Tijekom razdoblja „14. petogodišnjeg plana“, prema državnom strateškom planu „vrhunca ugljika i ugljične neutralnosti“, fotonaponska industrija dovest će do eksplozivnog razvoja. Pojava fotonaponske industrije „stvorila je bogatstvo“ za cijeli industrijski lanac. U ovom blistavom lancu, fotonaponsko staklo je neizostavna karika. Danas, zalažući se za uštedu energije i zaštitu okoliša, potražnja za fotonaponskim staklom raste iz dana u dan, a postoji neravnoteža između ponude i potražnje. Istovremeno, kvarcni pijesak s niskim udjelom željeza i ultrabijeli kvarcni pijesak, važan materijal za fotonaponsko staklo, također je porastao, a cijena se povećala i ponuda je u manjku. Stručnjaci iz industrije predviđaju da će kvarcni pijesak s niskim udjelom željeza dugoročno porasti za više od 15% tijekom više od 10 godina. Pod jakim vjetrom fotonaponske energije, proizvodnja kvarcnog pijeska s niskim udjelom željeza privukla je veliku pozornost.
1. Kvarcni pijesak za fotonaponsko staklo
Fotonaponsko staklo se općenito koristi kao enkapsulacijska ploča fotonaponskih modula i u izravnom je kontaktu s vanjskim okruženjem. Njegova otpornost na vremenske uvjete, čvrstoća, propusnost svjetlosti i drugi pokazatelji igraju središnju ulogu u vijeku trajanja fotonaponskih modula i dugoročnoj učinkovitosti proizvodnje energije. Željezni ioni u kvarcnom pijesku lako se boje, a kako bi se osigurala visoka propusnost sunčeve svjetlosti izvornog stakla, sadržaj željeza u fotonaponskom staklu je niži od sadržaja običnog stakla, te se mora koristiti kvarcni pijesak s niskim udjelom željeza, visokom čistoćom silicija i niskim udjelom nečistoća.
Trenutno u našoj zemlji postoji malo visokokvalitetnih kvarcnih pijesaka s niskim udjelom željeza koji se lako iskopavaju, a uglavnom su rasprostranjeni u Heyuanu, Guangxiju, Fengyangu, Anhuiju, Hainanu i drugim mjestima. U budućnosti, s rastom proizvodnih kapaciteta ultrabijelog reljefnog stakla za solarne ćelije, visokokvalitetni kvarcni pijesak s ograničenim proizvodnim područjem postat će relativno rijedak resurs. Opskrba visokokvalitetnim i stabilnim kvarcnim pijeskom ograničit će konkurentnost tvrtki za fotonaponsko staklo u budućnosti. Stoga je vruća istraživačka tema kako učinkovito smanjiti sadržaj željeza, aluminija, titana i drugih nečistoća u kvarcnom pijesku i pripremiti visokočisti kvarcni pijesak.
2. Proizvodnja kvarcnog pijeska s niskim udjelom željeza za fotonaponsko staklo
2.1 Pročišćavanje kvarcnog pijeska za fotonaponsko staklo
Trenutno se tradicionalni postupci pročišćavanja kvarca koji se zrelo primjenjuju u industriji uključuju sortiranje, ribanje, gašenje kalcinacijom u vodi, mljevenje, prosijavanje, magnetsko odvajanje, gravitacijsko odvajanje, flotaciju, ispiranje kiselinom, mikrobno ispiranje, otplinjavanje na visokim temperaturama itd. Postupci dubokog pročišćavanja uključuju klorirano prženje, ozračeno sortiranje u boji, supravodljivo magnetsko sortiranje, visokotemperaturni vakuum i tako dalje. Opći postupak oplemenjivanja pročišćavanja kvarcnog pijeska u domaćinstvima također je razvijen od ranog "mljevenja, magnetskog odvajanja, pranja" do "odvajanje → grubo drobljenje → kalcinacija → gašenje u vodi → mljevenje → prosijavanje → magnetsko odvajanje → flotacija → kiselina". Kombinirani postupak oplemenjivanja uranjanjem → pranje → sušenje, u kombinaciji s mikrovalovima, ultrazvukom i drugim sredstvima za predobradu ili pomoćno pročišćavanje, uvelike poboljšava učinak pročišćavanja. S obzirom na niske zahtjeve za željezom u fotonaponskom staklu, uglavnom se uvode istraživanja i razvoj metoda uklanjanja kvarcnog pijeska.
