Saskaņā ar valsts stratēģisko plānu “oglekļa maksimums un oglekļa neitrāls” “14. piecu gadu plāna” laikā fotoelektriskā nozare piedzīvos eksplozīvu attīstību. Fotoelektriskās nozares uzliesmojums ir “radījis bagātību” visai rūpniecības ķēdei. Šajā žilbinošajā ķēdē fotoelektriskais stikls ir neaizstājama saikne. Mūsdienās, aizstāvot enerģijas taupīšanu un vides aizsardzību, fotoelektriskā stikla pieprasījums katru dienu pieaug, un pastāv nelīdzsvarotība starp piedāvājumu un pieprasījumu. Tajā pašā laikā ir pieaugušas arī zema dzelzs satura un īpaši baltās kvarca smiltis, kas ir svarīgs fotoelektriskā stikla materiāls, un to cena ir palielinājusies, un piedāvājums ir nepietiekams. Nozares eksperti prognozē, ka zema dzelzs satura kvarca smilšu cena ilgtermiņā pieaugs par vairāk nekā 15% vairāk nekā 10 gadu laikā. Fotoelektriskās enerģijas spēcīgā vēja ietekmē zema dzelzs satura kvarca smilšu ražošana ir piesaistījusi lielu uzmanību.
1. Kvarca smiltis fotoelektriskajam stiklam
Fotoelektriskais stikls parasti tiek izmantots kā fotoelektrisko moduļu iekapsulēšanas panelis, un tas ir tiešā saskarē ar ārējo vidi. Tā izturība pret laikapstākļiem, stiprība, gaismas caurlaidība un citi rādītāji ir būtiski fotoelektrisko moduļu kalpošanas laikā un ilgtermiņa enerģijas ražošanas efektivitātē. Kvarca smiltīs esošie dzelzs joni ir viegli krāsojami, un, lai nodrošinātu oriģinālā stikla augstu saules caurlaidību, fotoelektriskā stikla dzelzs saturs ir zemāks nekā parastajam stiklam, un jāizmanto kvarca smiltis ar zemu dzelzs saturu, augstu silīcija tīrību un zemu piemaisījumu saturu.
Pašlaik mūsu valstī ir maz augstas kvalitātes kvarca smilšu ar zemu dzelzs saturu, kuras ir viegli iegūt, un tās galvenokārt ir izplatītas Hejuaņā, Guangsi, Fenjaņā, Anhui, Hainanā un citās vietās. Nākotnē, pieaugot īpaši baltā reljefā stikla saules baterijām ražošanas jaudai, augstas kvalitātes kvarca smiltis ar ierobežotu ražošanas platību kļūs par relatīvi ierobežotu resursu. Augstas kvalitātes un stabilu kvarca smilšu piegāde nākotnē ierobežos fotoelektriskā stikla uzņēmumu konkurētspēju. Tāpēc aktuāla pētījumu tēma ir tas, kā efektīvi samazināt dzelzs, alumīnija, titāna un citu piemaisījumu elementu saturu kvarca smiltīs un sagatavot augstas tīrības kvarca smiltis.
2. Zema dzelzs satura kvarca smilšu ražošana fotoelektriskā stikla ražošanai
2.1 Kvarca smilšu attīrīšana fotoelektriskā stikla ražošanai
Pašlaik tradicionālie kvarca attīrīšanas procesi, kas tiek nobrieduši rūpniecībā, ietver šķirošanu, attīrīšanu, kalcinēšanu ar ūdeni, malšanu, sijāšanu, magnētisko atdalīšanu, gravitācijas atdalīšanu, flotēšanu, skābju izskalošanu, mikrobu izskalošanu, augstas temperatūras degazēšanu utt. Dziļās attīrīšanas procesi ietver hlorētu apdedzināšanu, apstarotu krāsu šķirošanu, supravadošu magnētisko šķirošanu, augstas temperatūras vakuumu un tā tālāk. Arī sadzīves kvarca smilšu attīrīšanas vispārējais bagātināšanas process ir attīstījies no agrīnās "malšanas, magnētiskās atdalīšanas, mazgāšanas" līdz "atdalīšana → rupja drupināšana → kalcinēšana → ūdens dzēšana → malšana → sijāšana → magnētiskā atdalīšana → flotēšana → skābe". Kombinētais bagātināšanas process, kas sastāv no iegremdēšanas → mazgāšanas → žāvēšanas, apvienojumā ar mikroviļņu krāsni, ultraskaņu un citiem pirmapstrādes vai papildu attīrīšanas līdzekļiem, ievērojami uzlabo attīrīšanas efektu. Ņemot vērā fotoelektriskā stikla zemās dzelzs prasības, galvenokārt tiek ieviesta kvarca smilšu atdalīšanas metožu izpēte un izstrāde.
