"14. viisivuotissuunnitelman" aikana maan "hiilipiikin ja hiilineutraaliuden" strategisen suunnitelman mukaan aurinkosähköteollisuus johtaa räjähdysmäiseen kehitykseen. Aurinkosähköteollisuuden puhkeaminen on "luonut vaurautta" koko teollisuusketjulle. Tässä häikäisevässä ketjussa aurinkosähkölasi on välttämätön lenkki. Nykyään energiansäästöä ja ympäristönsuojelua ajatellen aurinkosähkölasin kysyntä kasvaa päivä päivältä, ja kysynnän ja tarjonnan välillä on epätasapaino. Samaan aikaan myös vähärautaisen ja erittäin valkoisen kvartsihiekan, joka on tärkeä aurinkosähkölasin materiaali, hinta on noussut ja tarjonta on niukkaa. Alan asiantuntijat ennustavat, että vähärautaisen kvartsihiekan hinta kasvaa pitkällä aikavälillä yli 15 % yli 10 vuoden ajan. Aurinkosähkön voimakkaan tuulen alla vähärautaisen kvartsihiekan tuotanto on herättänyt paljon huomiota.
1. Kvartsihiekkaa aurinkosähkölasia varten
Aurinkosähkölasia käytetään yleensä aurinkopaneelien kapselointipaneelina, ja se on suorassa kosketuksessa ulkoisen ympäristön kanssa. Sen säänkestävyydellä, lujuudella, valonläpäisykyvyllä ja muilla indikaattoreilla on keskeinen rooli aurinkopaneelien käyttöiässä ja pitkän aikavälin sähköntuotannon tehokkuudessa. Kvartsihiekan rauta-ionit ovat helposti värjäytyviä, ja alkuperäisen lasin korkean auringonläpäisykyvyn varmistamiseksi aurinkosähkölasin rautapitoisuus on alhaisempi kuin tavallisen lasin, ja on käytettävä vähärautaista kvartsihiekkaa, jolla on korkea piipitoisuus ja alhainen epäpuhtauspitoisuus.
Tällä hetkellä maassamme on vähän helposti louhittavaa korkealaatuista, vähärautaista kvartsihiekkaa, ja niitä on pääasiassa Heyuanissa, Guangxissa, Fengyangissa, Anhuissa, Hainanissa ja muissa paikoissa. Tulevaisuudessa erittäin valkoisen kohokuvioidun aurinkokennojen lasin tuotantokapasiteetin kasvaessa korkealaatuisesta kvartsihiekasta, jolla on rajallinen tuotantoalue, tulee suhteellisen niukka resurssi. Korkealaatuisen ja vakaan kvartsihiekan tarjonta rajoittaa aurinkolasiyritysten kilpailukykyä tulevaisuudessa. Siksi on kuuma tutkimusaihe, miten tehokkaasti vähentää raudan, alumiinin, titaanin ja muiden epäpuhtauksien pitoisuutta kvartsihiekassa ja valmistaa erittäin puhdasta kvartsihiekkaa.
2. Vähärautaisen kvartsihiekan tuotanto aurinkosähkölasia varten
2.1 Kvartsihiekan puhdistus aurinkolasia varten
Tällä hetkellä teollisuudessa kypsästi sovellettuihin perinteisiin kvartsihiekan puhdistusprosesseihin kuuluvat lajittelu, pesu, kalsinointi-vesisammutus, jauhatus, seulonta, magneettinen erottelu, painovoimaerottelu, vaahdotus, happouutto, mikrobiuutto, korkean lämpötilan kaasunpoisto jne. Syväpuhdistusprosesseihin kuuluvat kloorattu pasutus, säteilytetty värilajittelu, suprajohtava magneettinen lajittelu, korkean lämpötilan tyhjiö ja niin edelleen. Kotimaisen kvartsihiekan puhdistuksen yleistä rikastusprosessia on myös kehitetty varhaisesta "jauhamisesta, magneettisesta erottelusta, pesusta" "erotteluun → karkea murskaus → kalsinointi → vesisammutus → jauhatus → seulonta → magneettinen erottelu → vaahdotus → happo". Yhdistetty rikastusprosessi, jossa upotetaan → pestään → kuivataan, yhdistettynä mikroaaltouuniin, ultraääneen ja muihin esikäsittely- tai lisäpuhdistusmenetelmiin, parantaa huomattavasti puhdistustehoa. Aurinkosähkölasin alhaisen rautapitoisuuden vaatimusten vuoksi kvartsihiekanpoistomenetelmien tutkimus- ja kehitystyö on pääasiassa otettu käyttöön.
