Durante il periodo del “14° Piano quinquennale”, secondo il piano strategico “carbon peak and carbon neutral” del Paese, l'industria fotovoltaica porterà a uno sviluppo esplosivo.Lo scoppio del settore fotovoltaico ha “creato ricchezza” per l'intera filiera industriale.In questa scintillante catena, il vetro fotovoltaico è un anello indispensabile.Oggi, sostenendo il risparmio energetico e la protezione dell'ambiente, la domanda di vetro fotovoltaico aumenta di giorno in giorno e c'è uno squilibrio tra domanda e offerta.Contemporaneamente è aumentata anche la sabbia di quarzo a basso contenuto di ferro e ultra bianca, materiale importante per il vetro fotovoltaico, il prezzo è aumentato e la fornitura scarseggia.Gli esperti del settore prevedono che la sabbia di quarzo a basso contenuto di ferro aumenterà 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 vetri fotovoltaici
Il vetro fotovoltaico è 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, al fine di garantire l'elevata trasmittanza solare del vetro originale, il contenuto di ferro del vetro fotovoltaico è inferiore a quello del vetro ordinario 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, ci sono poche sabbie di quarzo a basso contenuto di ferro di alta qualità che sono facili da estrarre nel nostro paese e sono distribuite principalmente a Heyuan, Guangxi, Fengyang, Anhui, Hainan e 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 di vetro fotovoltaico.Pertanto, come ridurre efficacemente il contenuto di ferro, alluminio, titanio e altri elementi di impurità nella sabbia di quarzo e preparare sabbia di quarzo ad alta purezza è un argomento di ricerca caldo.
2. Produzione di sabbie quarzifere a basso contenuto di ferro per vetri fotovoltaici
2.1 Purificazione della sabbia di quarzo per il vetro fotovoltaico
Attualmente, i tradizionali processi di purificazione del quarzo che vengono applicati in modo maturo nel settore includono cernita, lavaggio, tempra calcinazione-acqua, macinazione, setacciatura, separazione magnetica, separazione per gravità, flottazione, lisciviazione acida, lisciviazione microbica, degasaggio ad alta temperatura, ecc., purificazione profonda I processi includono la tostatura clorurata, la selezione del colore irradiato, la selezione magnetica superconduttiva, il vuoto ad alta temperatura e così via.Il processo di arricchimento generale della purificazione domestica della sabbia di quarzo è stato sviluppato anche dalla prima "macinazione, separazione magnetica, lavaggio" alla "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 principalmente introdotte 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.
④ È nello stato di immersione o lente all'interno delle particelle di quarzo
⑤ Esiste nello 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 prima accertare lo stato di presenza delle impurità di ferro nel minerale di quarzo e selezionare un metodo di arricchimento ragionevole e un processo di separazione per ottenere la rimozione delle impurità di ferro.
(1) Processo di separazione magnetica
Il processo di separazione magnetica può rimuovere i minerali deboli di impurità magnetica come ematite, limonite e biotite comprese le particelle congiunte nella massima misura.Secondo la forza magnetica, la separazione magnetica può essere suddivisa in forte separazione magnetica e debole separazione magnetica.La forte separazione magnetica di solito adotta un forte separatore magnetico bagnato o un separatore magnetico ad alto gradiente.
In generale, la sabbia di quarzo contenente principalmente impurità magnetiche deboli minerali come limonite, ematite, biotite, ecc., può essere selezionata utilizzando una macchina magnetica forte di tipo umido con un valore superiore a 8,0×105A/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, l'utilizzo di un forte separatore magnetico del tipo a rullo a induzione elettromagnetica per rimuovere il ferro con un'intensità del campo magnetico di 2,2 T può 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 dalla sabbia di quarzo la relativa mica minerale e il feldspato.Per la separazione per flottazione di minerali e quarzi contenenti ferro, scoprire la forma di presenza di 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 ha un punto elettrico zero superiore a 5, che è caricato 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 usati come collettori anionico per la flottazione del minerale di ossido di ferro.La pirite può essere flottazione della pirite dal quarzo in un ambiente di decapaggio con il classico agente di flottazione per isobutil xantato più polvere nera di butilammina (4:1).Il dosaggio è di circa 200 ppm.
La flottazione dell'ilmenite utilizza generalmente oleato di sodio (0,21 mol/L) come agente di flottazione per regolare il pH a 4~10.Si verifica una reazione chimica tra ioni oleato e 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 di purificazione della lisciviazione acida includono la dimensione delle particelle di sabbia di quarzo, la temperatura, il tempo, il tipo di acido, la concentrazione di 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 il tasso di lisciviazione e il tasso di lisciviazione di Al.L'effetto di purificazione di un singolo acido è limitato e l'acido misto ha un effetto sinergico, che può aumentare notevolmente il tasso di rimozione di elementi di impurità 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 lavate via.Presenta i vantaggi di un basso dosaggio e di un'elevata velocità di rimozione del ferro.Alcune persone usano gli ultrasuoni per aiutare la purificazione dell'acido ossalico e hanno scoperto che, rispetto all'agitazione convenzionale e agli ultrasuoni del serbatoio, gli ultrasuoni della sonda hanno il più alto tasso di rimozione del Fe, 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.L'uso di diversi tipi di acidi influisce anche sulla qualità del processo di purificazione.Tra questi, l'acido misto di HCl e HF ha il miglior effetto di elaborazione.Alcune persone usano l'agente di lisciviazione misto HCl e HF per purificare la sabbia di quarzo dopo la separazione magnetica.Attraverso la lisciviazione chimica, la quantità totale di elementi di impurità è di 40,71μg/g e la purezza di SiO2 raggiunge il 99,993% in peso.