Parasti dzelzs kvarca rūdā pastāv šādās sešās izplatītās formās:
① Pastāv smalku daļiņu veidā mālā vai kaolinizētā laukšpatā
②Piestiprināts pie kvarca daļiņu virsmas dzelzs oksīda plēves veidā
③Dzelzs minerāli, piemēram, hematīts, magnetīts, spekularīts, hinīts utt., vai dzelzi saturoši minerāli, piemēram, vizla, amfibols, granāts utt.
4. Tas atrodas iegremdēšanas vai lēcas stāvoklī kvarca daļiņu iekšpusē
5. Atrodas cietā šķīduma stāvoklī kvarca kristāla iekšpusē
6. Sasmalcināšanas un malšanas procesā tiks sajaukts noteikts daudzums sekundārā dzelzs.
Lai efektīvi atdalītu dzelzi saturošus minerālus no kvarca, vispirms ir jānoskaidro dzelzs piemaisījumu klātbūtne kvarca rūdā un jāizvēlas saprātīga bagātināšanas metode un atdalīšanas process, lai panāktu dzelzs piemaisījumu noņemšanu.
(1) Magnētiskā atdalīšanas process
Magnētiskās atdalīšanas process var vislielākajā mērā atdalīt vāji magnētiskos piemaisījumu minerālus, piemēram, hematītu, limonītu un biotītu, tostarp savienotas daļiņas. Atkarībā no magnētiskā stipruma magnētisko atdalīšanu var iedalīt spēcīgā magnētiskajā atdalīšanā un vājā magnētiskajā atdalīšanā. Spēcīgai magnētiskajai atdalīšanai parasti izmanto mitru spēcīgo magnētisko separatoru vai augsta gradienta magnētisko separatoru.
Vispārīgi runājot, kvarca smiltis, kas galvenokārt satur vāji magnētiskus piemaisījumu minerālus, piemēram, limonītu, hematītu, biotītu utt., var atlasīt, izmantojot mitrā tipa spēcīga magnētiskā atdalīšanas iekārtu ar vērtību virs 8,0 × 105 A/m; spēcīgiem magnētiskiem minerāliem, kuros dominē dzelzsrūda, atdalīšanai labāk izmantot vāja magnētiskā atdalīšanas iekārtu vai vidēja magnētiskā atdalīšanas iekārtu. [2] Mūsdienās, izmantojot augsta gradienta un spēcīga magnētiskā lauka magnētiskos separatorus, magnētiskā atdalīšana un attīrīšana ir ievērojami uzlabojusies salīdzinājumā ar pagātni. Piemēram, izmantojot elektromagnētiskās indukcijas veltņa tipa spēcīgu magnētisko separatoru dzelzs atdalīšanai ar 2,2 T magnētiskā lauka stiprumu, Fe2O3 saturu var samazināt no 0,002% līdz 0,0002%.
(2) Flotācijas process
Flotācija ir minerālu daļiņu atdalīšanas process, izmantojot dažādas fizikālās un ķīmiskās īpašības uz minerālu daļiņu virsmas. Galvenā funkcija ir no kvarca smiltīm atdalīt saistīto minerālu vizlu un laukšpatu. Dzelzi saturošu minerālu un kvarca flotācijas atdalīšanai ir svarīgi noteikt dzelzs piemaisījumu sastopamības formu un katra daļiņu izmēra sadalījuma formu, lai izvēlētos atbilstošu atdalīšanas procesu dzelzs atdalīšanai. Lielākajai daļai dzelzi saturošu minerālu nulles elektriskais punkts ir virs 5, kas skābā vidē ir pozitīvi lādēts un teorētiski piemērots anjonu kolektoru izmantošanai.
Dzelzs oksīda rūdas flotācijai kā anjonu kolektoru var izmantot taukskābes (ziepes), hidrokarbilsulfonātu vai sulfātu. Pirītu var flotēt no kvarca kodināšanas vidē, izmantojot klasisko flotācijas aģentu izobutilksantātam un butilamīna melnajam pulverim (4:1). Deva ir aptuveni 200 ppmw.
