V obdobju »14. petletnega načrta« bo v skladu s strateškim načrtom države »ogljični vrh in ogljično nevtralen« fotovoltaična industrija vodila v eksploziven razvoj. Izbruh fotovoltaične industrije je "ustvaril bogastvo" za celotno industrijsko verigo. V tej bleščeči verigi je fotovoltaično steklo nepogrešljiv člen. Danes, ko zagovarjamo varčevanje z energijo in varstvo okolja, povpraševanje po fotonapetostnem steklu narašča iz dneva v dan, obstaja pa neravnovesje med ponudbo in povpraševanjem. Hkrati se je podražil tudi kremenčev pesek z nizko vsebnostjo železa in ultra belega kremena, ki je pomemben material za fotonapetostno steklo, cena pa se je povečala, ponudba pa je primanjkovala. Industrijski strokovnjaki napovedujejo, da se bo kremenčev pesek z nizko vsebnostjo železa dolgoročno povečal za več kot 15 % v več kot 10 letih. Pod močnim vetrom fotovoltaike je proizvodnja kremenčevega peska z nizko vsebnostjo železa pritegnila veliko pozornosti.
1. Kremenčev pesek za fotovoltaično steklo
Fotonapetostno steklo se običajno uporablja kot inkapsulacijsko ploščo fotovoltaičnih modulov in je v neposrednem stiku z zunanjim okoljem. Njegova odpornost na vremenske vplive, trdnost, prepustnost svetlobe in drugi kazalci igrajo osrednjo vlogo pri življenjski dobi fotovoltaičnih modulov in dolgoročni učinkovitosti proizvodnje električne energije. Železove ione v kremenovem pesku je enostavno barvati in da bi zagotovili visoko sončno prepustnost originalnega stekla, je vsebnost železa v fotovoltaičnem steklu nižja kot v navadnem steklu in kremenovem pesku z nizko vsebnostjo železa in visoko čistostjo silicija in uporabiti je treba nizko vsebnost nečistoč.
Trenutno je v naši državi nekaj visokokakovostnih kremenčevih peskov z nizko vsebnostjo železa, ki jih je enostavno kopati in so v glavnem razdeljeni v Heyuan, Guangxi, Fengyang, Anhui, Hainan in druga mesta. V prihodnosti bo z rastjo proizvodnih zmogljivosti ultrabelega reliefnega stekla za sončne celice postal visokokakovosten kremenčev pesek z omejeno proizvodno površino razmeroma redek vir. Dobava visokokakovostnega in stabilnega kremenčevega peska bo v prihodnosti omejevala konkurenčnost podjetij za fotonapetostno steklo. Zato je vroča raziskovalna tema, kako učinkovito zmanjšati vsebnost železa, aluminija, titana in drugih nečistoč v kremenčevem pesku ter pripraviti kremenčev pesek visoke čistosti.
2. Proizvodnja kremenčevega peska z nizko vsebnostjo železa za fotovoltaično steklo
2.1 Čiščenje kremenčevega peska za fotovoltaično steklo
Trenutno tradicionalni postopki čiščenja kremena, ki se zrelo uporabljajo v industriji, vključujejo sortiranje, čiščenje, kaljenje v kalcinirani vodi, mletje, sejanje, magnetno ločevanje, gravitacijsko ločevanje, flotacijo, kislinsko izpiranje, mikrobno izpiranje, visokotemperaturno razplinjevanje itd., Postopki globokega čiščenja vključujejo klorirano praženje, obsevano barvno razvrščanje, superprevodno magnetno razvrščanje, visokotemperaturni vakuum in tako naprej. Splošni postopek čiščenja domačega kremenčevega peska se je prav tako razvil od zgodnjega »mletja, magnetne separacije, pranja« do »ločevanja → grobega drobljenja → kalcinacije → kaljenja v vodi → mletja → presejanja → magnetne separacije → flotacije → kisline Kombinirani proces obogatenja potapljanja → pranja → sušenja v kombinaciji z mikrovalovi, ultrazvokom in drugimi sredstvi za predobdelavo ali pomožno čiščenje močno izboljša učinek čiščenja. Glede na zahteve po nizki vsebnosti železa v fotovoltaičnem steklu se v glavnem uvajajo raziskave in razvoj metod odstranjevanja kremenčevega peska.
