ייצור וסקירת שוק של חול קוורץ דל ברזל לזכוכית פוטו-וולטאית

במהלך תקופת "תוכנית החומש ה-14", על פי התוכנית האסטרטגית של המדינה "שיא פחמן ונייטרלי פחמן", התעשייה הפוטו-וולטאית תוביל לפיתוח נפיץ. התפרצות התעשייה הפוטו-וולטאית "יצרה עושר" לכל שרשרת התעשייה. בשרשרת מסנוורת זו, זכוכית פוטו-וולטאית היא חוליה הכרחית. כיום, דוגלת בשימור אנרגיה ושמירה על הסביבה, הביקוש לזכוכית פוטו-וולטאית עולה מיום ליום, וקיים חוסר איזון בין היצע לביקוש. במקביל, עלה גם חול קוורץ דל ברזל ואולטרה לבן, חומר חשוב לזכוכית פוטו-וולטאית, והמחיר עלה וההיצע במחסור. מומחי תעשייה צופים שלחול קוורץ דל ברזל יהיה עלייה לטווח ארוך של יותר מ-15% במשך יותר מ-10 שנים. תחת הרוח החזקה של הפוטו-וולטאים, ייצור חול קוורץ דל ברזל משך תשומת לב רבה.

1. חול קוורץ לזכוכית פוטו-וולטאית

זכוכית פוטו-וולטאית משמשת בדרך כלל כפאנל המעטפת של מודולים פוטו-וולטאיים, והיא נמצאת במגע ישיר עם הסביבה החיצונית. עמידות מזג האוויר, חוזק, העברת האור ואינדיקטורים אחרים ממלאים תפקיד מרכזי בחיי מודולים פוטו-וולטאיים ויעילות ייצור חשמל לטווח ארוך. יוני הברזל בחול הקוורץ קלים לצביעה, וכדי להבטיח את העברת השמש הגבוהה של הזכוכית המקורית, תכולת הברזל של זכוכית פוטו-וולטאית נמוכה מזו של זכוכית רגילה, וחול קוורץ דל ברזל עם טוהר סיליקון גבוה. ויש להשתמש בתכולת טומאה נמוכה.

נכון להיום, ישנם מעט חולות קוורץ דל ברזל באיכות גבוהה שקל לכרות בארצנו, והם מופצים בעיקר ב-Heyuan, Guangxi, Fengyang, Anhui, Hainan ועוד. בעתיד, עם צמיחת כושר הייצור של זכוכית מובלטת אולטרה לבנה לתאים סולאריים, חול קוורץ איכותי עם שטח ייצור מוגבל יהפוך למשאב דל יחסית. אספקת חול קוורץ איכותי ויציב יגביל את התחרותיות של חברות זכוכית פוטו-וולטאית בעתיד. לכן, כיצד להפחית ביעילות את תכולת הברזל, האלומיניום, טיטניום ושאר יסודות הטומאה בחול קוורץ ולהכין חול קוורץ בטוהר גבוה הוא נושא מחקר חם.

2. ייצור חול קוורץ דל ברזל לזכוכית פוטו-וולטאית

2.1 טיהור חול קוורץ לזכוכית פוטו-וולטאית

כיום, תהליכי טיהור הקוורץ המסורתיים המיושמים באופן בוגר בתעשייה כוללים מיון, קרצוף, כיבוי מים, טחינה, ניפוי, הפרדה מגנטית, הפרדת כבידה, ציפה, שטיפת חומצה, שטיפת חיידקים, הסרת גז בטמפרטורה גבוהה וכו'. תהליכי טיהור עמוקים כוללים צלייה עם כלור, מיון צבע מוקרן, מיון מגנטי מוליך-על, ואקום בטמפרטורה גבוהה וכן הלאה. תהליך ההטבה הכללי של טיהור חול קוורץ ביתי פותח גם הוא מה"טחינה, הפרדה מגנטית, שטיפה" המוקדמת ל"הפרדה ← ריסוק גס ← סידוד ← כיבוי מים ← טחינה ← סינון ← הפרדה מגנטית ← ציפה ← חומצה תהליך ההטבה המשולב של טבילה → כביסה → ייבוש, בשילוב עם מיקרוגל, אולטרסאונד ואמצעים אחרים לטיפול מקדים או טיהור עזר, משפר מאוד את אפקט הטיהור. לאור דרישות הברזל הנמוכות של זכוכית פוטו-וולטאית, מחקר ופיתוח של שיטות להסרת חול קוורץ מוצגים בעיקר.

