V obdobju »14. petletnega načrta« bo v skladu s strateškim načrtom države »ogljični vrh in ogljično nevtralno« fotovoltaična industrija vodila do eksplozivnega razvoja.Izbruh fotovoltaične industrije je "ustvaril bogastvo" za celotno industrijsko verigo.V tej bleščeči verigi je fotovoltaično steklo nepogrešljiv člen.Danes, ki se zavzema za varčevanje z energijo in varstvo okolja, povpraševanje po fotovoltaičnem 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 bel, pomemben material za fotovoltaično steklo, cena pa se je zvišala in ponudbe primanjkuje.Strokovnjaki iz industrije napovedujejo, da se bo kremenov pesek z nizko vsebnostjo železa dolgoročno povečal za več kot 15 % za več kot 10 let.Pod močnim vetrom fotovoltaike je proizvodnja kremenčevega peska z nizko vsebnostjo železa pritegnila veliko pozornost.
1. Kremenčev pesek za fotovoltaično steklo
Fotonapetostno steklo se običajno uporablja kot inkapsulacijska plošča fotovoltaičnih modulov in je v neposrednem stiku z zunanjim okoljem.Njegova vremenska odpornost, moč, prepustnost svetlobe in drugi kazalniki igrajo osrednjo vlogo pri življenjski dobi fotovoltaičnih modulov in dolgoročni učinkovitosti proizvodnje električne energije.Železove ione v kremenčevem pesku je enostavno obarvati, in da bi zagotovili visoko sončno prepustnost originalnega stekla, je vsebnost železa v fotovoltaičnem steklu nižja od tiste v navadnem steklu, kremenčev pesek z nizko vsebnostjo železa pa z visoko čistostjo silicija. in je treba uporabiti nizko vsebnost nečistoč.
Trenutno je pri nas le malo visokokakovostnih kremenčevih pekov z nizko vsebnostjo železa, ki jih je enostavno kopati, in so večinoma razširjeni v Heyuanu, Guangxiju, Fengyangu, Anhuiju, Hainanu in drugih krajih.V prihodnosti bo z rastjo proizvodne zmogljivosti ultra belega reliefnega stekla za sončne celice visokokakovosten kremenov pesek z omejeno proizvodno površino postal razmeroma redek vir.Dobava visokokakovostnega in stabilnega kremenčevega peska bo v prihodnosti omejevala konkurenčnost podjetij za fotovoltaično 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, gašenje z kalcinacijo z vodo, mletje, sejanje, magnetno ločevanje, gravitacijsko ločevanje, flotacijo, kislinsko izpiranje, izpiranje mikrobov, visokotemperaturno razplinjevanje itd. Postopki globokega čiščenja vključujejo klorirano praženje, obsevano barvno sortiranje, superprevodno magnetno sortiranje, visokotemperaturni vakuum in tako naprej.Splošni postopek čiščenja kremenčevega peska v domačem okolju je bil razvit tudi od zgodnjega »mletja, magnetne separacije, pranja« do »ločevanja → grobega drobljenja → žganja → vodnega gašenja → mletja → presejanja → magnetne separacije → flotacije → kisline Kombinirani proces beneficiranja potapljanja→pranja→sušenja, v kombinaciji z mikrovalovno, ultrazvočno in drugimi sredstvi za predobdelavo ali pomožno čiščenje, močno izboljša učinek čiščenja.Glede na potrebe fotovoltaičnega stekla po nizki vsebnosti železa se uvajajo predvsem raziskave in razvoj metod odstranjevanja kremenčevega peska.
Na splošno železo obstaja v naslednjih šestih običajnih oblikah v kremenovi rudi:
① Obstajajo v obliki drobnih delcev v glini ali kaoliniziranem feldsparu
②Pritrjen na površino kremenovih delcev v obliki filma železovega oksida
③Železni 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 v delci kremena
⑤ Obstaja v stanju trdne raztopine znotraj kristala kremena
⑥ V procesu drobljenja in mletja se bo mešala določena količina sekundarnega železa
Za učinkovito ločevanje mineralov, ki vsebujejo železo, od kremena je treba najprej ugotoviti stanje prisotnosti železovih nečistoč v kremenovi rudi ter izbrati razumno metodo pridobivanja in ločevanja, da dosežemo odstranitev železovih nečistoč.
