Durante u periodu di u "14esimu Pianu Quinquennale", secondu u pianu strategicu di u paese "piccu di carbone è neutralità di carbone", l'industria fotovoltaica cunducerà à un sviluppu esplusivu. U scoppiu di l'industria fotovoltaica hà "creatu ricchezza" per tutta a catena industriale. In questa catena abbagliante, u vetru fotovoltaicu hè un ligame indispensabile. Oghje, difendendu a cunservazione di l'energia è a prutezzione di l'ambiente, a dumanda di vetru fotovoltaicu cresce ghjornu dopu ghjornu, è ci hè un squilibriu trà l'offerta è a dumanda. À u listessu tempu, a sabbia di quarzu à bassu cuntenutu di ferru è ultra bianca, un materiale impurtante per u vetru fotovoltaicu, hè ancu aumentata, è u prezzu hè aumentatu è l'offerta hè scarsa. L'esperti di l'industria prevedenu chì a sabbia di quarzu à bassu cuntenutu di ferru avarà un aumentu à longu andà di più di u 15% per più di 10 anni. Sottu à u forte ventu di u fotovoltaicu, a pruduzzione di sabbia di quarzu à bassu cuntenutu di ferru hà attiratu assai attenzione.
1. Sabbia di quarzu per u vetru fotovoltaicu
U vetru fotovoltaicu hè generalmente adupratu cum'è pannellu d'incapsulamentu di i moduli fotovoltaichi, è hè in cuntattu direttu cù l'ambiente esternu. A so resistenza à l'intemperie, a so forza, a so trasmittanza di a luce è altri indicatori ghjocanu un rolu cintrali in a vita di i moduli fotovoltaichi è in l'efficienza di generazione d'energia à longu andà. L'ioni di ferru in a sabbia di quarzu sò faciuli da tinghje, è per assicurà l'alta trasmittanza solare di u vetru originale, u cuntenutu di ferru di u vetru fotovoltaicu hè più bassu di quellu di u vetru ordinariu, è deve esse aduprata sabbia di quarzu à bassu cuntenutu di ferru cù alta purezza di siliciu è bassu cuntenutu d'impurità.
Attualmente, ci sò poche sabbie di quarzu à bassu cuntenutu di ferru di alta qualità chì sò faciuli da estrarre in u nostru paese, è sò principalmente distribuite in Heyuan, Guangxi, Fengyang, Anhui, Hainan è altri lochi. In u futuru, cù a crescita di a capacità di pruduzzione di vetru goffratu ultra-biancu per e cellule solari, a sabbia di quarzu di alta qualità cù una zona di pruduzzione limitata diventerà una risorsa relativamente scarsa. L'offerta di sabbia di quarzu di alta qualità è stabile limiterà a cumpetitività di e cumpagnie di vetru fotovoltaicu in u futuru. Dunque, cumu riduce efficacemente u cuntenutu di ferru, aluminiu, titaniu è altri elementi di impurità in a sabbia di quarzu è preparà sabbia di quarzu di alta purezza hè un tema di ricerca caldu.
2. Pruduzzione di sabbia di quarzu à bassu cuntenutu di ferru per u vetru fotovoltaicu
2.1 Purificazione di a sabbia di quarzu per u vetru fotovoltaicu
Attualmente, i prucessi tradiziunali di purificazione di u quarzu chì sò applicati maturamente in l'industria includenu a classificazione, u scrubbing, a calcinazione-tempra in acqua, a macinazione, a setacciatura, a separazione magnetica, a separazione per gravità, a flottazione, a lisciviazione à l'acidu, a lisciviazione microbica, u degassamentu à alta temperatura, ecc., I prucessi di purificazione prufonda includenu a tostatura clorurata, a classificazione di u culore irradiatu, a classificazione magnetica superconduttiva, u vacuum à alta temperatura è cusì. U prucessu generale di beneficiazione di a purificazione di a sabbia di quarzu domestica hè statu ancu sviluppatu da a prima "macinazione, separazione magnetica, lavaggio" à "separazione → frantumazione grossolana → calcinazione → tempra in acqua → macinazione → vagliatura → separazione magnetica → flottazione → acidu U prucessu di beneficiazione cumminatu di immersione → lavaggio → asciugatura, cumminatu cù microonde, ultrasoni è altri mezi per u pretrattamentu o a purificazione ausiliaria, migliora assai l'effettu di purificazione. In vista di i requisiti à bassu cuntenutu di ferru di u vetru fotovoltaicu, a ricerca è u sviluppu di metudi di rimozione di a sabbia di quarzu sò principalmente introdutti.
