Im Zeitraum des „14. Fünfjahresplans“ wird die Photovoltaikindustrie laut dem strategischen Plan „CO2-Peak und CO2-Neutralität“ des Landes zu einer explosionsartigen Entwicklung führen. Der Ausbruch der Photovoltaikindustrie habe „Wohlstand geschaffen“ für die gesamte Industriekette. In dieser schillernden Kette ist Photovoltaikglas ein unverzichtbares Glied. Heute, da wir uns für Energieeinsparung und Umweltschutz einsetzen, steigt die Nachfrage nach Photovoltaikglas von Tag zu Tag und es besteht ein Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage. Gleichzeitig ist auch der eisenarme und ultraweiße Quarzsand, ein wichtiges Material für Photovoltaikglas, gestiegen, der Preis ist gestiegen und das Angebot ist knapp. Branchenexperten gehen davon aus, dass eisenarmer Quarzsand über einen Zeitraum von mehr als 10 Jahren einen langfristigen Anstieg von mehr als 15 % verzeichnen wird. Unter dem starken Wind der Photovoltaik hat die Herstellung von eisenarmem Quarzsand große Aufmerksamkeit erregt.
1. Quarzsand für Photovoltaikglas
Photovoltaikglas wird im Allgemeinen als Kapselungsplatte von Photovoltaikmodulen verwendet und steht in direktem Kontakt mit der Außenumgebung. Seine Wetterbeständigkeit, Festigkeit, Lichtdurchlässigkeit und andere Indikatoren spielen eine zentrale Rolle für die Lebensdauer von Photovoltaikmodulen und die langfristige Effizienz der Stromerzeugung. Die Eisenionen im Quarzsand lassen sich leicht einfärben. Um die hohe Sonnendurchlässigkeit des Originalglases zu gewährleisten, ist der Eisengehalt von Photovoltaikglas niedriger als der von gewöhnlichem Glas und Quarzsand mit niedrigem Eisengehalt und hoher Siliziumreinheit und ein geringer Gehalt an Verunreinigungen muss verwendet werden.
Derzeit gibt es in unserem Land nur wenige hochwertige, eisenarme Quarzsande, die leicht abgebaut werden können. Sie sind hauptsächlich in Heyuan, Guangxi, Fengyang, Anhui, Hainan und anderen Orten verbreitet. Mit dem Wachstum der Produktionskapazität von ultraweißem geprägtem Glas für Solarzellen wird hochwertiger Quarzsand mit begrenzter Produktionsfläche in Zukunft zu einer relativ knappen Ressource. Die Versorgung mit qualitativ hochwertigem und stabilem Quarzsand wird die Wettbewerbsfähigkeit von Photovoltaik-Glasunternehmen in Zukunft einschränken. Daher ist die Frage, wie der Gehalt an Eisen, Aluminium, Titan und anderen Verunreinigungselementen im Quarzsand effektiv reduziert und hochreiner Quarzsand hergestellt werden kann, ein heißes Forschungsthema.
2. Herstellung von eisenarmem Quarzsand für Photovoltaikglas
2.1 Reinigung von Quarzsand für Photovoltaikglas
Zu den traditionellen Quarzreinigungsverfahren, die in der Industrie ausgereift angewendet werden, gehören derzeit Sortieren, Waschen, Abschrecken mit Kalzinierungswasser, Mahlen, Sieben, magnetische Trennung, Schwerkrafttrennung, Flotation, Säurelaugung, mikrobielle Laugung, Hochtemperaturentgasung usw. Zu den Tiefenreinigungsprozessen gehören chloriertes Rösten, bestrahlte Farbsortierung, supraleitende magnetische Sortierung, Hochtemperaturvakuum usw. Der allgemeine Aufbereitungsprozess der häuslichen Quarzsandreinigung wurde ebenfalls vom frühen „Mahlen, magnetischen Trennen, Waschen“ zum kombinierten Aufbereitungsprozess „Trennung → Grobzerkleinerung → Kalzinierung → Wasserabschreckung → Mahlen → Sieben → magnetische Trennung → Flotation → Säure“ entwickelt Eintauchen→Waschen→Trocknen, kombiniert mit Mikrowelle, Ultraschall und anderen Mitteln zur Vorbehandlung oder Hilfsreinigung, verbessert den Reinigungseffekt erheblich. Angesichts der eisenarmen Anforderungen von Photovoltaikglas wird hauptsächlich die Forschung und Entwicklung von Methoden zur Quarzsandentfernung eingeführt.