Na splošno je železo v kremenčevi rudi v naslednjih šestih pogostih oblikah:
① Obstajajo v obliki drobnih delcev v glini ali kaoliniziranem glinencu
②Pritrjen na površino delcev kremena v obliki filma železovega oksida
③Železovi minerali, kot so hematit, magnetit, spekularit, kinit itd., ali minerali, ki vsebujejo železo, kot so sljuda, amfibol, granat itd.
④Je v stanju potopitve ali leče znotraj kremenčevih delcev
⑤ Obstajajo v stanju trdne raztopine znotraj kristala kremena
⑥ Določena količina sekundarnega železa bo zmešana v procesu drobljenja in mletja
Za učinkovito ločevanje mineralov, ki vsebujejo železo, od kremena je treba najprej ugotoviti stanje prisotnosti nečistoč železa v kremenovi rudi in izbrati razumno metodo obogatenja in postopek ločevanja, da dosežemo odstranitev nečistoč železa.
(1) Postopek magnetne separacije
Postopek magnetne separacije lahko v največji meri odstrani šibke magnetne nečistoče, kot so hematit, limonit in biotit, vključno s spojenimi delci. Glede na magnetno moč lahko magnetno ločevanje razdelimo na močno magnetno ločevanje in šibko magnetno ločevanje. Močna magnetna separacija običajno uporablja močan mokri magnetni separator ali magnetni separator z visokim gradientom.
Na splošno lahko kremenčev pesek, ki vsebuje predvsem šibke magnetne nečistoče, kot so limonit, hematit, biotit itd., izberemo z močnim magnetnim strojem mokrega tipa pri vrednosti nad 8,0 × 105 A/m; Za močne magnetne minerale, v katerih prevladuje železova ruda, je za ločevanje bolje uporabiti stroj s šibkim magnetom ali srednje magnetni stroj. [2] Dandanes sta se z uporabo magnetnih separatorjev z visokim gradientom in močnim magnetnim poljem magnetna separacija in čiščenje bistveno izboljšala v primerjavi s preteklostjo. Na primer, uporaba močnega magnetnega separatorja z elektromagnetnim indukcijskim valjem za odstranjevanje železa pod jakostjo magnetnega polja 2,2 T lahko zmanjša vsebnost Fe2O3 z 0,002 % na 0,0002 %.
(2) Postopek flotacije
Flotacija je postopek ločevanja mineralnih delcev z različnimi fizikalnimi in kemijskimi lastnostmi na površini mineralnih delcev. Glavna naloga je odstraniti sorodno mineralno sljudo in glinenec iz kremenčevega peska. Za flotacijsko ločevanje mineralov, ki vsebujejo železo, in kremena je ugotovitev oblike pojavljanja nečistoč železa in oblike porazdelitve vsake velikosti delcev ključnega pomena za izbiro ustreznega postopka ločevanja za odstranjevanje železa. Večina mineralov, ki vsebujejo železo, ima ničelno električno točko nad 5, ki je v kislem okolju pozitivno nabita in teoretično primerna za uporabo anionskih zbiralnikov.
Maščobna kislina (milo), hidrokarbil sulfonat ali sulfat se lahko uporabijo kot anionski zbiralnik za flotacijo rude železovega oksida. Pirit je lahko flotacija pirita iz kremena v dekapiranem okolju s klasičnim flotacijskim sredstvom za izobutil ksantat in butilamin črni prah (4:1). Odmerek je približno 200 ppmw.