(1) Postopek magnetne ločevanja
Postopek magnetne ločevanja lahko v največji meri odstrani šibke magnetne nečistoče, kot so hematit, limonit in biotit, vključno s povezanimi delci.Glede na magnetno moč lahko magnetno ločevanje razdelimo na močno magnetno ločevanje in šibko magnetno ločevanje.Močna magnetna ločitev običajno uporablja mokri močan magnetni separator ali magnetni separator z visokim gradientom.
Na splošno lahko kremenov pesek, ki vsebuje predvsem šibke magnetne nečistoče, kot so limonit, hematit, biotit itd., izberemo z močnim magnetnim strojem mokrega tipa pri vrednosti nad 8,0×105A/m;Za močne magnetne minerale, v katerih prevladuje železova ruda, je bolje uporabiti šibek magnetni stroj ali srednje magnetni stroj za ločevanje.[2] Dandanes sta bila z uporabo magnetnih separatorjev z visokim gradientom in močnim magnetnim poljem magnetna separacija in čiščenje bistveno izboljšana v primerjavi s preteklostjo.Na primer, uporaba močnega magnetnega separatorja z elektromagnetno indukcijsko indukcijo za odstranjevanje železa pod jakostjo magnetnega polja 2,2T 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 funkcija je odstraniti sorodno mineralno sljudo in feldspar iz kremenčevega peska.Za flotacijsko ločevanje mineralov, ki vsebujejo železo, in kremena je ugotovitev oblike prisotnosti nečistoč železa in oblike porazdelitve vsake velikosti delcev ključ do izbire 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 je teoretično primerna za uporabo anionskih kolektorjev.
Maščobna kislina (milo), hidrokarbil sulfonat ali sulfat se lahko uporabi kot anionski zbiralnik za flotacijo rude železovega oksida.Pirit je lahko flotacija pirita iz kremena v okolju za luženje s klasičnim flotacijskim sredstvom za izobutil ksantat plus butilamin črni prah (4:1).Odmerek je približno 200 ppmw.
Za flotacijo ilmenita se običajno uporablja natrijev oleat (0,21 mol/L) kot flotacijsko sredstvo za nastavitev pH na 4~10.Med oleatnimi ioni in delci železa na površini ilmenita pride do kemične reakcije, da nastane železov oleat, ki je kemično adsorbiran. Oleatni ioni ohranjajo ilmenit z boljšo plavljivostjo.Zbiralci fosfonske kisline na osnovi ogljikovodikov, razviti v zadnjih letih, imajo dobro selektivnost in zmogljivost zbiranja za ilmenit.
(3) Postopek izpiranja s kislino
Glavni namen postopka izpiranja kisline je odstraniti topne železove minerale v kislinski raztopini.Dejavniki, ki vplivajo na učinek čiščenja s kislinskim izpiranjem, vključujejo velikost delcev kremenčevega peska, temperaturo, čas, vrsto kisline, koncentracijo kisline, razmerje med trdno in tekočino itd., ter povečajo temperaturo in raztopino kisline.Koncentracija in zmanjšanje polmera kremenovih delcev lahko povečata hitrost izpiranja in izpiranja Al.Učinek čiščenja ene kisline je omejen, mešana kislina pa ima sinergistični učinek, kar lahko močno poveča hitrost odstranjevanja nečistoč, kot sta Fe in K. Običajne anorganske kisline so HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4 , H2C2O4, se običajno dva ali več od njih mešata in uporabljata v določenem razmerju.