Ilmenīta flotācijā pH līmeņa regulēšanai līdz 4–10 parasti izmanto nātrija oleātu (0,21 mol/l) kā flotācijas līdzekli. Ķīmiska reakcija notiek starp oleāta joniem un dzelzs daļiņām uz ilmenīta virsmas, veidojot dzelzs oleātu, kuru ķīmiski adsorbē oleāta joni, tādējādi uzlabojot ilmenīta peldspēju. Pēdējos gados izstrādātajiem uz ogļūdeņražiem balstītajiem fosfonskābes kolektoriem ir laba selektivitāte un ilmenīta savākšanas veiktspēja.
(3) Skābes izskalošanas process
Skābes izskalošanas procesa galvenais mērķis ir atdalīt šķīstošos dzelzs minerālus no skābes šķīduma. Faktori, kas ietekmē skābes izskalošanas attīrīšanas efektu, ir kvarca smilšu daļiņu izmērs, temperatūra, laiks, skābes tips, skābes koncentrācija, cietvielu un šķidruma attiecība utt., kā arī temperatūras un skābes šķīduma palielināšana. Kvarca daļiņu koncentrācija un rādiusa samazināšana var palielināt izskalošanas ātrumu un alumīnija izskalošanas ātrumu. Vienas skābes attīrīšanas efekts ir ierobežots, un jauktajai skābei ir sinerģiska iedarbība, kas var ievērojami palielināt tādu piemaisījumu elementu kā Fe un K noņemšanas ātrumu. Bieži sastopamas neorganiskās skābes ir HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4, H2C2O4, parasti divas vai vairākas skābes sajauc un izmanto noteiktā proporcijā.
Skābeņskābe ir plaši izmantota organiskā skābe skābā izskalošanā. Tā var veidot relatīvi stabilus kompleksus ar izšķīdušajiem metāla joniem, un piemaisījumi tiek viegli izskaloti. Tai ir priekšrocības, piemēram, zema deva un augsts dzelzs atdalīšanas ātrums. Daži cilvēki izmanto ultraskaņu, lai palīdzētu attīrīt skābeņskābi, un ir atklājuši, ka, salīdzinot ar parasto maisīšanu un tvertnes ultraskaņu, zondes ultraskaņai ir visaugstākais Fe atdalīšanas ātrums, skābeņskābes daudzums ir mazāks par 4 g/l, un dzelzs atdalīšanas ātrums sasniedz 75,4%.
Atšķaidītas skābes un fluorūdeņražskābes klātbūtne var efektīvi noņemt metālu piemaisījumus, piemēram, Fe, Al, Mg, taču fluorūdeņražskābes daudzums ir jākontrolē, jo fluorūdeņražskābe var korozēt kvarca daļiņas. Dažādu veidu skābju izmantošana ietekmē arī attīrīšanas procesa kvalitāti. No tām HCl un HF jauktajai skābei ir vislabākā apstrādes iedarbība. Daži cilvēki izmanto HCl un HF jaukto izskalošanas līdzekli, lai attīrītu kvarca smiltis pēc magnētiskās atdalīšanas. Izmantojot ķīmisko izskalošanu, kopējais piemaisījumu elementu daudzums ir 40,71 μg/g, un SiO2 tīrība ir pat 99,993 svara%.
(4) Mikrobu izskalošanās
Mikroorganismi tiek izmantoti, lai izskalotu plānu dzelzs kārtiņu vai piesūcinātu dzelzi uz kvarca smilšu daļiņu virsmas, kas ir nesen izstrādāta dzelzs noņemšanas metode. Ārvalstu pētījumi ir parādījuši, ka Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus un citu mikroorganismu izmantošana dzelzs izskalošanai uz kvarca plēves virsmas ir devusi labus rezultātus, no kuriem Aspergillus niger izskalošanas efekts ir optimāls. Fe2O3 noņemšanas ātrums pārsvarā ir virs 75%, un Fe2O3 koncentrāta kvalitāte ir tikai 0,007%. Un tika konstatēts, ka dzelzs izskalošanas efekts, iepriekš kultivējot lielāko daļu baktēriju un pelējumu, būtu labāks.