Im Allgemeinen kommt Eisen in Quarzerz in den folgenden sechs gängigen Formen vor:
① Liegt in Form feiner Partikel in Ton oder kaolinisiertem Feldspat vor
②An der Oberfläche von Quarzpartikeln in Form eines Eisenoxidfilms befestigt
③Eisenmineralien wie Hämatit, Magnetit, Spekularit, Qinit usw. oder eisenhaltige Mineralien wie Glimmer, Amphibole, Granat usw.
④Es befindet sich im Immersions- oder Linsenzustand innerhalb der Quarzpartikel
⑤ Bestehen im Zustand einer festen Lösung im Quarzkristall
⑥ Beim Zerkleinern und Mahlen wird eine bestimmte Menge Sekundäreisen beigemischt
Um eisenhaltige Mineralien effektiv vom Quarz zu trennen, ist es notwendig, zunächst den Vorkommenszustand von Eisenverunreinigungen im Quarzerz zu ermitteln und eine angemessene Aufbereitungsmethode und einen Trennprozess auszuwählen, um die Entfernung von Eisenverunreinigungen zu erreichen.
(1) Magnetischer Trennprozess
Der magnetische Trennprozess kann die schwach magnetischen Verunreinigungsmineralien wie Hämatit, Limonit und Biotit einschließlich verbundener Partikel weitestgehend entfernen. Entsprechend der magnetischen Stärke kann die magnetische Trennung in starke magnetische Trennung und schwache magnetische Trennung unterteilt werden. Die starke magnetische Trennung verwendet normalerweise einen nassen starken Magnetabscheider oder einen Magnetabscheider mit hohem Gradienten.
Im Allgemeinen kann der Quarzsand, der hauptsächlich schwach magnetische Verunreinigungsmineralien wie Limonit, Hämatit, Biotit usw. enthält, mit einer stark magnetischen Nassmaschine mit einem Wert über 8,0 × 105 A/m ausgewählt werden; Für stark magnetische Mineralien, die überwiegend aus Eisenerz bestehen, ist es besser, zur Trennung eine Maschine mit schwachem Magnetismus oder eine Maschine mit mittlerem Magnetismus zu verwenden. [2] Heutzutage wurden durch den Einsatz von Magnetabscheidern mit hohem Gradienten und starkem Magnetfeld die magnetische Trennung und Reinigung im Vergleich zur Vergangenheit erheblich verbessert. Beispielsweise kann die Verwendung eines starken Magnetabscheiders vom Typ einer elektromagnetischen Induktionswalze zur Entfernung von Eisen bei einer Magnetfeldstärke von 2,2 T den Fe2O3-Gehalt von 0,002 % auf 0,0002 % reduzieren.
(2) Flotationsprozess
Flotation ist ein Prozess der Trennung von Mineralpartikeln anhand unterschiedlicher physikalischer und chemischer Eigenschaften auf der Oberfläche von Mineralpartikeln. Die Hauptfunktion besteht darin, die verwandten Mineralien Glimmer und Feldspat aus dem Quarzsand zu entfernen. Bei der Flotationstrennung von eisenhaltigen Mineralien und Quarz ist die Ermittlung der Vorkommensform der Eisenverunreinigungen und der Verteilungsform jeder Partikelgröße der Schlüssel zur Auswahl eines geeigneten Trennverfahrens zur Eisenentfernung. Die meisten eisenhaltigen Mineralien haben einen elektrischen Nullpunkt über 5, der in einer sauren Umgebung positiv geladen ist und theoretisch für die Verwendung anionischer Kollektoren geeignet ist.
Als Anionensammler für die Flotation von Eisenoxiderz können Fettsäure (Seife), Hydrocarbylsulfonat oder Sulfat verwendet werden. Pyrit kann eine Flotation von Pyrit aus Quarz in einer Beizumgebung mit dem klassischen Flotationsmittel für Isobutylxanthat plus Butylaminschwarzpulver (4:1) sein. Die Dosierung beträgt etwa 200 ppmw.