Oksalna kislina je običajno uporabljena organska kislina za izpiranje kisline.Z raztopljenimi kovinskimi ioni lahko tvori relativno stabilen kompleks, nečistoče pa se zlahka izperejo.Ima prednosti nizkega odmerka in visoke hitrosti odstranjevanja železa.Nekateri ljudje uporabljajo ultrazvok za pomoč pri čiščenju oksalne kisline in so ugotovili, da ima ultrazvok sonde v primerjavi z običajnim mešanjem in ultrazvokom v rezervoarju najvišjo hitrost odstranjevanja Fe, količina oksalne kisline je manjša od 4 g/L in hitrost odstranjevanja železa 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 razjedi delce kremena.Na kakovost postopka čiščenja vpliva tudi uporaba različnih vrst kislin.Med njimi ima mešana kislina HCl in HF najboljši učinek obdelave.Nekateri ljudje uporabljajo mešano sredstvo za izpiranje HCl in HF za čiščenje kremenovega peska po magnetni separaciji.S kemičnim izpiranjem je skupna količina 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 kremenčeve folije dosegla dobre rezultate, od katerih je učinek izpiranja železa Aspergillus niger optimalen.Stopnja odstranjevanja Fe2O3 je večinoma nad 75 %, kakovost koncentrata Fe2O3 pa je 0,007 %.Ugotovljeno je bilo, da bi bil učinek izpiranja železa s predhodno gojenjem večine bakterij in plesni boljši.
2.2 Drugi napredek v raziskavah kremenčevega peska za fotovoltaično steklo
Da bi zmanjšali količino kisline, zmanjšali težave pri čiščenju odplak in bili okolju prijazni, Peng Shou [5] et al.razkrila metodo za pripravo 10ppm kremenčevega peska z nizko vsebnostjo železa s postopkom brez luženja: naravni žilni kremen se uporablja kot surovina in tristopenjsko drobljenje. Prva stopnja mletja in druga stopnja razvrstitve lahko dobita zrnatost 0,1 ~ 0,7 mm ;pesek se loči s prvo stopnjo magnetne separacije in drugo stopnjo močnega magnetnega odstranjevanja mehanskega železa in železonosnih mineralov, da dobimo pesek za magnetno ločevanje;magnetna separacija peska se doseže z drugo stopnjo flotacije Vsebnost Fe2O3 je nižja od 10 ppm kremenovega 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 zbiralnike .Pripravljeni kremenov pesek SiO2≥99,9%, Fe2O3≤10ppm, izpolnjuje zahteve silikatnih surovin, potrebnih za optično steklo, fotoelektrično steklo in kremenovo steklo.
Po drugi strani pa je z izčrpanjem visokokakovostnih virov kremena široko pozornost pritegnila celovita izraba nizkocenovnih virov.Xie Enjun iz China Building Materials Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd. je uporabil kaolinsko jalovino za pripravo kremenovega peska z nizko vsebnostjo železa za fotovoltaično steklo.Glavna mineralna sestava jalovine Fujian kaolina je kremen, ki vsebuje majhno količino mineralov nečistoč, kot so kaolinit, sljuda in glinenec.Po obdelavi kaolinske jalovine s postopkom beneficiranja "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 kremenov pesek izpolnjuje zahteve glede kakovosti kremenovega peska z nizko vsebnostjo železa za fotovoltaično steklo.
Shao Weihua in drugi z Inštituta za celovito uporabo mineralnih surovin Zhengzhou, Kitajska akademija geoloških znanosti, so objavili patent za izum: metodo za pripravo kremenčevega peska visoke čistosti iz kaolinske jalovine.Koraki metode: a.Kaolinska jalovina se uporablja kot surova ruda, ki jo po mešanju presejemo in očistimo, da dobimo +0,6 mm materiala;b.+0,6 mm material je zmlet in razvrščen, mineralni material 0,4 mm0,1 mm pa je podvržen operaciji magnetne ločevanja. Za pridobitev magnetnih in nemagnetnih materialov, nemagnetni materiali vstopijo v operacijo gravitacijske ločevanja, da dobijo lahke minerale za gravitacijsko ločevanje in težki minerali za ločevanje z gravitacijo in lahki minerali za gravitacijsko ločevanje vstopijo v operacijo ponovnega mletja za presejanje, da dobijo minerale +0,1 mm;c.+0,1 mm Mineral vstopi v flotacijsko operacijo, da dobimo flotacijski koncentrat.Zgornjo vodo flotacijskega koncentrata odstranimo in nato ultrazvočno vložimo, nato pa presejemo, da dobimo +0,1 mm grobi material kot kremenov pesek visoke čistosti.Metoda v smislu izuma ne omogoča samo pridobivanja visokokakovostnih kremenovih koncentratov, temveč ima tudi kratek čas obdelave, preprost procesni tok, nizko porabo energije in visoko kakovost pridobljenega kremenovega koncentrata, ki lahko izpolni zahteve glede kakovosti visoke čistosti. kremen.
