Згодна са стратэгічным планам краіны «пік вугляроду і вугляродная нейтральнасць», падчас «14-й пяцігодкі» фотаэлектрычная галіна прывядзе да выбуховага развіцця. Успышка фотаэлектрычнай галіны «стварыла багацце» для ўсяго прамысловага ланцужка. У гэтым асляпляльным ланцугу фотаэлектрычнае шкло з'яўляецца неад'емным звяном. Сёння, выступаючы за энергазберажэнне і ахову навакольнага асяроддзя, попыт на фотаэлектрычнае шкло расце з кожным днём, і існуе дысбаланс паміж попытам і прапановай. У той жа час нізкажалезны і ультрабелы кварцавы пясок, важны матэрыял для фотаэлектрычнага шкла, таксама вырас, цана павялічылася, і прапановы адчуваюцца ў дэфіцыце. Эксперты галіны прагназуюць, што нізкажалезны кварцавы пясок будзе мець доўгатэрміновы рост больш чым на 15% на працягу больш чым 10 гадоў. Пад моцным ветрам фотаэлектрыкі вытворчасць нізкажалезнага кварцавага пяску прыцягнула вялікую ўвагу.
1. Кварцавы пясок для фотаэлектрычнага шкла
Фотаэлектрычнае шкло звычайна выкарыстоўваецца ў якасці герметызацыйнай панэлі фотаэлектрычных модуляў і знаходзіцца ў непасрэдным кантакце з навакольным асяроддзем. Яго ўстойлівасць да надвор'я, трываласць, каэфіцыент прапускання святла і іншыя паказчыкі адыгрываюць цэнтральную ролю ў тэрміне службы фотаэлектрычных модуляў і доўгатэрміновай эфектыўнасці выпрацоўкі энергіі. Іоны жалеза ў кварцавым пяску лёгка фарбуюцца, і для забеспячэння высокай сонечнай прапускальнасці зыходнага шкла ўтрыманне жалеза ў фотаэлектрычным шкле ніжэйшае, чым у звычайным шкле, таму неабходна выкарыстоўваць кварцавы пясок з нізкім утрыманнем жалеза, высокай чысцінёй крэмнію і нізкім утрыманнем прымешак.
У цяперашні час у нашай краіне мала высакаякасных кварцавых пяскоў з нізкім утрыманнем жалеза, якія лёгка здабываць, і яны ў асноўным распаўсюджаны ў правінцыях Хэюань, Гуансі, Фэн'ян, Аньхой, Хайнань і іншых месцах. У будучыні, з ростам вытворчых магутнасцей ультрабелага ціснёнага шкла для сонечных батарэй, высакаякасны кварцавы пясок з абмежаванай вытворчай плошчай стане адносна дэфіцытным рэсурсам. Пастаўкі высакаякаснага і стабільнага кварцавага пяску абмяжуюць канкурэнтаздольнасць кампаній па вытворчасці фотаэлектрычнага шкла ў будучыні. Таму пытанне эфектыўнага зніжэння ўтрымання жалеза, алюмінію, тытана і іншых прымешак у кварцавым пяску і падрыхтоўкі высакаякаснага кварцавага пяску з'яўляецца актуальнай тэмай даследаванняў.
2. Вытворчасць кварцавага пяску з нізкім утрыманнем жалеза для фотаэлектрычнага шкла
2.1 Ачыстка кварцавага пяску для фотаэлектрычнага шкла
У цяперашні час традыцыйныя працэсы ачысткі кварца, якія шырока выкарыстоўваюцца ў прамысловасці, уключаюць сартаванне, прамыванне, кальцынацыю ў вадзе, драбненне, прасейванне, магнітную сепарацыю, гравітацыйную сепарацыю, флотацыю, кіслотнае вылугаванне, мікробнае вылугаванне, высокатэмпературную дэгазацыю і г.д. Працэсы глыбокай ачысткі ўключаюць хлараваны абпал, апрамененую каляровую сартаванне, звышправодную магнітную сартаванне, высокатэмпературны вакуум і г.д. Агульны працэс узбагачэння бытавога кварцавага пяску для ачысткі таксама быў распрацаваны ад ранняга «драбненне, магнітная сепарацыя, прамыванне» да «падзел → грубае драбненне → кальцынацыя → вадзяная загартоўка → драбненне → прасейванне → магнітная сепарацыя → флотацыя → кіслата». Камбінаваны працэс узбагачэння апусканнем → прамыванне → сушкай у спалучэнні з мікрахвалевым выпраменьваннем, ультрагукам і іншымі сродкамі папярэдняй апрацоўкі або дапаможнай ачысткі значна паляпшае эфект ачысткі. Улічваючы нізкія патрабаванні да фотаэлектрычнага шкла, у асноўным укараняюцца даследаванні і распрацоўкі метадаў выдалення кварцавага пяску.
