Durante o período do “14º Plano Quinquenal”, de acordo com o plano estratégico “pico de carbono e carbono neutro” do país, a indústria fotovoltaica levará a um desenvolvimento explosivo.A eclosão da indústria fotovoltaica “criou riqueza” para toda a cadeia industrial.Nesta deslumbrante cadeia, o vidro fotovoltaico é um elo indispensável.Hoje, defendendo a conservação de energia e a proteção ambiental, a demanda por vidro fotovoltaico aumenta a cada dia, e há um desequilíbrio entre oferta e demanda.Ao mesmo tempo, a areia de quartzo com baixo teor de ferro e ultra-branco, um material importante para o vidro fotovoltaico, também aumentou, e o preço aumentou e a oferta é escassa.Especialistas do setor preveem que a areia de quartzo com baixo teor de ferro terá um aumento a longo prazo de mais de 15% por mais de 10 anos.Sob o forte vento da energia fotovoltaica, a produção de areia de quartzo com baixo teor de ferro atraiu muita atenção.
1. Areia de quartzo para vidro fotovoltaico
O vidro fotovoltaico é geralmente utilizado como painel de encapsulamento de módulos fotovoltaicos, estando em contato direto com o ambiente externo.Sua resistência às intempéries, força, transmitância de luz e outros indicadores desempenham um papel central na vida útil dos módulos fotovoltaicos e na eficiência da geração de energia a longo prazo.Os íons de ferro na areia de quartzo são fáceis de tingir e, para garantir a alta transmitância solar do vidro original, o teor de ferro do vidro fotovoltaico é menor do que o do vidro comum e a areia de quartzo com baixo teor de ferro com alta pureza de silício e baixo teor de impurezas deve ser usado.
Atualmente, existem poucas areias de quartzo com baixo teor de ferro de alta qualidade que são fáceis de minerar em nosso país e são distribuídas principalmente em Heyuan, Guangxi, Fengyang, Anhui, Hainan e outros lugares.No futuro, com o crescimento da capacidade de produção de vidro em relevo ultra-branco para células solares, areia de quartzo de alta qualidade com área de produção limitada se tornará um recurso relativamente escasso.O fornecimento de areia de quartzo estável e de alta qualidade restringirá a competitividade das empresas de vidro fotovoltaico no futuro.Portanto, como reduzir efetivamente o teor de ferro, alumínio, titânio e outros elementos de impureza na areia de quartzo e preparar areia de quartzo de alta pureza é um tópico de pesquisa quente.
2. Produção de areia de quartzo com baixo teor de ferro para vidro fotovoltaico
2.1 Purificação de Areia de Quartzo para Vidro Fotovoltaico
Atualmente, os processos tradicionais de purificação de quartzo que são aplicados com maturidade na indústria incluem classificação, depuração, têmpera em água de calcinação, moagem, peneiramento, separação magnética, separação por gravidade, flotação, lixiviação ácida, lixiviação microbiana, desgaseificação de alta temperatura, etc., Os processos de purificação profunda incluem torrefação clorada, classificação de cores irradiadas, classificação magnética supercondutora, vácuo de alta temperatura e assim por diante.O processo geral de beneficiamento da purificação de areia de quartzo doméstico também foi desenvolvido desde o início “moagem, separação magnética, lavagem” para “separação → britagem grosseira → calcinação → têmpera em água → moagem → peneiramento → separação magnética → flotação → ácido O processo de beneficiamento combinado de imersão→lavagem→secagem, combinado com microondas, ultra-som e outros meios para pré-tratamento ou purificação auxiliar, melhora muito o efeito de purificação.Tendo em vista os requisitos de baixo teor de ferro do vidro fotovoltaico, a pesquisa e o desenvolvimento de métodos de remoção de areia de quartzo são introduzidos principalmente.
Geralmente o ferro existe nas seguintes seis formas comuns no minério de quartzo:
① Existem na forma de partículas finas em argila ou feldspato caulinizado
②Anexado à superfície das partículas de quartzo na forma de filme de óxido de ferro
③ Minerais de ferro, como hematita, magnetita, especularita, qinita, etc. ou minerais contendo ferro, como mica, anfibólio, granada, etc.
④Está no estado de imersão ou lente dentro das partículas de quartzo
⑤ Existe no estado de solução sólida dentro do cristal de quartzo
⑥ Uma certa quantidade de ferro secundário será misturada no processo de britagem e moagem
Para separar efetivamente minerais contendo ferro de quartzo, é necessário primeiro verificar o estado de ocorrência de impurezas de ferro no minério de quartzo e selecionar um método de beneficiamento razoável e processo de separação para conseguir a remoção de impurezas de ferro.