Jalovina kaolina vsebuje veliko količino kremenovih virov.Z obogatitvijo, čiščenjem in globoko predelavo lahko izpolni zahteve za uporabo surovin iz fotovoltaičnega ultrabelega stekla.To daje tudi novo idejo za celovito izrabo virov iz jalovine kaolina.
3. Pregled trga kremenovega peska z nizko vsebnostjo železa za fotovoltaično steklo
Po eni strani se v drugi polovici leta 2020 proizvodne zmogljivosti, ki so omejene s širitvijo, ne morejo spopasti z eksplozivnim povpraševanjem v času visoke blaginje.Ponudba in povpraševanje po fotovoltaičnem steklu sta neuravnotežena, cena pa narašča.Ministrstvo za industrijo in informacijsko tehnologijo je decembra 2020 na skupnem pozivu številnih podjetij, ki se ukvarjajo s fotonapetostnimi moduli, izdalo dokument, v katerem je pojasnjeno, da projekt fotovoltaičnega valjanega stekla morda ne bo oblikoval načrta zamenjave zmogljivosti.Na podlagi nove politike se bo stopnja rasti proizvodnje fotovoltaičnega stekla povečala od leta 2021. Po javnih informacijah bo zmogljivost valjanega fotovoltaičnega stekla z jasnim načrtom za proizvodnjo 21./22. dosegla 22250/26590 t/d. letna stopnja rasti 68,4/48,6 %.V primeru jamstev politike in povpraševanja naj bi fotovoltaični pesek uvedel eksplozivno rast.
Proizvodna zmogljivost fotovoltaične steklarske industrije 2015-2022
Po drugi strani pa lahko znatno povečanje proizvodne zmogljivosti fotovoltaičnega stekla povzroči, da oskrba s kremenčevim peskom 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 Guangxiju, Fengyang v Anhuiju in Donghai v Jiangsuju, veliko količino pa jih je treba uvoziti.
Ultrabel kremenov pesek z nizko vsebnostjo železa je ena izmed pomembnih surovin (ki predstavlja približno 25 % stroškov surovine) v zadnjih letih.Tudi cena se je dvignila.V preteklosti je bil že dolgo okoli 200 juanov/tono.Po izbruhu epidemije Q1 v 20 letih je padel z visoke ravni, trenutno pa zaenkrat ohranja stabilno delovanje.
Leta 2020 bo celotno povpraševanje moje države po kremenčevem pesku 90,93 milijona ton, proizvodnja 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.Glede na sedanji načrt širitve bi lahko povečanje zmogljivosti fotovoltaičnega stekla v letih 2021/2022 doseglo 3,23/24500 t/d, glede na letno proizvodnjo, izračunano na 360-dnevno obdobje, bo skupna proizvodnja ustrezala na novo povečanemu povpraševanju po nizkih - železov kremenčev pesek 836/635 milijonov ton/leto, torej novo povpraševanje po kremenčevem pesku z nizko vsebnostjo železa, ki ga je prineslo fotovoltaično steklo v letih 2021/2022, bo v letu 2020 predstavljalo celotno kremenčev pesek 9,2 %/7,0 % povpraševanja .Glede na to, da kremenčev pesek z nizko vsebnostjo železa predstavlja le del celotnega povpraševanja po kremenčevem pesku, je lahko pritisk ponudbe in povpraševanja po kremenčevem pesku z nizko vsebnostjo železa, ki ga povzroča obsežna naložba v proizvodne zmogljivosti fotovoltaičnega stekla, veliko višji od pritiska na celotno industrijo kremenčevega peska.
— Članek iz Powder Network
Čas objave: 11. december 2021