Во текот на периодот „14-тиот петгодишен план“, според стратешкиот план на земјата „јаглероден врв и јаглеродно неутрален“, фотоволтаичната индустрија ќе доведе до експлозивен развој. Појавата на фотоволтаичната индустрија „создаде богатство“ за целиот индустриски синџир. Во овој блескав синџир, фотоволтаичното стакло е неопходна алка. Денес, застапувајќи ја заштедата на енергија и заштитата на животната средина, побарувачката за фотоволтаично стакло се зголемува од ден на ден, а постои нерамнотежа помеѓу понудата и побарувачката. Во исто време, нискожелезниот и ултрабелиот кварцен песок, важен материјал за фотоволтаично стакло, исто така се зголемија, а цената се зголеми и понудата е во недостиг. Експертите од индустријата предвидуваат дека нискожелезниот кварцен песок ќе има долгорочен пораст од повеќе од 15% за повеќе од 10 години. Под силниот ветер на фотоволтаиката, производството на нискожелезен кварцен песок привлече големо внимание.
1. Кварцен песок за фотоволтаично стакло
Фотоволтаичното стакло генерално се користи како капсулациски панел на фотоволтаични модули и е во директен контакт со надворешната средина. Неговата отпорност на временски услови, цврстина, пропустливост на светлина и други индикатори играат централна улога во животниот век на фотоволтаичните модули и долгорочната ефикасност на производството на енергија. Железните јони во кварцниот песок лесно се бојат, а за да се обезбеди висока пропустливост на сончева светлина на оригиналното стакло, содржината на железо во фотоволтаичното стакло е помала од онаа на обичното стакло, па затоа мора да се користи кварцен песок со ниска содржина на железо со висока чистота на силициум и ниска содржина на нечистотии.
Во моментов, во нашата земја има малку висококвалитетни кварцни песоци со ниска содржина на железо кои лесно се ископуваат, а тие се главно дистрибуирани во Хејуан, Гуангси, Фенгјанг, Анхуи, Хаинан и други места. Во иднина, со растот на производствениот капацитет на ултра-бело релјефно стакло за соларни ќелии, висококвалитетниот кварцен песок со ограничена производствена површина ќе стане релативно оскуден ресурс. Снабдувањето со висококвалитетен и стабилен кварцен песок ќе ја ограничи конкурентноста на компаниите за фотоволтаично стакло во иднина. Затоа, како ефикасно да се намали содржината на железо, алуминиум, титаниум и други нечистотии во кварцниот песок и да се подготви кварцен песок со висока чистота е жешка тема на истражување.
2. Производство на кварцен песок со ниска содржина на железо за фотоволтаично стакло
2.1 Прочистување на кварцен песок за фотоволтаично стакло
Во моментов, традиционалните процеси на прочистување на кварц кои се зрело применуваат во индустријата вклучуваат сортирање, стружење, калцинирање-гасење со вода, мелење, просејување, магнетна сепарација, гравитациска сепарација, флотација, киселинско исцедување, микробно исцедување, дегасификација на висока температура итн., процесите на длабинско прочистување вклучуваат хлорирано печење, озрачено сортирање на бои, суперспроводливо магнетно сортирање, вакуум на висока температура и така натаму. Општиот процес на облагородување на домашниот кварцен песок е исто така развиен од раното „мелење, магнетна сепарација, перење“ до „сепарација → грубо дробење → калцинација → калење со вода → мелење → сечење → магнетна сепарација → флотација → киселина“. Комбинираниот процес на облагородување со потопување → перење → сушење, во комбинација со микробранова печка, ултразвук и други средства за претходна обработка или помошно прочистување, значително го подобрува ефектот на прочистување. Со оглед на ниските барања за железо на фотоволтаичното стакло, главно се воведува истражување и развој на методи за отстранување на кварцен песок.
Општо земено, железото постои во следните шест вообичаени форми во кварцната руда:
① Постојат во форма на фини честички во глина или каолинизиран фелдспат
② Прицврстен на површината на кварцните честички во форма на филм од железен оксид
③ Минерали на железо како што се хематит, магнетит, спекуларит, кинит итн. или минерали што содржат железо како што се мика, амфибол, гранат итн.
④Тоа е во состојба на потопување или леќа во кварцните честички
⑤ Постојат во цврста состојба на раствор во кварцниот кристал
⑥ Одредена количина на секундарно железо ќе се измеша во процесот на дробење и мелење
За ефикасно одвојување на минералите што содржат железо од кварцот, потребно е прво да се утврди состојбата на присуство на железни нечистотии во кварцната руда и да се избере разумен метод на облагородување и процес на одвојување за да се постигне отстранување на железните нечистотии.
