Semasa tempoh "Rancangan Lima Tahun ke-14", menurut pelan strategik "puncak karbon dan neutral karbon" negara, industri fotovoltaik akan membawa kepada pembangunan yang pesat. Kemunculan industri fotovoltaik telah "mencipta kekayaan" untuk seluruh rantaian perindustrian. Dalam rantaian yang mempesonakan ini, kaca fotovoltaik merupakan penghubung yang sangat penting. Hari ini, dengan menyokong pemuliharaan tenaga dan perlindungan alam sekitar, permintaan untuk kaca fotovoltaik semakin meningkat dari hari ke hari, dan terdapat ketidakseimbangan antara penawaran dan permintaan. Pada masa yang sama, pasir kuarza rendah besi dan ultra putih, bahan penting untuk kaca fotovoltaik, juga telah meningkat, dan harga telah meningkat dan bekalannya berkurangan. Pakar industri meramalkan bahawa pasir kuarza rendah besi akan mengalami peningkatan jangka panjang lebih daripada 15% selama lebih daripada 10 tahun. Di bawah angin kencang fotovoltaik, pengeluaran pasir kuarza rendah besi telah menarik banyak perhatian.
1. Pasir kuarza untuk kaca fotovoltaik
Kaca fotovoltaik biasanya digunakan sebagai panel enkapsulasi modul fotovoltaik, dan ia bersentuhan langsung dengan persekitaran luaran. Rintangan cuaca, kekuatan, transmisi cahaya dan penunjuk lain memainkan peranan penting dalam jangka hayat modul fotovoltaik dan kecekapan penjanaan kuasa jangka panjang. Ion besi dalam pasir kuarza mudah dicelup, dan untuk memastikan transmisi suria yang tinggi pada kaca asal, kandungan besi kaca fotovoltaik adalah lebih rendah daripada kaca biasa, dan pasir kuarza besi rendah dengan ketulenan silikon yang tinggi dan kandungan bendasing yang rendah mesti digunakan.
Pada masa ini, terdapat beberapa pasir kuarza besi rendah berkualiti tinggi yang mudah dilombong di negara kita, dan ia kebanyakannya diedarkan di Heyuan, Guangxi, Fengyang, Anhui, Hainan dan tempat-tempat lain. Pada masa hadapan, dengan pertumbuhan kapasiti pengeluaran kaca timbul ultra putih untuk sel solar, pasir kuarza berkualiti tinggi dengan kawasan pengeluaran yang terhad akan menjadi sumber yang agak terhad. Bekalan pasir kuarza berkualiti tinggi dan stabil akan menyekat daya saing syarikat kaca fotovoltaik pada masa hadapan. Oleh itu, cara mengurangkan kandungan besi, aluminium, titanium dan unsur-unsur kekotoran lain dalam pasir kuarza dan menyediakan pasir kuarza berketulenan tinggi secara berkesan merupakan topik penyelidikan yang hangat.
2. Pengeluaran pasir kuarza besi rendah untuk kaca fotovoltaik
2.1 Penulenan Pasir Kuarza untuk Kaca Fotovoltaik
Pada masa ini, proses penulenan kuarza tradisional yang sedang digunakan secara matang dalam industri termasuk penyisihan, penyentalan, pelindapkejutan kalsinasi-air, pengisaran, penapisan, pemisahan magnet, pemisahan graviti, pengapungan, pelindapkejutan asid, pelindapkejutan mikrob, penyahgas suhu tinggi, dan sebagainya. Proses penulenan mendalam termasuk pemanggangan berklorin, penyisihan warna penyinaran, penyisihan magnet superkonduktor, vakum suhu tinggi dan sebagainya. Proses pemanfaatan umum penulenan pasir kuarza domestik juga telah dibangunkan daripada "pengisaran, pemisahan magnet, pencucian" awal kepada "pemisahan → penghancuran kasar → pelindapkejutan kalsinasi → pelindapkejutan air → pengisaran → penyaringan → pemisahan magnet → pengapungan → asid. Proses pemanfaatan gabungan rendaman→pencucian→pengeringan, digabungkan dengan ketuhar gelombang mikro, ultrasonik dan cara lain untuk prarawatan atau penulenan tambahan, meningkatkan kesan penulenan dengan ketara. Memandangkan keperluan besi rendah kaca fotovoltaik, penyelidikan dan pembangunan kaedah penyingkiran pasir kuarza diperkenalkan terutamanya.