In generale, u ferru esiste in e seguenti sei forme cumuni in u minerale di quarzu:
① Esiste in forma di particelle fini in argilla o feldspatu caolinizatu
②Attaccatu à a superficia di particelle di quarzu in forma di film d'ossidu di ferru
③ Minerali di ferru cum'è ematite, magnetite, specularite, qinite, ecc. o minerali chì cuntenenu ferru cum'è mica, anfibolu, granatu, ecc.
④Hè in u statu d'immersione o di lente in l'internu di e particelle di quarzu
⑤ Esiste in u statu di suluzione solida in u cristallu di quarzu
⑥ Una certa quantità di ferru secundariu serà mischiata in u prucessu di frantumazione è macinazione
Per separà efficacemente i minerali chì cuntenenu ferru da u quarzu, hè necessariu prima verificà u statu di presenza di impurità di ferru in u minerale di quarzu è selezziunà un metudu di beneficiazione è un prucessu di separazione ragiunevuli per ottene a rimuzione di l'impurità di ferru.
(1) Prucessu di separazione magnetica
U prucessu di separazione magnetica pò eliminà i minerali d'impurità magnetiche debuli cum'è l'ematite, a limonite è a biotite, cumprese e particelle cunghjunte in a più grande misura. Sicondu a forza magnetica, a separazione magnetica pò esse divisa in separazione magnetica forte è separazione magnetica debule. A separazione magnetica forte di solitu adotta un separatore magneticu forte umitu o un separatore magneticu à gradiente altu.
In generale, a sabbia di quarzu chì cuntene principalmente minerali d'impurità magnetiche debuli cum'è limonite, ematite, biotite, ecc., pò esse selezziunata aduprendu una macchina magnetica forte di tipu umitu à un valore superiore à 8,0 × 105 A / m; Per i minerali magnetichi forti duminati da u minerale di ferru, hè megliu aduprà una macchina magnetica debule o una macchina magnetica media per a separazione. [2] Oghje, cù l'applicazione di separatori magnetichi à campu magneticu forte è à gradiente altu, a separazione magnetica è a purificazione sò state significativamente migliurate paragunate à u passatu. Per esempiu, l'usu di un separatore magneticu forte di tipu à rulli d'induzione elettromagnetica per rimuovere u ferru sottu à una forza di campu magneticu di 2,2 T pò riduce u cuntenutu di Fe2O3 da 0,002% à 0,0002%.
(2) Prucessu di flottazione
A flottazione hè un prucessu di separazione di e particelle minerali per via di diverse proprietà fisiche è chimiche nantu à a superficia di e particelle minerali. A funzione principale hè di caccià a mica è u feldspatu minerali correlati da a sabbia di quarzu. Per a separazione per flottazione di minerali chì cuntenenu ferru è quarzu, scopre a forma di presenza di l'impurità di ferru è a forma di distribuzione di ogni dimensione di particella hè a chjave per sceglie un prucessu di separazione adattatu per a rimuzione di u ferru. A maiò parte di i minerali chì cuntenenu ferru anu un puntu elettricu zero sopra à 5, chì hè caricatu pusitivamente in un ambiente acidicu, è teoricamente adattatu per l'usu di cullettori anionici.
L'acidu grassu (sapone), u sulfonatu d'idrocarbile o u sulfatu ponu esse aduprati cum'è cullettore anionicu per a flottazione di u minerale d'ossidu di ferru. A pirite pò esse flottata da u quarzu in un ambiente di decapaggio cù l'agente di flottazione classicu per u xantatu d'isobutil più a polvere nera di butilammina (4:1). A dosa hè di circa 200 ppmw.
A flottazione di l'ilmenite generalmente usa oleatu di sodiu (0,21 mol/L) cum'è agente di flottazione per aghjustà u pH à 4 ~ 10. Una reazione chimica si verifica trà l'ioni oleati è e particelle di ferru nantu à a superficia di l'ilmenite per pruduce oleatu di ferru, chì hè adsorbitu chimicamente. L'ioni oleati mantenenu l'ilmenite cù una migliore flottabilità. I cullettori di acidu fosfonicu à basa di idrocarburi sviluppati in l'ultimi anni anu una bona selettività è prestazioni di cullezzione per l'ilmenite.