Bei der Flotation von Ilmenit wird im Allgemeinen Natriumoleat (0,21 mol/L) als Flotationsmittel verwendet, um den pH-Wert auf 4 bis 10 einzustellen. Zwischen Oleationen und Eisenpartikeln auf der Oberfläche des Ilmenits findet eine chemische Reaktion statt, bei der Eisenoleat entsteht, das chemisch adsorbiert wird. Oleationen sorgen dafür, dass Ilmenit besser schwimmfähig ist. Die in den letzten Jahren entwickelten Phosphonsäuresammler auf Kohlenwasserstoffbasis weisen eine gute Selektivität und Sammelleistung für Ilmenit auf.
(3) Säureauslaugungsprozess
Der Hauptzweck des Säurelaugungsprozesses besteht darin, lösliche Eisenmineralien aus der Säurelösung zu entfernen. Zu den Faktoren, die den Reinigungseffekt der Säurelaugung beeinflussen, gehören Quarzsandpartikelgröße, Temperatur, Zeit, Säuretyp, Säurekonzentration, Fest-Flüssigkeits-Verhältnis usw. sowie eine Erhöhung der Temperatur und der Säurelösung. Konzentration und Verringerung des Radius der Quarzpartikel können die Auslaugungsrate und die Auslaugungsrate von Al erhöhen. Der Reinigungseffekt einer einzelnen Säure ist begrenzt und die gemischte Säure hat einen synergistischen Effekt, der die Entfernungsrate von Verunreinigungselementen wie Fe und K erheblich erhöhen kann. Übliche anorganische Säuren sind HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4 , H2C2O4, im Allgemeinen werden zwei oder mehr davon gemischt und in einem bestimmten Verhältnis verwendet.
Oxalsäure ist eine häufig verwendete organische Säure zur Säurelaugung. Es kann mit den gelösten Metallionen einen relativ stabilen Komplex bilden und die Verunreinigungen lassen sich leicht auswaschen. Es hat die Vorteile einer niedrigen Dosierung und einer hohen Eisenentfernungsrate. Einige Leute verwenden Ultraschall, um die Reinigung von Oxalsäure zu unterstützen, und haben festgestellt, dass Sondenultraschall im Vergleich zu herkömmlichem Rühr- und Tankultraschall die höchste Fe-Entfernungsrate aufweist, die Menge an Oxalsäure weniger als 4 g/l beträgt und die Eisenentfernungsrate erreicht 75,4 %.
Durch die Anwesenheit von verdünnter Säure und Flusssäure können Metallverunreinigungen wie Fe, Al, Mg wirksam entfernt werden. Die Menge an Flusssäure muss jedoch kontrolliert werden, da Flusssäure die Quarzpartikel korrodieren kann. Auch der Einsatz unterschiedlicher Säurearten beeinflusst die Qualität des Reinigungsprozesses. Unter diesen hat die Mischsäure aus HCl und HF den besten Verarbeitungseffekt. Einige Leute verwenden ein gemischtes Auslaugungsmittel aus HCl und HF, um den Quarzsand nach der magnetischen Trennung zu reinigen. Durch die chemische Auslaugung beträgt die Gesamtmenge an Verunreinigungselementen 40,71 μg/g und die Reinheit von SiO2 beträgt bis zu 99,993 Gew.-%.
(4) Mikrobielle Auswaschung
Mikroorganismen werden verwendet, um dünne Eisenfilme auf der Oberfläche von Quarzsandpartikeln auszulaugen oder Eisen zu imprägnieren. Dabei handelt es sich um eine kürzlich entwickelte Technik zur Entfernung von Eisen. Ausländische Studien haben gezeigt, dass die Verwendung von Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus und anderen Mikroorganismen zum Auslaugen von Eisen auf der Oberfläche des Quarzfilms gute Ergebnisse erzielt hat, wobei die Wirkung von Aspergillus niger zum Auslaugen von Eisen optimal ist. Die Entfernungsrate von Fe2O3 liegt meist über 75 %, und der Gehalt an Fe2O3-Konzentrat liegt bei nur 0,007 %. Und es wurde festgestellt, dass die Wirkung der Eisenauslaugung bei Vorkultivierung der meisten Bakterien und Schimmelpilze besser wäre.