Secara amnya, besi wujud dalam enam bentuk biasa berikut dalam bijih kuarza:
① Wujud dalam bentuk zarah halus dalam tanah liat atau feldspar kaolin
②Dilekatkan pada permukaan zarah kuarza dalam bentuk filem oksida besi
③Mineral besi seperti hematit, magnetit, spekularit, qinit, dll. atau mineral yang mengandungi besi seperti mika, amfibol, garnet, dll.
④Ia berada dalam keadaan rendaman atau kanta di dalam zarah kuarza
⑤ Wujud dalam keadaan larutan pepejal di dalam kristal kuarza
⑥ Sejumlah besi sekunder akan dicampurkan dalam proses penghancuran dan pengisaran
Untuk mengasingkan mineral yang mengandungi besi daripada kuarza dengan berkesan, perlu terlebih dahulu memastikan keadaan kejadian bendasing besi dalam bijih kuarza dan memilih kaedah pemanfaatan dan proses pemisahan yang munasabah untuk mencapai penyingkiran bendasing besi.
(1) Proses pemisahan magnetik
Proses pemisahan magnetik dapat menyingkirkan mineral bendasing magnetik yang lemah seperti hematit, limonit dan biotit termasuk zarah-zarah yang bergabung sehingga tahap yang paling tinggi. Mengikut kekuatan magnetik, pemisahan magnetik boleh dibahagikan kepada pemisahan magnetik yang kuat dan pemisahan magnetik yang lemah. Pemisahan magnetik yang kuat biasanya menggunakan pemisah magnetik yang kuat basah atau pemisah magnetik yang bercerun tinggi.
Secara amnya, pasir kuarza yang mengandungi terutamanya mineral bendasing magnet lemah seperti limonit, hematit, biotit, dan sebagainya, boleh dipilih menggunakan mesin magnet kuat jenis basah pada nilai melebihi 8.0×105A/m; Bagi mineral magnet kuat yang didominasi oleh bijih besi, adalah lebih baik menggunakan mesin magnet lemah atau mesin magnet sederhana untuk pemisahan. [2] Pada masa kini, dengan penggunaan pemisah magnet berkecerunan tinggi dan medan magnet kuat, pemisahan dan penulenan magnet telah dipertingkatkan dengan ketara berbanding masa lalu. Contohnya, menggunakan pemisah magnet kuat jenis penggelek aruhan elektromagnet untuk menyingkirkan besi di bawah kekuatan medan magnet 2.2T boleh mengurangkan kandungan Fe2O3 daripada 0.002% kepada 0.0002%.
(2) Proses pengapungan
Pengapungan ialah proses pemisahan zarah mineral melalui sifat fizikal dan kimia yang berbeza pada permukaan zarah mineral. Fungsi utamanya adalah untuk menyingkirkan mika dan feldspar mineral yang berkaitan daripada pasir kuarza. Untuk pemisahan pengapungan mineral yang mengandungi besi dan kuarza, mengetahui bentuk kejadian bendasing besi dan bentuk taburan setiap saiz zarah adalah kunci untuk memilih proses pemisahan yang betul untuk penyingkiran besi. Kebanyakan mineral yang mengandungi besi mempunyai titik elektrik sifar melebihi 5, yang bercas positif dalam persekitaran berasid, dan secara teorinya sesuai untuk penggunaan pengumpul anionik.
Asid lemak (sabun), hidrokarbil sulfonat atau sulfat boleh digunakan sebagai pengumpul anionik untuk pengapungan bijih besi oksida. Pirit boleh diapungkan daripada kuarza dalam persekitaran penjerukan dengan agen pengapungan klasik untuk isobutil xantat campur serbuk hitam butilamin (4:1). Dosnya adalah kira-kira 200ppmw.
