Durante il periodo del “14° Piano quinquennale”, secondo il piano strategico del Paese “Picco di carbonio e neutralità del carbonio”, l'industria fotovoltaica porterà ad uno sviluppo esplosivo. Lo sviluppo del fotovoltaico ha “creato ricchezza” per l'intera filiera industriale. In questa abbagliante catena, il vetro fotovoltaico è un anello indispensabile. Oggi, sostenendo il risparmio energetico e la tutela dell'ambiente, la domanda di vetro fotovoltaico aumenta di giorno in giorno e c'è uno squilibrio tra domanda e offerta. Allo stesso tempo, è aumentata anche la sabbia di quarzo a basso contenuto di ferro e ultra bianca, un materiale importante per il vetro fotovoltaico, il prezzo è aumentato e l'offerta scarseggia. Gli esperti del settore prevedono che la sabbia di quarzo a basso contenuto di ferro registrerà un aumento a lungo termine di oltre il 15% per più di 10 anni. Sotto il forte vento del fotovoltaico, la produzione di sabbia di quarzo a basso contenuto di ferro ha attirato molta attenzione.
1. Sabbia di quarzo per vetro fotovoltaico
Il vetro fotovoltaico viene generalmente utilizzato come pannello di incapsulamento dei moduli fotovoltaici, ed è a diretto contatto con l'ambiente esterno. La sua resistenza agli agenti atmosferici, la forza, la trasmissione della luce e altri indicatori svolgono un ruolo centrale nella vita dei moduli fotovoltaici e nell'efficienza della produzione di energia a lungo termine. Gli ioni di ferro nella sabbia di quarzo sono facili da tingere e, per garantire l'elevata trasmittanza solare del vetro originale, il contenuto di ferro del vetro fotovoltaico è inferiore a quello del vetro normale e la sabbia di quarzo a basso contenuto di ferro con elevata purezza del silicio e deve essere utilizzato un basso contenuto di impurità.
Al momento, nel nostro paese ci sono poche sabbie di quarzo di alta qualità a basso contenuto di ferro facili da estrarre e sono distribuite principalmente a Heyuan, Guangxi, Fengyang, Anhui, Hainan e in altri luoghi. In futuro, con la crescita della capacità produttiva di vetro goffrato ultra bianco per celle solari, la sabbia di quarzo di alta qualità con un’area di produzione limitata diventerà una risorsa relativamente scarsa. La fornitura di sabbia di quarzo stabile e di alta qualità limiterà in futuro la competitività delle aziende produttrici di vetro fotovoltaico. Pertanto, come ridurre efficacemente il contenuto di ferro, alluminio, titanio e altri elementi impuri nella sabbia di quarzo e preparare sabbia di quarzo ad elevata purezza è un argomento di ricerca caldo.
2. Produzione di sabbia di quarzo a basso contenuto di ferro per vetro fotovoltaico
2.1 Purificazione della sabbia di quarzo per vetro fotovoltaico
Allo stato attuale, i tradizionali processi di purificazione del quarzo che vengono applicati in modo maturo nel settore comprendono la cernita, il lavaggio, il raffreddamento con acqua di calcinazione, la macinazione, la setacciatura, la separazione magnetica, la separazione per gravità, la flottazione, la lisciviazione acida, la lisciviazione microbica, il degasaggio ad alta temperatura, ecc., I processi di purificazione profonda includono la tostatura con cloro, lo smistamento dei colori irradiati, lo smistamento magnetico superconduttore, il vuoto ad alta temperatura e così via. Il processo generale di arricchimento della purificazione domestica della sabbia di quarzo è stato sviluppato anche dalle prime "macinazioni, separazione magnetica, lavaggio" a "separazione → frantumazione grossolana → calcinazione → tempra in acqua → macinazione → vagliatura → separazione magnetica → flottazione → acido Il processo di arricchimento combinato di immersione→lavaggio→asciugatura, combinato con microonde, ultrasuoni e altri mezzi per il pretrattamento o la purificazione ausiliaria, migliora notevolmente l'effetto di purificazione. In considerazione del basso fabbisogno di ferro del vetro fotovoltaico, vengono introdotti principalmente la ricerca e lo sviluppo di metodi di rimozione della sabbia di quarzo.