2.2 Weitere Forschungsfortschritte von Quarzsand für Photovoltaikglas
Um die Säuremenge zu reduzieren, die Schwierigkeit der Abwasserbehandlung zu verringern und umweltfreundlich zu sein, haben Peng Shou [5] et al. offenbarte ein Verfahren zur Herstellung von Quarzsand mit niedrigem Eisengehalt von 10 ppm durch einen Prozess ohne Beizen: Als Rohmaterial wird natürlicher Aderquarz verwendet und durch dreistufiges Zerkleinern kann durch das Mahlen in der ersten Stufe und die Klassifizierung in der zweiten Stufe eine Körnung von 0,1 bis 0,7 mm erhalten werden ; Der Sand wird durch die erste Stufe der magnetischen Trennung und die zweite Stufe der starken magnetischen Entfernung von mechanischem Eisen und eisenhaltigen Mineralien getrennt, um magnetischen Trennsand zu erhalten. Die magnetische Trennung des Sandes wird durch die Flotation der zweiten Stufe erreicht. Der Fe2O3-Gehalt liegt unter 10 ppm eisenarmer Quarzsand, die Flotation verwendet H2SO4 als Regler, stellt den pH-Wert auf 2–3 ein, verwendet Natriumoleat und Propylendiamin auf Kokosnussölbasis als Sammler . Der vorbereitete Quarzsand SiO2≥99,9 %, Fe2O3≤10 ppm, erfüllt die Anforderungen an silikatische Rohstoffe, die für optisches Glas, fotoelektrisches Displayglas und Quarzglas erforderlich sind.
Andererseits hat mit der Erschöpfung hochwertiger Quarzressourcen die umfassende Nutzung von Low-End-Ressourcen große Aufmerksamkeit erregt. Xie Enjun vom China Building Materials Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd. verwendete Kaolinrückstände, um eisenarmen Quarzsand für Photovoltaikglas vorzubereiten. Die Hauptmineralzusammensetzung der Fujian-Kaolinrückstände ist Quarz, der eine kleine Menge an Verunreinigungsmineralien wie Kaolinit, Glimmer und Feldspat enthält. Nachdem die Kaolinrückstände durch den Aufbereitungsprozess „Mahlung, hydraulische Klassifizierung, magnetische Trennung und Flotation“ verarbeitet wurden, beträgt der Gehalt an Partikeln mit einer Größe von 0,6 bis 0,125 mm mehr als 95 %, SiO2 beträgt 99,62 %, Al2O3 beträgt 0,065 %, Fe2O3 beträgt mehr als 95 % 92×10-6 feiner Quarzsand erfüllt die Qualitätsanforderungen an eisenarmen Quarzsand für Photovoltaikglas.
Shao Weihua und andere vom Zhengzhou Institute of Comprehensive Utilization of Mineral Resources der Chinesischen Akademie der Geologischen Wissenschaften haben ein Erfindungspatent veröffentlicht: ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Quarzsand aus Kaolinrückständen. Die Verfahrensschritte: a. Kaolinrückstände werden als Roherz verwendet, das nach Rühren und Schrubben gesiebt wird, um ein Material von +0,6 mm zu erhalten; B. +0,6-mm-Material wird gemahlen und klassifiziert, und 0,4-mm-0,1-mm-Mineralmaterial wird einem magnetischen Trennvorgang unterzogen. Um magnetische und nichtmagnetische Materialien zu erhalten, treten die nichtmagnetischen Materialien in den Schwerkrafttrennvorgang ein, um die leichten Mineralien und die Schwerkrafttrennung zu erhalten Bei der Schwerkrafttrennung werden schwere Mineralien und bei der Schwerkrafttrennung leichte Mineralien in den Mahlvorgang geleitet, um sie zu sieben, um Mineralien mit einer Stärke von mehr als 0,1 mm zu erhalten. ca.+0,1 mm Das Mineral gelangt in den Flotationsvorgang, um das Flotationskonzentrat zu erhalten. Das Oberwasser des Flotationskonzentrats wird entfernt und anschließend mit Ultraschall gebeizt und anschließend gesiebt, um das +0,1 mm grobe Material als hochreinen Quarzsand zu erhalten. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können nicht nur qualitativ hochwertige Quarzkonzentratprodukte erhalten werden, sondern es zeichnet sich auch durch kurze Verarbeitungszeiten, einen einfachen Prozessablauf, einen geringen Energieverbrauch und eine hohe Qualität des erhaltenen Quarzkonzentrats aus, das den Qualitätsanforderungen einer hohen Reinheit gerecht werden kann Quarz.