Pengapungan ilmenit secara amnya menggunakan natrium oleat (0.21mol/L) sebagai agen pengapungan untuk melaraskan pH kepada 4~10. Tindak balas kimia berlaku antara ion oleat dan zarah besi pada permukaan ilmenit untuk menghasilkan oleat besi, yang diserap secara kimia. Ion oleat mengekalkan kebolehapungan ilmenit dengan lebih baik. Pengumpul asid fosfonik berasaskan hidrokarbon yang dibangunkan dalam beberapa tahun kebelakangan ini mempunyai selektiviti dan prestasi pengumpulan yang baik untuk ilmenit.
(3) Proses pelarutan asid
Tujuan utama proses pelindian asid adalah untuk menyingkirkan mineral besi larut dalam larutan asid. Faktor-faktor yang mempengaruhi kesan penulenan pelindian asid termasuk saiz zarah pasir kuarza, suhu, masa, jenis asid, kepekatan asid, nisbah pepejal-cecair, dan sebagainya, dan meningkatkan suhu dan larutan asid. Kepekatan dan pengurangan jejari zarah kuarza boleh meningkatkan kadar pelindian dan kadar pelindian Al. Kesan penulenan asid tunggal adalah terhad, dan asid campuran mempunyai kesan sinergi, yang boleh meningkatkan kadar penyingkiran unsur-unsur bendasing seperti Fe dan K dengan ketara. Asid tak organik biasa ialah HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4, H2C2O4, secara amnya dua atau lebih daripadanya dicampur dan digunakan dalam perkadaran tertentu.
Asid oksalik ialah asid organik yang biasa digunakan untuk pelarutan asid. Ia boleh membentuk kompleks yang agak stabil dengan ion logam terlarut, dan bendasing mudah dibersihkan. Ia mempunyai kelebihan dos yang rendah dan kadar penyingkiran besi yang tinggi. Sesetengah orang menggunakan ultrasound untuk membantu penulenan asid oksalik, dan mendapati bahawa berbanding dengan pengadukan konvensional dan ultrasound tangki, ultrasound prob mempunyai kadar penyingkiran Fe tertinggi, jumlah asid oksalik kurang daripada 4g/L, dan kadar penyingkiran besi mencapai 75.4%.
Kehadiran asid cair dan asid hidrofluorik boleh menyingkirkan bendasing logam seperti Fe, Al, Mg dengan berkesan, tetapi jumlah asid hidrofluorik mesti dikawal kerana asid hidrofluorik boleh menghakis zarah kuarza. Penggunaan pelbagai jenis asid juga mempengaruhi kualiti proses penulenan. Antaranya, asid campuran HCl dan HF mempunyai kesan pemprosesan yang terbaik. Sesetengah orang menggunakan agen pelarutan campuran HCl dan HF untuk menulenkan pasir kuarza selepas pemisahan magnetik. Melalui pelarutan kimia, jumlah unsur bendasing ialah 40.71μg/g, dan ketulenan SiO2 adalah setinggi 99.993wt%.
(4) Pelarutan mikrob
Mikroorganisma digunakan untuk melarutkan besi filem nipis atau meresapi besi pada permukaan zarah pasir kuarza, yang merupakan teknik yang baru dibangunkan untuk menyingkirkan besi. Kajian asing telah menunjukkan bahawa penggunaan Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus dan mikroorganisma lain untuk melarutkan besi pada permukaan filem kuarza telah mencapai hasil yang baik, di mana kesan pelarutan besi Aspergillus niger adalah optimum. Kadar penyingkiran Fe2O3 kebanyakannya melebihi 75%, dan gred pekatan Fe2O3 adalah serendah 0.007%. Dan didapati bahawa kesan pelarutan besi dengan pra-penanaman kebanyakan bakteria dan kulat akan menjadi lebih baik.
