A „14. ötéves terv” időszakában az ország „szén-dioxid-csúcs és szén-dioxid-semleges” stratégiai terve szerint a fotovoltaikus ipar robbanásszerű fejlődéshez vezet. A fotovoltaikus ipar fellendülése „gazdagságot teremtett” az egész ipari lánc számára. Ebben a káprázatos láncban a fotovoltaikus üveg nélkülözhetetlen láncszem. Ma, az energiatakarékosság és a környezetvédelem mellett érvelve, a fotovoltaikus üveg iránti kereslet napról napra növekszik, és egyensúlyhiány van a kínálat és a kereslet között. Ugyanakkor az alacsony vastartalmú és ultrafehér kvarchomok, a fotovoltaikus üveg fontos anyaga is emelkedett, és az ára is megnőtt, a kínálat pedig hiánycikknek számít. Az iparági szakértők azt jósolják, hogy az alacsony vastartalmú kvarchomok hosszú távon több mint 15%-kal fog növekedni több mint 10 évig. A fotovoltaikus energia erős szele alatt az alacsony vastartalmú kvarchomok termelése nagy figyelmet kapott.
1. Kvarchomok fotovoltaikus üveghez
A fotovoltaikus üveget általában a fotovoltaikus modulok kapszulázó paneljeként használják, és közvetlenül érintkezik a külső környezettel. Időjárásállósága, szilárdsága, fényáteresztő képessége és egyéb mutatói központi szerepet játszanak a fotovoltaikus modulok élettartamában és a hosszú távú energiatermelési hatékonyságban. A kvarchomokban található vasionok könnyen festhetők, és az eredeti üveg magas napáteresztő képességének biztosítása érdekében a fotovoltaikus üveg vastartalma alacsonyabb, mint a hagyományos üvegé, és alacsony vastartalmú, magas szilícium-tisztaságú és alacsony szennyeződéstartalmú kvarchomokot kell használni.
Jelenleg kevés, könnyen bányászható, kiváló minőségű, alacsony vastartalmú kvarchomok található hazánkban, ezek főként Heyuan, Guangxi, Fengyang, Anhui, Hainan és más helyeken találhatók. A jövőben, a napelemekhez használt ultrafehér dombornyomott üveg gyártási kapacitásának növekedésével, a korlátozott termelési területtel rendelkező, kiváló minőségű kvarchomok viszonylag szűkös erőforrássá válik. A kiváló minőségű és stabil kvarchomok kínálata a jövőben korlátozni fogja a fotovoltaikus üveggyártó vállalatok versenyképességét. Ezért a kvarchomokban található vas-, alumínium-, titán- és egyéb szennyező elemek tartalmának hatékony csökkentése és a nagy tisztaságú kvarchomok előállítása forró kutatási téma.
2. Alacsony vastartalmú kvarchomok előállítása fotovoltaikus üveghez
2.1 Kvarchomok tisztítása fotovoltaikus üveg előállításához
Jelenleg az iparban éretten alkalmazott hagyományos kvarctisztítási eljárások közé tartozik a válogatás, súrolás, kalcinálási-vizes hűtés, őrlés, szitálás, mágneses elválasztás, gravitációs elválasztás, flotáció, savas kioldás, mikrobiális kioldás, magas hőmérsékletű gáztalanítás stb., a mélytisztítási eljárások közé tartozik a klórozott pörkölés, a besugárzott színválogatás, a szupravezető mágneses válogatás, a magas hőmérsékletű vákuum és így tovább. A háztartási kvarchomok tisztításának általános dúsítási folyamatát is fejlesztették a korai „őrlés, mágneses elválasztás, mosás”-tól a „elválasztás → durva zúzás → kalcinálás → vizes hűtés → őrlés → szitálás → mágneses elválasztás → flotáció → sav”-ig. A bemerítés → mosás → szárítás kombinált dúsítási folyamata, mikrohullámú, ultrahangos és egyéb előkezelési vagy kiegészítő tisztítási eszközökkel kombinálva, jelentősen javítja a tisztítási hatást. A fotovoltaikus üveg alacsony vastartalmú követelményeire tekintettel elsősorban a kvarchomok eltávolítási módszereinek kutatása és fejlesztése került bevezetésre.