Flotacija ilmenita na splošno uporablja natrijev oleat (0,21 mol/L) kot flotacijsko sredstvo za uravnavanje pH na 4~10. Do kemijske reakcije pride med oleatnimi ioni in železovimi delci na površini ilmenita, da nastane železov oleat, ki se kemično adsorbira. Oleatni ioni ohranjajo ilmenit boljšo plavajočo sposobnost. Zbiralniki fosfonske kisline na osnovi ogljikovodikov, razviti v zadnjih letih, imajo dobro selektivnost in zmogljivost zbiranja ilmenita.
(3) Postopek kislinskega luženja
Glavni namen postopka kislinskega luženja je odstraniti topne minerale železa v kislinski raztopini. Dejavniki, ki vplivajo na učinek čiščenja pri izpiranju s kislino, vključujejo velikost delcev kremenčevega peska, temperaturo, čas, vrsto kisline, koncentracijo kisline, razmerje med trdno in tekočino itd., ter zvišajo temperaturo in raztopino kisline. Koncentracija in zmanjšanje polmera kremenčevih delcev lahko poveča hitrost izpiranja in hitrost izpiranja Al. Učinek čiščenja ene same kisline je omejen, mešana kislina pa ima sinergistični učinek, ki lahko močno poveča stopnjo odstranitve elementov nečistoč, kot sta Fe in K. Pogoste anorganske kisline so HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4 , H2C2O4, na splošno se dva ali več od njih zmeša in uporabi v določenem razmerju.
Oksalna kislina je pogosto uporabljena organska kislina za izpiranje s kislino. Z raztopljenimi kovinskimi ioni lahko tvori razmeroma stabilen kompleks, nečistoče pa se zlahka izperejo. Njegove prednosti so nizek odmerek in visoka stopnja odstranjevanja železa. Nekateri ljudje uporabljajo ultrazvok za pomoč pri čiščenju oksalne kisline in so ugotovili, da ima ultrazvok s sondo v primerjavi z običajnim mešanjem in ultrazvokom v rezervoarju najvišjo stopnjo odstranitve Fe, količina oksalne kisline je manjša od 4 g/L, stopnja odstranitve železa pa doseže 75,4 %.
Prisotnost razredčene kisline in fluorovodikove kisline lahko učinkovito odstrani kovinske nečistoče, kot so Fe, Al, Mg, vendar je treba količino fluorovodikove kisline nadzorovati, ker lahko fluorovodikova kislina razjeda delce kremena. Na kakovost postopka čiščenja vpliva tudi uporaba različnih vrst kislin. Med njimi ima mešana kislina HCl in HF najboljši učinek obdelave. Nekateri uporabljajo mešano sredstvo za izpiranje HCl in HF za čiščenje kremenčevega peska po magnetnem ločevanju. S kemičnim izpiranjem je skupna količina elementov nečistoč 40,71 μg/g, čistost SiO2 pa kar 99,993 mas. %.
(4) Mikrobno izpiranje
Mikroorganizmi se uporabljajo za izpiranje tankoslojnega železa ali impregniranje železa na površini delcev kremenčevega peska, kar je nedavno razvita tehnika za odstranjevanje železa. Tuje študije so pokazale, da je uporaba Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus in drugih mikroorganizmov za izpiranje železa na površini kremenčevega filma dosegla dobre rezultate, od katerih je učinek izpiranja železa iz Aspergillus niger optimalen. Stopnja odstranitve Fe2O3 je večinoma nad 75 %, kakovost koncentrata Fe2O3 pa le 0,007 %. In ugotovljeno je bilo, da bi bil učinek izpiranja železa s predhodnim gojenjem večine bakterij in plesni boljši.
