo sa vo všeobecnosti používa ako zapuzdrovací panel fotovoltaických modulov a je v priamom kontakte s vonkajším prostredím. Jeho odolnosť voči poveternostným vplyvom, pevnosť, priepustnosť svetla a ďalšie ukazovatele zohrávajú ústrednú úlohu v životnosti fotovoltaických modulov a dlhodobej účinnosti výroby energie. Ióny železa v kremennom piesku sa ľahko farbia a aby sa zabezpečila vysoká priepustnosť slnečného žiarenia pôvodného skla, obsah železa vo fotovoltaickom skle je nižší ako v bežnom skle a kremenný piesok s nízkym obsahom železa s vysokou čistotou kremíka a musí sa použiť nízky obsah nečistôt.
V súčasnosti je u nás málo kvalitných nízkoželezitých kremenných pieskov, ktoré sa ľahko ťažia a sú distribuované najmä v Heyuane, Guangxi, Fengyangu, Anhui, Hainane a ďalších miestach. V budúcnosti, s rastom výrobnej kapacity ultrabieleho reliéfneho skla pre solárne články, sa kvalitný kremenný piesok s obmedzenou výrobnou plochou stane pomerne vzácnym zdrojom. Dodávky kvalitného a stabilného kremenného piesku budú v budúcnosti obmedzovať konkurencieschopnosť spoločností zaoberajúcich sa fotovoltaickým sklom. Preto je horúcou výskumnou témou, ako efektívne znížiť obsah železa, hliníka, titánu a iných nečistôt v kremennom piesku a pripraviť vysoko čistý kremenný piesok.
2. Výroba kremenného piesku s nízkym obsahom železa pre fotovoltaické sklo
2.1 Čistenie kremenného piesku pre fotovoltaické sklo
V súčasnosti medzi tradičné procesy čistenia kremeňa, ktoré sa vyspelo používajú v priemysle, patrí triedenie, pranie, kalcinácia - kalcinácia vodou, mletie, preosievanie, magnetická separácia, gravitačná separácia, flotácia, kyslé lúhovanie, mikrobiálne lúhovanie, odplyňovanie pri vysokej teplote atď. Procesy hlbokého čistenia zahŕňajú chlórované praženie, ožiarené farebné triedenie, supravodivé magnetické triedenie, vysokoteplotné vákuum atď. Všeobecný proces čistenia domáceho kremenného piesku sa tiež vyvinul od skorého „mletia, magnetickej separácie, prania“ k „separácii → hrubé drvenie → kalcinácia → kalenie vodou → mletie → preosievanie → magnetická separácia → flotácia → kyselina Kombinovaný proces spracovania ponorením → umývaním → sušením v kombinácii s mikrovlnnými, ultrazvukovými a inými prostriedkami na predúpravu alebo pomocné čistenie výrazne zlepšuje čistiaci účinok. Vzhľadom na požiadavky fotovoltaického skla s nízkym obsahom železa sa zavádza najmä výskum a vývoj metód odstraňovania kremenného piesku.
Vo všeobecnosti sa železo v kremennej rude vyskytuje v nasledujúcich šiestich bežných formách:
① Existujú vo forme jemných častíc v hline alebo kaolinizovanom živci
②Pripojené k povrchu kremenných častíc vo forme filmu oxidu železa
③Minerály železa, ako je hematit, magnetit, specularit, qinit atď. alebo minerály obsahujúce železo, ako je sľuda, amfibol, granát atď.
④Je v stave ponorenia alebo šošovky vo vnútri kremenných častíc
⑤ Existujú v stave pevného roztoku vo vnútri kremenného kryštálu
⑥ V procese drvenia a mletia sa primieša určité množstvo sekundárneho železa
Na efektívne oddelenie minerálov obsahujúcich železo z kremeňa je potrebné najprv zistiť stav výskytu železných nečistôt v kremennej rude a zvoliť primeranú metódu obohacovania a separačný proces, aby sa dosiahlo odstránenie železných nečistôt.
(1) Magnetický separačný proces
Proces magnetickej separácie dokáže v najväčšom rozsahu odstrániť slabé magnetické nečistoty ako hematit, limonit a biotit vrátane spojených častíc. Podľa magnetickej sily možno magnetickú separáciu rozdeliť na silnú magnetickú separáciu a slabú magnetickú separáciu. Silná magnetická separácia zvyčajne využíva mokrý silný magnetický separátor alebo magnetický separátor s vysokým gradientom.
