بررسی اجمالی تولید و بازار ماسه کوارتز کم آهن برای شیشه های فتوولتائیک

در دوره "برنامه پنج ساله چهاردهم"، طبق برنامه راهبردی "اوج کربن و کربن خنثی" کشور، صنعت فتوولتائیک به توسعه انفجاری منجر خواهد شد. شیوع صنعت فتوولتائیک برای کل زنجیره صنعتی "ثروت" ایجاد کرده است. در این زنجیره خیره کننده، شیشه فتوولتائیک یک حلقه ضروری است. امروزه با حمایت از حفظ انرژی و حفاظت از محیط زیست، تقاضا برای شیشه فتوولتائیک روز به روز در حال افزایش است و عدم تعادل بین عرضه و تقاضا وجود دارد. در عین حال، ماسه کوارتز کم آهن و فوق سفید، ماده مهم شیشه فتوولتائیک نیز افزایش یافته و قیمت افزایش یافته و عرضه با کمبود مواجه شده است. کارشناسان صنعت پیش بینی می کنند که شن و ماسه کوارتز کم آهن برای بیش از 10 سال افزایش طولانی مدت بیش از 15 درصد خواهد داشت. تحت باد شدید فتوولتائیک، تولید ماسه کوارتز کم آهن توجه زیادی را به خود جلب کرده است.

1. ماسه کوارتز برای شیشه های فتوولتائیک

شیشه فتوولتائیک به طور کلی به عنوان پانل کپسوله ماژول های فتوولتائیک استفاده می شود و در تماس مستقیم با محیط خارجی است. مقاومت در برابر آب و هوا، استحکام، عبور نور و سایر نشانگرها نقش اساسی در طول عمر ماژول های فتوولتائیک و راندمان تولید برق درازمدت دارند. یون های آهن موجود در ماسه کوارتز به راحتی رنگ می شوند و به منظور اطمینان از ضریب عبور خورشیدی بالای شیشه اصلی، میزان آهن شیشه فتوولتائیک کمتر از شیشه معمولی و ماسه کوارتز کم آهن با خلوص سیلیکون بالا است. و مقدار ناخالصی کم باید استفاده شود.

در حال حاضر تعداد کمی از ماسه های کوارتز کم آهن با کیفیت بالا وجود دارد که به راحتی در کشور ما استخراج می شود و عمدتاً در هیوان، گوانگشی، فنگ یانگ، آنهویی، هاینان و جاهای دیگر توزیع می شوند. در آینده، با رشد ظرفیت تولید شیشه های برجسته فوق سفید برای سلول های خورشیدی، ماسه کوارتز با کیفیت بالا با منطقه تولید محدود به منبعی نسبتا کمیاب تبدیل خواهد شد. عرضه شن و ماسه کوارتز با کیفیت بالا و پایدار، رقابت شرکت های شیشه فتوولتائیک را در آینده محدود خواهد کرد. بنابراین، چگونگی کاهش موثر محتوای آهن، آلومینیوم، تیتانیوم و سایر عناصر ناخالص در ماسه کوارتز و تهیه ماسه کوارتز با خلوص بالا یک موضوع تحقیقاتی داغ است.

2. تولید ماسه کوارتز کم آهن برای شیشه فتوولتائیک

2.1 تصفیه شن کوارتز برای شیشه فتوولتائیک

در حال حاضر، فرآیندهای سنتی تصفیه کوارتز که به طور کامل در صنعت به کار می‌روند عبارتند از: مرتب‌سازی، تمیز کردن، خاموش کردن کلسینه با آب، آسیاب، الک، جداسازی مغناطیسی، جداسازی گرانشی، شناورسازی، شستشوی اسیدی، شستشوی میکروبی، گاززدایی در دمای بالا و غیره. فرآیندهای تصفیه عمیق شامل برشته کردن کلر، مرتب سازی رنگ پرتودهی، مرتب سازی مغناطیسی ابررسانا، خلاء با دمای بالا و غیره است. فرآیند کلی تصفیه شن کوارتز خانگی نیز از مراحل اولیه "سنگ زنی، جداسازی مغناطیسی، شستشو" تا "جداسازی → خرد کردن درشت → کلسینه → خاموش کردن آب → سنگ زنی → غربالگری → جداسازی مغناطیسی → شناورسازی → اسید فرآیند بهره برداری ترکیبی توسعه یافته است. غوطه وری → شستشو → خشک کردن، همراه با مایکروویو، اولتراسونیک و سایر وسایل برای پیش تصفیه یا تصفیه کمکی، اثر تصفیه را تا حد زیادی بهبود می بخشد. با توجه به نیازهای کم آهن شیشه فتوولتائیک، تحقیق و توسعه روش‌های حذف ماسه کوارتز عمدتاً معرفی می‌شوند.