Generalmente il ferro esiste nelle seguenti sei forme comuni nel minerale di quarzo:
① Esistono sotto forma di particelle fini in argilla o feldspato caolinizzato
②Attaccato alla superficie delle particelle di quarzo sotto forma di pellicola di ossido di ferro
③Minerali di ferro come ematite, magnetite, specularite, qinite, ecc. o minerali contenenti ferro come mica, anfibolo, granato, ecc.
④È nello stato di immersione o lente all'interno delle particelle di quarzo
⑤ Esiste allo stato di soluzione solida all'interno del cristallo di quarzo
⑥ Una certa quantità di ferro secondario verrà miscelata nel processo di frantumazione e macinazione
Per separare efficacemente i minerali contenenti ferro dal quarzo, è necessario innanzitutto accertare lo stato di presenza delle impurità di ferro nel minerale di quarzo e selezionare un metodo di arricchimento e un processo di separazione ragionevoli per ottenere la rimozione delle impurità di ferro.
(1) Processo di separazione magnetica
Il processo di separazione magnetica può rimuovere nella massima misura i minerali deboli impurità magnetiche come ematite, limonite e biotite, comprese le particelle congiunte. Secondo la forza magnetica, la separazione magnetica può essere divisa in separazione magnetica forte e separazione magnetica debole. La forte separazione magnetica solitamente adotta un forte separatore magnetico bagnato o un separatore magnetico ad alto gradiente.
In generale, la sabbia di quarzo contenente principalmente minerali con impurità magnetiche deboli come limonite, ematite, biotite, ecc., può essere selezionata utilizzando una macchina magnetica forte di tipo umido ad un valore superiore a 8,0×105 A/m; Per i minerali magnetici forti dominati dal minerale di ferro, è meglio utilizzare una macchina magnetica debole o una macchina magnetica media per la separazione. [2] Al giorno d'oggi, con l'applicazione di separatori magnetici ad alto gradiente e forte campo magnetico, la separazione magnetica e la purificazione sono state notevolmente migliorate rispetto al passato. Ad esempio, utilizzando un potente separatore magnetico del tipo a rullo a induzione elettromagnetica per rimuovere il ferro con un'intensità del campo magnetico inferiore a 2,2 T è possibile ridurre il contenuto di Fe2O3 dallo 0,002% allo 0,0002%.
(2) Processo di flottazione
La flottazione è un processo di separazione delle particelle minerali attraverso diverse proprietà fisiche e chimiche sulla superficie delle particelle minerali. La funzione principale è quella di rimuovere la mica minerale e il feldspato correlati dalla sabbia di quarzo. Per la separazione per flottazione di minerali contenenti ferro e quarzo, scoprire la forma in cui si presentano le impurità di ferro e la forma di distribuzione di ciascuna dimensione delle particelle è la chiave per scegliere un processo di separazione adeguato per la rimozione del ferro. La maggior parte dei minerali contenenti ferro hanno un punto elettrico zero superiore a 5, che è carico positivamente in un ambiente acido e teoricamente adatto all'uso di collettori anionici.
L'acido grasso (sapone), l'idrocarbil solfonato o il solfato possono essere utilizzati come collettore anionico per la flottazione del minerale di ossido di ferro. La pirite può essere flottata dalla pirite dal quarzo in un ambiente di decapaggio con il classico agente di flottazione per isobutile xantato più polvere nera di butilammina (4:1). Il dosaggio è di circa 200 ppmw.
La flottazione dell'ilmenite utilizza generalmente oleato di sodio (0,21 mol/L) come agente di flottazione per regolare il pH su 4~10. Si verifica una reazione chimica tra gli ioni oleato e le particelle di ferro sulla superficie dell'ilmenite per produrre oleato di ferro, che viene adsorbito chimicamente. Gli ioni oleato mantengono l'ilmenite con una migliore galleggiabilità. I collettori di acido fosfonico a base di idrocarburi sviluppati negli ultimi anni hanno una buona selettività e prestazioni di raccolta per ilmenite.