Željezo se općenito nalazi u sljedećih šest uobičajenih oblika u kvarcnoj rudi:
① Postoje u obliku finih čestica u glini ili kaoliniziranom feldspatu
②Pričvršćen na površinu kvarcnih čestica u obliku filma željeznog oksida
③Željezni minerali poput hematita, magnetita, spekularita, kinita itd. ili minerali koji sadrže željezo poput tinjca, amfibola, granata itd.
④Nalazi se u stanju uranjanja ili leće unutar kvarcnih čestica
⑤ Postoje u stanju čvrste otopine unutar kvarcnog kristala
⑥ Određena količina sekundarnog željeza bit će pomiješana u procesu drobljenja i mljevenja
Za učinkovito odvajanje minerala koji sadrže željezo od kvarca, potrebno je prvo utvrditi stanje prisutnosti željeznih nečistoća u kvarcnoj rudi te odabrati odgovarajuću metodu obogaćivanja i proces odvajanja kako bi se postiglo uklanjanje željeznih nečistoća.
(1) Postupak magnetske separacije
Proces magnetske separacije može u najvećoj mjeri ukloniti minerale slabih magnetskih nečistoća poput hematita, limonita i biotita, uključujući i spojene čestice. Prema magnetskoj snazi, magnetska separacija može se podijeliti na jaku magnetsku separaciju i slabu magnetsku separaciju. Jaka magnetska separacija obično koristi vlažni jaki magnetski separator ili visokogradijentni magnetski separator.
Općenito govoreći, kvarcni pijesak koji sadrži uglavnom minerale slabih magnetskih nečistoća poput limonita, hematita, biotita itd. može se odabrati pomoću mokrog jakog magnetskog stroja pri vrijednosti iznad 8,0 × 105 A/m; Za jake magnetske minerale u kojima dominira željezna ruda, bolje je koristiti slabo magnetski stroj ili srednje magnetski stroj za odvajanje. [2] Danas su, primjenom magnetskih separatora s visokim gradijentima i jakim magnetskim poljem, magnetsko odvajanje i pročišćavanje značajno poboljšani u usporedbi s prošlošću. Na primjer, korištenje jakog magnetskog separatora elektromagnetskog indukcijskog valjka za uklanjanje željeza pod jakošću magnetskog polja od 2,2 T može smanjiti sadržaj Fe2O3 s 0,002% na 0,0002%.
(2) Postupak flotacije
Flotacija je proces odvajanja mineralnih čestica putem različitih fizikalnih i kemijskih svojstava na površini mineralnih čestica. Glavna funkcija je uklanjanje srodnih minerala tinjca i feldspata iz kvarcnog pijeska. Za flotacijsko odvajanje minerala koji sadrže željezo i kvarca, ključno je odrediti oblik pojave nečistoća željeza i oblik raspodjele svake veličine čestica za odabir odgovarajućeg procesa odvajanja za uklanjanje željeza. Većina minerala koji sadrže željezo ima nultu električnu točku iznad 5, što je pozitivno nabijeno u kiseloj okolini i teoretski prikladno za upotrebu anionskih kolektora.
Masna kiselina (sapun), hidrokarbil sulfonat ili sulfat mogu se koristiti kao anionski sakupljač za flotaciju rude željeznog oksida. Pirit se može flotirati iz kvarca u okruženju za kiseljenje s klasičnim flotacijskim sredstvom za izobutil ksantat plus butilamin crni barut (4:1). Doziranje je oko 200 ppmw.