(3) Prucessu di lisciviazione àcida
U scopu principale di u prucessu di lisciviazione à l'acidu hè di caccià i minerali di ferru solubili in a suluzione acida. I fattori chì influenzanu l'effettu di purificazione di a lisciviazione à l'acidu includenu a dimensione di e particelle di sabbia di quarzu, a temperatura, u tempu, u tipu d'acidu, a cuncentrazione d'acidu, u rapportu solidu-liquidu, ecc., è aumentanu a temperatura è a suluzione acida. A cuncentrazione è a riduzione di u raghju di e particelle di quarzu ponu aumentà a velocità di lisciviazione è a velocità di lisciviazione di Al. L'effettu di purificazione di un solu acidu hè limitatu, è l'acidu mischiatu hà un effettu sinergicu, chì pò aumentà assai a velocità di rimozione di elementi d'impurità cum'è Fe è K. L'acidi inorganici cumuni sò HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4, H2C2O4, generalmente dui o più di elli sò mischiati è aduprati in una certa proporzione.
L'acidu ossalicu hè un acidu organicu cumunimenti adupratu per a lisciviazione àcida. Pò furmà un cumplessu relativamente stabile cù l'ioni metallichi dissolti, è l'impurità sò facilmente lavate. Hà i vantaghji di un dosaggio bassu è di un altu tassu di rimozione di u ferru. Alcune persone utilizanu l'ultrasoni per aiutà a purificazione di l'acidu ossalicu, è anu trovu chì, paragunatu à l'agitazione cunvinziunale è à l'ultrasoni di u tank, l'ultrasoni di a sonda anu u più altu tassu di rimozione di Fe, a quantità di acidu ossalicu hè menu di 4 g/L, è u tassu di rimozione di u ferru righjunghje u 75,4%.
A prisenza di l'acidu diluitu è di l'acidu fluoridricu pò eliminà efficacemente l'impurità metalliche cum'è Fe, Al, Mg, ma a quantità di l'acidu fluoridricu deve esse cuntrullata perchè l'acidu fluoridricu pò corrode e particelle di quarzu. L'usu di diversi tipi d'acidi affetta ancu a qualità di u prucessu di purificazione. Trà elli, l'acidu mistu di HCl è HF hà u megliu effettu di trasfurmazione. Certi pirsuni utilizanu l'agente di lisciviazione mistu di HCl è HF per purificà a sabbia di quarzu dopu a separazione magnetica. Attraversu a lisciviazione chimica, a quantità tutale di elementi d'impurità hè 40,71 μg / g, è a purità di SiO2 hè alta cum'è 99,993 wt%.
(4) Lisciviazione microbica
I microorganismi sò aduprati per liscivià u ferru in film sottile o impregnallu nantu à a superficia di e particelle di sabbia di quarzu, chì hè una tecnica sviluppata di recente per rimuovere u ferru. Studi stranieri anu dimustratu chì l'usu di Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus è altri microorganismi per liscivià u ferru nantu à a superficia di u film di quarzu hà ottenutu boni risultati, di i quali l'effettu di Aspergillus niger lisciviendu u ferru hè ottimale. U tassu di rimozione di Fe2O3 hè per u più sopra à 75%, è u gradu di cuncentratu di Fe2O3 hè bassu cum'è 0,007%. È hè statu trovu chì l'effettu di a lisciviazione di u ferru cù a pre-cultura di a maiò parte di i batteri è di e muffe seria megliu.