Všeobecne povedané, kremenný piesok obsahujúci hlavne slabé magnetické prímesové minerály, ako je limonit, hematit, biotit atď., možno vybrať pomocou silného magnetického stroja mokrého typu pri hodnote nad 8,0 x 105 A/m; Pre silné magnetické minerály, v ktorých dominuje železná ruda, je lepšie použiť na separáciu slabý magnetický stroj alebo stredný magnetický stroj. [2] V súčasnosti sa vďaka aplikácii magnetických separátorov s vysokým gradientom a silným magnetickým poľom výrazne zlepšila magnetická separácia a čistenie v porovnaní s minulosťou. Napríklad použitie silného magnetického separátora typu elektromagnetického indukčného valca na odstránenie železa pri sile magnetického poľa 2,2 T môže znížiť obsah Fe2O3 z 0,002 % na 0,0002 %.
(2) Flotačný proces
Flotácia je proces oddeľovania minerálnych častíc prostredníctvom rôznych fyzikálnych a chemických vlastností na povrchu minerálnych častíc. Hlavnou funkciou je odstraňovanie príbuzných minerálov sľudy a živca z kremenného piesku. Pre flotačnú separáciu minerálov obsahujúcich železo a kremeňa je zistenie formy výskytu železných nečistôt a distribučnej formy každej veľkosti častíc kľúčom k voľbe správneho separačného procesu na odstránenie železa. Väčšina minerálov obsahujúcich železo má nulový elektrický bod nad 5, ktorý je kladne nabitý v kyslom prostredí a teoreticky vhodný na použitie aniónových kolektorov.
Mastná kyselina (mydlo), hydrokarbylsulfonát alebo sulfát sa môžu použiť ako aniónový kolektor na flotáciu rudy oxidu železa. Pyritom je možné flotovať pyrit z kremeňa v moriacom prostredí klasickým flotačným prostriedkom na izobutylxantát plus butylamínový čierny prášok (4:1). Dávkovanie je približne 200 ppmw.
Flotácia ilmenitu vo všeobecnosti využíva oleát sodný (0,21 mol/l) ako flotačné činidlo na úpravu pH na 4~10. Medzi oleátovými iónmi a časticami železa na povrchu ilmenitu dochádza k chemickej reakcii za vzniku oleátu železa, ktorý je chemicky adsorbovaný Oleátové ióny udržujú ilmenit s lepšou plávajúcou schopnosťou. Zberače kyseliny fosfónovej na báze uhľovodíkov vyvinuté v posledných rokoch majú dobrú selektivitu a zberný výkon pre ilmenit.
(3) Proces lúhovania kyselinou
Hlavným účelom procesu kyslého lúhovania je odstránenie rozpustných minerálov železa v roztoku kyseliny. Faktory, ktoré ovplyvňujú čistiaci účinok kyslého lúhovania, zahŕňajú veľkosť častíc kremenného piesku, teplotu, čas, typ kyseliny, koncentráciu kyseliny, pomer tuhá látka-kvapalina atď. a zvyšujú teplotu a kyslý roztok. Koncentrácia a zmenšenie polomeru častíc kremeňa môže zvýšiť rýchlosť lúhovania a rýchlosť lúhovania Al. Čistiaci účinok jednej kyseliny je obmedzený a zmiešaná kyselina má synergický účinok, ktorý môže výrazne zvýšiť rýchlosť odstraňovania prvkov nečistôt, ako sú Fe a K. Bežné anorganické kyseliny sú HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4 , H2C2O4, vo všeobecnosti sa dva alebo viac z nich zmiešajú a použijú v určitom pomere.
Kyselina šťaveľová je bežne používaná organická kyselina na kyslé lúhovanie. Môže tvoriť relatívne stabilný komplex s rozpustenými kovovými iónmi a nečistoty sa ľahko vymývajú. Má výhody nízkeho dávkovania a vysokej rýchlosti odstraňovania železa. Niektorí ľudia používajú ultrazvuk na pomoc pri čistení kyseliny šťaveľovej a zistili, že v porovnaní s konvenčným miešaním a ultrazvukom v nádrži má ultrazvuk sondy najvyššiu rýchlosť odstraňovania Fe, množstvo kyseliny šťaveľovej je menšie ako 4 g/l a rýchlosť odstraňovania železa dosahuje 75,4 %.
Prítomnosť zriedenej kyseliny a kyseliny fluorovodíkovej môže účinne odstrániť kovové nečistoty ako Fe, Al, Mg, ale množstvo kyseliny fluorovodíkovej musí byť kontrolované, pretože kyselina fluorovodíková môže korodovať častice kremeňa. Použitie rôznych typov kyselín ovplyvňuje aj kvalitu procesu čistenia. Spomedzi nich má zmiešaná kyselina HCl a HF najlepší spracovateľský účinok. Niektorí ľudia používajú na čistenie kremenného piesku po magnetickej separácii zmiešané lúhovacie činidlo HCl a HF. Prostredníctvom chemického lúhovania je celkové množstvo prvkov nečistôt 40,71 μg/g a čistota SiO2 je až 99,993 % hmotn.