Rautaa esiintyy kvartsimalmissa yleensä seuraavissa kuudessa yleisessä muodossa:
① Esiintyvät hienoina hiukkasina savessa tai kaolinoidussa maasälpässä
②Kiinnitetty kvartsihiukkasten pintaan rautaoksidikalvon muodossa
③Rautamineraalit, kuten hematiitti, magnetiitti, spekulariitti, kiniitti jne. tai rautaa sisältävät mineraalit, kuten kiille, amfiboli, granaatti jne.
④Se on upotettuna tai linssin sisällä kvartsihiukkasissa
⑤ Ovat kiinteän liuoksen tilassa kvartsikiteen sisällä
6. Murskaus- ja jauhatusprosessissa sekoitetaan tietty määrä toissijaista rautaa.
Rautapitoisten mineraalien tehokkaaksi erottamiseksi kvartsista on ensin selvitettävä kvartsimalmin rautapapusien esiintyvyys ja valittava kohtuullinen rikastusmenetelmä ja erotusprosessi rautapapusien poistamiseksi.
(1) Magneettinen erotusprosessi
Magneettinen erotusprosessi voi poistaa mahdollisimman tehokkaasti heikot magneettiset epäpuhtausmineraalit, kuten hematiitin, limoniittia ja biotiitin, mukaan lukien yhteenliittyneet hiukkaset. Magneettisen voimakkuuden mukaan magneettinen erotus voidaan jakaa vahvaan magneettiseen erotukseen ja heikkoon magneettiseen erotukseen. Vahvassa magneettisessa erottelussa käytetään yleensä märkäistä vahvaa magneettierottelua tai suurgradienttimagneettista erottelijaa.
Yleisesti ottaen kvartsihiekka, joka sisältää pääasiassa heikkoja magneettisia epäpuhtausmineraaleja, kuten limoniittia, hematiittia, biotiittia jne., voidaan erottaa märkätyyppisellä voimakkaalla magneettikoneella yli 8,0 × 105 A/m arvolla. Rautamalmista pääosin koostuvien voimakkaiden magneettisten mineraalien erotteluun on parempi käyttää heikkoa magneettikonetta tai keskivoimakasta magneettikonetta. [2] Nykyään korkeagradienttisten ja voimakkaan magneettikentän magneettierottelijoiden ansiosta magneettinen erottelu ja puhdistus ovat parantuneet merkittävästi aiempaan verrattuna. Esimerkiksi käyttämällä sähkömagneettista induktiotelatyyppistä voimakkaan magneettierottelijaa raudan poistamiseen 2,2 T:n magneettikentän voimakkuudella voidaan vähentää Fe2O3-pitoisuutta 0,002 prosentista 0,0002 prosenttiin.
(2) Vaahdotusprosessi
Vaahdotus on prosessi, jossa mineraalihiukkaset erotetaan toisistaan niiden pinnalla olevien fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien perusteella. Päätehtävänä on poistaa kvartsihiekasta niihin liittyvät mineraali-kiille ja maasälpä. Rautapitoisten mineraalien ja kvartsin vaahdotuksessa tapahtuvassa erottelussa on tärkeää selvittää rautaepäpuhtauksien esiintymismuoto ja kunkin hiukkaskoon jakautumismuoto, jotta voidaan valita oikea erotusprosessi raudanpoistoon. Useimpien rautapitoisten mineraalien nollapiste on yli 5, mikä tarkoittaa, että ne ovat positiivisesti varautuneita happamassa ympäristössä ja soveltuvat teoriassa anionisten keräilijöiden käyttöön.
Rasvahappoa (saippuaa), hiilivetysulfonaattia tai sulfaattia voidaan käyttää anionisena keräilijänä rautaoksidimalmin vaahdotuksessa. Pyriittiä voidaan vaahdottaa kvartsista peittausympäristössä klassisella vaahdotusaineella, joka sisältää isobutyyliksantaatin ja butyyliamiinimustan jauheen seosta (4:1). Annostus on noin 200 ppmw.
