Durante el período del “14º Plan Quinquenal”, de acuerdo con el plan estratégico “pico de carbono y carbono neutral” del país, la industria fotovoltaica conducirá a un desarrollo explosivo.El estallido de la industria fotovoltaica ha “creado riqueza” para toda la cadena industrial.En esta deslumbrante cadena, el vidrio fotovoltaico es un eslabón indispensable.Hoy, abogando por la conservación de la energía y la protección del medio ambiente, la demanda de vidrio fotovoltaico aumenta día a día y existe un desequilibrio entre la oferta y la demanda.Al mismo tiempo, la arena de cuarzo ultra blanca y con bajo contenido de hierro, un material importante para el vidrio fotovoltaico, también ha aumentado, y el precio ha aumentado y la oferta es escasa.Los expertos de la industria predicen que la arena de cuarzo con bajo contenido de hierro tendrá un aumento a largo plazo de más del 15 % durante más de 10 años.Bajo el fuerte viento de la fotovoltaica, la producción de arena de cuarzo con bajo contenido de hierro ha atraído mucha atención.
1. Arena de cuarzo para vidrio fotovoltaico
El vidrio fotovoltaico se usa generalmente como panel de encapsulación de módulos fotovoltaicos y está en contacto directo con el ambiente externo.Su resistencia a la intemperie, fuerza, transmisión de luz y otros indicadores juegan un papel central en la vida útil de los módulos fotovoltaicos y la eficiencia de generación de energía a largo plazo.Los iones de hierro en la arena de cuarzo son fáciles de teñir y, para garantizar la alta transmisión solar del vidrio original, el contenido de hierro del vidrio fotovoltaico es más bajo que el del vidrio ordinario y la arena de cuarzo con bajo contenido de hierro y alta pureza de silicio. y se debe utilizar un bajo contenido de impurezas.
En la actualidad, hay pocas arenas de cuarzo con bajo contenido de hierro de alta calidad que sean fáciles de extraer en nuestro país, y se distribuyen principalmente en Heyuan, Guangxi, Fengyang, Anhui, Hainan y otros lugares.En el futuro, con el crecimiento de la capacidad de producción de vidrio gofrado ultra blanco para células solares, la arena de cuarzo de alta calidad con un área de producción limitada se convertirá en un recurso relativamente escaso.El suministro de arena de cuarzo estable y de alta calidad restringirá la competitividad de las empresas de vidrio fotovoltaico en el futuro.Por lo tanto, cómo reducir efectivamente el contenido de hierro, aluminio, titanio y otros elementos de impureza en la arena de cuarzo y preparar arena de cuarzo de alta pureza es un tema de investigación candente.
2. Producción de arena de cuarzo con bajo contenido de hierro para vidrio fotovoltaico
2.1 Purificación de Arena de Cuarzo para Vidrio Fotovoltaico
En la actualidad, los procesos tradicionales de purificación de cuarzo que se aplican con madurez en la industria incluyen clasificación, depuración, enfriamiento rápido con agua de calcinación, molienda, tamizado, separación magnética, separación por gravedad, flotación, lixiviación ácida, lixiviación microbiana, desgasificación a alta temperatura, etc. Los procesos de purificación profunda incluyen el tostado con cloro, la clasificación por color irradiado, la clasificación magnética superconductora, el vacío a alta temperatura, etc.El proceso de beneficio general de la purificación de arena de cuarzo doméstica también se ha desarrollado desde la "molienda, separación magnética, lavado" inicial hasta la "separación → trituración gruesa → calcinación → enfriamiento rápido con agua → molienda → cribado → separación magnética → flotación → ácido El proceso de beneficio combinado de inmersión→lavado→secado, combinado con microondas, ultrasónico y otros medios para el pretratamiento o purificación auxiliar, mejora en gran medida el efecto de purificación.En vista de los requisitos bajos en hierro del vidrio fotovoltaico, se introducen principalmente la investigación y el desarrollo de métodos de eliminación de arena de cuarzo.
En general, el hierro existe en las siguientes seis formas comunes en el mineral de cuarzo:
① Existen en forma de partículas finas en arcilla o feldespato caolinizado
②Adjunto a la superficie de las partículas de cuarzo en forma de película de óxido de hierro
③Minerales de hierro como hematita, magnetita, especularita, qinita, etc. o minerales que contienen hierro como mica, anfíbol, granate, etc.
④Está en estado de inmersión o lente dentro de las partículas de cuarzo
⑤ Existen en estado de solución sólida dentro del cristal de cuarzo.