(4) Mikrobiálne vylúhovanie
Mikroorganizmy sa používajú na vylúhovanie tenkovrstvového železa alebo impregnáciu železa na povrchu častíc kremenného piesku, čo je nedávno vyvinutá technika na odstraňovanie železa. Zahraničné štúdie ukázali, že použitím Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus a ďalších mikroorganizmov na lúhovanie železa na povrchu kremenného filmu sa dosiahli dobré výsledky, z ktorých je efekt lúhovania železa Aspergillus niger optimálny. Rýchlosť odstraňovania Fe2O3 je väčšinou nad 75 % a kvalita koncentrátu Fe2O3 je len 0,007 %. A zistilo sa, že efekt lúhovania železa s predpestovaním väčšiny baktérií a plesní by bol lepší.
2.2 Ďalší pokrok vo výskume kremenného piesku pre fotovoltaické sklo
Peng Shou [5] a kol. s cieľom znížiť množstvo kyseliny, znížiť náročnosť čistenia odpadových vôd a byť šetrný k životnému prostrediu. zverejnili spôsob prípravy kremenného piesku s nízkym obsahom železa 10 ppm nemoriacim procesom: prírodný žilový kremeň sa používa ako surovina a trojstupňové drvenie. Prvý stupeň mletia a klasifikácia druhého stupňa môže získať zrnitosť 0,1 až 0,7 mm ; drť sa oddelí prvým stupňom magnetickej separácie a druhým stupňom silného magnetického odstraňovania mechanického železa a minerálov s obsahom železa, aby sa získal magnetický separačný piesok; magnetická separácia piesku sa dosiahne druhou fázou flotácie Obsah Fe2O3 je nižší ako 10 ppm nízkoželezitého kremenného piesku, flotácia využíva H2SO4 ako regulátor, upravuje pH=2~3, používa oleát sodný a propyléndiamín na báze kokosového oleja ako zberače . Pripravený kremenný piesok SiO2≥99,9 %, Fe2O3≤10ppm, spĺňa požiadavky kremičitých surovín požadovaných pre optické sklo, fotoelektrické zobrazovacie sklo a kremenné sklo.
Na druhej strane, s vyčerpaním vysokokvalitných kremenných zdrojov pritiahlo komplexné využitie lacných zdrojov širokú pozornosť. Xie Enjun z China Building Materials Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd. použil kaolínovú hlušinu na prípravu kremenného piesku s nízkym obsahom železa pre fotovoltaické sklo. Hlavným minerálnym zložením hlušiny fujianského kaolínu je kremeň, ktorý obsahuje malé množstvo prímesových minerálov, ako je kaolinit, sľuda a živec. Po spracovaní kaolínovej hlušiny procesom zušľachťovania „mleta-hydraulická klasifikácia-magnetická separácia-flotácia“ je obsah častíc s veľkosťou 0,6 ~ 0,125 mm väčší ako 95 %, SiO2 je 99,62 %, Al2O3 je 0,065 %, Fe2O3 je Jemný kremenný piesok 92×10-6 spĺňa kvalitatívne požiadavky na kremenný piesok s nízkym obsahom železa pre fotovoltaické sklá.
Shao Weihua a ďalší z Inštitútu komplexného využívania minerálnych zdrojov v Zhengzhou, Čínska akadémia geologických vied, zverejnili patent na vynález: spôsob prípravy vysoko čistého kremenného piesku z kaolínových hlušiny. Kroky metódy: a. Kaolínová hlušina sa používa ako surová ruda, ktorá sa po premiešaní a vydrhnutí preosieva, aby sa získal materiál +0,6 mm; b. +0,6 mm materiál je mletý a klasifikovaný a 0,4 mm 0,1 mm minerálny materiál je podrobený operácii magnetickej separácie, Na získanie magnetických a nemagnetických materiálov vstupujú nemagnetické materiály do operácie gravitačnej separácie, aby sa získali ľahké minerály a gravitačná separácia ťažkých minerálov a gravitačná separácia ľahkých minerálov vstupujú do operácie prebrúsenia, aby sa získali +0,1 mm minerály; c.+0,1 mm Minerál vstupuje do flotačnej operácie, aby sa získal flotačný koncentrát. Horná voda z flotačného koncentrátu sa odstráni a potom sa morení ultrazvukom a potom sa preoseje, aby sa získal +0,1 mm hrubý materiál ako vysoko čistý kremenný piesok. Spôsob podľa vynálezu môže nielen získať vysokokvalitné produkty kremenného koncentrátu, ale má aj krátky čas spracovania, jednoduchý procesný tok, nízku spotrebu energie a vysokú kvalitu získaného kremenného koncentrátu, ktorý môže spĺňať požiadavky na kvalitu vysokej čistoty. kremeň.