בדרך כלל ברזל קיים בשש הצורות הנפוצות הבאות בעפרות קוורץ:

① קיימים בצורה של חלקיקים עדינים בחימר או שדה שדה קאולין
②מחובר על פני השטח של חלקיקי קוורץ בצורה של סרט תחמוצת ברזל
③ מינרלים של ברזל כגון המטיט, מגנטיט, ספקולריט, קיניט וכו' או מינרלים המכילים ברזל כגון נציץ, אמפיבול, נופך וכו'.
④הוא במצב של טבילה או עדשה בתוך חלקיקי הקוורץ
⑤ קיים במצב של תמיסה מוצקה בתוך גביש הקוורץ
⑥ כמות מסוימת של ברזל משני תתערבב בתהליך הריסוק והטחינה

כדי להפריד ביעילות מינרלים המכילים ברזל מהקוורץ, יש צורך קודם כל לברר את מצב ההתרחשות של זיהומי ברזל בעפרות הקוורץ ולבחור שיטת הטבה ותהליך הפרדה סבירים כדי להשיג סילוק זיהומי ברזל.

(1) תהליך הפרדה מגנטית

תהליך ההפרדה המגנטית יכול להסיר את המינרלים הטומאה המגנטי החלש כגון המטיט, לימוניט וביוטיט כולל חלקיקים מחוברים במידה הרבה ביותר. על פי החוזק המגנטי, ניתן לחלק הפרדה מגנטית להפרדה מגנטית חזקה והפרדה מגנטית חלשה. ההפרדה המגנטית החזקה מאמצת בדרך כלל מפריד מגנטי חזק רטוב או מפריד מגנטי בעל שיפוע גבוה.

באופן כללי, חול הקוורץ המכיל בעיקר מינרלים מגנטיים חלשים כגון לימוניט, המטיט, ביוטיט וכו', ניתן לבחור באמצעות מכונה מגנטית חזקה מסוג רטוב בערך של מעל 8.0×105A/m; למינרלים מגנטיים חזקים הנשלטים על ידי עפרות ברזל, עדיף להשתמש במכונה מגנטית חלשה או במכונה מגנטית בינונית להפרדה. [2] כיום, עם היישום של מפרידי שדה מגנטי גבוה וחזק, ההפרדה והטיהור המגנטיים שופרו משמעותית בהשוואה לעבר. לדוגמה, שימוש במפריד מגנטי חזק מסוג רולר אינדוקציה אלקטרומגנטי להסרת ברזל מתחת לחוזק שדה מגנטי של 2.2T יכול להפחית את התוכן של Fe2O3 מ-0.002% ל-0.0002%.

(2) תהליך ציפה

ציפה היא תהליך של הפרדת חלקיקי מינרלים באמצעות תכונות פיזיקליות וכימיות שונות על פני השטח של חלקיקי מינרלים. הפונקציה העיקרית היא להסיר את המינרל נציץ ופלדספאר הקשורים מחול הקוורץ. להפרדת הציפה של מינרלים המכילים ברזל וקוורץ, גילוי צורת ההתרחשות של זיהומי ברזל וצורת ההפצה של כל גודל חלקיק הוא המפתח לבחירת תהליך הפרדה נכון להסרת ברזל. לרוב המינרלים המכילים ברזל יש נקודת אפס חשמלית מעל 5, הנטענת חיובית בסביבה חומצית, ומתאימה תיאורטית לשימוש בקולטים אניונים.

חומצות שומן (סבון), הידרוקרביל סולפונט או סולפט יכולות לשמש כאספן אניוני להצפת עפרות תחמוצת ברזל. פיריט יכול להיות הציפה של פיריט מקוורץ בסביבת כבישה עם חומר הציפה הקלאסי לאיזוביוטיל קסנטאט בתוספת אבקה שחורה של בוטילאמין (4:1). המינון הוא כ-200ppmw.