Flotacija ilmenita općenito koristi natrijev oleat (0,21 mol/L) kao flotacijsko sredstvo za podešavanje pH vrijednosti na 4~10. Kemijska reakcija se odvija između oleatnih iona i čestica željeza na površini ilmenita kako bi se proizveo željezov oleat, koji se kemijski adsorbira. Oleatni ioni održavaju ilmenit boljom plutavošću. Kolektori fosfonske kiseline na bazi ugljikovodika razvijeni posljednjih godina imaju dobru selektivnost i učinkovitost sakupljanja ilmenita.
(3) Postupak ispiranja kiselinom
Glavna svrha procesa ispiranja kiselinom je uklanjanje topljivih željeznih minerala u kiseloj otopini. Čimbenici koji utječu na učinak pročišćavanja kiselim ispiranjem uključuju veličinu čestica kvarcnog pijeska, temperaturu, vrijeme, vrstu kiseline, koncentraciju kiseline, omjer krute i tekuće tvari itd., te povećanje temperature i kisele otopine. Koncentriranje i smanjenje radijusa kvarcnih čestica može povećati brzinu ispiranja i brzinu ispiranja Al. Učinak pročišćavanja jedne kiseline je ograničen, a miješana kiselina ima sinergijski učinak, što može uvelike povećati brzinu uklanjanja nečistoća poput Fe i K. Uobičajene anorganske kiseline su HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4, H2C2O4, općenito se dvije ili više njih miješaju i koriste u određenom omjeru.
Oksalna kiselina je često korištena organska kiselina za ispiranje kiselinom. Može formirati relativno stabilan kompleks s otopljenim metalnim ionima, a nečistoće se lako ispiru. Ima prednosti niske doze i visoke brzine uklanjanja željeza. Neki ljudi koriste ultrazvuk kako bi pomogli u pročišćavanju oksalne kiseline i otkrili su da u usporedbi s konvencionalnim ultrazvukom s miješanjem i ultrazvukom u spremniku, ultrazvuk sonde ima najveću brzinu uklanjanja željeza, količina oksalne kiseline je manja od 4 g/L, a brzina uklanjanja željeza doseže 75,4%.
Prisutnost razrijeđene kiseline i fluorovodične kiseline može učinkovito ukloniti metalne nečistoće poput Fe, Al, Mg, ali količinu fluorovodične kiseline treba kontrolirati jer fluorovodična kiselina može nagristi čestice kvarca. Upotreba različitih vrsta kiselina također utječe na kvalitetu procesa pročišćavanja. Među njima, mješavina HCl i HF ima najbolji učinak obrade. Neki ljudi koriste mješavinu HCl i HF za pročišćavanje kvarcnog pijeska nakon magnetske separacije. Kemijskim ispiranjem ukupna količina nečistoća iznosi 40,71 μg/g, a čistoća SiO2 doseže 99,993 težinskih %.
(4) Mikrobno ispiranje
Mikroorganizmi se koriste za ispiranje tankog filma željeza ili impregnaciju željeza na površini čestica kvarcnog pijeska, što je nedavno razvijena tehnika za uklanjanje željeza. Strane studije pokazale su da su korištenjem Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus i drugih mikroorganizama za ispiranje željeza na površini kvarcnog filma postignuti dobri rezultati, od kojih je učinak ispiranja željeza Aspergillus niger optimalan. Stopa uklanjanja Fe2O3 je uglavnom iznad 75%, a stupanj koncentrata Fe2O3 je samo 0,007%. Utvrđeno je da bi učinak ispiranja željeza bio bolji uz prethodni uzgoj većine bakterija i plijesni.