(1) Processo de separação magnética
O processo de separação magnética pode remover os minerais de impureza magnética fraca, como hematita, limonita e biotita, incluindo partículas conjuntas na maior extensão.De acordo com a força magnética, a separação magnética pode ser dividida em separação magnética forte e separação magnética fraca.A separação magnética forte geralmente adota separador magnético forte úmido ou separador magnético de alto gradiente.
De um modo geral, a areia de quartzo contendo principalmente minerais de impureza magnética fraca, como limonita, hematita, biotita, etc., pode ser selecionada usando uma máquina magnética forte do tipo úmido em um valor acima de 8,0×105A/m;Para minerais magnéticos fortes dominados por minério de ferro, é melhor usar uma máquina magnética fraca ou uma máquina magnética média para separação.[2] Hoje em dia, com a aplicação de separadores magnéticos de alto gradiente e campo magnético forte, a separação magnética e a purificação foram significativamente melhoradas em comparação com o passado.Por exemplo, usar um separador magnético forte do tipo rolo de indução eletromagnética para remover o ferro sob força de campo magnético de 2,2T pode reduzir o teor de Fe2O3 de 0,002% para 0,0002%.
(2) Processo de flutuação
A flotação é um processo de separação de partículas minerais através de diferentes propriedades físicas e químicas na superfície das partículas minerais.A principal função é remover a mica mineral relacionada e o feldspato da areia de quartzo.Para a separação por flotação de minerais contendo ferro e quartzo, descobrir a forma de ocorrência das impurezas de ferro e a forma de distribuição de cada tamanho de partícula é a chave para escolher um processo de separação adequado para a remoção do ferro.A maioria dos minerais contendo ferro tem um ponto elétrico zero acima de 5, que é carregado positivamente em um ambiente ácido e teoricamente adequado para o uso de coletores aniônicos.
Ácido graxo (sabão), hidrocarbil sulfonato ou sulfato podem ser usados como coletor aniônico para flotação de minério de óxido de ferro.Pirita pode ser flotação de pirita de quartzo em um ambiente de decapagem com o agente de flotação clássico para isobutil xantato mais pó preto de butilamina (4:1).A dosagem é de cerca de 200ppmw.
A flotação de ilmenita geralmente usa oleato de sódio (0,21mol/L) como agente de flotação para ajustar o pH para 4~10.Uma reação química ocorre entre íons oleato e partículas de ferro na superfície da ilmenita para produzir oleato de ferro, que é quimicamente adsorvido.Os coletores de ácido fosfônico à base de hidrocarbonetos desenvolvidos nos últimos anos apresentam boa seletividade e desempenho de coleta para ilmenita.
(3) Processo de lixiviação ácida
O principal objetivo do processo de lixiviação ácida é remover minerais de ferro solúveis na solução ácida.Os fatores que afetam o efeito de purificação da lixiviação ácida incluem tamanho de partícula de areia de quartzo, temperatura, tempo, tipo de ácido, concentração de ácido, razão sólido-líquido, etc., e aumentam a temperatura e a solução ácida.A concentração e a redução do raio das partículas de quartzo podem aumentar a taxa de lixiviação e a taxa de lixiviação do Al.O efeito de purificação de um único ácido é limitado, e o ácido misturado tem um efeito sinérgico, o que pode aumentar muito a taxa de remoção de elementos de impureza, como Fe e K. Ácidos inorgânicos comuns são HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4 , H2C2O4, geralmente dois ou mais deles são misturados e usados em certa proporção.
O ácido oxálico é um ácido orgânico comumente usado para lixiviação ácida.Pode formar um complexo relativamente estável com os íons metálicos dissolvidos, e as impurezas são facilmente lavadas.Tem as vantagens de baixa dosagem e alta taxa de remoção de ferro.Algumas pessoas usam o ultrassom para auxiliar na purificação do ácido oxálico e descobriram que, em comparação com a agitação convencional e o ultrassom de tanque, o ultrassom da sonda tem a maior taxa de remoção de Fe, a quantidade de ácido oxálico é inferior a 4g/L e a taxa de remoção de ferro atinge 75,4%.
