Durante o período do "14º Plan Quinquenal", segundo o plan estratéxico do país "pico de carbono e carbono neutral", a industria fotovoltaica levará a un desenvolvemento explosivo. O estalido da industria fotovoltaica "creou riqueza" para toda a cadea industrial. Nesta cadea deslumbrante, o vidro fotovoltaico é un elo indispensable. Hoxe, defendendo o aforro enerxético e a protección do medio ambiente, a demanda de vidro fotovoltaico vai aumentando día a día, e hai un desequilibrio entre a oferta e a demanda. Ao mesmo tempo, tamén subiu a area de cuarzo de baixo contido de ferro e ultrabranca, un material importante para o vidro fotovoltaico, e o prezo aumentou e a oferta escasea. Os expertos do sector prevén que a area de cuarzo con baixo contido de ferro terá un aumento a longo prazo superior ao 15% durante máis de 10 anos. Baixo o forte vento fotovoltaico, a produción de area de cuarzo con baixo contido de ferro chamou moita atención.
1. Area de cuarzo para vidro fotovoltaico
O vidro fotovoltaico úsase xeralmente como panel de encapsulamento de módulos fotovoltaicos e está en contacto directo co medio externo. A súa resistencia á intemperie, forza, transmitancia da luz e outros indicadores xogan un papel central na vida útil dos módulos fotovoltaicos e na eficiencia de xeración de enerxía a longo prazo. Os ións de ferro da area de cuarzo son fáciles de tinguir e, para garantir a alta transmitancia solar do vidro orixinal, o contido de ferro do vidro fotovoltaico é inferior ao do vidro común e a area de cuarzo con baixo contido de ferro e de alta pureza de silicio. e débese utilizar baixo contido de impurezas.
Actualmente, hai poucas areas de cuarzo de alta calidade e baixo contido de ferro que son fáciles de extraer no noso país, e distribúense principalmente en Heyuan, Guangxi, Fengyang, Anhui, Hainan e outros lugares. No futuro, co crecemento da capacidade de produción de vidro en relevo ultrabranco para células solares, a area de cuarzo de alta calidade con área de produción limitada converterase nun recurso relativamente escaso. A subministración de area de cuarzo estable e de alta calidade restrinxirá a competitividade das empresas de vidro fotovoltaico no futuro. Polo tanto, como reducir eficazmente o contido de ferro, aluminio, titanio e outros elementos de impurezas na area de cuarzo e preparar area de cuarzo de alta pureza é un tema candente de investigación.
2. Produción de area de cuarzo baixa en ferro para vidro fotovoltaico
2.1 Purificación de area de cuarzo para vidro fotovoltaico
Na actualidade, os procesos tradicionais de purificación de cuarzo que se aplican maduramente na industria inclúen a clasificación, o fregado, o enfriamento por auga de calcinación, a moenda, o tamizado, a separación magnética, a separación por gravidade, a flotación, a lixiviación ácida, a lixiviación microbiana, a desgasificación a alta temperatura, etc. Os procesos de purificación profunda inclúen o tostado con cloro, a clasificación por cores irradiadas, a clasificación magnética supercondutora, o baleiro a alta temperatura, etc. O proceso de beneficio xeral da purificación doméstica de area de cuarzo tamén se desenvolveu desde o inicio da "moenda, separación magnética, lavado" ata "separación → trituración grosa → calcinación → extinción de auga → moenda → cribado → separación magnética → flotación → ácido O proceso de beneficio combinado de inmersión → lavado → secado, combinado con microondas, ultrasóns e outros medios para o pretratamento ou a purificación auxiliar, mellora moito o efecto de purificación. Tendo en conta os requisitos de baixo contido de ferro do vidro fotovoltaico, introdúcense principalmente a investigación e o desenvolvemento de métodos de eliminación de area de cuarzo.
Xeralmente o ferro existe nas seguintes seis formas comúns no mineral de cuarzo:
① Existen en forma de partículas finas en arxila ou feldespato caolinizado
②Unido á superficie de partículas de cuarzo en forma de película de óxido de ferro
③Minerais de ferro como hematita, magnetita, especularita, quinita, etc. ou minerais que conteñen ferro como mica, anfíbol, granate, etc.
④Está en estado de inmersión ou lente dentro das partículas de cuarzo
⑤ Existen en estado de solución sólida no interior do cristal de cuarzo
⑥ Unha certa cantidade de ferro secundario mesturarase no proceso de trituración e moenda
Para separar eficazmente os minerais que conteñen ferro do cuarzo, primeiro é necesario determinar o estado de aparición de impurezas de ferro no mineral de cuarzo e seleccionar un método de beneficio razoable e un proceso de separación para lograr a eliminación das impurezas de ferro.