A vas általában a következő hat gyakori formában létezik a kvarcércben:
① Finom részecskék formájában fordulnak elő agyagban vagy kaolinizált földpátban
②Vas-oxid film formájában kvarcrészecskék felületéhez tapadva
③Vasásványok, mint például hematit, magnetit, spekularit, kinit stb., vagy vastartalmú ásványok, mint például csillám, amfibol, gránát stb.
④A kvarc részecskék belsejében lévő merítés vagy lencse állapotában van
5. Szilárd oldat formájában létezik a kvarckristály belsejében
6. Bizonyos mennyiségű másodlagos vasat kevernek a zúzás és őrlés során.
A vastartalmú ásványok kvarctól való hatékony elválasztásához először meg kell állapítani a vasszennyeződések előfordulási állapotát a kvarcércben, és ki kell választani egy ésszerű dúsítási módszert és elválasztási folyamatot a vasszennyeződések eltávolításához.
(1) Mágneses elválasztási eljárás
A mágneses elválasztási eljárás a lehető legnagyobb mértékben képes eltávolítani a gyengén mágneses szennyező ásványokat, például a hematitot, a limonitot és a biotitot, beleértve az összefüggő részecskéket is. A mágneses erősség szerint a mágneses elválasztás erős mágneses elválasztásra és gyenge mágneses elválasztásra osztható. Az erős mágneses elválasztáshoz általában nedves erős mágneses szeparátort vagy nagy gradiensű mágneses szeparátort alkalmaznak.
Általánosságban elmondható, hogy a főként gyenge mágneses szennyező ásványokat, például limonitot, hematitot, biotitot stb. tartalmazó kvarchomok 8,0×105 A/m feletti értékkel választható ki nedves típusú erős mágneses géppel; A vasérc által dominált erős mágneses ásványok esetében jobb gyenge mágneses gépet vagy közepes mágneses gépet használni az elválasztáshoz. [2] Napjainkban a nagy gradiensű és erős mágneses térerősségű mágneses szeparátorok alkalmazásával a mágneses elválasztás és tisztítás jelentősen javult a múlthoz képest. Például egy elektromágneses indukciós görgős típusú erős mágneses szeparátorral a vas eltávolítása 2,2 T mágneses térerősség mellett 0,002%-ról 0,0002%-ra csökkenthető a Fe2O3-tartalom.
(2) Flotációs folyamat
A flotáció az ásványi részecskék felületén lévő különböző fizikai és kémiai tulajdonságok alapján történő szétválasztásának folyamata. A fő funkció a kapcsolódó ásványi csillám és földpát eltávolítása a kvarchomokból. A vastartalmú ásványok és kvarc flotációs elválasztásához a vasszennyeződések előfordulási formájának és az egyes részecskeméretek eloszlási formájának meghatározása kulcsfontosságú a vas eltávolításához szükséges megfelelő elválasztási eljárás kiválasztásához. A legtöbb vastartalmú ásvány nulla elektromos pontja 5 felett van, ami savas környezetben pozitív töltésű, és elméletileg alkalmas anionos kollektorok használatára.
A vas-oxidérc flotációjához zsírsav (szappan), szénhidrogén-szulfonát vagy szulfát használható anionos kollektorként. A pirit kvarcból pácolásos környezetben, az izobutil-xantát és butil-amin fekete por (4:1) klasszikus flotálószerével kinyerhető. Az adagolás körülbelül 200 ppmw.