הציפה של אילמניט משתמשת בדרך כלל בנתרן אולאט (0.21מול/ליטר) כחומר ציפה כדי להתאים את ה-pH ל-4~10. תגובה כימית מתרחשת בין יוני אולאט וחלקיקי ברזל על פני השטח של האילמניט לייצור ברזל אולאט, אשר נספג כימית יוני אולאאט שומרים על אילמניט עם יכולת ציפה טובה יותר. לאספנים על בסיס חומצה פוספונית המבוססים על פחמימנים שפותחו בשנים האחרונות יש סלקטיביות וביצועי איסוף טובים לאילמניט.

(3) תהליך שטיפת חומצה

המטרה העיקרית של תהליך שטיפת החומצה היא להסיר מינרלים מסיסים של ברזל בתמיסת החומצה. הגורמים המשפיעים על אפקט הטיהור של שטיפת החומצה כוללים גודל חלקיקי חול קוורץ, טמפרטורה, זמן, סוג חומצה, ריכוז חומצה, יחס מוצק-נוזל וכו', והעלאת הטמפרטורה והתמיסה החומצית. ריכוז והפחתת הרדיוס של חלקיקי הקוורץ יכולים להגביר את קצב השטיפה וקצב השטיפה של Al. השפעת הטיהור של חומצה בודדת מוגבלת, ולחומצה המעורבת יש אפקט סינרגטי, שיכול להגביר מאוד את קצב ההסרה של יסודות זיהומים כמו Fe ו-K. חומצות אנאורגניות נפוצות הן HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4 , H2C2O4, בדרך כלל שניים או יותר מהם מעורבבים ומשמשים בפרופורציה מסוימת.

חומצה אוקסלית היא חומצה אורגנית נפוצה עבור שטיפת חומצה. זה יכול ליצור קומפלקס יציב יחסית עם יוני המתכת המומסים, והזיהומים נשטפים בקלות. יש לו את היתרונות של מינון נמוך וקצב הסרת ברזל גבוה. יש אנשים שמשתמשים באולטרסאונד כדי לסייע לטיהור חומצה אוקסלית, וגילו שבהשוואה לערבול קונבנציונלי ואולטרסאונד טנק, באולטרסאונד בדיקה יש את שיעור הסרת Fe הגבוה ביותר, כמות החומצה האוקסלית היא פחות מ-4 גרם/ליטר, וקצב הסרת הברזל מגיע 75.4%.

הנוכחות של חומצה מדוללת וחומצה הידרופלואורית יכולה להסיר ביעילות זיהומי מתכת כגון Fe, Al, Mg, אך יש לשלוט בכמות החומצה ההידרופלואורית מכיוון שחומצה הידרופלואורית עלולה להרוס את חלקיקי הקוורץ. השימוש בחומצות מסוגים שונים משפיע גם על איכות תהליך הטיהור. ביניהם, לחומצה המעורבת של HCl ו-HF יש את אפקט העיבוד הטוב ביותר. יש אנשים שמשתמשים בחומר שטיפה מעורב של HCl ו-HF כדי לטהר את חול הקוורץ לאחר הפרדה מגנטית. באמצעות שטיפה כימית, הכמות הכוללת של יסודות הטומאה היא 40.71μg/g, והטוהר של SiO2 הוא עד 99.993wt%.

(4) שטיפת חיידקים

מיקרואורגניזמים משמשים לשטיפה של ברזל סרט דק או הספגה של ברזל על פני השטח של חלקיקי חול קוורץ, שהיא טכניקה שפותחה לאחרונה להסרת ברזל. מחקרים זרים הראו כי השימוש באספרגילוס ניז'ר, פניציליום, פסאודומונס, פולימיקסין באצילוס ומיקרואורגניזמים אחרים לשטיפה של ברזל על פני סרט הקוורץ השיג תוצאות טובות, מהן ההשפעה של שטיפת ברזל אספרגילוס ניגר אופטימלית. שיעור ההסרה של Fe2O3 הוא לרוב מעל 75%, והדרגה של תרכיז Fe2O3 נמוכה עד 0.007%. ונמצא שהשפעת שטיפת הברזל עם גידול מקדים של רוב החיידקים והעובשים תהיה טובה יותר.