Kaolinrückstände enthalten eine große Menge an Quarzressourcen. Durch Aufbereitung, Reinigung und Tiefenverarbeitung kann es die Anforderungen für die Verwendung von ultraweißen Photovoltaik-Glasrohstoffen erfüllen. Dies liefert auch eine neue Idee für die umfassende Nutzung der Kaolin-Tailings-Ressourcen.
3. Marktübersicht über eisenarmen Quarzsand für Photovoltaikglas
Einerseits können im zweiten Halbjahr 2020 die erweiterungsbedingten Produktionskapazitäten der explosionsartigen Nachfrage bei hohem Wohlstand nicht gewachsen sein. Angebot und Nachfrage von Photovoltaikglas sind unausgewogen und der Preis steigt rasant. Im Rahmen des gemeinsamen Aufrufs vieler Photovoltaik-Modulunternehmen veröffentlichte das Ministerium für Industrie und Informationstechnologie im Dezember 2020 ein Dokument, in dem klargestellt wurde, dass das Photovoltaik-Rollglasprojekt keinen Kapazitätsersatzplan formulieren darf. Betroffen von der neuen Richtlinie wird die Wachstumsrate der Photovoltaikglasproduktion ab 2021 ausgeweitet. Nach öffentlichen Informationen wird die Kapazität von gewalztem Photovoltaikglas mit einem klaren Produktionsplan im Jahr 21/22 22250/26590 t/d erreichen, mit einem jährliche Wachstumsrate von 68,4/48,6 %. Im Falle politischer und nachfrageseitiger Garantien wird erwartet, dass Photovoltaik-Sand ein explosionsartiges Wachstum einleitet.
Produktionskapazität der Photovoltaik-Glasindustrie 2015–2022
Andererseits kann die erhebliche Steigerung der Produktionskapazität für Photovoltaikglas dazu führen, dass das Angebot an Quarzsand mit niedrigem Eisengehalt das Angebot übersteigt, was wiederum die tatsächliche Produktionskapazität für Photovoltaikglas einschränkt. Laut Statistik ist die inländische Quarzsandproduktion meines Landes seit 2014 im Allgemeinen etwas geringer als die Inlandsnachfrage, und Angebot und Nachfrage haben ein enges Gleichgewicht gehalten.
Gleichzeitig sind die heimischen Ressourcen an eisenarmen Quarzseifen in meinem Land knapp und konzentrieren sich auf Heyuan in Guangdong, Beihai in Guangxi, Fengyang in Anhui und Donghai in Jiangsu, und ein großer Teil davon muss importiert werden.
Eisenarmer ultraweißer Quarzsand ist in den letzten Jahren einer der wichtigsten Rohstoffe (der etwa 25 % der Rohstoffkosten ausmacht). Auch der Preis ist gestiegen. In der Vergangenheit lag er lange Zeit bei rund 200 Yuan/Tonne. Nach dem Ausbruch der Q1-Epidemie in 20 Jahren ist sie von einem hohen Niveau aus gefallen und hält derzeit vorerst einen stabilen Betrieb aufrecht.
Im Jahr 2020 wird die Gesamtnachfrage meines Landes nach Quarzsand 90,93 Millionen Tonnen betragen, die Produktion wird 87,65 Millionen Tonnen betragen und der Nettoimport wird 3,278 Millionen Tonnen betragen. Nach öffentlichen Angaben beträgt die Menge an Quarzstein in 100 kg geschmolzenem Glas etwa 72,2 kg. Nach dem aktuellen Ausbauplan könnte die Kapazitätssteigerung von Photovoltaikglas im Jahr 2021/2022 3,23/24500 t/d erreichen, entsprechend der Jahresproduktion. Berechnet über einen Zeitraum von 360 Tagen wird die Gesamtproduktion der neu gestiegenen Nachfrage nach Low entsprechen -Eisenquarzsand von 836/635 Millionen Tonnen/Jahr, d . Wenn man bedenkt, dass Quarzsand mit niedrigem Eisengehalt nur einen Teil des gesamten Quarzsandbedarfs ausmacht, kann der Angebots- und Nachfragedruck bei Quarzsand mit niedrigem Eisengehalt, der durch die groß angelegten Investitionen in Produktionskapazitäten für Photovoltaikglas verursacht wird, viel höher sein als der Druck auf Quarzsand mit niedrigem Eisengehalt die gesamte Quarzsandindustrie.
–Artikel von Powder Network
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 11. Dezember 2021