2.2 Altri progressi di ricerca nantu à a sabbia di quarzu per u vetru fotovoltaicu
Per riduce a quantità d'acidu, riduce a difficultà di u trattamentu di l'acque di scaricu è esse rispettuosi di l'ambiente, Peng Shou [5] et al. anu divulgatu un metudu per preparà sabbia di quarzu à bassu cuntenutu di ferru 10 ppm per mezu di un prucessu senza decapaggio: u quarzu à vena naturale hè adupratu cum'è materia prima, è a frantumazione in trè tappe, a prima tappa di macinazione è a classificazione di a seconda tappa ponu ottene una grana di 0,1 ~ 0,7 mm; a grana hè separata da a prima tappa di separazione magnetica è a seconda tappa di forte rimozione magnetica di ferru meccanicu è minerali chì cuntenenu ferru per ottene sabbia di separazione magnetica; a separazione magnetica di a sabbia hè ottenuta da a seconda tappa di flottazione. U cuntenutu di Fe2O3 hè inferiore à 10 ppm di sabbia di quarzu à bassu cuntenutu di ferru, a flottazione usa H2SO4 cum'è regulatore, aghjusta u pH = 2 ~ 3, usa oleatu di sodiu è propilene diammina à basa d'oliu di coccu cum'è cullettori. A sabbia di quarzu preparata SiO2≥99,9%, Fe2O3≤10 ppm, risponde à i requisiti di e materie prime silicee necessarie per u vetru otticu, u vetru di visualizazione fotoelettrica è u vetru di quarzu.
Da l’altra parte, cù l’esaurimentu di e risorse di quarzu di alta qualità, l’utilizazione cumpleta di e risorse di bassa qualità hà attiratu una larga attenzione. Xie Enjun di China Building Materials Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd. hà utilizatu residui di caolinu per preparà sabbia di quarzu à bassu cuntenutu di ferru per u vetru fotovoltaicu. A principale cumpusizione minerale di i residui di caolinu di Fujian hè u quarzu, chì cuntene una piccula quantità di minerali d’impurità cum’è a caolinite, a mica è u feldspatu. Dopu chì i residui di caolinu sò stati trasfurmati da u prucessu di beneficiazione di "macinazione-classificazione idraulica-separazione magnetica-flottazione", u cuntenutu di particelle di 0,6 ~ 0,125 mm hè più grande di 95%, SiO2 hè 99,62%, Al2O3 hè 0,065%, Fe2O3 hè 92 × 10-6 sabbia di quarzu fina chì risponde à i requisiti di qualità di a sabbia di quarzu à bassu cuntenutu di ferru per u vetru fotovoltaicu.
Shao Weihua è altri di l'Istitutu Zhengzhou di l'Utilizazione Cumpleta di e Risorse Minerali, Accademia Cinese di Scienze Geologiche, anu publicatu un brevettu d'invenzione: un metudu per preparà sabbia di quarzu di alta purezza da residui di caolinu. I passi di u metudu: a. I residui di caolinu sò usati cum'è minerale crudu, chì hè stacciatu dopu esse statu mischiatu è lavatu per ottene materiale +0,6 mm; b. U materiale +0,6 mm hè macinatu è classificatu, è u materiale minerale 0,4 mm-0,1 mm hè sottumessu à l'operazione di separazione magnetica. Per ottene materiali magnetichi è non magnetichi, i materiali non magnetichi entranu in l'operazione di separazione per gravità per ottene i minerali leggeri di separazione per gravità è i minerali pesanti di separazione per gravità, è i minerali leggeri di separazione per gravità entranu in l'operazione di macinazione per vagliare per ottene minerali +0,1 mm; c. +0,1 mm U minerale entra in l'operazione di flottazione per ottene u concentratu di flottazione. L'acqua superiore di u concentratu di flottazione hè rimossa è poi marinata à ultrasoni, è poi stacciata per ottene u materiale grossu +0,1 mm cum'è sabbia di quarzu di alta purezza. U metudu di l'invenzione ùn pò micca solu ottene prudutti di concentratu di quarzu di alta qualità, ma hà ancu un tempu di trasfurmazione cortu, un flussu di prucessu simplice, un cunsumu energeticu bassu è una alta qualità di u concentratu di quarzu ottenutu, chì pò risponde à i requisiti di qualità di u quarzu di alta purezza.
I residui di caolinu cuntenenu una grande quantità di risorse di quarzu. Attraversu a beneficiazione, a purificazione è u trattamentu prufondu, ponu risponde à i requisiti per l'usu di materie prime di vetru ultra-biancu fotovoltaicu. Questu furnisce ancu una nova idea per l'utilizazione cumpleta di e risorse di residui di caolinu.