A presença de ácido diluído e ácido fluorídrico pode efetivamente remover impurezas metálicas como Fe, Al, Mg, mas a quantidade de ácido fluorídrico deve ser controlada porque o ácido fluorídrico pode corroer as partículas de quartzo.O uso de diferentes tipos de ácidos também afeta a qualidade do processo de purificação.Entre eles, o ácido misto de HCl e HF tem o melhor efeito de processamento.Algumas pessoas usam agente de lixiviação misto HCl e HF para purificar a areia de quartzo após a separação magnética.Através da lixiviação química, a quantidade total de elementos de impureza é de 40,71μg/g, e a pureza do SiO2 é tão alta quanto 99,993% em peso.
(4) Lixiviação microbiana
Microrganismos são usados para lixiviar ferro de filme fino ou impregnar ferro na superfície de partículas de areia de quartzo, que é uma técnica recentemente desenvolvida para remoção de ferro.Estudos estrangeiros mostraram que o uso de Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus e outros microorganismos para lixiviar ferro na superfície do filme de quartzo tem alcançado bons resultados, dos quais o efeito do ferro de lixiviação de Aspergillus niger é ótimo.A taxa de remoção de Fe2O3 está principalmente acima de 75%, e o teor de concentrado de Fe2O3 é tão baixo quanto 0,007%.E verificou-se que o efeito da lixiviação do ferro com o pré-cultivo da maioria das bactérias e bolores seria melhor.
2.2 Outros avanços da pesquisa de areia de quartzo para vidro fotovoltaico
A fim de reduzir a quantidade de ácido, reduzir a dificuldade de tratamento de esgoto e ser ecologicamente correto, Peng Shou [5] et al.divulgou um método para preparar areia de quartzo com baixo teor de ferro de 10 ppm por um processo sem decapagem: o quartzo natural é usado como matéria-prima e trituração em três estágios, a moagem do primeiro estágio e a classificação do segundo estágio podem obter grão de 0,1 ~ 0,7 mm ;o grão é separado pelo primeiro estágio de separação magnética e o segundo estágio de forte remoção magnética de ferro mecânico e minerais ferrosos para obter areia de separação magnética;a separação magnética da areia é obtida pela flotação de segundo estágio O teor de Fe2O3 é inferior a 10 ppm de areia de quartzo com baixo teor de ferro, a flotação usa H2SO4 como regulador, ajusta o pH = 2 ~ 3, usa oleato de sódio e propileno diamina à base de óleo de coco como coletores .A areia de quartzo preparada SiO2≥99,9%, Fe2O3≤10ppm, atende aos requisitos de matérias-primas siliciosas necessárias para vidro óptico, vidro de exibição fotoelétrico e vidro de quartzo.
Por outro lado, com o esgotamento dos recursos de quartzo de alta qualidade, a utilização abrangente de recursos de baixo custo atraiu ampla atenção.Xie Enjun, da China Building Materials Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd. usou rejeitos de caulim para preparar areia de quartzo com baixo teor de ferro para vidro fotovoltaico.A principal composição mineral dos rejeitos de caulim de Fujian é o quartzo, que contém uma pequena quantidade de minerais impuros, como caulinita, mica e feldspato.Depois que os rejeitos de caulim são processados pelo processo de beneficiamento de "moagem-classificação hidráulica-separação magnética-flotação", o conteúdo de 0,6 ~ 0,125 mm de tamanho de partícula é maior que 95%, SiO2 é 99,62%, Al2O3 é 0,065%, Fe2O3 é A areia de quartzo fina 92×10-6 atende aos requisitos de qualidade da areia de quartzo com baixo teor de ferro para vidro fotovoltaico.
Shao Weihua e outros do Instituto de Utilização Abrangente de Recursos Minerais de Zhengzhou, Academia Chinesa de Ciências Geológicas, publicaram uma patente de invenção: um método para preparar areia de quartzo de alta pureza a partir de rejeitos de caulim.As etapas do método: a.Os rejeitos de caulim são usados como minério bruto, que é peneirado após ser agitado e esfregado para obter material de +0,6 mm;b.O material de +0,6 mm é moído e classificado, e o material mineral de 0,4 mm0,1 mm é submetido à operação de separação magnética, Para obter materiais magnéticos e não magnéticos, os materiais não magnéticos entram na operação de separação por gravidade para obter os minerais leves de separação por gravidade e os minerais pesados de separação por gravidade e os minerais leves de separação por gravidade entram na operação de remoagem para peneirar para obter minerais de +0,1 mm;c.+0,1mm O mineral entra na operação de flotação para obter o concentrado de flotação.A água superior do concentrado de flotação é removida e então decapada por ultra-som, e então peneirada para obter o material grosso de +0,1 mm como areia de quartzo de alta pureza.O método da invenção pode não apenas obter produtos de concentrado de quartzo de alta qualidade, mas também tem um tempo de processamento curto, fluxo de processo simples, baixo consumo de energia e alta qualidade do concentrado de quartzo obtido, que pode atender aos requisitos de qualidade de alta pureza. quartzo.