(1) Процес на магнетно раздвојување
Процесот на магнетно сепарирање може да ги отстрани минералите со слаби магнетни нечистотии како што се хематит, лимонит и биотит, вклучувајќи ги и споените честички, во најголема мера. Според магнетната јачина, магнетното сепарирање може да се подели на силно магнетно сепарирање и слабо магнетно сепарирање. За силно магнетно сепарирање обично се користи влажен силен магнетен сепаратор или магнетен сепаратор со висок градиент.
Општо земено, кварцниот песок што содржи главно минерали со слаби магнетни нечистотии како што се лимонит, хематит, биотит итн., може да се избере со помош на машина со силен магнет од влажен тип со вредност над 8,0×105A/m; За силни магнетни минерали во кои доминира железна руда, подобро е да се користи машина со слаб магнет или машина со среден магнет за сепарација. [2] Денес, со примена на магнетни сепаратори со висок градиент и силно магнетно поле, магнетното сепарирање и прочистување се значително подобрени во споредба со минатото. На пример, користењето на сепаратор со силен магнет од електромагнетен индукциски ролер за отстранување на железо под јачина на магнетно поле од 2,2T може да ја намали содржината на Fe2O3 од 0,002% на 0,0002%.
(2) Процес на флотација
Флотацијата е процес на одвојување на минерални честички преку различни физички и хемиски својства на површината на минералните честички. Главната функција е да се отстрани сродниот минерален мика и фелдспат од кварцниот песок. За флотациско одвојување на минерали што содржат железо и кварц, откривањето на формата на појавување на железните нечистотии и формата на дистрибуција на секоја големина на честичките е клучот за избор на соодветен процес на одвојување за отстранување на железото. Повеќето минерали што содржат железо имаат нулта електрична точка над 5, што е позитивно наелектризирано во кисела средина и теоретски е погодно за употреба на анјонски колектори.
Масна киселина (сапун), хидрокарбил сулфонат или сулфат може да се користи како анјонски колектор за флотација на железна оксидна руда. Пиритот може да се флотира од пирит од кварц во средина за маринирање со класично средство за флотација за изобутил ксантат плус бутиламин црн прав (4:1). Дозата е околу 200 ppmw.
Флотацијата на илменит генерално користи натриум олеат (0,21mol/L) како средство за флотација за да се прилагоди pH вредноста на 4~10. На површината на илменитот се јавува хемиска реакција помеѓу олеатните јони и железните честички за да се произведе железен олеат, кој е хемиски адсорбиран. Олеатните јони го одржуваат илменитот со подобра пловливост. Колекторите на фосфонска киселина на база на јаглеводороди, развиени во последниве години, имаат добра селективност и перформанси на собирање на илменит.
(3) Процес на киселинско истекување
Главната цел на процесот на кисело лужење е да се отстранат растворливите железни минерали во киселиот раствор. Факторите што влијаат на ефектот на прочистување на киселото лужење вклучуваат големина на честичките од кварцен песок, температура, време, вид на киселина, концентрација на киселина, однос цврсто-течно итн., како и зголемување на температурата и киселиот раствор. Концентрацијата и намалувањето на радиусот на кварцните честички може да ја зголемат брзината на лужење и брзината на лужење на Al. Ефектот на прочистување на една киселина е ограничен, а мешаната киселина има синергистички ефект, што може значително да ја зголеми брзината на отстранување на нечистотии како што се Fe и K. Вообичаени неоргански киселини се HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4, H2C2O4, генерално две или повеќе од нив се мешаат и се користат во одреден сооднос.
Оксалната киселина е често користена органска киселина за истекување на киселини. Може да формира релативно стабилен комплекс со растворените метални јони, а нечистотиите лесно се мијат. Има предности како што се ниската доза и високата стапка на отстранување на железо. Некои луѓе користат ултразвук за да помогнат во прочистувањето на оксалната киселина и откриле дека во споредба со конвенционалното мешање и ултразвукот со резервоар, ултразвукот со сонда има највисока стапка на отстранување на Fe, количината на оксална киселина е помала од 4 g/L, а стапката на отстранување на железо достигнува 75,4%.