Ilmeniitin vaahdotuksessa käytetään yleensä natriumoleaattia (0,21 mol/l) vaahdotusaineena pH:n säätämiseksi välille 4–10. Oleaatti-ionien ja ilmeniitin pinnalla olevien rautahiukkasten välillä tapahtuu kemiallinen reaktio, jolloin muodostuu rautaoleaattia, joka adsorboituu kemiallisesti. Oleaatti-ionit pitävät ilmeniitin kelluvuuden parempana. Viime vuosina kehitetyt hiilivetypohjaiset fosfonihappokeräimet ovat erittäin selektiivisiä ja keräävät ilmeniitin hyvin.
(3) Happoluovutuksen prosessi
Happoluotuksen päätarkoitus on poistaa liukoiset rautamineraalit happoliuoksesta. Happoluotuksen puhdistusvaikutukseen vaikuttavia tekijöitä ovat kvartsihiekan hiukkaskoko, lämpötila, aika, happotyyppi, happopitoisuus, kiinteän aineen ja nesteen suhde jne., ja ne voivat nostaa lämpötilaa ja happoliuosta. Kvartsihiukkasten väkevöinti ja säteen pienentäminen voivat lisätä liuotusnopeutta ja alumiinin liuotusnopeutta. Yksittäisen hapon puhdistusvaikutus on rajallinen, ja seoshapolla on synergistinen vaikutus, joka voi lisätä huomattavasti epäpuhtauselementtien, kuten Fe:n ja K:n, poistonopeutta. Yleisiä epäorgaanisia happoja ovat HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4 ja H2C2O4. Yleensä kahta tai useampaa happoa sekoitetaan ja käytetään tietyssä suhteessa.
Oksaalihappo on yleisesti käytetty orgaaninen happo happoliuotuksessa. Se voi muodostaa suhteellisen stabiilin kompleksin liuenneiden metalli-ionien kanssa, ja epäpuhtaudet huuhtoutuvat helposti pois. Sen etuna on alhainen annos ja korkea raudanpoistonopeus. Jotkut käyttävät ultraääntä oksaalihapon puhdistuksessa ja ovat havainneet, että verrattuna perinteiseen sekoitukseen ja säiliöultraääneen, anturiultraäänellä on korkein Fe-poistonopeus, oksaalihapon määrä on alle 4 g/l ja raudanpoistonopeus on 75,4 %.
Laimean hapon ja fluorivetyhapon läsnäolo voi tehokkaasti poistaa metalliepäpuhtauksia, kuten Fe:tä, Al:a ja Mg:a, mutta fluorivetyhapon määrää on kontrolloitava, koska fluorivetyhappo voi syövyttää kvartsihiukkasia. Erilaisten happojen käyttö vaikuttaa myös puhdistusprosessin laatuun. Niistä HCl:n ja HF:n seoshapolla on paras prosessointiteho. Jotkut käyttävät HCl:n ja HF:n seosta kvartsihiekan puhdistamiseen magneettisen erotuksen jälkeen. Kemiallisessa liuotuksessa epäpuhtauselementtien kokonaismäärä on 40,71 μg/g ja SiO2:n puhtaus on jopa 99,993 painoprosenttia.
(4) Mikrobien huuhtoutuminen
Mikro-organismeja käytetään ohutkalvoraudan liuottamiseen tai raudan kyllästämiseen kvartsihiekkahiukkasten pinnalle, mikä on äskettäin kehitetty tekniikka raudan poistamiseksi. Ulkomaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että Aspergillus nigerin, Penicilliumin, Pseudomonasin, Polymyxin Bacilluksen ja muiden mikro-organismien käyttö raudan liuottamiseen kvartsikalvon pinnalta on tuottanut hyviä tuloksia, joista Aspergillus nigerin liuotusraudan teho on optimaalinen. Fe2O3:n poistoaste on enimmäkseen yli 75 % ja Fe2O3-konsentraatin pitoisuus on niinkin alhainen kuin 0,007 %. Ja havaittiin, että raudan liuotuksen vaikutus useimpien bakteerien ja homeiden esiviljelyllä olisi parempi.