Az ilmenit flotációja általában nátrium-oleátot (0,21 mol/l) használ flotálószerként a pH 4-10-re állításához. Az oleátionok és az ilmenit felületén lévő vasrészecskék között kémiai reakció megy végbe, amelynek eredményeként vas-oleát keletkezik, amelyet kémiailag adszorbeálnak az oleátionok, így az ilmenit jobb úsztathatósággal rendelkezik. Az utóbbi években kifejlesztett szénhidrogén alapú foszfonsavgyűjtők jó szelektivitással és gyűjtőteljesítménnyel rendelkeznek az ilmenit esetében.
(3) Savas kioldási folyamat
A savas kioldási eljárás fő célja az oldható vasásványok eltávolítása a savas oldatból. A savas kioldás tisztító hatását befolyásoló tényezők közé tartozik a kvarchomok részecskemérete, a hőmérséklet, az idő, a sav típusa, a savkoncentráció, a szilárd-folyadék arány stb., valamint a hőmérséklet és a savas oldat növelése. A kvarcrészecskék koncentrálása és sugarának csökkentése növelheti az Al kioldódási sebességét és kioldódási sebességét. Egyetlen sav tisztító hatása korlátozott, a kevert sav szinergikus hatású, ami nagymértékben növelheti a szennyező elemek, például a Fe és a K eltávolítási sebességét. A gyakori szervetlen savak a HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4, H2C2O4, általában kettőt vagy többet kevernek össze és használnak bizonyos arányban.
Az oxálsav egy gyakran használt szerves sav a savas kioldáshoz. Viszonylag stabil komplexet képezhet az oldott fémionokkal, és a szennyeződések könnyen kimoshatók. Előnyei az alacsony dózis és a magas vaseltávolítási sebesség. Egyesek ultrahangot használnak az oxálsav tisztításának elősegítésére, és azt tapasztalták, hogy a hagyományos keverő- és tartályultrahanggal összehasonlítva a szondás ultrahang rendelkezik a legmagasabb Fe eltávolítási sebességgel, az oxálsav mennyisége kevesebb, mint 4 g/l, és a vaseltávolítási sebesség eléri a 75,4%-ot.
A híg sav és a hidrogén-fluorid jelenléte hatékonyan eltávolíthatja a fémszennyeződéseket, például a Fe-t, Al-t és Mg-ot, de a hidrogén-fluorid mennyiségét szabályozni kell, mivel a hidrogén-fluorid korrodálhatja a kvarcrészecskéket. A különböző típusú savak használata szintén befolyásolja a tisztítási folyamat minőségét. Ezek közül a HCl és HF keverék savnak van a legjobb feldolgozási hatása. Egyesek HCl és HF keverék kioldószert használnak a kvarchomok mágneses elválasztás utáni tisztítására. Kémiai kioldás révén a szennyező elemek teljes mennyisége 40,71 μg/g, az SiO2 tisztasága pedig akár 99,993 tömeg%.
(4) Mikrobiális kimosódás
A mikroorganizmusok vékonyrétegű vas kioldására vagy vas kvarchomok-részecskék felületének impregnálására szolgálnak, ami egy nemrégiben kifejlesztett technika a vas eltávolítására. Külföldi tanulmányok kimutatták, hogy az Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus és más mikroorganizmusok használata a kvarcfilm felületén történő vas kioldására jó eredményeket hozott, amelyek közül az Aspergillus niger vas kioldási hatása optimális. Az Fe2O3 eltávolítási aránya többnyire 75% felett van, az Fe2O3 koncentrátum minősége pedig mindössze 0,007%. Megállapították, hogy a vas kioldásának hatása a legtöbb baktérium és penész előtenyésztésével jobb.