Звычайна жалеза існуе ў наступных шасці распаўсюджаных формах у кварцавай рудзе:
① Існуюць у выглядзе дробных часціц у гліне або каолінізаваным палявым шпаце
②Прымацаваны да паверхні кварцавых часціц у выглядзе плёнкі аксіду жалеза
③Жалезныя мінералы, такія як гематыт, магнетыт, спекулярыт, кініт і г.д., або жалезазмяшчальныя мінералы, такія як слюда, амфібол, гранат і г.д.
④Ён знаходзіцца ў стане апускання або лінзы ўнутры кварцавых часціц
⑤ Знаходзяцца ў цвёрдым растворы ўнутры крышталя кварца
⑥ Пэўная колькасць другаснага жалеза будзе змешвацца ў працэсе драбнення і памолу
Каб эфектыўна аддзяліць жалезазмяшчальныя мінералы ад кварца, неабходна спачатку высветліць стан наяўнасці прымешак жалеза ў кварцавай рудзе і выбраць адпаведны метад узбагачэння і працэс падзелу для дасягнення выдалення прымешак жалеза.
(1) Працэс магнітнага падзелу
Працэс магнітнай сепарацыі можа ў найбольшай ступені выдаліць мінералы са слабымі магнітнымі прымешкамі, такія як гематыт, ліманіт і біятыт, у тым ліку злучаныя часціцы. У залежнасці ад магнітнай сілы магнітную сепарацыю можна падзяліць на моцную магнітную сепарацыю і слабую магнітную сепарацыю. Для моцнай магнітнай сепарацыі звычайна выкарыстоўваецца мокры моцны магнітны сепаратар або высокаградыентны магнітны сепаратар.
У цэлым, кварцавы пясок, які змяшчае ў асноўным слабыя магнітныя прымесныя мінералы, такія як ліманіт, гематыт, біятыт і г.д., можа быць адабраны з дапамогай моцнай магнітнай машыны мокрага тыпу пры значэнні вышэй за 8,0×105 А/м; для моцных магнітных мінералаў, у якіх пераважае жалезная руда, лепш выкарыстоўваць слабую магнітную машыну або машыну сярэдняй магнітнай магутнасці для падзелу. [2] У наш час, дзякуючы прымяненню магнітных сепаратараў з высокім градыентам і моцным магнітным полем, магнітнае падзел і ачыстка значна палепшыліся ў параўнанні з мінулым. Напрыклад, выкарыстанне моцнага магнітнага сепаратара электрамагнітнага індукцыйнага роліка для выдалення жалеза пры напружанасці магнітнага поля 2,2 Тл можа знізіць утрыманне Fe2O3 з 0,002% да 0,0002%.
(2) Працэс флотацыі
Флатацыя — гэта працэс падзелу мінеральных часціц праз розныя фізічныя і хімічныя ўласцівасці на паверхні мінеральных часціц. Асноўная функцыя заключаецца ў выдаленні роднасных мінералаў слюды і палявога шпата з кварцавага пяску. Для флотацыйнага падзелу жалезазмяшчальных мінералаў і кварца ключом да выбару правільнага працэсу падзелу для выдалення жалеза з'яўляецца вызначэнне формы распаўсюджвання прымешак жалеза і формы размеркавання кожнага памеру часціц. Большасць жалезазмяшчальных мінералаў маюць нулявую электрычную кропку вышэй за 5, што азначае станоўчы зарад у кіслым асяроддзі і тэарэтычна падыходзіць для выкарыстання аніённых калектараў.
У якасці аніённага калектара для флотацыі руды аксіду жалеза можна выкарыстоўваць тлустую кіслату (мыла), гідракарбілсульфанат або сульфат. Пірыт можна атрымаць флотацыяй з кварца ў травільным асяроддзі з выкарыстаннем класічнага флотацыйнага агента для ізабутылксантату плюс чорны парашок буціламіну (4:1). Дазоўка складае каля 200 ppmw.
Пры флотацыі ільменіту ў якасці флотацыйнага агента звычайна выкарыстоўваецца алеат натрыю (0,21 моль/л) для рэгулявання pH да 4~10. Паміж іёнамі алеату і часціцамі жалеза на паверхні ільменіту адбываецца хімічная рэакцыя з утварэннем алеату жалеза, які хімічна адсарбуецца. Іоны алеату падтрымліваюць ільменіт з лепшай флотацыйнасцю. Зборнікі фосфонавай кіслаты на аснове вуглевадародаў, распрацаваныя ў апошнія гады, маюць добрую селектыўнасць і прадукцыйнасць збору ільменіту.