2.2 Muut kvartsihiekan tutkimustulokset aurinkosähkölasissa
Happomäärän vähentämiseksi, jätevedenpuhdistuksen vaikeuden vähentämiseksi ja ympäristöystävällisyyden takaamiseksi Peng Shou [5] ym. esittivät menetelmän 10 ppm:n vähärautaisen kvartsihiekan valmistamiseksi peittaamattomalla prosessilla: raaka-aineena käytetään luonnonsuonikvartsia ja murskataan kolmivaiheisesti. Ensimmäisessä vaiheessa jauhaminen ja toisessa vaiheessa lajittelu mahdollistavat 0,1–0,7 mm:n rakeisuuden; hiekka erotellaan ensimmäisessä vaiheessa magneettisella erottelulla ja toisessa vaiheessa mekaanisella raudan ja rautapitoisten mineraalien voimakkaalla magneettisella poistolla magneettisen erotushiekan saamiseksi; hiekan magneettinen erotus saadaan aikaan toisessa vaiheessa vaahdottamalla Fe2O3-pitoisuus on alle 10 ppm vähärautaista kvartsihiekkaa, vaahdotuksessa käytetään H2SO4:ää säätöaineena, pH säädetään arvoon 2–3, keräiminä käytetään natriumoleaattia ja kookosöljypohjaista propyleenidiamiinia. Valmistettu kvartsihiekka SiO2≥99,9%, Fe2O3≤10ppm, täyttää optisen lasin, valosähköisen näyttölasin ja kvartsilasin piipitoisten raaka-aineiden vaatimukset.
Toisaalta korkealaatuisten kvartsivarojen ehtyessä heikkolaatuisten resurssien kokonaisvaltainen hyödyntäminen on herättänyt laajaa huomiota. China Building Materials Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd.:n Xie Enjun käytti kaoliinisien hiekanlähteitä vähärautaisen kvartsihiekan valmistukseen aurinkosähkölasia varten. Fujianin kaoliinisien hiekan päämineraalikoostumus on kvartsi, joka sisältää pienen määrän epäpuhtausmineraaleja, kuten kaoliniittia, kiillettä ja maasälpää. Kun kaoliinisien hiekat on käsitelty "jauhatus-hydraulinen luokittelu-magneettinen erotus-vaahdotus" -rikastusprosessilla, 0,6–0,125 mm:n hiukkaskoon pitoisuus on yli 95 %, SiO2-pitoisuus on 99,62 %, Al2O3-pitoisuus on 0,065 % ja Fe2O3-pitoisuus on 92 × 10-6. Hieno kvartsihiekka täyttää aurinkosähkölasia varten tarkoitetun vähärautaisen kvartsihiekan laatuvaatimukset.
Shao Weihua ja muut Kiinan geologisten tieteiden akatemian Zhengzhoun mineraalivarojen kokonaisvaltaisen hyödyntämisen instituutin tutkijat julkaisivat keksintöpatentin: menetelmä erittäin puhtaan kvartsihiekan valmistamiseksi kaoliinista. Menetelmän vaiheet: a. Kaoliinista valmistettua rikastushiekkaa käytetään raakamalmina, joka seulotaan sekoittamisen ja pesun jälkeen, jolloin saadaan +0,6 mm:n materiaalia; b. +0,6 mm:n materiaali jauhetaan ja luokitellaan, ja 0,4 mm:n ja 0,1 mm:n mineraalimateriaali altistetaan magneettiselle erotusoperaatiolle. Magneettisten ja ei-magneettisten materiaalien saamiseksi ei-magneettiset materiaalit joutuvat painovoimaerotteluun, jossa saadaan painovoimaerotteluun kevyet mineraalit ja painovoimaerotteluun raskaat mineraalit, ja painovoimaerotteluun kevyet mineraalit joutuvat uudelleenjauhatukseen, jossa saadaan +0,1 mm:n mineraaleja; c. +0,1 mm Mineraali joutuu vaahdotusoperaatioon vaahdotuskonsentraatin saamiseksi. Vaahdotuskonsentraatin ylempi vesi poistetaan ja peitataan ultraäänellä, ja sitten seulotaan, jolloin saadaan +0,1 mm:n karkea materiaali erittäin puhtaana kvartsihiekkana. Keksinnön mukaisella menetelmällä ei ainoastaan saada korkealaatuisia kvartsirikastetuotteita, vaan sillä on myös lyhyt käsittelyaika, yksinkertainen prosessivirta, alhainen energiankulutus ja saadun kvartsirikasteen korkea laatu, joka voi täyttää erittäin puhtaan kvartsin laatuvaatimukset.
Kaoliinihiekka sisältää runsaasti kvartsia. Rikastuksen, puhdistuksen ja syväkäsittelyn avulla se voi täyttää aurinkosähköisten ultravalkoisten lasiraaka-aineiden käyttövaatimukset. Tämä tarjoaa myös uuden idean kaoliinihiekkavarojen kokonaisvaltaiseen hyödyntämiseen.