2.2 A kvarchomok fotovoltaikus üveghez való felhasználásának egyéb kutatási eredményei
A sav mennyiségének csökkentése, a szennyvízkezelés nehézségeinek enyhítése és a környezetbarát megoldások biztosítása érdekében Peng Shou [5] és munkatársai egy 10 ppm alacsony vastartalmú kvarchomok előállítására szolgáló módszert ismertettek pácolás nélküli eljárással: természetes erezetes kvarcot használnak nyersanyagként, és háromlépcsős zúzással. Az első lépcsős őrlés és a második lépcsős osztályozás 0,1~0,7 mm szemcséket eredményez; a szemcséket az első mágneses elválasztás, a második lépcsős erős mágneses eltávolítás választja el a mechanikai vas és vastartalmú ásványok eltávolítása céljából, mágneses szeparációs homok előállításához; a homok mágneses elválasztását a második lépcsős flotációval érik el, ahol az Fe2O3-tartalom alacsonyabb, mint 10 ppm alacsony vastartalmú kvarchomok, a flotáció H2SO4-et használ szabályozóként, a pH=2~3 beállításához, nátrium-oleátot és kókuszolaj alapú propilén-diamint használ gyűjtőként. Az előállított kvarchomok SiO2≥99,9%, Fe2O3≤10 ppm, megfelel az optikai üveg, a fotoelektromos kijelzőüveg és a kvarcüveg kovasavas nyersanyagaira vonatkozó követelményeknek.
Másrészt a jó minőségű kvarcforrások kimerülésével széles körű figyelmet kapott az olcsóbb erőforrások átfogó hasznosítása. Xie Enjun, a China Building Materials Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd. munkatársa kaolin zagyot használt alacsony vastartalmú kvarchomok előállítására fotovoltaikus üveg előállításához. A Fujian kaolin zagy fő ásványi összetétele a kvarc, amely kis mennyiségű szennyező ásványt, például kaolinitot, csillámot és földpátot tartalmaz. Miután a kaolin zagyot az „őrlés-hidraulikus osztályozás-mágneses elválasztás-flotáció” dúsítási folyamattal feldolgozták, a 0,6~0,125 mm-es szemcseméret meghaladja a 95%-ot, a SiO2 99,62%, az Al2O3 0,065%, a Fe2O3 pedig 92×10-6 finom kvarchomok megfelel a fotovoltaikus üveg előállításához szükséges alacsony vastartalmú kvarchomok minőségi követelményeinek.
Shao Weihua és mások a Kínai Földtudományi Akadémia Zhengzhoui Ásványi Erőforrások Átfogó Hasznosítási Intézetéből közzétettek egy találmányi szabadalmat: egy eljárás nagy tisztaságú kvarchomok előállítására kaolin meddőből. Az eljárás lépései: a. A kaolin meddőt nyersércként használják, amelyet keverés és súrolás után szitálnak, hogy +0,6 mm-es anyagot kapjanak; b. A +0,6 mm-es anyagot megőrlik és osztályozzák, majd a 0,4 mm-0,1 mm-es ásványi anyagot mágneses elválasztási műveletnek vetik alá. A mágneses és nem mágneses anyagok kinyeréséhez a nem mágneses anyagok gravitációs elválasztási műveletbe kerülnek, hogy megkapják a gravitációs könnyű ásványokat és a gravitációs nehéz ásványokat, majd a gravitációs könnyű ásványok újraőrlési műveletbe kerülnek, hogy szitálják a +0,1 mm-es ásványokat; c. +0,1 mm. Az ásványi anyag bekerül a flotációs műveletbe, hogy megkapja a flotációs koncentrátumot. A flotációs koncentrátum felső vízrétegét eltávolítják, majd ultrahanggal pácolják, majd szitálják, hogy +0,1 mm-es durva anyagot kapjanak nagy tisztaságú kvarchomokként. A találmány szerinti eljárás nemcsak kiváló minőségű kvarckoncentrátum-termékek előállítására alkalmas, hanem rövid feldolgozási idővel, egyszerű folyamattal, alacsony energiafogyasztással és a kapott kvarckoncentrátum kiváló minőségével is rendelkezik, amely megfelel a nagy tisztaságú kvarc minőségi követelményeinek.
A kaolin zagy nagy mennyiségű kvarcforrást tartalmaz. Dúsítás, tisztítás és mélyfeldolgozás révén megfelelhet a fotovoltaikus ultrafehér üveg alapanyagok felhasználásának követelményeinek. Ez új ötletet is kínál a kaolin zagyforrások átfogó hasznosítására.