Kaolínová hlušina obsahuje veľké množstvo kremenných zdrojov. Prostredníctvom obohacovania, čistenia a hĺbkového spracovania môže spĺňať požiadavky na použitie fotovoltaických ultrabielych sklenených surovín. To prináša aj novú myšlienku komplexného využitia zdrojov kaolínovej hlušiny.
3. Prehľad trhu s kremenným pieskom s nízkym obsahom železa pre fotovoltaické sklá
Na jednej strane, v druhej polovici roku 2020 sa výrobná kapacita obmedzená expanziou nedokáže vyrovnať s prudkým dopytom pri vysokej prosperite. Ponuka a dopyt po fotovoltaickom skle je nevyvážená a cena prudko stúpa. V rámci spoločnej výzvy mnohých spoločností zaoberajúcich sa fotovoltaickými modulmi vydalo ministerstvo priemyslu a informačných technológií v decembri 2020 dokument, v ktorom objasňuje, že projekt fotovoltaického valcovaného skla nemusí formulovať plán výmeny kapacity. Vplyvom novej politiky sa tempo rastu výroby fotovoltického skla od roku 2021 rozšíri. Podľa informácií verejnosti kapacita valcovaného fotovoltického skla s jasným plánom výroby k 21. 22. dosiahne 22250/26590 t/d. ročná miera rastu 68,4/48,6 %. V prípade politík a záruk na strane dopytu sa očakáva, že fotovoltaický piesok predznamená explozívny rast.
2015-2022 výrobná kapacita fotovoltaického sklárskeho priemyslu
Na druhej strane podstatné zvýšenie výrobnej kapacity fotovoltaického skla môže spôsobiť prekročenie ponuky kremičitého piesku s nízkym obsahom železa, čo následne obmedzuje skutočnú kapacitu výroby fotovoltaického skla. Podľa štatistík je od roku 2014 domáca produkcia kremenného piesku v mojej krajine vo všeobecnosti o niečo nižšia ako domáci dopyt a ponuka a dopyt si udržiavajú tesnú rovnováhu.
Domáce zdroje kremeňa s nízkym obsahom železa v mojej krajine sú vzácne a sú sústredené v Heyuan v Guangdongu, Beihai v Guangxi, Fengyang v Anhui a Donghai v Jiangsu a veľké množstvo z nich je potrebné doviezť.
Ultrabiely kremenný piesok s nízkym obsahom železa je v posledných rokoch jednou z dôležitých surovín (tvorí asi 25 % nákladov na suroviny). Cena tiež stúpala. V minulosti sa dlhodobo pohybovala okolo 200 juanov/tona. Po vypuknutí epidémie Q1 za 20 rokov klesla z vysokej úrovne a v súčasnosti si zatiaľ udržiava stabilnú prevádzku.
V roku 2020 bude celkový dopyt mojej krajiny po kremennom piesku 90,93 milióna ton, produkcia bude 87,65 milióna ton a čistý dovoz bude 3,278 milióna ton. Podľa verejných informácií je množstvo kremenného kameňa v 100 kg roztaveného skla asi 72,2 kg. Podľa aktuálneho plánu expanzie môže zvýšenie kapacity fotovoltického skla v rokoch 2021/2022 dosiahnuť 3,23/24500 t/d, podľa ročnej produkcie počítanej na 360-dňové obdobie bude celková produkcia zodpovedať novozvýšenému dopytu po nízkych -železný kremičitý piesok 836/635 miliónov ton/rok, to znamená, že nový dopyt po nízkoželezitom kremičitom piesku, ktorý prinesie fotovoltaické sklo v roku 2021/2022, bude predstavovať celkový kremenný piesok v roku 2020 9,2 %/7,0 % dopytu . Vzhľadom na to, že kremičitý piesok s nízkym obsahom železa predstavuje len časť celkového dopytu po kremičitom piesku, tlak ponuky a dopytu po kremičitom piesku s nízkym obsahom železa spôsobený rozsiahlymi investíciami do kapacity výroby fotovoltaického skla môže byť oveľa vyšší ako tlak na celkový priemysel kremenného piesku.
—Článok z Powder Network
Čas odoslania: 11. decembra 2021