2.2 Ostali istraživački napredak kvarcnog pijeska za fotonaponsko staklo
Kako bi se smanjila količina kiseline, smanjila poteškoća pročišćavanja otpadnih voda i osigurala ekološka prihvatljivost, Peng Shou [5] i suradnici otkrili su metodu za pripremu 10 ppm kvarcnog pijeska s niskim udjelom željeza postupkom bez kiseljenja: prirodni žilni kvarc koristi se kao sirovina, a trostupanjsko drobljenje. Prvi stupanj mljevenja i drugi stupanj klasifikacije mogu dobiti zrna veličine 0,1~0,7 mm; zrna se odvajaju prvim stupnjem magnetske separacije i drugim stupnjem snažnog magnetskog uklanjanja mehaničkog željeza i minerala koji sadrže željezo kako bi se dobio pijesak za magnetsku separaciju; magnetska separacija pijeska postiže se flotacijom u drugom stupnju, sadržaj Fe2O3 je niži od 10 ppm kvarcnog pijeska s niskim udjelom željeza, flotacija koristi H2SO4 kao regulator, podešava pH = 2~3, a kao kolektori koriste natrijev oleat i propilen diamin na bazi kokosovog ulja. Pripremljeni kvarcni pijesak SiO2≥99,9%, Fe2O3≤10 ppm zadovoljava zahtjeve silikatnih sirovina potrebnih za optičko staklo, fotoelektrično staklo za zaslone i kvarcno staklo.
S druge strane, s iscrpljivanjem visokokvalitetnih kvarcnih resursa, sveobuhvatno korištenje resursa niske kvalitete privuklo je široku pozornost. Xie Enjun iz China Building Materials Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd. koristio je kaolinske ostatke za pripremu kvarcnog pijeska s niskim udjelom željeza za fotonaponsko staklo. Glavni mineralni sastav kaolinskih ostataka iz Fujiana je kvarc, koji sadrži malu količinu nečistoća poput kaolinita, tinjca i feldspata. Nakon što se kaolinski ostaci obrade postupkom oplemenjivanja „mljevenje-hidraulična klasifikacija-magnetska separacija-flotacija“, sadržaj čestica veličine 0,6~0,125 mm veći je od 95%, SiO2 je 99,62%, Al2O3 je 0,065%, Fe2O3 je 92×10-6 finog kvarcnog pijeska koji zadovoljava zahtjeve kvalitete kvarcnog pijeska s niskim udjelom željeza za fotonaponsko staklo.
Shao Weihua i drugi iz Zhengzhou Instituta za sveobuhvatno korištenje mineralnih resursa Kineske akademije geoloških znanosti objavili su patent za izum: metodu za pripremu kvarcnog pijeska visoke čistoće iz kaolinskih ostataka. Koraci metode: a. Kaolinski ostaci se koriste kao sirova ruda, koja se nakon miješanja i ribanja prosijava kako bi se dobio materijal veličine +0,6 mm; b. Materijal veličine +0,6 mm se melje i klasificira, a mineralni materijal veličine 0,4 mm-0,1 mm podvrgava se postupku magnetske separacije. Za dobivanje magnetskih i nemagnetskih materijala, nemagnetski materijali ulaze u postupak gravitacijskog odvajanja kako bi se dobili laki minerali i teški minerali gravitacijskom separacijom, a laki minerali gravitacijskom separacijom ulaze u postupak ponovnog mljevenja kako bi se prosijali kako bi se dobili minerali veličine +0,1 mm; c. Mineral veličine +0,1 mm ulazi u postupak flotacije kako bi se dobio flotacijski koncentrat. Gornja voda flotacijskog koncentrata se uklanja, ultrazvučno kiseli i prosijava kako bi se dobio kvarcni pijesak veličine +0,1 mm kao visokočisti kvarcni pijesak. Metoda izuma ne samo da može dobiti visokokvalitetne proizvode kvarcnog koncentrata, već ima i kratko vrijeme obrade, jednostavan tijek procesa, nisku potrošnju energije i visoku kvalitetu dobivenog kvarcnog koncentrata, koji može zadovoljiti zahtjeve kvalitete kvarca visoke čistoće.
Kaolinska jalovina sadrži veliku količinu kvarcnih resursa. Obogaćivanjem, pročišćavanjem i dubokom preradom mogu se ispuniti zahtjevi za korištenje fotonaponskih ultrabijelih staklenih sirovina. To također pruža novu ideju za sveobuhvatno korištenje resursa kaolinske jalovine.