Присуството на разредена киселина и флуороводородна киселина може ефикасно да ги отстрани металните нечистотии како што се Fe, Al, Mg, но количината на флуороводородна киселина мора да се контролира бидејќи флуороводородната киселина може да ги кородира кварцните честички. Употребата на различни видови киселини, исто така, влијае на квалитетот на процесот на прочистување. Меѓу нив, мешаната киселина од HCl и HF има најдобар ефект на обработка. Некои луѓе користат мешано средство за испирање од HCl и HF за прочистување на кварцен песок по магнетно одвојување. Преку хемиско испирање, вкупната количина на елементи од нечистотија е 40,71μg/g, а чистотата на SiO2 е дури 99,993wt%.
(4) Микробно истекување
Микроорганизмите се навикнати да го исплакнат тенкофилмското железо или да импрегнираат железо на површината на честичките од кварцен песок, што е неодамна развиена техника за отстранување на железо. Странските студии покажаа дека употребата на Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus и други микроорганизми за исплакнување на железо на површината на кварцниот филм постигнала добри резултати, од кои ефектот на исплакнување на железото од Aspergillus niger е оптимален. Стапката на отстранување на Fe2O3 е претежно над 75%, а степенот на концентрат на Fe2O3 е само 0,007%. И беше откриено дека ефектот на исплакнување на железото со претходно култивирање на повеќето бактерии и мувли би бил подобар.
2.2 Друг истражувачки напредок на кварцен песок за фотоволтаично стакло
За да се намали количината на киселина, да се намалат тешкотиите при третман на отпадни води и да се биде еколошки прифатлив, Пенг Шоу [5] и сор. открија метод за подготовка на 10 ppm кварцен песок со ниска содржина на железо со процес без маринирање: како суровина се користи природен жилен кварц, а дробењето е во три фази. Првата фаза на мелење и втората фаза на класификација можат да добијат 0,1~0,7 mm песок; песокот се одвојува со првата фаза на магнетно одвојување и втората фаза на силно магнетно отстранување на механичко железо и минерали што содржат железо за да се добие песок со магнетно одвојување; магнетното одвојување на песокот се добива со флотација во втората фаза, содржината на Fe2O3 е помала од 10 ppm кварцен песок со ниска содржина на железо, флотацијата користи H2SO4 како регулатор, ја прилагодува pH=2~3, користи натриум олеат и пропилен диамин на база на кокосово масло како колектори. Подготвениот кварцен песок SiO2≥99,9%, Fe2O3≤10ppm, ги задоволува барањата на силикатни суровини потребни за оптичко стакло, фотоелектрично дисплејско стакло и кварцно стакло.
Од друга страна, со исцрпувањето на висококвалитетните кварцни ресурси, сеопфатното искористување на нискоквалитетните ресурси привлече широко внимание. Сие Енџун од Кинескиот институт за дизајн и истражување на индустријата за стакло Бенгбу за градежни материјали користел каолинска јаловина за подготовка на кварцен песок со ниска содржина на железо за фотоволтаично стакло. Главниот минерален состав на каолинската јаловина од Фуџијан е кварц, кој содржи мала количина на нечистотии како што се каолинит, мика и фелдспат. Откако каолинската јаловина ќе се обработи со процесот на облагородување „мелење-хидраулична класификација-магнетна сепарација-флотација“, содржината на честички од 0,6~0,125 mm е поголема од 95%, SiO2 е 99,62%, Al2O3 е 0,065%, Fe2O3 е фин кварцен песок од 92×10-6 што ги исполнува барањата за квалитет на кварцен песок со ниска содржина на железо за фотоволтаично стакло.
Шао Веихуа и други од Институтот за сеопфатно искористување на минерални ресурси во Женгжу, Кинеската академија за геолошки науки, објавија патент за пронајдок: метод за подготовка на кварцен песок со висока чистота од каолинска јаловина. Чекори на методот: а. Каолинската јаловина се користи како сурова руда, која се просејува откако ќе се промеша и протрие за да се добие материјал од +0,6 mm; б. Материјалот од +0,6 mm се меле и класифицира, а минералниот материјал од 0,4 mm 0,1 mm се подложува на операција на магнетно сепарирање. За да се добијат магнетни и немагнетни материјали, немагнетните материјали влегуваат во операција на гравитациско сепарирање за да се добијат лесни минерали за гравитациско сепарирање и тешки минерали за гравитациско сепарирање, а лесните минерали за гравитациско сепарирање влегуваат во операција на повторно мелење за да се просее за да се добијат минерали од +0,1 mm; в. Минералот од +0,1 mm влегува во операција на флотација за да се добие концентрат за флотација. Горната вода од концентратот за флотација се отстранува, а потоа се ултразвучно се маринира, а потоа се просејува за да се добие груб материјал од +0,1 mm како кварцен песок со висока чистота. Методот на пронајдокот не само што може да се добијат висококвалитетни производи од кварцен концентрат, туку има и кратко време на обработка, едноставен процес, мала потрошувачка на енергија и висок квалитет на добиениот кварцен концентрат, што може да ги задоволи барањата за квалитет на кварц со висока чистота.