⑥ Se mezclará una cierta cantidad de hierro secundario en el proceso de trituración y molienda
Para separar de manera efectiva los minerales que contienen hierro del cuarzo, primero es necesario determinar el estado de ocurrencia de las impurezas de hierro en el mineral de cuarzo y seleccionar un método de beneficio y un proceso de separación razonables para lograr la eliminación de las impurezas de hierro.
(1) proceso de separación magnética
El proceso de separación magnética puede eliminar los minerales de impurezas magnéticas débiles, como la hematita, la limonita y la biotita, incluidas las partículas unidas en la mayor medida posible.Según la fuerza magnética, la separación magnética se puede dividir en separación magnética fuerte y separación magnética débil.La separación magnética fuerte generalmente adopta un separador magnético fuerte húmedo o un separador magnético de alto gradiente.
En términos generales, la arena de cuarzo que contiene principalmente minerales de impurezas magnéticas débiles, como limonita, hematita, biotita, etc., se puede seleccionar utilizando una máquina magnética fuerte de tipo húmedo a un valor superior a 8,0 × 105 A/m;Para minerales magnéticos fuertes dominados por mineral de hierro, es mejor usar una máquina magnética débil o una máquina magnética media para la separación.[2] Hoy en día, con la aplicación de separadores magnéticos de campo magnético fuerte y de alto gradiente, la separación y purificación magnética han mejorado significativamente en comparación con el pasado.Por ejemplo, el uso de un separador magnético fuerte de tipo rodillo de inducción electromagnética para eliminar el hierro con una intensidad de campo magnético de 2,2 T puede reducir el contenido de Fe2O3 de 0,002 % a 0,0002 %.
(2) Proceso de flotación
La flotación es un proceso de separación de partículas minerales a través de diferentes propiedades físicas y químicas en la superficie de las partículas minerales.La función principal es eliminar la mica mineral relacionada y el feldespato de la arena de cuarzo.Para la separación por flotación de minerales que contienen hierro y cuarzo, averiguar la forma de ocurrencia de las impurezas de hierro y la forma de distribución de cada tamaño de partícula es la clave para elegir un proceso de separación adecuado para la eliminación de hierro.La mayoría de los minerales que contienen hierro tienen un punto eléctrico cero por encima de 5, que está cargado positivamente en un ambiente ácido y teóricamente adecuado para el uso de colectores aniónicos.
El ácido graso (jabón), el sulfonato o el sulfato de hidrocarbilo se pueden usar como colectores aniónicos para la flotación del mineral de óxido de hierro.La pirita puede ser una flotación de pirita a partir de cuarzo en un entorno de decapado con el clásico agente de flotación para xantato de isobutilo más polvo negro de butilamina (4:1).La dosis es de aproximadamente 200 ppmw.
La flotación de ilmenita generalmente usa oleato de sodio (0.21 mol/L) como agente de flotación para ajustar el pH a 4~10.Se produce una reacción química entre los iones de oleato y las partículas de hierro en la superficie de la ilmenita para producir oleato de hierro, que se adsorbe químicamente. Los iones de oleato mantienen la ilmenita con una mejor flotabilidad.Los colectores de ácido fosfónico a base de hidrocarburos desarrollados en los últimos años tienen una buena selectividad y rendimiento de recolección de ilmenita.
(3) proceso de lixiviación ácida
El objetivo principal del proceso de lixiviación con ácido es eliminar los minerales de hierro solubles en la solución ácida.Los factores que afectan el efecto de purificación de la lixiviación ácida incluyen el tamaño de las partículas de arena de cuarzo, la temperatura, el tiempo, el tipo de ácido, la concentración de ácido, la relación sólido-líquido, etc., y aumentan la temperatura y la solución ácida.La concentración y la reducción del radio de las partículas de cuarzo pueden aumentar la tasa de lixiviación y la tasa de lixiviación de Al.El efecto de purificación de un solo ácido es limitado y el ácido mixto tiene un efecto sinérgico, lo que puede aumentar en gran medida la tasa de eliminación de elementos de impureza como Fe y K. Los ácidos inorgánicos comunes son HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4 , H2C2O4, generalmente se mezclan dos o más de ellos y se utilizan en cierta proporción.
El ácido oxálico es un ácido orgánico comúnmente utilizado para la lixiviación ácida.Puede formar un complejo relativamente estable con los iones metálicos disueltos y las impurezas se eliminan fácilmente.Tiene las ventajas de una dosis baja y una alta tasa de eliminación de hierro.Algunas personas utilizan el ultrasonido para ayudar a la purificación del ácido oxálico y descubrieron que, en comparación con el ultrasonido de tanque y agitación convencional, el ultrasonido de sonda tiene la tasa de eliminación de Fe más alta, la cantidad de ácido oxálico es inferior a 4 g/L y la tasa de eliminación de hierro alcanza 75,4%.