(1) Proceso de separación magnética
O proceso de separación magnética pode eliminar os minerais de impurezas magnéticas débiles como hematita, limonita e biotita, incluíndo partículas unidas na maior medida. Segundo a forza magnética, a separación magnética pódese dividir en separación magnética forte e separación magnética débil. A separación magnética forte adoita adoptar un separador magnético forte húmido ou un separador magnético de alto gradiente.
En xeral, a area de cuarzo que contén principalmente minerais de impurezas magnéticas débiles, como limonita, hematita, biotita, etc., pódese seleccionar mediante unha máquina magnética forte de tipo húmido cun valor superior a 8,0 × 105 A/m; Para minerais magnéticos fortes dominados polo mineral de ferro, é mellor usar unha máquina magnética débil ou unha máquina magnética media para a separación. [2] Hoxe en día, coa aplicación de separadores magnéticos de campo magnético forte e de alto gradiente, a separación e purificación magnética melloráronse significativamente en comparación co pasado. Por exemplo, usar un separador magnético forte tipo rolo de indución electromagnética para eliminar o ferro baixo unha intensidade de campo magnético de 2,2 T pode reducir o contido de Fe2O3 do 0,002% ao 0,0002%.
(2) Proceso de flotación
A flotación é un proceso de separación de partículas minerais mediante diferentes propiedades físicas e químicas na superficie das partículas minerais. A función principal é eliminar o mineral relacionado mica e feldespato da area de cuarzo. Para a separación por flotación de minerais que conteñen ferro e cuarzo, descubrir a forma de aparición de impurezas de ferro e a forma de distribución de cada tamaño de partícula é a clave para escoller un proceso de separación adecuado para a eliminación do ferro. A maioría dos minerais que conteñen ferro teñen un punto eléctrico cero superior a 5, que está cargado positivamente nun ambiente ácido e teoricamente axeitado para o uso de colectores aniónicos.
O ácido graxo (xabón), o sulfonato de hidrocarbilo ou o sulfato pódense usar como colectores aniónicos para a flotación do mineral de óxido de ferro. A pirita pode ser a flotación de pirita a partir de cuarzo nun ambiente de decapado co clásico axente de flotación para o xantato de isobutilo máis o po negro de butilamina (4:1). A dosificación é de aproximadamente 200 ppmw.
A flotación da ilmenita normalmente usa oleato de sodio (0,21 mol/L) como axente de flotación para axustar o pH a 4~10. Prodúcese unha reacción química entre os ións oleato e as partículas de ferro na superficie da ilmenita para producir oleato de ferro, que se adsorbe quimicamente. Os ións oleato manteñen a ilmenita cunha mellor flotabilidade. Os colectores de ácido fosfónico a base de hidrocarburos desenvolvidos nos últimos anos teñen un bo rendemento de selectividade e recollida para a ilmenita.
(3) Proceso de lixiviación ácida
O obxectivo principal do proceso de lixiviación ácida é eliminar os minerais de ferro solubles na solución ácida. Os factores que afectan o efecto de purificación da lixiviación ácida inclúen o tamaño das partículas de area de cuarzo, a temperatura, o tempo, o tipo de ácido, a concentración de ácido, a relación sólido-líquido, etc., e aumentan a temperatura e a solución ácida. A concentración e a redución do raio das partículas de cuarzo poden aumentar a taxa de lixiviación e a taxa de lixiviación de Al. O efecto de purificación dun só ácido é limitado e o ácido mesturado ten un efecto sinérxico, o que pode aumentar moito a taxa de eliminación de elementos de impurezas como Fe e K. Os ácidos inorgánicos comúns son HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4. , H2C2O4, xeralmente mestúranse dous ou máis deles e úsanse nunha determinada proporción.
O ácido oxálico é un ácido orgánico de uso común para a lixiviación ácida. Pode formar un complexo relativamente estable cos ións metálicos disoltos, e as impurezas son facilmente lavadas. Ten as vantaxes de baixa dosificación e alta taxa de eliminación de ferro. Algunhas persoas usan ultrasóns para axudar á purificación do ácido oxálico e descubriron que, en comparación coa axitación convencional e o ultrasóns do tanque, o ultrasonido da sonda ten a taxa de eliminación de Fe máis alta, a cantidade de ácido oxálico é inferior a 4 g/L e a taxa de eliminación de ferro alcanza 75,4 %.