به طور کلی آهن به شش شکل رایج زیر در سنگ معدن کوارتز وجود دارد:

① به شکل ذرات ریز در خاک رس یا فلدسپات کائولینیده وجود دارد
②به سطح ذرات کوارتز به شکل فیلم اکسید آهن متصل می شود
③مواد معدنی آهن مانند هماتیت، مگنتیت، اسپکولاریت، کینیت و غیره یا مواد معدنی حاوی آهن مانند میکا، آمفیبول، گارنت و غیره.
④در حالت غوطه وری یا عدسی در داخل ذرات کوارتز است
⑤ در حالت محلول جامد در داخل کریستال کوارتز وجود دارد
⑥ مقدار معینی از آهن ثانویه در فرآیند خرد کردن و آسیاب مخلوط می شود

برای جداسازی موثر مواد معدنی حاوی آهن از کوارتز، لازم است ابتدا وضعیت وقوع ناخالصی‌های آهن در سنگ معدن کوارتز مشخص شود و یک روش غنی‌سازی منطقی و فرآیند جداسازی برای دستیابی به حذف ناخالصی‌های آهن انتخاب شود.

(1) فرآیند جداسازی مغناطیسی

فرآیند جداسازی مغناطیسی می تواند مواد معدنی ناخالصی مغناطیسی ضعیف مانند هماتیت، لیمونیت و بیوتیت از جمله ذرات به هم پیوسته را تا حد زیادی حذف کند. با توجه به قدرت مغناطیسی، جداسازی مغناطیسی را می توان به جداسازی مغناطیسی قوی و جداسازی مغناطیسی ضعیف تقسیم کرد. جداسازی مغناطیسی قوی معمولاً از جداکننده مغناطیسی قوی مرطوب یا جداکننده مغناطیسی با گرادیان بالا استفاده می کند.

به طور کلی، ماسه کوارتز حاوی مواد معدنی ناخالصی مغناطیسی عمدتاً ضعیف مانند لیمونیت، هماتیت، بیوتیت و غیره، می تواند با استفاده از یک دستگاه مغناطیسی قوی نوع مرطوب در مقدار بالاتر از 8.0×105A/m انتخاب شود. برای کانی های مغناطیسی قوی که سنگ آهن بر آنها غالب است، بهتر است از یک ماشین مغناطیسی ضعیف یا یک ماشین مغناطیسی متوسط ​​برای جداسازی استفاده شود. [2] امروزه با استفاده از جداکننده های مغناطیسی با گرادیان بالا و میدان مغناطیسی قوی، جداسازی و تصفیه مغناطیسی نسبت به گذشته بهبود قابل توجهی یافته است. به عنوان مثال، استفاده از یک جداکننده مغناطیسی قوی از نوع غلتکی القایی الکترومغناطیسی برای حذف آهن تحت قدرت میدان مغناطیسی 2.2T می تواند محتوای Fe2O3 را از 0.002٪ به 0.0002٪ کاهش دهد.

(2) فرآیند شناورسازی

فلوتاسیون فرآیند جداسازی ذرات معدنی از طریق خواص فیزیکی و شیمیایی مختلف بر روی سطح ذرات معدنی است. عملکرد اصلی حذف میکا و فلدسپات معدنی مرتبط از ماسه کوارتز است. برای جداسازی فلوتاسیون مواد معدنی حاوی آهن و کوارتز، یافتن شکل وقوع ناخالصی‌های آهن و شکل توزیع هر اندازه ذرات، کلید انتخاب یک فرآیند جداسازی مناسب برای حذف آهن است. اکثر مواد معدنی حاوی آهن دارای نقطه الکتریکی صفر بالای 5 هستند که در محیط اسیدی بار مثبت دارند و از نظر تئوری برای استفاده از کلکتورهای آنیونی مناسب هستند.

از اسیدهای چرب (صابون)، هیدروکربیل سولفونات یا سولفات می توان به عنوان کلکتور آنیونی برای شناورسازی سنگ معدن اکسید آهن استفاده کرد. پیریت می تواند فلوتاسیون پیریت از کوارتز در محیط ترشی با عامل فلوتاسیون کلاسیک برای ایزوبوتیل زانتات به همراه پودر سیاه بوتیلامین باشد (4:1). مقدار مصرف حدود 200ppmw است.