La presencia de ácido diluido y ácido fluorhídrico puede eliminar con eficacia impurezas metálicas como Fe, Al, Mg, pero la cantidad de ácido fluorhídrico debe controlarse porque el ácido fluorhídrico puede corroer las partículas de cuarzo.El uso de diferentes tipos de ácidos también afecta la calidad del proceso de purificación.Entre ellos, el ácido mixto de HCl y HF tiene el mejor efecto de procesamiento.Algunas personas usan agentes de lixiviación mixtos HCl y HF para purificar la arena de cuarzo después de la separación magnética.A través de la lixiviación química, la cantidad total de elementos de impureza es de 40,71 μg/g, y la pureza de SiO2 alcanza el 99,993 % en peso.
(4) lixiviación microbiana
Los microorganismos se utilizan para lixiviar una película delgada de hierro o impregnar el hierro en la superficie de las partículas de arena de cuarzo, que es una técnica desarrollada recientemente para eliminar el hierro.Estudios extranjeros han demostrado que el uso de Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus y otros microorganismos para lixiviar hierro en la superficie de la película de cuarzo ha logrado buenos resultados, de los cuales el efecto de lixiviación de hierro de Aspergillus niger es óptimo.La tasa de eliminación de Fe2O3 está mayormente por encima del 75 %, y el grado del concentrado de Fe2O3 es tan bajo como 0,007 %.Y se encontró que el efecto de la lixiviación del hierro con el cultivo previo de la mayoría de las bacterias y mohos sería mejor.
2.2 Otros avances de investigación de arena de cuarzo para vidrio fotovoltaico
Con el fin de reducir la cantidad de ácido, reducir la dificultad del tratamiento de aguas residuales y ser respetuoso con el medio ambiente, Peng Shou [5] et al.dio a conocer un método para preparar arena de cuarzo con bajo contenido de hierro de 10 ppm mediante un proceso sin decapado: el cuarzo de veta natural se utiliza como materia prima y la trituración en tres etapas. ;la arena se separa mediante la primera etapa de separación magnética y la segunda etapa de fuerte remoción magnética de hierro mecánico y minerales que contienen hierro para obtener arena de separación magnética;la separación magnética de la arena se obtiene mediante la flotación de segunda etapa El contenido de Fe2O3 es inferior a 10 ppm de arena de cuarzo con bajo contenido de hierro, la flotación usa H2SO4 como regulador, ajusta el pH = 2~3, usa oleato de sodio y propilendiamina a base de aceite de coco como colectores .La arena de cuarzo preparada SiO2≥99.9%, Fe2O3≤10ppm, cumple con los requisitos de las materias primas silíceas requeridas para vidrio óptico, vidrio para pantallas fotoeléctricas y vidrio de cuarzo.
Por otro lado, con el agotamiento de los recursos de cuarzo de alta calidad, la utilización integral de los recursos de gama baja ha atraído una atención generalizada.Xie Enjun de China Building Materials Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd. usó relaves de caolín para preparar arena de cuarzo con bajo contenido de hierro para vidrio fotovoltaico.La principal composición mineral de los relaves de caolín de Fujian es cuarzo, que contiene una pequeña cantidad de minerales impuros como caolinita, mica y feldespato.Después de que los relaves de caolín se procesan mediante el proceso de beneficio de "molienda-clasificación hidráulica-separación magnética-flotación", el contenido de tamaño de partícula de 0,6 ~ 0,125 mm es superior al 95%, SiO2 es 99,62%, Al2O3 es 0,065%, Fe2O3 es La arena fina de cuarzo 92×10-6 cumple con los requisitos de calidad de la arena de cuarzo baja en hierro para vidrio fotovoltaico.
Shao Weihua y otros del Instituto de Utilización Integral de Recursos Minerales de Zhengzhou, Academia China de Ciencias Geológicas, publicaron una patente de invención: un método para preparar arena de cuarzo de alta pureza a partir de relaves de caolín.Los pasos del método: a.Los relaves de caolín se utilizan como mineral bruto, que se tamiza después de agitarlo y depurarlo para obtener un material de +0,6 mm;b.El material de +0,6 mm se muele y clasifica, y el material mineral de 0,4 mm y 0,1 mm se somete a una operación de separación magnética. Para obtener materiales magnéticos y no magnéticos, los materiales no magnéticos entran en la operación de separación por gravedad para obtener la separación por gravedad de minerales ligeros y la separación por gravedad de minerales pesados y la separación por gravedad de minerales ligeros ingresan a la operación de trituración para filtrar y obtener minerales de +0,1 mm;c.+0.1mm El mineral ingresa a la operación de flotación para obtener el concentrado de flotación.El agua superior del concentrado de flotación se elimina y luego se decapa ultrasónicamente y luego se tamiza para obtener el material grueso de +0,1 mm como arena de cuarzo de alta pureza.El método de la invención no solo puede obtener productos concentrados de cuarzo de alta calidad, sino que también tiene un tiempo de procesamiento corto, flujo de proceso simple, bajo consumo de energía y alta calidad del concentrado de cuarzo obtenido, que puede cumplir con los requisitos de calidad de alta pureza. cuarzo.