(4) Lisciviazione microbica
I microrganismi vengono utilizzati per lisciviare il ferro a film sottile o impregnare il ferro sulla superficie delle particelle di sabbia di quarzo, che è una tecnica recentemente sviluppata per rimuovere il ferro.Studi esteri hanno dimostrato che l'uso di Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus e altri microrganismi per la lisciviazione del ferro sulla superficie del film di quarzo ha ottenuto buoni risultati, di cui l'effetto di Aspergillus niger lisciviazione del ferro è ottimale.Il tasso di rimozione di Fe2O3 è per lo più superiore al 75% e il grado di concentrato di Fe2O3 è di appena 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 stato migliore.
2.2 Altri progressi della ricerca sulla sabbia di quarzo per il 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 10 ppm di sabbia di quarzo a basso contenuto di ferro mediante un processo senza decapaggio: il quarzo venoso naturale viene utilizzato come materia prima e la frantumazione in tre fasi, la prima fase di macinazione e la seconda fase di classificazione 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 ferrosi per ottenere sabbia a 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 pH = 2 ~ 3, utilizza oleato di sodio e propilendiammina 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 il vetro ottico, il vetro del display fotoelettrico e il 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 di China Building Materials Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd. ha utilizzato residui 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 impurità come caolinite, mica e feldspato.Dopo che gli sterili di caolino sono stati elaborati dal processo di arricchimento di "macinazione-classificazione idraulica-separazione magnetica-flottazione", il contenuto di una dimensione delle particelle di 0,6 ~ 0,125 mm è maggiore del 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 il vetro fotovoltaico.
Shao Weihua e altri dello Zhengzhou Institute of Comprehensive Utilization of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, hanno pubblicato un brevetto di invenzione: un metodo per preparare sabbia di quarzo di elevata purezza da residui di caolino.Le fasi del metodo: a.Gli sterili di caolino sono usati come minerale grezzo, che viene setacciato dopo essere stato mescolato e lavato per ottenere materiale di +0,6 mm;b.+0,6 mm il materiale è rettificato e classificato e il materiale minerale da 0,4 mm0,1 mm è soggetto 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 i minerali leggeri di separazione per gravità e i minerali pesanti di separazione per gravità e i minerali leggeri di separazione per gravità entrano nell'operazione di rimacinato per schermare 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, quindi setacciata per ottenere il materiale grossolano di +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 elaborazione brevi, flusso di processo semplice, basso consumo di energia 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, può soddisfare i requisiti per l'uso di materie prime di vetro ultra-bianco fotovoltaico.Ciò fornisce anche una nuova idea per l'utilizzo completo delle risorse di scarto di caolino.
3. Panoramica del mercato della sabbia di quarzo a basso contenuto di ferro per il vetro fotovoltaico
Da un lato, nella seconda metà del 2020, la capacità di produzione vincolata dall'espansione non è in grado di far fronte alla domanda esplosiva in condizioni di elevata prosperità.L'offerta e la domanda di vetro fotovoltaico sono squilibrate e il prezzo è alle stelle.Su invito congiunto di molte aziende di moduli fotovoltaici, nel dicembre 2020 il Ministero dell'Industria e dell'Information Technology ha emesso un documento in cui chiarisce che il progetto del vetro laminato fotovoltaico potrebbe non formulare un piano di sostituzione della capacità.Influenzato 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 22250/26590 t/g, con un tasso di crescita annuo del 68,4/48,6%.Nel caso delle garanzie politiche e dal lato della domanda, si prevede che la sabbia fotovoltaica inaugurerà una crescita esplosiva.
2015-2022 capacità produttiva dell'industria del vetro fotovoltaico
D'altra parte, il sostanziale aumento della capacità produttiva di vetro fotovoltaico può far sì che la fornitura di sabbia silicea a basso contenuto di ferro superi l'offerta, il che a sua volta limita la produzione effettiva di capacità produttiva di vetro fotovoltaico.Secondo le statistiche, dal 2014 la produzione interna di sabbia di quarzo nel mio paese è stata generalmente leggermente inferiore alla domanda interna e domanda e offerta hanno mantenuto uno stretto equilibrio.
Allo stesso tempo, le risorse domestiche 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 dello Jiangsu, e una grande quantità di esse deve essere importata.
La sabbia di quarzo ultra bianca a basso contenuto di ferro è una delle materie prime importanti (rappresentando circa il 25% del costo della materia prima) negli ultimi anni.Anche il prezzo è aumentato.In passato, è stato di circa 200 yuan/ton per molto tempo.Dopo lo scoppio dell'epidemia del primo trimestre in 20 anni, è sceso da un livello elevato e attualmente mantiene un funzionamento stabile per il momento.
Nel 2020, la domanda complessiva di sabbia di quarzo nel 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 della capacità del vetro fotovoltaico nel 2021/2022 potrebbe raggiungere 3,23/24500 t/g, secondo la produzione annua calcolata su un periodo di 360 giorni, la produzione totale corrisponderà alla nuova domanda aumentata di - sabbia silicea ferrosa di 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 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 dell'offerta e della domanda di sabbia silicea a basso contenuto di ferro causata dall'investimento su larga scala nella capacità di produzione del vetro fotovoltaico può essere molto più elevata della pressione sulla l'industria complessiva della sabbia di quarzo.
—Articolo da Powder Network
Tempo di pubblicazione: 11-dic-2021