3. A fotovoltaikus üveghez használt alacsony vastartalmú kvarchomok piaci áttekintése
Egyrészt 2020 második felében a bővítés által korlátozott termelési kapacitás nem tudott megbirkózni a robbanásszerű kereslettel a magas jólét idején. A fotovoltaikus üveg kínálata és kereslete kiegyensúlyozatlan, és az ár szárnyal. Számos fotovoltaikus modulgyártó vállalat közös felhívására 2020 decemberében az Ipari és Informatikai Minisztérium kiadott egy dokumentumot, amely tisztázta, hogy a fotovoltaikus hengerelt üveg projekt nem feltétlenül készít kapacitáspótlási tervet. Az új politika hatására a fotovoltaikus üveggyártás növekedési üteme 2021-től bővül. A nyilvános információk szerint a 2021/22-i termelésre vonatkozó egyértelmű tervvel rendelkező hengerelt fotovoltaikus üveg kapacitása eléri a 22250/26590 t/nap-ot, éves növekedési üteme pedig 68,4/48,6%. Politikai és keresletoldali garanciák esetén a fotovoltaikus homok várhatóan robbanásszerű növekedést fog beindítani.
2015-2022 fotovoltaikus üvegipar termelési kapacitása
Másrészt a fotovoltaikus üveg termelési kapacitásának jelentős növekedése azt okozhatja, hogy az alacsony vastartalmú szilícium-dioxid homok kínálata meghaladja a kínálatot, ami viszont korlátozza a fotovoltaikus üveg tényleges termelési kapacitását. A statisztikák szerint 2014 óta hazám hazai kvarchomok termelése általában valamivel alacsonyabb volt, mint a belföldi kereslet, és a kínálat és a kereslet szoros egyensúlyban maradt.
Ugyanakkor hazám hazai, alacsony vastartalmú kvarc placer erőforrásai szűkösek, Guangdong Heyuan, Guangxi Beihai, Anhui Fengyang és Jiangsu Donghai településein koncentrálódnak, és nagy mennyiségben importálni kell.
Az alacsony vastartalmú ultrafehér kvarchomok az egyik fontos nyersanyag (a nyersanyagköltség mintegy 25%-át teszi ki) az utóbbi években. Az ára is emelkedik. A múltban hosszú ideig 200 jüan/tonna körül mozgott. A 20 évvel ezelőtti első negyedévi járvány kitörése után magas szintről visszaesett, és jelenleg egyelőre stabil működést tart fenn.
2020-ban az ország teljes kvarchomok iránti kereslete 90,93 millió tonna lesz, a termelés 87,65 millió tonna, a nettó import pedig 3,278 millió tonna. Nyilvános információk szerint 100 kg olvadt üvegben a kvarckő mennyisége körülbelül 72,2 kg. A jelenlegi bővítési terv szerint a fotovoltaikus üveg kapacitásnövekedése 2021/2022-ben elérheti a 3,23/24500 t/nap értéket, az éves termelés szerint. Egy 360 napos időszakra számítva a teljes termelés megfelel majd az alacsony vastartalmú szilícium-dioxid homok iránti újonnan megnövekedett, 836/635 millió tonna/év keresletnek, azaz a fotovoltaikus üveg által 2021/2022-ben előidézett új, alacsony vastartalmú szilícium-dioxid homok iránti kereslet a teljes kvarchomok iránti kereslet 9,2%/7,0%-át teszi ki 2020-ban. Figyelembe véve, hogy az alacsony vastartalmú szilícium-dioxid homok a teljes szilícium-dioxid homok keresletnek csak egy részét teszi ki, a fotovoltaikus üveggyártó kapacitás nagyszabású beruházásai által az alacsony vastartalmú szilícium-dioxid homokra nehezedő kínálati és keresleti nyomás sokkal nagyobb lehet, mint a kvarchomok iparágra nehezedő nyomás.
—Cikk a Powder Network-től
Közzététel ideje: 2021. dec. 11.