Los relaves de caolín contienen una gran cantidad de recursos de cuarzo.A través del beneficio, la purificación y el procesamiento profundo, puede cumplir con los requisitos para el uso de materias primas de vidrio ultra blanco fotovoltaico.Esto también proporciona una nueva idea para la utilización integral de los recursos de relaves de caolín.
3. Resumen del mercado de arena de cuarzo con bajo contenido de hierro para vidrio fotovoltaico
Por un lado, en la segunda mitad de 2020, la capacidad de producción limitada por la expansión no puede hacer frente a la demanda explosiva en condiciones de gran prosperidad.La oferta y la demanda de vidrio fotovoltaico está desequilibrada y el precio se dispara.Bajo la convocatoria conjunta de muchas empresas de módulos fotovoltaicos, en diciembre de 2020, el Ministerio de Industria y Tecnologías de la Información emitió un documento aclarando que el proyecto de vidrio laminado fotovoltaico no podrá formular un plan de reposición de capacidad.Afectada por la nueva política, la tasa de crecimiento de la producción de vidrio fotovoltaico se ampliará a partir de 2021. Según información pública, la capacidad de vidrio fotovoltaico laminado con un plan claro de producción en 21/22 alcanzará las 22250/26590t/d, con un tasa de crecimiento anual de 68.4/48.6%.En el caso de las garantías de la póliza y del lado de la demanda, se espera que la arena fotovoltaica marque el comienzo de un crecimiento explosivo.
Capacidad de producción de la industria del vidrio fotovoltaico 2015-2022
Por otro lado, el aumento sustancial en la capacidad de producción de vidrio fotovoltaico puede causar que el suministro de arena de sílice con bajo contenido de hierro exceda el suministro, lo que a su vez restringe la producción real de la capacidad de producción de vidrio fotovoltaico.Según las estadísticas, desde 2014, la producción nacional de arena de cuarzo de mi país ha sido en general ligeramente inferior a la demanda interna, y la oferta y la demanda han mantenido un estrecho equilibrio.
Al mismo tiempo, los recursos domésticos de placer de cuarzo con bajo contenido de hierro de mi país son escasos, concentrados en Heyuan de Guangdong, Beihai de Guangxi, Fengyang de Anhui y Donghai de Jiangsu, y una gran cantidad de ellos deben importarse.
La arena de cuarzo ultra blanca con bajo contenido de hierro es una de las materias primas importantes (que representa aproximadamente el 25% del costo de la materia prima) en los últimos años.El precio también ha ido subiendo.En el pasado, ha rondado los 200 yuanes por tonelada durante mucho tiempo.Después del brote de la epidemia Q1 en 20 años, ha caído desde un nivel alto y actualmente mantiene una operación estable por el momento.
En 2020, la demanda total de arena de cuarzo de mi país será de 90,93 millones de toneladas, la producción será de 87,65 millones de toneladas y la importación neta será de 3,278 millones de toneladas.Según información pública, la cantidad de piedra de cuarzo en 100 kg de vidrio fundido es de unos 72,2 kg.De acuerdo con el plan de expansión actual, el aumento de capacidad de vidrio fotovoltaico en 2021/2022 puede llegar a 3,23/24500t/d, según la producción anual Calculada en un período de 360 días, la producción total corresponderá a la nueva demanda aumentada de baja -arena de sílice de hierro de 836/635 millones de toneladas/año, es decir, la nueva demanda de arena de sílice de bajo contenido de hierro que traerá el vidrio fotovoltaico en 2021/2022 supondrá el total de arena de cuarzo en 2020 9,2%/7,0% de la demanda .Teniendo en cuenta que la arena de sílice con bajo contenido de hierro solo representa una parte de la demanda total de arena de sílice, la presión de la oferta y la demanda sobre la arena de sílice con bajo contenido de hierro causada por la inversión a gran escala en la capacidad de producción de vidrio fotovoltaico puede ser mucho mayor que la presión sobre la arena de sílice con bajo contenido de hierro. la industria de arena de cuarzo en general.
—Artículo de Powder Network
Hora de publicación: 11-dic-2021