(3) Працэс кіслотнага вылугавання
Асноўнай мэтай працэсу кіслотнага вылугавання з'яўляецца выдаленне растваральных мінералаў жалеза з кіслотнага раствора. Фактары, якія ўплываюць на эфект ачысткі кіслотнага вылугавання, ўключаюць памер часціц кварцавага пяску, тэмпературу, час, тып кіслаты, канцэнтрацыю кіслаты, суадносіны цвёрдага і вадкага рэчываў і г.д., а таксама павышэнне тэмпературы і кіслотнага раствора. Канцэнтрацыя і памяншэнне радыуса часціц кварца можа павялічыць хуткасць вылугавання і хуткасць вылугавання Al. Эфект ачысткі адной кіслаты абмежаваны, а змешаныя кіслоты маюць сінергічны эфект, што можа значна павялічыць хуткасць выдалення прымешак, такіх як Fe і K. Распаўсюджанымі неарганічнымі кіслотамі з'яўляюцца HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4, H2C2O4, звычайна дзве або больш з іх змешваюць і выкарыстоўваюць у пэўнай прапорцыі.
Шчаўевая кіслата — гэта распаўсюджаная арганічная кіслата для кіслотнага вылугавання. Яна можа ўтвараць адносна стабільны комплекс з растворанымі іёнамі металаў, і прымешкі лёгка вымываюцца. Яе перавагі заключаюцца ў нізкай дазоўцы і высокай хуткасці выдалення жалеза. Некаторыя людзі выкарыстоўваюць ультрагук для паляпшэння ачысткі шчаўевай кіслаты і выявілі, што ў параўнанні са звычайным ультрагукам з перамешваннем і рэзервуарным ультрагукам, зондавы ультрагук мае найвышэйшую хуткасць выдалення жалеза, колькасць шчаўевай кіслаты менш за 4 г/л, а хуткасць выдалення жалеза дасягае 75,4%.
Прысутнасць разведзенай кіслаты і плавікавай кіслаты можа эфектыўна выдаляць металічныя прымешкі, такія як Fe, Al, Mg, але колькасць плавікавай кіслаты неабходна кантраляваць, бо плавікавая кіслата можа раз'ядаць кварцавыя часціцы. Выкарыстанне розных тыпаў кіслот таксама ўплывае на якасць працэсу ачысткі. Сярод іх змешаная кіслата HCl і HF мае найлепшы эфект апрацоўкі. Некаторыя людзі выкарыстоўваюць змешаны вылугавальны агент HCl і HF для ачысткі кварцавага пяску пасля магнітнай сепарацыі. Пры хімічным вылугаванні агульная колькасць прымешак складае 40,71 мкг/г, а чысціня SiO2 дасягае 99,993% па вазе.
(4) Мікробнае вымыванне
Мікраарганізмы выкарыстоўваюцца для вымывання тонкіх плёнак жалеза або прапіткання жалезам паверхні часціц кварцавага пяску, што з'яўляецца нядаўна распрацаваным метадам выдалення жалеза. Замежныя даследаванні паказалі, што выкарыстанне мікраарганізмаў Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus і іншых для вымывання жалеза з паверхні кварцавай плёнкі дало добрыя вынікі, з якіх эфект вымывання жалеза Aspergillus niger аптымальны. Хуткасць выдалення Fe2O3 у асноўным перавышае 75%, а якасць канцэнтрату Fe2O3 складае ўсяго 0,007%. Пры гэтым было ўстаноўлена, што эфект вымывання жалеза будзе лепшым пры папярэднім культываванні большасці бактэрый і цвілі.