3. Pregled tržišta kvarcnog pijeska s niskim udjelom željeza za fotonaponsko staklo
S jedne strane, u drugoj polovici 2020. godine, proizvodni kapaciteti ograničeni širenjem ne mogu se nositi s eksplozivnom potražnjom u uvjetima visokog prosperiteta. Ponuda i potražnja fotonaponskog stakla su neuravnotežene, a cijena vrtoglavo raste. Na zajednički poziv mnogih tvrtki za fotonaponske module, Ministarstvo industrije i informacijske tehnologije izdalo je u prosincu 2020. dokument u kojem se pojašnjava da projekt valjanog fotonaponskog stakla možda neće formulirati plan zamjene kapaciteta. Pod utjecajem nove politike, stopa rasta proizvodnje fotonaponskog stakla proširit će se od 2021. godine. Prema javnim informacijama, kapacitet valjanog fotonaponskog stakla s jasnim planom proizvodnje u 21/22. dosegnut će 22250/26590 t/d, s godišnjom stopom rasta od 68,4/48,6%. U slučaju politike i jamstava na strani potražnje, očekuje se da će fotonaponski pijesak izazvati eksplozivan rast.
Proizvodni kapacitet industrije fotonaponskog stakla u razdoblju 2015.-2022.
S druge strane, značajno povećanje proizvodnih kapaciteta fotonaponskog stakla može uzrokovati da ponuda silicijevog pijeska s niskim udjelom željeza premaši ponudu, što zauzvrat ograničava stvarnu proizvodnju fotonaponskog stakla. Prema statistikama, od 2014. godine domaća proizvodnja kvarcnog pijeska u mojoj zemlji općenito je nešto niža od domaće potražnje, a ponuda i potražnja održavaju čvrstu ravnotežu.
Istovremeno, domaći resursi kvarcnog naslaga s niskim udjelom željeza u mojoj zemlji su oskudni, koncentrirani u Heyuanu u Guangdongu, Beihaju u Guangxiju, Fengyangu u Anhuiju i Donghaiju u Jiangsuu, te se velika količina mora uvoziti.
Ultrabijeli kvarcni pijesak s niskim udjelom željeza jedna je od važnih sirovina (čini oko 25% cijene sirovine) posljednjih godina. Cijena je također rasla. U prošlosti se dugo kretala oko 200 juana/tona. Nakon izbijanja epidemije u prvom kvartalu prije 20 godina, pala je s visoke razine i trenutno održava stabilno poslovanje.
U 2020. godini, ukupna potražnja moje zemlje za kvarcnim pijeskom iznosit će 90,93 milijuna tona, proizvodnja će biti 87,65 milijuna tona, a neto uvoz 3,278 milijuna tona. Prema javnim informacijama, količina kvarcnog kamena u 100 kg rastaljenog stakla iznosi oko 72,2 kg. Prema trenutnom planu proširenja, povećanje kapaciteta fotonaponskog stakla u 2021./2022. moglo bi doseći 3,23/24500 t/d, a prema godišnjoj proizvodnji izračunatoj tijekom razdoblja od 360 dana, ukupna proizvodnja odgovarat će novo povećanoj potražnji za silikatnim pijeskom s niskim udjelom željeza od 836/635 milijuna tona/godišnje, odnosno nova potražnja za silikatnim pijeskom s niskim udjelom željeza koju donosi fotonaponsko staklo u 2021./2022. činit će 9,2%/7,0% ukupne potražnje za kvarcnim pijeskom u 2020. godini. S obzirom na to da silicijev pijesak s niskim udjelom željeza čini samo dio ukupne potražnje za silicijevim pijeskom, pritisak ponude i potražnje za silicijevim pijeskom s niskim udjelom željeza uzrokovan velikim ulaganjem u proizvodne kapacitete fotonaponskog stakla može biti puno veći od pritiska na ukupnu industriju kvarcnog pijeska.
—Članak s Powder Networka
Vrijeme objave: 11. prosinca 2021.