فلوتاسیون ایلمنیت معمولاً از اولئات سدیم (0.21mol/L) به عنوان عامل شناورسازی برای تنظیم pH روی 4 تا 10 استفاده می کند. یک واکنش شیمیایی بین یون‌های اولئات و ذرات آهن روی سطح ایلمنیت برای تولید اولئات آهن رخ می‌دهد که یون‌های اولئات جذب شیمیایی می‌شوند، ایلمنیت را با قابلیت شناوری بهتر حفظ می‌کنند. کلکتورهای اسید فسفونیک مبتنی بر هیدروکربن که در سال‌های اخیر توسعه یافته‌اند، گزینش‌پذیری و عملکرد جمع‌آوری خوبی برای ایلمنیت دارند.

(3) فرآیند اسیدشویی

هدف اصلی فرآیند اسیدشویی حذف مواد معدنی آهن محلول در محلول اسیدی است. عواملی که بر اثر تصفیه اسید لیچینگ تأثیر می گذارند عبارتند از اندازه ذرات ماسه کوارتز، دما، زمان، نوع اسید، غلظت اسید، نسبت جامد به مایع و غیره و افزایش دما و محلول اسیدی. تغلیظ و کاهش شعاع ذرات کوارتز می تواند سرعت آبشویی و سرعت آبشویی Al را افزایش دهد. اثر خالص سازی یک اسید منفرد محدود است و اسید مخلوط دارای اثر هم افزایی است که می تواند میزان حذف عناصر ناخالصی مانند Fe و K را تا حد زیادی افزایش دهد. اسیدهای معدنی رایج عبارتند از: HF، H2SO4، HCl، HNO3، H3PO4، HClO4. ، H2C2O4، عموماً دو یا چند عدد از آنها به نسبت معینی مخلوط شده و استفاده می شود.

اسید اگزالیک یک اسید آلی است که معمولاً برای شستشوی اسید استفاده می شود. این می تواند یک کمپلکس نسبتاً پایدار با یون های فلزی حل شده تشکیل دهد و ناخالصی ها به راحتی شسته می شوند. از مزایای دوز کم و سرعت حذف آهن بالا برخوردار است. برخی افراد از اولتراسوند برای کمک به تصفیه اسید اگزالیک استفاده می کنند و دریافتند که در مقایسه با سونوگرافی معمولی همزن و مخزن، سونوگرافی پروب بالاترین میزان حذف آهن را دارد، مقدار اسید اگزالیک کمتر از 4 گرم در لیتر است و سرعت حذف آهن به آن می رسد. 75.4 درصد

وجود اسید رقیق و اسید هیدروفلوئوریک می تواند به طور موثر ناخالصی های فلزی مانند Fe، Al، Mg را حذف کند، اما مقدار اسید هیدروفلوئوریک باید کنترل شود زیرا اسید هیدروفلوئوریک می تواند ذرات کوارتز را خورده کند. استفاده از انواع مختلف اسیدها نیز بر کیفیت فرآیند تصفیه تاثیر می گذارد. در این میان اسید مخلوط HCl و HF بهترین اثر فرآوری را دارد. برخی از افراد از عامل شستشوی مخلوط HCl و HF برای خالص سازی شن کوارتز پس از جداسازی مغناطیسی استفاده می کنند. از طریق لیچینگ شیمیایی، مقدار کل عناصر ناخالص 40.71μg/g است و خلوص SiO2 به 99.993wt درصد می رسد.

(4) شستشوی میکروبی

میکروارگانیسم ها برای شسته کردن آهن لایه نازک یا آغشته کردن آهن بر روی سطح ذرات شن کوارتز استفاده می شوند، که یک تکنیک اخیرا برای حذف آهن است. مطالعات خارجی نشان داده است که استفاده از آسپرژیلوس نایجر، پنی سیلیوم، سودوموناس، پلی میکسین باسیلوس و سایر میکروارگانیسم ها برای شستشوی آهن بر روی سطح لایه کوارتز نتایج خوبی به دست آورده است که از این میان تاثیر آهن شسته شده آسپرژیلوس نایجر بهینه است. میزان حذف Fe2O3 عمدتاً بالای 75٪ است و عیار کنسانتره Fe2O3 به 0.007٪ پایین است. و مشخص شد که اثر شستشوی آهن با پیش کشت بیشتر باکتری ها و کپک ها بهتر خواهد بود.