2.2 Іншыя даследаванні кварцавага пяску для фотаэлектрычнага шкла
Каб паменшыць колькасць кіслаты, паменшыць складанасць ачысткі сцёкавых вод і зрабіць яго экалагічна чыстым, Пэн Шоу [5] і інш. апісалі метад атрымання кварцавага пяску з нізкім утрыманнем жалеза 10 ppm без пратраўлення: у якасці сыравіны выкарыстоўваецца прыродны жыльны кварц, а затым трохэтапнае драбненне. Першы этап драбнення і другі этап класіфікацыі дазваляюць атрымаць зерне памерам 0,1~0,7 мм; зерне аддзяляецца на першым этапе магнітнага падзелу, а другі этап — моцным магнітным выдаленнем механічнага жалеза і жалезазмяшчальных мінералаў для атрымання пяску з магнітным падзелам; магнітнае падзеленне пяску дасягаецца на другім этапе флотацыі, пры якім утрыманне Fe2O3 ніжэйшае за 10 ppm кварцавага пяску з нізкім утрыманнем жалеза, пры флотацыі выкарыстоўваецца H2SO4 у якасці рэгулятара, pH рэгулюецца на ўзроўні 2~3, а ў якасці калектараў выкарыстоўваюцца алеат натрыю і прапілендыямін на аснове какосавага алею. Атрыманы кварцавы пясок з утрыманнем SiO2≥99,9%, Fe2O3≤10 ppm адпавядае патрабаванням да крэмензіевай сыравіны, неабходнай для аптычнага шкла, фотаэлектрычнага шкла для дысплеяў і кварцавага шкла.
З іншага боку, з-за вычарпання высакаякасных кварцавых рэсурсаў, комплекснае выкарыстанне нізкабюджэтных рэсурсаў прыцягнула шырокую ўвагу. Се Энцзюнь з Кітайскага інстытута праектавання і даследаванняў будаўнічых матэрыялаў Бэнбу шкляной прамысловасці выкарыстаў хвасты каоліну для падрыхтоўкі кварцавага пяску з нізкім утрыманнем жалеза для фотаэлектрычнага шкла. Асноўным мінеральным складам хвастоў каоліну правінцыі Фуцзянь з'яўляецца кварц, які змяшчае невялікую колькасць прымешак, такіх як каолініт, слюда і палявы шпат. Пасля апрацоўкі хвастоў каоліну з дапамогай працэсу ўзбагачэння «драбненне-гідраўлічная класіфікацыя-магнітная сепарацыя-флатацыя» ўтрыманне часціц памерам 0,6~0,125 мм перавышае 95%, SiO2 — 99,62%, Al2O3 — 0,065%, Fe2O3 — 92×10-6. Дробны кварцавы пясок адпавядае патрабаванням якасці кварцавага пяску з нізкім утрыманнем жалеза для фотаэлектрычнага шкла.
Шао Вэйхуа і іншыя з Чжэнчжоўскага інстытута комплекснага выкарыстання мінеральных рэсурсаў Кітайскай акадэміі геалагічных навук апублікавалі патэнт на вынаходніцтва: метад атрымання высакаякаснага кварцавага пяску з хвастоў каоліну. Этапы метаду: а. Хвасты каоліну выкарыстоўваюцца ў якасці сырой руды, якую пасля перамешвання і прасейвання прасейваюць для атрымання матэрыялу з фракцыяй больш за 0,6 мм; б. Матэрыял з фракцыяй больш за 0,6 мм здрабняюць і класіфікуюць, а мінеральны матэрыял з фракцыяй 0,4 мм-0,1 мм падвяргаюць аперацыі магнітнага падзелу. Для атрымання магнітных і немагнітных матэрыялаў немагнітныя матэрыялы паступаюць на аперацыю гравітацыйнага падзелу для атрымання лёгкіх і цяжкіх мінералаў, а лёгкія мінералы з фракцыяй гравітацыйнага падзелу паступаюць на аперацыю паўторнага здрабнення для прасейвання для атрымання мінералаў з фракцыяй больш за 0,1 мм; в. Мінерал з фракцыяй больш за 0,1 мм паступае на аперацыю флотацыі для атрымання флотацыйнага канцэнтрату. Верхняя вада флотацыйнага канцэнтрату выдаляецца, затым праводзіцца ультрагукавое пратраўленне, а затым прасейваецца для атрымання буйнога матэрыялу з фракцыяй больш за 0,1 мм у выглядзе высакаякаснага кварцавага пяску. Спосаб, прапанаваны ў гэтым вынаходстве, дазваляе не толькі атрымліваць высакаякасныя прадукты з кварцавага канцэнтрату, але і мае кароткі час апрацоўкі, просты працэс, нізкае спажыванне энергіі і высокую якасць атрыманага кварцавага канцэнтрату, што адпавядае патрабаванням да якасці кварца высокай чысціні.
Хвасты каоліну ўтрымліваюць вялікую колькасць кварца. Дзякуючы ўзбагачэнню, ачыстцы і глыбокай перапрацоўцы яны могуць задаволіць патрабаванні да выкарыстання фотаэлектрычнай ультрабелай шкляной сыравіны. Гэта таксама дае новую ідэю для комплекснага выкарыстання рэсурсаў хвастоў каоліну.