2.2 התקדמות מחקרית אחרת של חול קוורץ לזכוכית פוטו-וולטאית

על מנת להפחית את כמות החומצה, להפחית את הקושי בטיפול בשפכים ולהיות ידידותי לסביבה, Peng Shou [5] וחב'. חשפה שיטה להכנת חול קוורץ דל ברזל בנפח של 10ppm בתהליך ללא כבישה: קוורץ ורידים טבעי משמש כחומר גלם, וריסוק תלת שלבי, השלב הראשון והסיווג השלב השני יכולים לקבל גריט של 0.1~0.7 מ"מ ; החצץ מופרד על ידי השלב הראשון של ההפרדה המגנטית והשלב השני של הסרה מגנטית חזקה של ברזל מכני ומינרלים נושאי ברזל כדי לקבל חול הפרדה מגנטי; ההפרדה המגנטית של החול מתקבלת על ידי הציפה בשלב השני תכולת Fe2O3 נמוכה מ-10ppm חול קוורץ דל ברזל, הציפה משתמשת ב-H2SO4 כמווסת, מתאימה pH=2~3, משתמשת בנתרן אולאאט ובפרופילן דיאמין על בסיס שמן קוקוס כקולטים . חול הקוורץ המוכן SiO2≥99.9%, Fe2O3≤10ppm, עומד בדרישות של חומרי גלם סיליקטיים הנדרשים לזכוכית אופטית, זכוכית תצוגה פוטו-אלקטרית וזכוכית קוורץ.

מצד שני, עם דלדול משאבי הקוורץ האיכותיים, הניצול המקיף של משאבים נמוכים משך תשומת לב רחבה. Xie Enjun מסין חומרי בניין Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd. השתמשה בזנב קאולין להכנת חול קוורץ דל ברזל לזכוכית פוטו-וולטאית. הרכב המינרלים העיקרי של זנב קאולין פוג'יאן הוא קוורץ, המכיל כמות קטנה של מינרלים לטומאה כגון קאוליניט, נציץ ופלדספאר. לאחר עיבוד זנב הקאולין על ידי תהליך ההטבה של "טחינה-סיווג הידראולי-הפרדה מגנטית-ציפה", התוכן של גודל החלקיקים 0.6~0.125 מ"מ גדול מ-95%, SiO2 הוא 99.62%, Al2O3 הוא 0.065%, Fe2O3 הוא חול קוורץ דק 92×10-6 עונה על דרישות האיכות של חול קוורץ דל ברזל לזכוכית פוטו-וולטאית.
Shao Weihua ואחרים ממכון Zhengzhou לניצול מקיף של משאבים מינרליים, האקדמיה הסינית למדעי הגיאולוגיה, פרסמו פטנט המצאה: שיטה להכנת חול קוורץ בטוהר גבוה מזנב קאולין. שלבי השיטה: א. זנב קאולין משמש כעפרה גולמית, אשר מסוננת לאחר ערבוב וקרצוף לקבלת חומר של +0.6 מ"מ; ב. +0.6 מ"מ חומר טחון ומסווג, וחומר מינרלי בגודל 0.4 מ"מ0.1 מ"מ נתון לפעולת הפרדה מגנטית, כדי להשיג חומרים מגנטיים ולא מגנטיים, החומרים הלא מגנטיים נכנסים לפעולת הפרדת הכבידה כדי לקבל את הפרדת הכבידה מינרלים קלים ו המינרלים הכבדים בהפרדת הכבידה, והמינרלים הקלים בהפרדת הכבידה נכנסים לפעולת הטחינה מחדש כדי לסנן כדי לקבל מינרלים של +0.1 מ"מ; c.+0.1mm המינרל נכנס לפעולת הציפה כדי להשיג את תרכיז הציפה. המים העליונים של תרכיז הציפה מוסרים ולאחר מכן מוחמצים על-קולית, ולאחר מכן מנופים כדי לקבל את החומר הגס של +0.1 מ"מ כחול קוורץ בטוהר גבוה. שיטת ההמצאה יכולה לא רק להשיג מוצרי תרכיז קוורץ באיכות גבוהה, אלא גם בעלת זמן עיבוד קצר, זרימת תהליך פשוטה, צריכת אנרגיה נמוכה ואיכות גבוהה של תרכיז הקוורץ המתקבל, שיכול לעמוד בדרישות האיכות של טוהר גבוה. קְוָרץ.

זנב קאולין מכיל כמות גדולה של משאבי קוורץ. באמצעות הטבה, טיהור ועיבוד עמוק, הוא יכול לעמוד בדרישות לשימוש בחומרי גלם זכוכית פוטו-וולטאית אולטרה-לבנה. זה גם מספק רעיון חדש לניצול מקיף של משאבי זנב קאולין.