2.2 Citi kvarca smilšu pētījumu sasniegumi fotoelektriskā stikla ražošanā
Lai samazinātu skābes daudzumu, notekūdeņu attīrīšanas grūtības un nodrošinātu videi draudzīgumu, Pens Šou [5] un līdzautori atklāja metodi 10 ppm zema dzelzs satura kvarca smilšu sagatavošanai bez kodināšanas procesa: kā izejviela tiek izmantots dabīgais vēnu kvarcs un trīspakāpju drupināšana. Pirmā posma malšana un otrā posma klasifikācija ļauj iegūt 0,1–0,7 mm graudus; graudus atdala ar pirmo magnētiskās atdalīšanas posmu un otro posmu ar spēcīgu magnētisko mehāniskās dzelzs un dzelzi saturošu minerālu atdalīšanu, lai iegūtu magnētiskās atdalīšanas smiltis; smilšu magnētiskā atdalīšana tiek panākta ar otrā posma flotāciju, kurā Fe2O3 saturs ir zemāks par 10 ppm zema dzelzs satura kvarca smilšu, flotācijā kā regulatoru tiek izmantots H2SO4, pH līmenis tiek regulēts līdz 2–3, kā kolektorus tiek izmantots nātrija oleāts un uz kokosriekstu eļļas bāzes veidots propilēndiamīns. Sagatavotās kvarca smiltis SiO2≥99,9%, Fe2O3≤10 ppm, atbilst silīcija izejvielu prasībām, kas nepieciešamas optiskajam stiklam, fotoelektriskajam displeju stiklam un kvarca stiklam.
No otras puses, samazinoties augstas kvalitātes kvarca resursiem, plašu uzmanību ir piesaistījusi plaša uzmanība zemas kvalitātes resursu visaptveroša izmantošana. Sje Endžuns no Ķīnas Būvmateriālu Bengbu stikla rūpniecības dizaina un pētniecības institūta Co., Ltd. izmantoja kaolīna atlikumus, lai sagatavotu zema dzelzs satura kvarca smiltis fotoelektriskā stikla ražošanai. Fudžianas kaolīna atlikumu galvenais minerālu sastāvs ir kvarcs, kas satur nelielu daudzumu piemaisījumu minerālu, piemēram, kaolinītu, vizlu un laukšpatu. Pēc tam, kad kaolīna atlikumi ir apstrādāti ar "malšanas-hidrauliskās klasifikācijas-magnētiskās atdalīšanas-flotācijas" bagātināšanas procesu, 0,6–0,125 mm daļiņu izmērs pārsniedz 95%, SiO2 ir 99,62%, Al2O3 ir 0,065%, Fe2O3 ir 92 × 10-6 smalkas kvarca smiltis atbilst fotoelektriskā stikla ražošanai paredzēto zema dzelzs satura kvarca smilšu kvalitātes prasībām.
Šao Veihua un citi no Ķīnas Ģeoloģijas zinātņu akadēmijas Džendžou minerālresursu visaptverošas izmantošanas institūta publicēja izgudrojuma patentu: metode augstas tīrības pakāpes kvarca smilšu iegūšanai no kaolīna atlikumiem. Metodes soļi: a. Kaolīna atlikumus izmanto kā neapstrādātu rūdu, kas pēc maisīšanas un attīrīšanas tiek sijāta, lai iegūtu +0,6 mm materiālu; b. +0,6 mm materiāls tiek samalts un klasificēts, un 0,4 mm 0,1 mm minerālmateriāls tiek pakļauts magnētiskajai atdalīšanas operācijai. Lai iegūtu magnētiskus un nemagnētiskus materiālus, nemagnētiskie materiāli nonāk gravitācijas atdalīšanas operācijā, lai iegūtu gravitācijas atdalīšanas vieglos minerālus un gravitācijas atdalīšanas smagos minerālus, un gravitācijas atdalīšanas vieglie minerāli nonāk atkārtotas malšanas operācijā, lai sijātu, lai iegūtu +0,1 mm minerālus; c. +0,1 mm Minerāls nonāk flotācijas operācijā, lai iegūtu flotācijas koncentrātu. Flotācijas koncentrāta augšējais ūdens tiek noņemts, pēc tam ultraskaņas kodināts un pēc tam sijāts, lai iegūtu +0,1 mm rupjo materiālu kā augstas tīrības pakāpes kvarca smiltis. Ar izgudrojuma metodi var ne tikai iegūt augstas kvalitātes kvarca koncentrāta produktus, bet arī iegūtais kvarca koncentrāts ir īss apstrādes laiks, vienkārša procesa plūsma, zems enerģijas patēriņš un augsta kvalitāte, kas atbilst augstas tīrības pakāpes kvarca kvalitātes prasībām.
Kaolīna atlikumos ir liels kvarca resursu daudzums. Pateicoties bagātināšanai, attīrīšanai un dziļai apstrādei, tie var atbilst fotoelektrisko īpaši balto stikla izejvielu izmantošanas prasībām. Tas arī sniedz jaunu ideju kaolīna atlieku resursu visaptverošai izmantošanai.