3. Агляд рынку кварцавага пяску з нізкім утрыманнем жалеза для фотаэлектрычнага шкла
З аднаго боку, у другой палове 2020 года абмежаваныя з-за пашырэння вытворчыя магутнасці не спраўляюцца з выбуховым попытам ва ўмовах высокага дабрабыту. Попыт і прапанова фотаэлектрычнага шкла незбалансаваныя, а цэны рэзка растуць. Па сумесным закліку многіх кампаній, якія вырабляюць фотаэлектрычныя модулі, у снежні 2020 года Міністэрства прамысловасці і інфармацыйных тэхналогій апублікавала дакумент, у якім удакладніла, што праект па вытворчасці фотаэлектрычнага рулоннага шкла можа не мець плана замяшчэння магутнасцей. З-за новай палітыкі тэмпы росту вытворчасці фотаэлектрычнага шкла будуць пашыраны з 2021 года. Згодна з публічнай інфармацыяй, магутнасці па вытворчасці рулоннага фотаэлектрычнага шкла з выразным планам вытворчасці ў 2021/22 годзе дасягнуць 22250/26590 тон у дзень, з гадавым тэмпам росту 68,4/48,6%. У выпадку палітыкі і гарантый попыту чакаецца выбуховы рост вытворчасці фотаэлектрычнага пяску.
Вытворчыя магутнасці фотаэлектрычнай шкляной прамысловасці ў 2015-2022 гг.
З іншага боку, значнае павелічэнне вытворчых магутнасцей фотаэлектрычнага шкла можа прывесці да таго, што пастаўкі кварцавага пяску з нізкім утрыманнем жалеза перавысяць пастаўкі, што, у сваю чаргу, абмяжуе рэальныя вытворчыя магутнасці фотаэлектрычнага шкла. Згодна са статыстыкай, з 2014 года ўнутраная вытворчасць кварцавага пяску ў маёй краіне ў цэлым была крыху ніжэйшай за ўнутраны попыт, а попыт і прапанова падтрымлівалі шчыльны баланс.
У той жа час, айчынныя рэсурсы кварцавых россыпаў з нізкім утрыманнем жалеза ў маёй краіне абмежаваныя, сканцэнтраваны ў правінцыях Хэюань правінцыі Гуандун, Бэйхай правінцыі Гуансі, Фэн'ян правінцыі Аньхой і Дунхай правінцыі Цзянсу, і вялікую іх колькасць неабходна імпартаваць.
Ультрабелы кварцавы пясок з нізкім утрыманнем жалеза з'яўляецца адной з важных сыравін (на яго долю прыпадае каля 25% ад кошту сыравіны) у апошнія гады. Кошт таксама расце. У мінулым ён доўгі час складаў каля 200 юаняў за тону. Пасля пачатку эпідэміі ў першым квартале 20 гадоў ён знізіўся з высокага ўзроўню і ў цяперашні час падтрымлівае стабільную працу.
У 2020 годзе агульны попыт маёй краіны на кварцавы пясок складзе 90,93 мільёна тон, аб'ём вытворчасці — 87,65 мільёна тон, а чысты імпарт — 3,278 мільёна тон. Паводле агульнадаступнай інфармацыі, колькасць кварцавага каменя ў 100 кг расплаўленага шкла складае каля 72,2 кг. Згодна з бягучым планам пашырэння, павелічэнне магутнасцей па вытворчасці фотаэлектрычнага шкла ў 2021/2022 годзе можа дасягнуць 3,23/24500 тон у дзень, што, згодна з гадавым аб'ёмам вытворчасці, разлічаным за 360-дзённы перыяд, агульная вытворчасць будзе адпавядаць новаму павелічэнню попыту на нізкажалезны кварцавы пясок у памеры 836/635 мільёнаў тон у год, гэта значыць новы попыт на нізкажалезны кварцавы пясок, выкліканы фотаэлектрычным шклом у 2021/2022 годзе, складзе 9,2%/7,0% ад агульнага попыту на кварцавы пясок у 2020 годзе. Улічваючы, што кварцавы пясок з нізкім утрыманнем жалеза складае толькі частку агульнага попыту на кварцавы пясок, ціск попыту і прапановы на кварцавы пясок з нізкім утрыманнем жалеза, выкліканы маштабнымі інвестыцыямі ў вытворчыя магутнасці фотаэлектрычнага шкла, можа быць значна вышэйшым, чым ціск на ўсю галіну кварцавага пяску.
—Артыкул з Powder Network
Час публікацыі: 11 снежня 2021 г.