A presenza de ácido diluído e ácido fluorhídrico pode eliminar eficazmente as impurezas metálicas como Fe, Al, Mg, pero a cantidade de ácido fluorhídrico debe controlarse porque o ácido fluorhídrico pode corroer as partículas de cuarzo. O uso de diferentes tipos de ácidos tamén afecta á calidade do proceso de purificación. Entre eles, o ácido mesturado de HCl e HF ten o mellor efecto de procesamento. Algunhas persoas usan un axente de lixiviación mixto de HCl e HF para purificar a area de cuarzo despois da separación magnética. A través da lixiviación química, a cantidade total de elementos impurezas é de 40,71 μg/g e a pureza de SiO2 é de 99,993% en peso.
(4) Lixiviación microbiana
Os microorganismos úsanse para lixiviar ferro de película fina ou impregnar ferro na superficie de partículas de area de cuarzo, que é unha técnica desenvolvida recentemente para eliminar o ferro. Estudos estranxeiros demostraron que o uso de Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus e outros microorganismos para lixiviar ferro na superficie da película de cuarzo conseguiu bos resultados, dos cales o efecto de Aspergillus niger lixiviación de ferro óptimo. A taxa de eliminación de Fe2O3 é maioritariamente superior ao 75% e o grao de concentrado de Fe2O3 é tan baixo como 0,007%. E descubriuse que o efecto da lixiviación do ferro co cultivo previo da maioría das bacterias e mofos sería mellor.
2.2 Outros avances da investigación de area de cuarzo para vidro fotovoltaico
Peng Shou [5] et al. revelou un método para preparar area de cuarzo de baixo contido de ferro de 10 ppm mediante un proceso sen decapado: o cuarzo de vea natural utilízase como materia prima e o triturado en tres etapas. ; a granxa está separada pola primeira etapa de separación magnética e a segunda etapa de forte eliminación magnética de ferro mecánico e minerais que levan ferro para obter area de separación magnética; a separación magnética da area obtense pola flotación da segunda etapa. O contido de Fe2O3 é inferior a 10 ppm de area de cuarzo con baixo contido de ferro, a flotación usa H2SO4 como regulador, axusta o pH = 2 ~ 3, usa oleato de sodio e propilendiamina a base de aceite de coco como colectores. . A area de cuarzo preparada SiO2≥99,9%, Fe2O3≤10ppm, cumpre os requisitos das materias primas silíceas necesarias para o vidro óptico, o vidro fotoeléctrico e o vidro de cuarzo.
Por outra banda, co esgotamento dos recursos de cuarzo de alta calidade, a utilización integral dos recursos de gama baixa atraeu unha atención xeneralizada. Xie Enjun, de China Building Materials, Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd. utilizou residuos de caolín para preparar area de cuarzo con baixo contido de ferro para o vidro fotovoltaico. A principal composición mineral dos residuos de caolín de Fujian é o cuarzo, que contén unha pequena cantidade de minerais impuros como caolinita, mica e feldespato. Despois de que os residuos de caolín sexan procesados polo proceso de beneficio de "moenda-clasificación hidráulica-separación magnética-flotación", o contido de 0,6 ~ 0,125 mm de tamaño de partícula é superior ao 95%, SiO2 é 99,62%, Al2O3 é 0,065%, Fe2O3 é A area de cuarzo fina de 92 × 10-6 cumpre os requisitos de calidade da area de cuarzo con baixo contido de ferro para o vidro fotovoltaico.
Shao Weihua e outros do Instituto de Utilización Integral de Recursos Minerais de Zhengzhou, da Academia Chinesa de Ciencias Xeolóxicas, publicaron unha patente de invención: un método para preparar area de cuarzo de alta pureza a partir de residuos de caolín. Pasos do método: a. Os desechos de caolín utilízanse como mineral en bruto, que se peneira despois de ser axitado e fregado para obter material de +0,6 mm; b. O material de + 0,6 mm está moído e clasificado, e o material mineral de 0,4 mm 0,1 mm está sometido a operación de separación magnética. Para obter materiais magnéticos e non magnéticos, os materiais non magnéticos entran na operación de separación por gravidade para obter minerais lixeiros de separación por gravidade e os minerais pesados de separación por gravidade e os minerais lixeiros de separación por gravidade entran na operación de molienda para filtrar para obter minerais de +0,1 mm; c.+0,1mm O mineral entra na operación de flotación para obter o concentrado de flotación. Elimínase a auga superior do concentrado de flotación e, a continuación, decapada por ultrasóns, e despois peneira para obter o material groso de + 0,1 mm como area de cuarzo de alta pureza. O método da invención non só pode obter produtos de concentrado de cuarzo de alta calidade, senón que tamén ten un tempo de procesamento curto, un fluxo de proceso sinxelo, un baixo consumo de enerxía e unha alta calidade do concentrado de cuarzo obtido, que pode cumprir os requisitos de calidade de alta pureza. cuarzo.