2.2 Drugi napredek raziskav kremenčevega peska za fotovoltaično steklo
Da bi zmanjšali količino kisline, zmanjšali težave pri čiščenju odplak in bili okolju prijazni, Peng Shou [5] et al. je razkril metodo za pripravo 10 ppm kremenčevega peska z nizko vsebnostjo železa s postopkom brez dekapiranja: naravni žilni kremen se uporablja kot surovina in tristopenjsko drobljenje, prva stopnja mletja in druga stopnja razvrščanja lahko dosežeta 0,1 ~ 0,7 mm zrna ; pesek se loči s prvo stopnjo magnetne separacije in drugo stopnjo močnega magnetnega odstranjevanja mehanskega železa in mineralov, ki vsebujejo železo, da dobimo pesek za magnetno separacijo; magnetno ločevanje peska se doseže z drugo stopnjo flotacije Vsebnost Fe2O3 je nižja od 10 ppm kremenčevega peska z nizko vsebnostjo železa, flotacija uporablja H2SO4 kot regulator, prilagodi pH=2~3, uporablja natrijev oleat in propilen diamin na osnovi kokosovega olja kot zbiralnika . Pripravljen kremenčev pesek SiO2≥99,9%, Fe2O3≤10ppm, izpolnjuje zahteve silikatnih surovin, potrebnih za optično steklo, fotoelektrično zaslonsko steklo in kremenčevo steklo.
Po drugi strani pa je z izčrpavanjem virov visokokakovostnega kremena celovita uporaba nizkocenovnih virov pritegnila široko pozornost. Xie Enjun iz podjetja China Building Materials Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd. je uporabil odpadke kaolina za pripravo kremenovega peska z nizko vsebnostjo železa za fotovoltaično steklo. Glavna mineralna sestava jalovine Fujian kaolin je kremen, ki vsebuje majhno količino mineralov nečistoč, kot so kaolinit, sljuda in glinenec. Po predelavi kaolinske jalovine s postopkom obogatitve "mletje-hidravlična klasifikacija-magnetna separacija-flotacija" je vsebnost delcev velikosti 0,6 ~ 0,125 mm večja od 95 %, SiO2 je 99,62 %, Al2O3 je 0,065 %, Fe2O3 je 92×10-6 fini kremenčev pesek izpolnjuje zahteve glede kakovosti kremenovega peska z nizko vsebnostjo železa za fotovoltaično steklo.
Shao Weihua in drugi z Zhengzhou Inštituta za celovito uporabo mineralnih virov Kitajske akademije geoloških znanosti so objavili patent za izum: metoda za pripravo kremenčevega peska visoke čistosti iz jalovine kaolina. Koraki metode: a. Jalovina kaolina se uporablja kot surova ruda, ki se po mešanju in čiščenju preseje, da dobimo material +0,6 mm; b. +0,6 mm material se zmelje in razvrsti, mineralni material 0,4 mm0,1 mm pa se podvrže operaciji magnetnega ločevanja. Za pridobitev magnetnih in nemagnetnih materialov se nemagnetni materiali vključijo v operacijo gravitacijskega ločevanja, da dobimo gravitacijsko ločevanje lahkih mineralov in težki minerali z gravitacijskim ločevanjem in lahki minerali z gravitacijskim ločevanjem vstopijo v operacijo ponovnega mletja za presejanje, da dobimo minerale +0,1 mm; c.+0,1 mm Mineral vstopi v operacijo flotacije, da dobimo flotacijski koncentrat. Zgornjo vodo flotacijskega koncentrata odstranimo in nato ultrazvočno lužimo ter nato presejemo, da dobimo +0,1 mm grobega materiala kot kremenčev pesek visoke čistosti. Metoda izuma ne omogoča samo pridobivanja visokokakovostnih kremenčevih koncentratov, temveč ima tudi kratek čas obdelave, preprost potek postopka, nizko porabo energije in visoko kakovost pridobljenega kremenčevega koncentrata, ki lahko izpolnjuje zahteve glede kakovosti visoke čistosti. kremen.
Jalovina kaolina vsebuje veliko virov kremena. Z obogatenjem, čiščenjem in globoko predelavo lahko izpolni zahteve za uporabo fotovoltaičnih ultrabelih steklenih surovin. To daje tudi novo idejo za celovito uporabo virov kaolinske jalovine.