Каолинската јаловина содржи голема количина на кварцни ресурси. Преку облагородување, прочистување и длабинска обработка, може да се задоволат барањата за употреба на фотоволтаични ултра-бели стаклени суровини. Ова исто така дава нова идеја за сеопфатно искористување на ресурсите на каолинска јаловина.
3. Преглед на пазарот на кварцен песок со ниска содржина на железо за фотоволтаично стакло
Од една страна, во втората половина на 2020 година, производствениот капацитет ограничен од проширувањето не може да се справи со експлозивната побарувачка во услови на висок просперитет. Понудата и побарувачката на фотоволтаично стакло се неурамнотежени, а цената расте. Според заедничкиот повик на многу компании за фотоволтаични модули, во декември 2020 година, Министерството за индустрија и информатичка технологија издаде документ со кој се разјаснува дека проектот за фотоволтаично валано стакло можеби нема да формулира план за замена на капацитетот. Засегнато од новата политика, стапката на раст на производството на фотоволтаично стакло ќе се прошири од 2021 година. Според јавните информации, капацитетот на валано фотоволтаично стакло со јасен план за производство во 21/22 година ќе достигне 22250/26590 тони/ден, со годишна стапка на раст од 68,4/48,6%. Во случај на политика и гаранции на страната на побарувачката, се очекува фотоволтаичниот песок да доведе до експлозивен раст.
Производствен капацитет на фотоволтаичната стаклена индустрија за 2015-2022 година
Од друга страна, значителното зголемување на производствениот капацитет на фотоволтаично стакло може да предизвика понудата на силициумски песок со ниска содржина на железо да ја надмине понудата, што пак го ограничува фактичкиот капацитет за производство на фотоволтаично стакло. Според статистиката, од 2014 година, домашното производство на кварцен песок во мојата земја генерално е малку помало од домашната побарувачка, а понудата и побарувачката одржуваат тесна рамнотежа.
Во исто време, домашните ресурси на кварцни метали со ниска содржина на железо во мојата земја се оскудни, концентрирани во Хејуан во Гуангдонг, Беихај во Гуангкси, Фенгјанг во Анхуи и Донгхај во Џангсу, и голема количина од нив треба да се увезе.
Ултра белиот кварцен песок со ниска содржина на железо е една од важните суровини (сочинува околу 25% од цената на суровината) во последниве години. Цената, исто така, расте. Во минатото, долго време се движеше околу 200 јуани/тон. По избувнувањето на епидемијата во првиот квартал за 20 години, таа падна од високо ниво и моментално одржува стабилно работење засега.
Во 2020 година, вкупната побарувачка на мојата земја за кварцен песок ќе биде 90,93 милиони тони, производството ќе биде 87,65 милиони тони, а нето увозот ќе биде 3,278 милиони тони. Според јавните информации, количината на кварцен камен во 100 кг стопено стакло е околу 72,2 кг. Според тековниот план за проширување, зголемувањето на капацитетот на фотоволтаичното стакло во 2021/2022 година може да достигне 3,23/24500 т/д, според годишното производство. Пресметано во период од 360 дена, вкупното производство ќе одговара на новозголемената побарувачка за нискожелезен силициумски песок од 836/635 милиони тони/годишно, односно новата побарувачка за нискожелен силициумски песок донесен од фотоволтаичното стакло во 2021/2022 година ќе учествува со вкупниот кварцен песок во 2020 година со 9,2%/7,0% од побарувачката. Со оглед на тоа што силициумскиот песок со ниска содржина на железо сочинува само дел од вкупната побарувачка за силициумски песок, притисокот од понудата и побарувачката за силициумски песок со ниска содржина на железо предизвикан од големите инвестиции во капацитет за производство на фотоволтаично стакло може да биде многу поголем од притисокот врз целокупната индустрија за кварцен песок.
—Чланак од Powder Network
Време на објавување: 11 декември 2021 година