2.2 سایر پیشرفت های تحقیقاتی ماسه کوارتز برای شیشه های فتوولتائیک

پنگ شو [5] و همکاران به منظور کاهش مقدار اسید، کاهش دشواری تصفیه فاضلاب و سازگاری با محیط زیست. روشی را برای تهیه شن کوارتز 10ppm کم آهن با فرآیند غیر ترشی فاش کرد: کوارتز رگه طبیعی به عنوان ماده خام استفاده می شود و خرد کردن سه مرحله، آسیاب مرحله اول و طبقه بندی مرحله دوم می تواند شن 0.1 تا 0.7 میلی متر را بدست آورد. ; شن با مرحله اول جداسازی مغناطیسی و مرحله دوم حذف مغناطیسی قوی آهن مکانیکی و مواد معدنی آهن دار برای به دست آوردن ماسه جداسازی مغناطیسی جدا می شود. جداسازی مغناطیسی شن و ماسه با شناورسازی مرحله دوم به دست می آید محتوای Fe2O3 کمتر از 10ppm ماسه کوارتز کم آهن است، شناورسازی از H2SO4 به عنوان تنظیم کننده استفاده می کند، pH=2~3 را تنظیم می کند، از اولئات سدیم و پروپیلن دی آمین مبتنی بر روغن نارگیل به عنوان کلکتور استفاده می کند. . شن کوارتز SiO2≥99.9%، Fe2O3≤10ppm، الزامات مواد خام سیلیسی مورد نیاز برای شیشه نوری، شیشه صفحه نمایش فوتوالکتریک و شیشه کوارتز را برآورده می کند.

از سوی دیگر، با تمام شدن منابع کوارتز با کیفیت بالا، استفاده همه جانبه از منابع پایین رده توجه گسترده ای را به خود جلب کرده است. Xie Enjun از مؤسسه طراحی و تحقیقات صنعت شیشه Bengbu در چین از باطله های کائولن برای تهیه ماسه کوارتز کم آهن برای شیشه های فتوولتائیک استفاده کرد. ترکیب معدنی اصلی باطله کائولن فوجیان کوارتز است که حاوی مقدار کمی مواد معدنی ناخالصی مانند کائولینیت، میکا و فلدسپات است. پس از اینکه باطله های کائولن توسط فرآیند بهینه سازی "سنگ زنی - طبقه بندی هیدرولیک - جداسازی مغناطیسی - شناورسازی" پردازش شدند، محتوای اندازه ذرات 0.6 تا 0.125 میلی متر بیشتر از 95٪، SiO2 99.62٪، Al2O3 0.065٪، Fe2O3 است. ماسه کوارتز ریز 92×10-6 شرایط کیفی ماسه کوارتز کم آهن برای شیشه های فتوولتائیک را برآورده می کند.
Shao Weihua و دیگران از موسسه بهره برداری جامع از منابع معدنی ژنگژو، آکادمی علوم زمین شناسی چین، یک حق اختراع را منتشر کردند: روشی برای تهیه ماسه کوارتز با خلوص بالا از باطله های کائولن. مراحل روش: الف. باطله های کائولن به عنوان سنگ خام استفاده می شود که پس از هم زدن و ساییدن الک می شود تا مواد 0.6+ بدست آید. ب مواد +0.6mm آسیاب و طبقه بندی می شوند و مواد معدنی 0.4mm0.1mm تحت عملیات جداسازی مغناطیسی قرار می گیرند. کانی‌های سنگین جداسازی گرانشی و کانی‌های سبک جداسازی گرانشی برای بدست آوردن کانی +0.1 میلی‌متر وارد عملیات سنگ‌زنی مجدد می‌شوند. c.+0.1mm کانی برای بدست آوردن کنسانتره فلوتاسیون وارد عملیات فلوتاسیون می شود. آب فوقانی کنسانتره فلوتاسیون برداشته می شود و سپس به روش اولتراسونیک ترشی می شود و سپس الک می شود تا مواد درشت +0.1 میلی متر به عنوان ماسه کوارتز با خلوص بالا به دست آید. روش اختراع نه تنها می تواند محصولات کنسانتره کوارتز با کیفیت بالا را به دست آورد، بلکه دارای زمان پردازش کوتاه، جریان فرآیند ساده، مصرف انرژی کم و کیفیت بالای کنسانتره کوارتز به دست آمده است که می تواند الزامات کیفیت با خلوص بالا را برآورده کند. کوارتز

باطله کائولن حاوی مقدار زیادی از منابع کوارتز است. از طریق بهینه سازی، تصفیه و پردازش عمیق، می تواند الزامات استفاده از مواد خام شیشه ای فوق سفید فتوولتائیک را برآورده کند. این همچنین ایده جدیدی برای استفاده همه جانبه از منابع باطله کائولن فراهم می کند.