3. Fotoelektriskā stikla ražošanai paredzēto kvarca smilšu ar zemu dzelzs saturu tirgus pārskats
No vienas puses, 2020. gada otrajā pusē paplašināšanās ierobežotā ražošanas jauda nespēj tikt galā ar eksplozīvo pieprasījumu augstās labklājības apstākļos. Fotoelektriskā stikla piedāvājums un pieprasījums ir nelīdzsvarots, un cena strauji pieaug. Pēc daudzu fotoelektrisko moduļu uzņēmumu kopīga aicinājuma 2020. gada decembrī Rūpniecības un informācijas tehnoloģiju ministrija izdeva dokumentu, kurā precizēts, ka fotoelektriskā velmētā stikla projektam, iespējams, netiks izstrādāts jaudas aizstāšanas plāns. Jaunās politikas ietekmē fotoelektriskā stikla ražošanas pieauguma temps tiks paplašināts no 2021. gada. Saskaņā ar publiski pieejamo informāciju, velmētā fotoelektriskā stikla jauda ar skaidru ražošanas plānu 21./22. gadā sasniegs 22250/26590 t/d, un gada pieauguma temps būs 68,4/48,6%. Politikas un pieprasījuma puses garantiju gadījumā paredzams, ka fotoelektriskais smilts izraisīs eksplozīvu izaugsmi.
Fotoelektriskā stikla nozares ražošanas jauda 2015.–2022. gadā
No otras puses, fotoelektriskā stikla ražošanas jaudas ievērojamais pieaugums var izraisīt to, ka zema dzelzs satura silīcija smilšu piedāvājums pārsniedz piedāvājumu, kas savukārt ierobežo faktisko fotoelektriskā stikla ražošanas jaudu. Saskaņā ar statistiku, kopš 2014. gada manas valsts kvarca smilšu ražošana vietējā tirgū kopumā ir bijusi nedaudz zemāka par iekšzemes pieprasījumu, un piedāvājums un pieprasījums ir saglabājuši stingru līdzsvaru.
Tajā pašā laikā manas valsts vietējie zema dzelzs satura kvarca iekrāsošanas resursi ir ierobežoti, koncentrēti Hejuaņā, Guandunas provincē, Beihai provincē, Guandsji provincē, Fenjangā, Anhui provincē un Donghai provincē, Dzjansu provincē, un liels daudzums no tiem ir jāimportē.
Pēdējos gados viena no svarīgākajām izejvielām (aptuveni 25% no izejvielu izmaksām) ir īpaši baltas kvarca smiltis ar zemu dzelzs saturu. Arī cena ir pieaugusi. Agrāk tā ilgu laiku bija aptuveni 200 juaņas/tonna. Pēc 20 gadu 1. ceturkšņa epidēmijas uzliesmojuma tā ir kritusies no augsta līmeņa, un pašlaik tā pagaidām uztur stabilu darbību.
2020. gadā manas valsts kopējais kvarca smilšu pieprasījums būs 90,93 miljoni tonnu, ražošanas apjoms būs 87,65 miljoni tonnu, un neto imports būs 3,278 miljoni tonnu. Saskaņā ar publiski pieejamo informāciju kvarca akmens daudzums 100 kg kausēta stikla ir aptuveni 72,2 kg. Saskaņā ar pašreizējo paplašināšanas plānu fotoelektriskā stikla jaudas pieaugums 2021./2022. gadā var sasniegt 3,23/24500 t/d, un, ņemot vērā gada ražošanas apjomu, kas aprēķināts 360 dienu periodā, kopējais ražošanas apjoms atbildīs jaunajam pieprasījumam pēc silīcija smiltīm ar zemu dzelzs saturu 836/635 miljonu tonnu gadā, tas ir, jaunais pieprasījums pēc silīcija smiltīm ar zemu dzelzs saturu, ko rada fotoelektriskais stikls 2021./2022. gadā, veidos kopējo kvarca smilšu pieprasījumu 2020. gadā 9,2%/7,0% no kopējā pieprasījuma. Ņemot vērā, ka zema dzelzs satura silīcija smiltis veido tikai daļu no kopējā silīcija smilšu pieprasījuma, liela mēroga fotoelektriskā stikla ražošanas jaudu ieguldījumi radītais pieprasījuma un piedāvājuma spiediens uz zema dzelzs satura silīcija smiltīm var būt daudz lielāks nekā spiediens uz kvarca smilšu nozari kopumā.
—Raksts no Powder Network
Publicēšanas laiks: 2021. gada 11. decembris