2.2 Kemajuan penyelidikan lain pasir kuarza untuk kaca fotovoltaik
Untuk mengurangkan jumlah asid, mengurangkan kesukaran rawatan kumbahan, dan mesra alam, Peng Shou [5] dkk. mendedahkan kaedah untuk menyediakan pasir kuarza besi rendah 10ppm melalui proses tanpa penjerukan: kuarza urat semula jadi digunakan sebagai bahan mentah, dan penghancuran tiga peringkat, Pengisaran peringkat pertama dan klasifikasi peringkat kedua boleh mendapatkan grit 0.1 ~ 0.7mm; grit dipisahkan oleh peringkat pertama pemisahan magnetik dan peringkat kedua penyingkiran magnetik kuat besi mekanikal dan mineral galas besi untuk mendapatkan pasir pemisahan magnetik; pemisahan magnetik pasir diperoleh melalui pengapungan peringkat kedua kandungan Fe2O3 lebih rendah daripada pasir kuarza besi rendah 10ppm, pengapungan menggunakan H2SO4 sebagai pengatur, melaraskan pH = 2 ~ 3, menggunakan natrium oleat dan propilena diamina berasaskan minyak kelapa sebagai pengumpul. Pasir kuarza yang disediakan SiO2≥99.9%, Fe2O3≤10ppm, memenuhi keperluan bahan mentah silika yang diperlukan untuk kaca optik, kaca paparan fotoelektrik dan kaca kuarza.
Sebaliknya, dengan kekurangan sumber kuarza berkualiti tinggi, penggunaan sumber rendah yang komprehensif telah menarik perhatian meluas. Xie Enjun dari China Building Materials Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd. menggunakan sisa kaolin untuk menyediakan pasir kuarza besi rendah untuk kaca fotovoltaik. Komposisi mineral utama sisa kaolin Fujian ialah kuarza, yang mengandungi sedikit mineral bendasing seperti kaolinit, mika, dan feldspar. Selepas sisa kaolin diproses melalui proses pemanfaatan "pengelasan pengisaran-hidraulik-pemisahan-pengapungan magnet", kandungan saiz zarah 0.6~0.125mm adalah lebih besar daripada 95%, SiO2 ialah 99.62%, Al2O3 ialah 0.065%, Fe2O3 ialah pasir kuarza halus 92×10-6 memenuhi keperluan kualiti pasir kuarza besi rendah untuk kaca fotovoltaik.
Shao Weihua dan lain-lain dari Institut Penggunaan Komprehensif Sumber Mineral Zhengzhou, Akademi Sains Geologi China, telah menerbitkan paten ciptaan: kaedah untuk menyediakan pasir kuarza berketulenan tinggi daripada sisa kaolin. Langkah-langkah kaedah: a. Sisa kaolin digunakan sebagai bijih mentah, yang diayak selepas dikacau dan digosok untuk mendapatkan bahan +0.6mm; b. Bahan +0.6mm dikisar dan dikelaskan, dan bahan mineral 0.4mm 0.1mm tertakluk kepada operasi pemisahan magnet. Untuk mendapatkan bahan magnet dan bukan magnet, bahan bukan magnet memasuki operasi pemisahan graviti untuk mendapatkan mineral ringan pemisahan graviti dan mineral berat pemisahan graviti, dan mineral ringan pemisahan graviti memasuki operasi pengisaran semula untuk menapis untuk mendapatkan mineral +0.1mm; c.+0.1mm Mineral memasuki operasi pengapungan untuk mendapatkan pekatan pengapungan. Air atas pekatan pengapungan dikeluarkan dan kemudian dijeruk secara ultrasonik, dan kemudian diayak untuk mendapatkan bahan kasar +0.1mm sebagai pasir kuarza berketulenan tinggi. Kaedah ciptaan ini bukan sahaja dapat memperoleh produk pekatan kuarza berkualiti tinggi, tetapi juga mempunyai masa pemprosesan yang singkat, aliran proses yang mudah, penggunaan tenaga yang rendah, dan kualiti pekatan kuarza yang diperoleh yang tinggi, yang dapat memenuhi keperluan kualiti kuarza berketulenan tinggi.
Sisa kaolin mengandungi sejumlah besar sumber kuarza. Melalui pemanfaatan, penulenan dan pemprosesan mendalam, ia dapat memenuhi keperluan penggunaan bahan mentah kaca ultra putih fotovoltaik. Ini juga memberikan idea baharu untuk penggunaan sumber sisa kaolin secara komprehensif.