3. مروری بر بازار شن و ماسه کوارتز کم آهن برای شیشه های فتوولتائیک

از یک سو، در نیمه دوم سال 2020، ظرفیت تولید با محدودیت توسعه نمی تواند با تقاضای انفجاری تحت رونق بالا مقابله کند. عرضه و تقاضای شیشه فتوولتائیک نامتعادل است و قیمت در حال افزایش است. تحت فراخوان مشترک بسیاری از شرکت‌های ماژول فتوولتائیک، در دسامبر 2020، وزارت صنعت و فناوری اطلاعات سندی را صادر کرد که در آن توضیح داد که پروژه شیشه نورد فتوولتائیک ممکن است طرح جایگزینی ظرفیت را تدوین نکند. با توجه به سیاست جدید، نرخ رشد تولید شیشه فتوولتائیک از سال 2021 افزایش خواهد یافت. طبق اطلاعات عمومی، ظرفیت نورد شیشه فتوولتائیک با برنامه ریزی مشخص برای تولید در 21/22 به 22250/26590 تن در روز خواهد رسید. نرخ رشد سالانه 68.4/48.6٪. در مورد ضمانت‌های مربوط به سیاست و تقاضا، انتظار می‌رود شن و ماسه فتوولتائیک باعث رشد انفجاری شود.

ظرفیت تولید صنعت شیشه فتوولتائیک 2015-2022

از سوی دیگر، افزایش قابل توجه ظرفیت تولید شیشه فتوولتائیک ممکن است باعث شود عرضه ماسه سیلیسی کم آهن از عرضه فراتر رود که به نوبه خود تولید واقعی ظرفیت تولید شیشه فتوولتائیک را محدود می کند. طبق آمار، از سال 2014، تولید شن کوارتز داخلی کشور من به طور کلی کمی کمتر از تقاضای داخلی بوده است و عرضه و تقاضا تعادل محدودی را حفظ کرده است.

در عین حال، منابع داخلی کوارتز کم آهن داخلی کشور من در هیوان گوانگدونگ، بیهای گوانگشی، فنگ یانگ آنهویی و دونگهای جیانگ سو متمرکز شده اند و مقدار زیادی از آنها نیاز به واردات دارند.

ماسه کوارتز فوق سفید کم آهن یکی از مواد اولیه مهم (حدود 25 درصد از هزینه مواد اولیه) در سال های اخیر است. قیمت نیز در حال افزایش بوده است. در گذشته، برای مدت طولانی حدود 200 یوان / تن بوده است. پس از شیوع اپیدمی Q1 در 20 سال، از سطح بالایی سقوط کرده است و در حال حاضر در حال حاضر عملکرد پایدار خود را حفظ می کند.

در سال 2020، تقاضای کلی کشور من برای ماسه کوارتز 90.93 میلیون تن، خروجی 87.65 میلیون تن و واردات خالص 3.278 میلیون تن خواهد بود. بر اساس اطلاعات عمومی، میزان سنگ کوارتز در 100 کیلوگرم شیشه مذاب حدود 72.2 کیلوگرم است. طبق برنامه توسعه فعلی، افزایش ظرفیت شیشه فتوولتائیک در سال 2021/2022 ممکن است به 3.23/24500 تن در روز برسد، با توجه به تولید سالانه محاسبه شده در یک دوره 360 روزه، کل تولید مطابق با تقاضای جدید افزایش یافته برای پایین خواهد بود. شن و ماسه سیلیکا آهن 836/635 میلیون تن در سال، یعنی تقاضای جدید برای شن و ماسه سیلیسی کم آهن که توسط شیشه فتوولتائیک در سال 2021/2022 آورده شده است، کل ماسه کوارتز در سال 2020 9.2٪ / 7.0٪ از تقاضا را تشکیل می دهد. . با توجه به اینکه ماسه سیلیسی کم آهن تنها بخشی از کل تقاضای ماسه سیلیس را تشکیل می دهد، فشار عرضه و تقاضا بر روی ماسه سیلیسی کم آهن ناشی از سرمایه گذاری در مقیاس بزرگ ظرفیت تولید شیشه فتوولتائیک ممکن است بسیار بیشتر از فشار روی ماسه سیلیسی باشد. صنعت کلی ماسه کوارتز

—مقاله از Powder Network