(3) Processo di lisciviazione acida
Lo scopo principale del processo di lisciviazione acida è rimuovere i minerali di ferro solubili nella soluzione acida. I fattori che influenzano l'effetto purificante della lisciviazione acida includono la dimensione delle particelle di sabbia di quarzo, la temperatura, il tempo, il tipo di acido, la concentrazione dell'acido, il rapporto solido-liquido, ecc. e l'aumento della temperatura e della soluzione acida. La concentrazione e la riduzione del raggio delle particelle di quarzo possono aumentare la velocità di lisciviazione e la velocità di lisciviazione di Al. L'effetto purificante di un singolo acido è limitato e l'acido misto ha un effetto sinergico, che può aumentare notevolmente il tasso di rimozione di elementi impuri come Fe e K. Gli acidi inorganici comuni sono HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4 , H2C2O4, generalmente due o più di essi vengono miscelati e utilizzati in una certa proporzione.
L'acido ossalico è un acido organico comunemente usato per la lisciviazione acida. Può formare un complesso relativamente stabile con gli ioni metallici disciolti e le impurità vengono facilmente rimosse. Presenta i vantaggi di un basso dosaggio e di un'elevata velocità di rimozione del ferro. Alcune persone usano gli ultrasuoni per assistere la purificazione dell'acido ossalico e hanno scoperto che, rispetto all'agitazione convenzionale e agli ultrasuoni del serbatoio, gli ultrasuoni con sonda hanno il tasso di rimozione del Fe più alto, la quantità di acido ossalico è inferiore a 4 g/L e il tasso di rimozione del ferro raggiunge 75,4%.
La presenza di acido diluito e acido fluoridrico può rimuovere efficacemente le impurità metalliche come Fe, Al, Mg, ma la quantità di acido fluoridrico deve essere controllata perché l'acido fluoridrico può corrodere le particelle di quarzo. Anche l'uso di diversi tipi di acidi influisce sulla qualità del processo di purificazione. Tra questi, l'acido misto di HCl e HF ha il miglior effetto di lavorazione. Alcune persone usano agenti liscivianti misti HCl e HF per purificare la sabbia di quarzo dopo la separazione magnetica. Attraverso la lisciviazione chimica, la quantità totale di elementi impuri è pari a 40,71 μg/g e la purezza di SiO2 raggiunge il 99,993% in peso.
(4) Lisciviazione microbica
I microrganismi vengono utilizzati per lisciviare film sottili di ferro o impregnare il ferro sulla superficie delle particelle di sabbia di quarzo, una tecnica sviluppata di recente per la rimozione del ferro. Studi stranieri hanno dimostrato che l'uso di Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus e altri microrganismi per la lisciviazione del ferro sulla superficie della pellicola di quarzo ha ottenuto buoni risultati, di cui l'effetto della lisciviazione del ferro di Aspergillus niger è ottimale. Il tasso di rimozione di Fe2O3 è per lo più superiore al 75% e il grado di concentrato di Fe2O3 è pari allo 0,007%. E si è scoperto che l'effetto della lisciviazione del ferro con la pre-coltivazione della maggior parte dei batteri e delle muffe sarebbe migliore.