3. Gambaran keseluruhan pasaran pasir kuarza besi rendah untuk kaca fotovoltaik
Di satu pihak, pada separuh kedua tahun 2020, kapasiti pengeluaran yang terhad akibat pengembangan tidak dapat menampung permintaan yang meletup di bawah kemakmuran yang tinggi. Penawaran dan permintaan kaca fotovoltaik tidak seimbang, dan harganya melambung tinggi. Di bawah seruan bersama banyak syarikat modul fotovoltaik, pada Disember 2020, Kementerian Perindustrian dan Teknologi Maklumat mengeluarkan dokumen yang menjelaskan bahawa projek kaca gulung fotovoltaik mungkin tidak merangka pelan penggantian kapasiti. Dipengaruhi oleh dasar baharu ini, kadar pertumbuhan pengeluaran kaca fotovoltaik akan diperluas mulai tahun 2021. Menurut maklumat awam, kapasiti kaca fotovoltaik gulung dengan pelan pengeluaran yang jelas pada 21/22 akan mencapai 22250/26590t/h, dengan kadar pertumbuhan tahunan sebanyak 68.4/48.6%. Dalam kes jaminan dasar dan permintaan, pasir fotovoltaik dijangka akan membawa pertumbuhan yang meletup.
Kapasiti pengeluaran industri kaca fotovoltaik 2015-2022
Sebaliknya, peningkatan besar dalam kapasiti pengeluaran kaca fotovoltaik boleh menyebabkan bekalan pasir silika rendah besi melebihi bekalan, yang seterusnya menyekat pengeluaran sebenar kapasiti pengeluaran kaca fotovoltaik. Menurut statistik, sejak tahun 2014, pengeluaran pasir kuarza domestik negara saya secara amnya sedikit lebih rendah daripada permintaan domestik, dan penawaran dan permintaan telah mengekalkan keseimbangan yang ketat.
Pada masa yang sama, sumber placer kuarza besi rendah domestik negara saya terhad, tertumpu di Heyuan Guangdong, Beihai Guangxi, Fengyang Anhui dan Donghai Jiangsu, dan sejumlah besar daripadanya perlu diimport.
Pasir kuarza ultra putih besi rendah merupakan salah satu bahan mentah penting (menyumbang kira-kira 25% daripada kos bahan mentah) dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Harganya juga telah meningkat. Pada masa lalu, ia telah berada sekitar 200 yuan/tan untuk masa yang lama. Selepas wabak wabak Suku Pertama dalam tempoh 20 tahun, ia telah jatuh dari paras yang tinggi, dan kini mengekalkan operasi yang stabil buat masa ini.
Pada tahun 2020, permintaan keseluruhan negara saya untuk pasir kuarza akan menjadi 90.93 juta tan, outputnya akan menjadi 87.65 juta tan, dan import bersih akan menjadi 3.278 juta tan. Menurut maklumat awam, jumlah batu kuarza dalam 100kg kaca cair adalah kira-kira 72.2kg. Menurut pelan pengembangan semasa, peningkatan kapasiti kaca fotovoltaik pada 2021/2022 mungkin mencecah 3.23/24500t/h, mengikut pengeluaran tahunan. Dikira dalam tempoh 360 hari, jumlah pengeluaran akan sepadan dengan peningkatan permintaan baru untuk pasir silika besi rendah sebanyak 836/635 juta tan/tahun, iaitu, permintaan baharu untuk pasir silika besi rendah yang dibawa oleh kaca fotovoltaik pada 2021/2022 akan menyumbang kepada pasir kuarza keseluruhan pada tahun 2020 iaitu 9.2%/7.0% daripada permintaan. Memandangkan pasir silika rendah besi hanya menyumbang sebahagian daripada jumlah permintaan pasir silika, tekanan penawaran dan permintaan pada pasir silika rendah besi yang disebabkan oleh pelaburan berskala besar kapasiti pengeluaran kaca fotovoltaik mungkin jauh lebih tinggi daripada tekanan pada keseluruhan industri pasir kuarza.
—Artikel daripada Rangkaian Serbuk
Masa siaran: 11 Dis-2021