3. סקירת שוק של חול קוורץ דל ברזל לזכוכית פוטו-וולטאית

מצד אחד, במחצית השנייה של 2020, כושר הייצור המוגבל בהרחבה אינו יכול להתמודד עם הביקוש הנפיץ תחת שגשוג גבוה. ההיצע והביקוש של זכוכית פוטו-וולטאית אינם מאוזנים, והמחיר מזנק. במסגרת הקריאה המשותפת של חברות מודולים פוטו-וולטאיים רבות, בדצמבר 2020, פרסם משרד התעשייה וטכנולוגיית המידע מסמך המבהיר כי ייתכן שפרויקט הזכוכית הפוטו-וולטאית לא תגבש תוכנית החלפת קיבולת. מושפע מהמדיניות החדשה, קצב הגידול של ייצור הזכוכית הפוטו-וולטאית יורחב משנת 2021. על פי מידע הציבור, הקיבולת של זכוכית פוטו-וולטאית מגולגלת עם תוכנית ברורה לייצור ב-21/22 תגיע ל-22250/26590t/d, עם שיעור צמיחה שנתי של 68.4/48.6%. במקרה של מדיניות וערבויות בצד הביקוש, חול פוטו-וולטאי צפוי לפתח צמיחה נפיצה.

כושר ייצור של תעשיית הזכוכית הפוטו-וולטאית 2015-2022

מצד שני, הגידול המהותי בכושר הייצור של זכוכית פוטו-וולטאית עלול לגרום לאספקת חול סיליקה דל ברזל לעלות על ההיצע, מה שבתורו מגביל את הייצור בפועל של כושר ייצור זכוכית פוטו-וולטאית. לפי הסטטיסטיקה, מאז 2014, ייצור חול הקוורץ המקומי של ארצי היה בדרך כלל נמוך מעט מהביקוש המקומי, והיצע וביקוש שמרו על איזון הדוק.

יחד עם זאת, המשאבים המקומיים של קוורץ דל הברזל המקומיים של ארצי הם נדירים, מרוכזים ב-Heyuan מגואנגדונג, בייהאי מגואנגשי, פנגיאנג מאנהוי ודונגהאי מג'יאנגסו, ויש צורך לייבא כמות גדולה מהם.

חול קוורץ אולטרה-לבן דל ברזל הוא אחד מחומרי הגלם החשובים (מהווה כ-25% מעלות חומרי הגלם) בשנים האחרונות. גם המחיר עלה. בעבר, זה היה סביב 200 יואן/טון במשך זמן רב. לאחר פרוץ מגפת הרבעון הראשון ב-20 שנה, היא ירדה מרמה גבוהה, וכרגע היא שומרת על פעילות יציבה לעת עתה.

בשנת 2020, הביקוש הכולל של ארצי לחול קוורץ יהיה 90.93 מיליון טון, התפוקה תהיה 87.65 מיליון טון והיבוא נטו יהיה 3.278 מיליון טון. על פי מידע ציבורי, כמות אבן הקוורץ ב-100 ק"ג של זכוכית מותכת היא כ-72.2 ק"ג. על פי תוכנית ההרחבה הנוכחית, הגדלת הקיבולת של זכוכית פוטו-וולטאית ב-2021/2022 עשויה להגיע ל-3.23/24500 t/d, לפי הייצור השנתי בחישוב על פני תקופה של 360 יום, סך הייצור יתאים לביקוש שהוגדל לאחרונה עבור נמוך -חול סיליקה ברזל של 836/635 מיליון טון לשנה, כלומר, הביקוש החדש לחול סיליקה דל ברזל שהובא על ידי זכוכית פוטו-וולטאית בשנת 2021/2022 יהווה את חול הקוורץ הכולל בשנת 2020 9.2%/7.0% מהביקוש . בהתחשב בכך שחול סיליקה דל ברזל מהווה רק חלק מכלל הביקוש לחול סיליקה, לחץ ההיצע והביקוש על חול סיליקה דל ברזל הנגרם על ידי השקעה בקנה מידה גדול של כושר ייצור זכוכית פוטו-וולטאית עשוי להיות גבוה בהרבה מהלחץ על תעשיית חול הקוורץ הכוללת.

-מאמר מ-Powder Network