2.2 Altri progressi nella ricerca sulla sabbia di quarzo per vetro fotovoltaico
Al fine di ridurre la quantità di acido, ridurre la difficoltà del trattamento delle acque reflue ed essere rispettosi dell'ambiente, Peng Shou [5] et al. ha descritto un metodo per preparare sabbia di quarzo a basso contenuto di ferro da 10 ppm mediante un processo senza decapaggio: il quarzo venato naturale viene utilizzato come materia prima e la frantumazione in tre fasi. La macinazione del primo stadio e la classificazione del secondo stadio possono ottenere una grana di 0,1 ~ 0,7 mm ; la sabbia viene separata dal primo stadio di separazione magnetica e dal secondo stadio di forte rimozione magnetica del ferro meccanico e dei minerali contenenti ferro per ottenere sabbia di separazione magnetica; la separazione magnetica della sabbia è ottenuta dalla flottazione del secondo stadio. Il contenuto di Fe2O3 è inferiore a 10 ppm di sabbia di quarzo a basso contenuto di ferro, la flottazione utilizza H2SO4 come regolatore, regola il pH=2~3, utilizza oleato di sodio e propilene diammina a base di olio di cocco come collettori . La sabbia di quarzo preparata SiO2≥99,9%, Fe2O3≤10ppm, soddisfa i requisiti delle materie prime silicee richieste per vetro ottico, vetro per display fotoelettrico e vetro al quarzo.
D’altra parte, con l’esaurimento delle risorse di quarzo di alta qualità, l’utilizzo completo delle risorse di fascia bassa ha attirato un’attenzione diffusa. Xie Enjun della China Building Materials Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd. ha utilizzato sterili di caolino per preparare sabbia di quarzo a basso contenuto di ferro per il vetro fotovoltaico. La principale composizione minerale degli sterili di caolino del Fujian è il quarzo, che contiene una piccola quantità di minerali impuri come caolinite, mica e feldspato. Dopo che gli sterili di caolino sono stati elaborati mediante il processo di arricchimento di "macinazione-classificazione idraulica-separazione magnetica-flottazione", il contenuto di dimensioni delle particelle di 0,6~0,125 mm è superiore al 95%, SiO2 è 99,62%, Al2O3 è 0,065%, Fe2O3 è La sabbia di quarzo fine 92×10-6 soddisfa i requisiti di qualità della sabbia di quarzo a basso contenuto di ferro per vetro fotovoltaico.
Shao Weihua e altri dello Zhengzhou Institute of Comprehensive Utilization of Mineral Resources, Accademia cinese di scienze geologiche, hanno pubblicato un brevetto di invenzione: un metodo per preparare sabbia di quarzo di elevata purezza da sterili di caolino. Il metodo prevede: a. Gli sterili di caolino vengono utilizzati come minerale grezzo, che viene setacciato dopo essere stato agitato e lavato per ottenere materiale di +0,6 mm; B. + Il materiale da 0,6 mm è macinato e classificato e il materiale minerale da 0,4 mm e 0,1 mm è sottoposto a un'operazione di separazione magnetica. Per ottenere materiali magnetici e non magnetici, i materiali non magnetici entrano nell'operazione di separazione per gravità per ottenere la separazione per gravità di minerali leggeri e i minerali pesanti con separazione per gravità e i minerali leggeri con separazione per gravità entrano nell'operazione di rimacinatura per vagliare per ottenere minerali di +0,1 mm; c.+0.1mm Il minerale entra nell'operazione di flottazione per ottenere il concentrato di flottazione. L'acqua superiore del concentrato di flottazione viene rimossa e quindi decapata ad ultrasuoni e quindi setacciata per ottenere il materiale grossolano +0,1 mm come sabbia di quarzo di elevata purezza. Il metodo dell'invenzione non solo può ottenere prodotti concentrati di quarzo di alta qualità, ma ha anche tempi di lavorazione brevi, flusso di processo semplice, basso consumo energetico e alta qualità del concentrato di quarzo ottenuto, che può soddisfare i requisiti di qualità di elevata purezza quarzo.
Gli sterili di caolino contengono una grande quantità di risorse di quarzo. Attraverso l'arricchimento, la purificazione e la lavorazione profonda, è in grado di soddisfare i requisiti per l'utilizzo di materie prime di vetro ultrabianco fotovoltaico. Ciò fornisce anche una nuova idea per l’utilizzo completo delle risorse degli sterili di caolino.