3. Pregled trga kremenčevega peska z nizko vsebnostjo železa za fotovoltaično steklo
Po eni strani se v drugi polovici leta 2020 proizvodne zmogljivosti, omejene s širitvijo, ne morejo spopasti z eksplozivnim povpraševanjem ob visoki blaginji. Ponudba in povpraševanje po fotovoltaičnem steklu sta neuravnotežena, cena pa strmo narašča. V okviru skupnega poziva številnih podjetij za fotonapetostne module je decembra 2020 Ministrstvo za industrijo in informacijsko tehnologijo izdalo dokument, ki pojasnjuje, da projekt fotonapetostnega valjanega stekla ne sme oblikovati načrta zamenjave zmogljivosti. Na podlagi nove politike se bo stopnja rasti proizvodnje fotonapetostnega stekla od leta 2021 povečala. Po javnih informacijah bo zmogljivost valjanega fotonapetostnega stekla z jasnim načrtom proizvodnje v 21/22 dosegla 22250/26590t/d, z letna stopnja rasti 68,4/48,6 %. V primeru politik in jamstev na strani povpraševanja se pričakuje, da bo fotovoltaični pesek sprožil eksplozivno rast.
2015-2022 proizvodna zmogljivost industrije fotovoltaičnega stekla
Po drugi strani pa lahko znatno povečanje proizvodne zmogljivosti fotonapetostnega stekla povzroči, da ponudba kremenčevega peska z nizko vsebnostjo železa preseže ponudbo, kar posledično omejuje dejansko proizvodnjo proizvodnih zmogljivosti fotovoltaičnega stekla. Po statističnih podatkih je od leta 2014 domača proizvodnja kremenčevega peska v moji državi na splošno nekoliko nižja od domačega povpraševanja, ponudba in povpraševanje pa ohranjata tesno ravnovesje.
Hkrati so domači viri kremena z nizko vsebnostjo železa v moji državi redki, skoncentrirani v Heyuan v Guangdongu, Beihai v Guangxi, Fengyang v Anhuiju in Donghai v Jiangsuju, zato jih je treba veliko količino uvoziti.
Ultra bel kremenov pesek z nizko vsebnostjo železa je ena od pomembnih surovin (ki predstavlja približno 25 % stroškov surovin) v zadnjih letih. Tudi cena je rasla. V preteklosti je bila dolgo časa okoli 200 juanov/tono. Po izbruhu epidemije Q1 v 20 letih je padel z visoke ravni in zaenkrat ohranja stabilno delovanje.
Leta 2020 bo skupno povpraševanje moje države po kremenčevem pesku znašalo 90,93 milijona ton, proizvodnja bo 87,65 milijona ton, neto uvoz pa 3,278 milijona ton. Po javnih informacijah je količina kremenčevega kamna v 100 kg staljenega stekla približno 72,2 kg. V skladu s trenutnim načrtom širitve lahko povečanje zmogljivosti fotovoltaičnega stekla v letih 2021/2022 doseže 3,23/24500 t/d, glede na letno proizvodnjo, izračunano v 360-dnevnem obdobju, bo skupna proizvodnja ustrezala na novo povečanemu povpraševanju po nizkih -železovi kremenčev pesek 836/635 milijonov ton/leto, kar pomeni, da bo novo povpraševanje po kremenčevem pesku z nizko vsebnostjo železa, ki ga je prineslo fotonapetostno steklo v letih 2021/2022, predstavljalo celoten kremenčev pesek v letu 2020 9,2 %/7,0 % povpraševanja . Glede na to, da kremenčev pesek z nizko vsebnostjo železa predstavlja le del celotnega povpraševanja po kremenčevem pesku, sta lahko pritisk ponudbe in povpraševanja po kremenčevem pesku z nizko vsebnostjo železa, ki ga povzročajo obsežne naložbe v proizvodne zmogljivosti fotovoltaičnega stekla, veliko večji od pritiska na celotno industrijo kremenčevega peska.
—Članek iz mreže Powder Network
Čas objave: 11. december 2021