3. Aurinkosähkölasiin tarkoitetun vähärautaisen kvartsihiekan markkinakatsaus
Toisaalta vuoden 2020 jälkipuoliskolla laajentumisen rajoittama tuotantokapasiteetti ei pysty vastaamaan räjähdysmäiseen kysyntään korkean vaurauden vallitessa. Aurinkosähkölasin tarjonta ja kysyntä ovat epätasapainossa, ja hinta on noussut pilviin. Useiden aurinkopaneeliyritysten yhteisestä kehotuksesta teollisuus- ja tietotekniikkaministeriö julkaisi joulukuussa 2020 asiakirjan, jossa selvennettiin, että aurinkosähkövalssatun lasin hanke ei välttämättä laadi kapasiteetin korvaamissuunnitelmaa. Uuden politiikan vaikutuksesta aurinkosähkölasin tuotannon kasvuvauhtia laajennetaan vuodesta 2021 alkaen. Julkisten tietojen mukaan selkeän tuotantosuunnitelman mukainen valssatun aurinkosähkölasin kapasiteetti vuonna 21/22 nousee 22250/26590 tonniin päivässä, ja vuotuinen kasvuvauhti on 68,4/48,6 %. Politiikan ja kysyntäpuolen takuiden tapauksessa aurinkosähköhiekan odotetaan kasvavan räjähdysmäisesti.
Aurinkosähkölasiteollisuuden tuotantokapasiteetti 2015–2022
Toisaalta aurinkosähkölasin tuotantokapasiteetin huomattava kasvu voi johtaa siihen, että vähärautaisen piidioksidihiekan tarjonta ylittää tarjonnan, mikä puolestaan rajoittaa aurinkosähkölasin todellista tuotantokapasiteettia. Tilastojen mukaan maani kotimainen kvartsihiekan tuotanto on vuodesta 2014 lähtien ollut yleisesti ottaen hieman kotimaista kysyntää pienempi, ja tarjonta ja kysyntä ovat pysyneet tiukassa tasapainossa.
Samaan aikaan maani kotimaiset vähärautaiset kvartsipinnoitteiden resurssit ovat niukat, keskittyen Guangdongin Heyuaniin, Guangxin Beihaihin, Anhuin Fengyangiin ja Jiangsun Donghaihin, ja suuri määrä niitä on tuotava ulkomailta.
Vähärautainen ultravalkoinen kvartsihiekka on yksi tärkeimmistä raaka-aineista (noin 25 % raaka-ainekustannuksista) viime vuosina. Myös hinta on noussut. Aiemmin se on ollut pitkään noin 200 yuania/tonni. 20 vuotta sitten alkaneen ensimmäisen neljänneksen epidemian puhkeamisen jälkeen se on laskenut korkealta tasolta ja toimii tällä hetkellä vakaasti.
Vuonna 2020 maani kvartsihiekan kokonaiskysyntä on 90,93 miljoonaa tonnia, tuotanto 87,65 miljoonaa tonnia ja nettotuonti 3,278 miljoonaa tonnia. Julkisten tietojen mukaan 100 kg sulaa lasia sisältää noin 72,2 kg kvartsikiveä. Nykyisen laajennussuunnitelman mukaan aurinkosähkölasin kapasiteetin kasvu vuonna 2021/2022 voi olla 3,23/24 500 tonnia päivässä. Vuosittaisen tuotannon mukaan 360 päivän ajanjaksolle laskettuna kokonaistuotanto vastaa vähärautaisen piidioksidihiekan uutta kysyntää, joka on 836/635 miljoonaa tonnia vuodessa. Toisin sanoen aurinkosähkölasin vuonna 2021/2022 tuoma vähärautaisen piidioksidihiekan uusi kysyntä vastaa 9,2 %/7,0 % kvartsihiekan kokonaiskysynnästä vuonna 2020. Koska vähärautainen piidioksidihiekka muodostaa vain osan piidioksidihiekan kokonaiskysynnästä, aurinkosähkölasin tuotantokapasiteettiin tehtyjen laajamittaisten investointien aiheuttama vähärautaisen piidioksidihiekan kysyntä- ja tarjontapaine voi olla paljon suurempi kuin kvartsihiekkateollisuuteen kohdistuva paine kokonaisuudessaan.
—Artikkeli Powder Networkista
Julkaisun aika: 11.12.2021