3. Panoramica di u mercatu di a sabbia di quarzu à bassu cuntenutu di ferru per u vetru fotovoltaicu
Da una parte, in a seconda metà di u 2020, a capacità di pruduzzione limitata da l'espansione ùn pò micca fà fronte à a dumanda esplusiva in un periodu di alta prosperità. L'offerta è a dumanda di vetru fotovoltaicu sò squilibrate, è u prezzu hè in crescita. Sutta a chjama cumuna di parechje cumpagnie di moduli fotovoltaici, in dicembre 2020, u Ministeru di l'Industria è di e Tecnulugie di l'Informazione hà publicatu un documentu chì chiarisce chì u prughjettu di vetru laminatu fotovoltaicu ùn pò micca formulà un pianu di sustituzione di capacità. Affettatu da a nova pulitica, u ritmu di crescita di a pruduzzione di vetru fotovoltaicu serà allargatu da u 2021. Sicondu l'infurmazioni publiche, a capacità di vetru fotovoltaicu laminatu cù un pianu chjaru per a pruduzzione in 21/22 righjunghjerà 22250/26590t/g, cù un ritmu di crescita annuale di 68,4/48,6%. In u casu di e garanzie pulitiche è di a dumanda, si prevede chì a sabbia fotovoltaica inaugurerà una crescita esplusiva.
Capacità di pruduzzione di l'industria di u vetru fotovoltaicu 2015-2022
Da l'altra parte, l'aumentu sustanziale di a capacità di pruduzzione di vetru fotovoltaicu pò fà chì l'offerta di sabbia di silice à bassu cuntenutu di ferru superi l'offerta, ciò chì à u so tornu limita a pruduzzione effettiva di a capacità di pruduzzione di vetru fotovoltaicu. Sicondu e statistiche, dapoi u 2014, a pruduzzione naziunale di sabbia di quarzu di u mo paese hè stata generalmente ligeramente inferiore à a dumanda naziunale, è l'offerta è a dumanda anu mantinutu un equilibriu strettu.
À u listessu tempu, e risorse naziunali di quarzu à bassu cuntenutu di ferru di u mo paese sò scarse, cuncintrate in Heyuan di Guangdong, Beihai di Guangxi, Fengyang di Anhui è Donghai di Jiangsu, è una grande quantità di elle deve esse impurtata.
A sabbia di quarzu ultra bianca à bassu cuntenutu di ferru hè una di e materie prime impurtanti (chì rapprisenta circa u 25% di u costu di a materia prima) in l'ultimi anni. U prezzu hè ancu in crescita. In u passatu, hè statu intornu à 200 yuan / tonna per un bellu pezzu. Dopu à u scoppiu di l'epidemia di u primu trimestre in 20 anni, hè cascatu da un livellu altu, è attualmente mantene un funziunamentu stabile per u mumentu.
In u 2020, a dumanda generale di u mo paese per a sabbia di quarzu serà di 90,93 milioni di tunnellate, a pruduzzione serà di 87,65 milioni di tunnellate, è l'impurtazione netta serà di 3,278 milioni di tunnellate. Sicondu l'infurmazioni publiche, a quantità di petra di quarzu in 100 kg di vetru fusu hè di circa 72,2 kg. Sicondu u pianu d'espansione attuale, l'aumentu di a capacità di vetru fotovoltaicu in u 2021/2022 pò ghjunghje à 3,23 / 24500 t / g, secondu a pruduzzione annuale. Calculata annantu à un periodu di 360 ghjorni, a pruduzzione tutale currisponderà à a nova dumanda aumentata di sabbia di silice à bassu cuntenutu di ferru di 836 / 635 milioni di tunnellate / annu, vale à dì, a nova dumanda di sabbia di silice à bassu cuntenutu di ferru purtata da u vetru fotovoltaicu in u 2021/2022 rapprisenterà a sabbia di quarzu generale in u 2020 9,2% / 7,0% di a dumanda. Cunsiderendu chì a sabbia di silice à bassu cuntenutu di ferru rapprisenta solu una parte di a dumanda tutale di sabbia di silice, a pressione di l'offerta è di a dumanda di sabbia di silice à bassu cuntenutu di ferru causata da l'investimentu à grande scala di a capacità di pruduzzione di vetru fotovoltaicu pò esse assai più alta chè a pressione nantu à l'industria generale di a sabbia di quarzu.
—Articulu da Powder Network
Data di publicazione: 11 dicembre 2021