Os rejeitos de caulim contêm uma grande quantidade de recursos de quartzo.Através de beneficiamento, purificação e processamento profundo, pode atender aos requisitos para o uso de matérias-primas de vidro fotovoltaico ultra-branco.Isso também fornece uma nova ideia para a utilização abrangente dos recursos de rejeitos de caulim.
3. Visão geral do mercado de areia de quartzo com baixo teor de ferro para vidro fotovoltaico
Por um lado, no segundo semestre de 2020, a capacidade de produção limitada pela expansão não consegue lidar com a demanda explosiva sob alta prosperidade.A oferta e a demanda de vidro fotovoltaico estão desequilibradas e o preço está subindo.Sob a convocação conjunta de muitas empresas de módulos fotovoltaicos, em dezembro de 2020, o Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação emitiu um documento esclarecendo que o projeto de vidro laminado fotovoltaico não pode formular um plano de substituição de capacidade.Afetada pela nova política, a taxa de crescimento da produção de vidro fotovoltaico será ampliada a partir de 2021. Segundo informações públicas, a capacidade de produção de vidro fotovoltaico laminado com plano claro para produção em 21/22 chegará a 22250/26590t/d, com taxa de crescimento anual de 68,4/48,6%.No caso de garantias políticas e de demanda, espera-se que a areia fotovoltaica dê início a um crescimento explosivo.
2015-2022 capacidade de produção da indústria de vidro fotovoltaico
Por outro lado, o aumento substancial da capacidade de produção de vidro fotovoltaico pode fazer com que o fornecimento de areia de sílica com baixo teor de ferro exceda a oferta, o que por sua vez restringe a produção real de capacidade de produção de vidro fotovoltaico.De acordo com as estatísticas, desde 2014, a produção doméstica de areia de quartzo do meu país tem sido geralmente um pouco menor do que a demanda doméstica, e a oferta e a demanda mantiveram um equilíbrio apertado.
Ao mesmo tempo, os recursos domésticos de quartzo com baixo teor de ferro do meu país são escassos, concentrados em Heyuan de Guangdong, Beihai de Guangxi, Fengyang de Anhui e Donghai de Jiangsu, e uma grande quantidade deles precisa ser importada.
A areia de quartzo ultrabranco com baixo teor de ferro é uma das matérias-primas importantes (representando cerca de 25% do custo da matéria-prima) nos últimos anos.O preço também vem subindo.No passado, esteve em torno de 200 yuans/ton por um longo tempo.Após o surto da epidemia do primeiro trimestre em 20 anos, caiu de um nível alto e atualmente mantém uma operação estável por enquanto.
Em 2020, a demanda geral de areia de quartzo do meu país será de 90,93 milhões de toneladas, a produção será de 87,65 milhões de toneladas e a importação líquida será de 3,278 milhões de toneladas.De acordo com informações públicas, a quantidade de pedra de quartzo em 100kg de vidro fundido é de cerca de 72,2kg.De acordo com o atual plano de expansão, o aumento da capacidade de vidro fotovoltaico em 2021/2022 pode chegar a 3,23/24500t/d, de acordo com a produção anual Calculada para um período de 360 dias, a produção total corresponderá ao novo aumento da demanda por baixa -areia de sílica de ferro de 836/635 milhões de toneladas/ano, ou seja, a nova demanda por areia de sílica com baixo teor de ferro trazida pelo vidro fotovoltaico em 2021/2022 será responsável pelo total de areia de quartzo em 2020 9,2%/7,0% da demanda .Considerando que a areia de sílica com baixo teor de ferro representa apenas uma parte da demanda total de areia de sílica, a pressão de oferta e demanda de areia de sílica com baixo teor de ferro causada pelo investimento em larga escala da capacidade de produção de vidro fotovoltaico pode ser muito maior do que a pressão sobre a indústria geral de areia de quartzo.
—Artigo da Powder Network
Hora da postagem: 11 de dezembro de 2021