Os relaves de caolín conteñen unha gran cantidade de recursos de cuarzo. A través do beneficio, purificación e procesamento profundo, pode cumprir os requisitos para o uso de materias primas de vidro ultrabranco fotovoltaico. Isto tamén proporciona unha nova idea para a utilización integral dos recursos de relaves de caolín.
3. Visión xeral do mercado de area de cuarzo con baixo contido de ferro para vidro fotovoltaico
Por unha banda, no segundo semestre de 2020, a capacidade de produción restrinxida pola expansión non pode facer fronte á demanda explosiva baixo a alta prosperidade. A oferta e a demanda de vidro fotovoltaico está desequilibrada e o prezo está a dispararse. Baixo a convocatoria conxunta de moitas empresas de módulos fotovoltaicos, en decembro de 2020, o Ministerio de Industria e Tecnoloxía da Información emitiu un documento no que aclaraba que o proxecto de vidro laminado fotovoltaico pode non formular un plan de substitución de capacidade. Afectada pola nova política, a taxa de crecemento da produción de vidro fotovoltaico ampliarase a partir de 2021. Segundo a información pública, a capacidade de vidro fotovoltaico laminado cun plan claro de produción o 21/22 alcanzará as 22250/26590t/d, cun taxa de crecemento anual do 68,4/48,6%. No caso das garantías da política e da demanda, espérase que a area fotovoltaica produza un crecemento explosivo.
Capacidade de produción da industria de vidro fotovoltaico 2015-2022
Por outra banda, o aumento substancial da capacidade de produción de vidro fotovoltaico pode facer que a subministración de area de sílice con baixo contido de ferro supere a oferta, o que á súa vez restrinxe a produción real de capacidade de produción de vidro fotovoltaico. Segundo as estatísticas, desde 2014, a produción doméstica de area de cuarzo do meu país foi xeralmente lixeiramente inferior á demanda interna, e a oferta e a demanda mantiveron un equilibrio axustado.
Ao mesmo tempo, os recursos domésticos de cuarzo de baixo contido de ferro do meu país son escasos, concentrados en Heyuan de Guangdong, Beihai de Guangxi, Fengyang de Anhui e Donghai de Jiangsu, e hai que importar unha gran cantidade deles.
A area de cuarzo ultrabranca de baixo contido de ferro é unha das materias primas importantes (que representa preto do 25% do custo da materia prima) nos últimos anos. O prezo tamén foi subindo. No pasado, foi de preto de 200 yuan/tonelada durante moito tempo. Tras o estalido da epidemia Q1 en 20 anos, caeu desde un nivel elevado, e actualmente mantén un funcionamento estable polo momento.
En 2020, a demanda global de area de cuarzo do meu país será de 90,93 millóns de toneladas, a produción será de 87,65 millóns de toneladas e a importación neta será de 3,278 millóns de toneladas. Segundo a información pública, a cantidade de pedra de cuarzo en 100 kg de vidro fundido é duns 72,2 kg. Segundo o plan de expansión actual, o aumento da capacidade de vidro fotovoltaico en 2021/2022 pode chegar a 3,23/24500t/d, segundo a produción anual Calculada nun período de 360 días, a produción total corresponderá ao novo aumento da demanda de baixo custo. -Area de sílice de ferro de 836/635 millóns de toneladas/ano, é dicir, a nova demanda de area de sílice de baixo contido de ferro traída polo vidro fotovoltaico en 2021/2022 representará a area de cuarzo global en 2020 o 9,2%/7,0% da demanda. . Tendo en conta que a area de sílice con baixo contido de ferro só representa unha parte da demanda total de area de sílice, a presión da oferta e da demanda de area de sílice con baixo contido de ferro causada polo investimento a gran escala na capacidade de produción de vidro fotovoltaico pode ser moito maior que a presión sobre a area de sílice. a industria xeral da area de cuarzo.
—Artigo de Powder Network
Hora de publicación: 11-12-2021