3. Panoramica del mercato della sabbia di quarzo a basso contenuto di ferro per vetro fotovoltaico
Da un lato, nella seconda metà del 2020, la capacità produttiva limitata dall’espansione non sarà in grado di far fronte alla domanda esplosiva in un contesto di elevata prosperità. La domanda e l’offerta di vetro fotovoltaico sono sbilanciate e il prezzo è alle stelle. Nell'ambito dell'appello congiunto di molte aziende produttrici di moduli fotovoltaici, nel dicembre 2020, il Ministero dell'Industria e dell'Informazione ha pubblicato un documento in cui chiarisce che il progetto del vetro laminato fotovoltaico non può formulare un piano di sostituzione della capacità. Interessato dalla nuova politica, il tasso di crescita della produzione di vetro fotovoltaico sarà ampliato a partire dal 2021. Secondo le informazioni pubbliche, la capacità di vetro fotovoltaico laminato con un chiaro piano di produzione nel 21/22 raggiungerà 22250/26590t/g, con un tasso di crescita annuo del 68,4/48,6%. Nel caso delle garanzie politiche e della domanda, si prevede che la sabbia fotovoltaica introdurrà una crescita esplosiva.
Capacità produttiva dell’industria del vetro fotovoltaico 2015-2022
D’altro canto, il sostanziale aumento della capacità produttiva di vetro fotovoltaico potrebbe far sì che l’offerta di sabbia silicea a basso contenuto di ferro superi l’offerta, il che a sua volta limita la produzione effettiva della capacità di produzione di vetro fotovoltaico. Secondo le statistiche, dal 2014, la produzione nazionale di sabbia di quarzo del mio paese è stata generalmente leggermente inferiore alla domanda interna e la domanda e l'offerta hanno mantenuto uno stretto equilibrio.
Allo stesso tempo, le risorse nazionali di giacimento di quarzo a basso contenuto di ferro del mio paese sono scarse, concentrate a Heyuan del Guangdong, Beihai del Guangxi, Fengyang dell'Anhui e Donghai del Jiangsu, e una grande quantità di esse deve essere importata.
La sabbia di quarzo ultrabianca a basso contenuto di ferro è una delle materie prime più importanti (che rappresentano circa il 25% del costo della materia prima) negli ultimi anni. Anche il prezzo è aumentato. In passato, per molto tempo, è stato intorno ai 200 yuan/tonnellata. Dopo lo scoppio dell'epidemia del primo trimestre in 20 anni, è sceso da un livello elevato e per il momento sta mantenendo un funzionamento stabile.
Nel 2020, la domanda complessiva di sabbia di quarzo del mio paese sarà di 90,93 milioni di tonnellate, la produzione sarà di 87,65 milioni di tonnellate e l'importazione netta sarà di 3,278 milioni di tonnellate. Secondo le informazioni pubbliche, la quantità di pietra di quarzo in 100 kg di vetro fuso è di circa 72,2 kg. Secondo l’attuale piano di espansione, l’aumento di capacità del vetro fotovoltaico nel 2021/2022 potrebbe raggiungere 3,23/24500 t/giorno, secondo la produzione annua. Calcolata su un periodo di 360 giorni, la produzione totale corrisponderà al nuovo aumento della domanda di vetro fotovoltaico a bassa temperatura. -sabbia ferro-silicea pari a 836/635 milioni di tonnellate/anno, ovvero la nuova domanda di sabbia silicea a basso contenuto di ferro portata dal vetro fotovoltaico nel 2021/2022 rappresenterà la sabbia di quarzo complessiva nel 2020 pari al 9,2%/7,0% della domanda . Considerando che la sabbia silicea a basso contenuto di ferro rappresenta solo una parte della domanda totale di sabbia silicea, la pressione della domanda e dell’offerta sulla sabbia silicea a basso contenuto di ferro causata dall’investimento su larga scala nella capacità di produzione di vetro fotovoltaico potrebbe essere molto superiore alla pressione sulla sabbia silicea a basso contenuto di ferro. l’industria complessiva della sabbia di quarzo.
—Articolo da Powder Network
Orario di pubblicazione: 11 dicembre 2021