Trong giai đoạn "Kế hoạch 5 năm lần thứ 14", theo kế hoạch chiến lược "đỉnh carbon và carbon trung tính" của đất nước, ngành công nghiệp quang điện sẽ dẫn đến sự phát triển bùng nổ.Sự bùng nổ của ngành công nghiệp quang điện đã “tạo ra của cải” cho toàn bộ dây chuyền công nghiệp.Trong dây chuyền chói lọi này, thủy tinh quang điện là một mắt xích không thể thiếu.Ngày nay, chủ trương tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường, nhu cầu sử dụng kính quang điện ngày một tăng cao, cung cầu mất cân đối.Đồng thời, cát thạch anh có hàm lượng sắt thấp và siêu trắng, nguyên liệu quan trọng để làm thủy tinh quang điện cũng tăng cao, giá cả tăng cao và nguồn cung thiếu hụt.Các chuyên gia trong ngành dự đoán rằng cát thạch anh có hàm lượng sắt thấp sẽ có mức tăng dài hạn hơn 15% trong hơn 10 năm.Dưới sức gió mạnh của quang điện, việc sản xuất cát thạch anh hàm lượng sắt thấp đã thu hút nhiều sự chú ý.
1. Cát thạch anh làm thủy tinh quang điện
Kính quang điện thường được sử dụng làm tấm bao bọc của các mô-đun quang điện và nó tiếp xúc trực tiếp với môi trường bên ngoài.Khả năng chống chịu thời tiết, sức mạnh, độ truyền ánh sáng và các chỉ số khác của nó đóng vai trò trung tâm trong tuổi thọ của mô-đun quang điện và hiệu suất phát điện lâu dài.Các ion sắt trong cát thạch anh rất dễ nhuộm màu, và để đảm bảo khả năng truyền qua mặt trời cao của thủy tinh gốc, hàm lượng sắt trong thủy tinh quang điện thấp hơn thủy tinh thông thường và cát thạch anh có hàm lượng sắt thấp với độ tinh khiết silic cao và hàm lượng tạp chất thấp phải được sử dụng.
Hiện nay ở nước ta còn rất ít loại cát thạch anh có hàm lượng sắt thấp, chất lượng cao dễ khai thác, chúng phân bố chủ yếu ở Heyuan, Guangxi, Fengyang, An Huy, Hainan và những nơi khác.Trong tương lai, với sự phát triển của năng lực sản xuất kính nổi siêu trắng dùng cho pin mặt trời, cát thạch anh chất lượng cao với diện tích sản xuất hạn chế sẽ trở thành một nguồn tài nguyên tương đối khan hiếm.Việc cung cấp cát thạch anh chất lượng cao và ổn định sẽ hạn chế khả năng cạnh tranh của các công ty thủy tinh quang điện trong tương lai.Vì vậy, làm thế nào để giảm một cách hiệu quả hàm lượng sắt, nhôm, titan và các nguyên tố tạp chất khác trong cát thạch anh và điều chế cát thạch anh có độ tinh khiết cao đang là một chủ đề nghiên cứu nóng hổi.
2. Sản xuất cát thạch anh ít sắt cho thủy tinh quang điện
2.1 Làm sạch cát thạch anh cho thủy tinh quang điện
Hiện tại, các quy trình tinh chế thạch anh truyền thống được áp dụng thuần thục trong ngành công nghiệp bao gồm phân loại, chà, nung nấu nước, nghiền, sàng, tách từ, tách trọng lực, tuyển nổi, rửa trôi axit, rửa vi sinh, khử khí ở nhiệt độ cao, v.v. Làm sạch sâu Các quá trình bao gồm rang bằng clo, phân loại màu chiếu xạ, phân loại từ tính siêu dẫn, chân không nhiệt độ cao, v.v.Quá trình thụ hưởng chung của quá trình tinh chế cát thạch anh trong nước cũng đã được phát triển từ giai đoạn đầu “nghiền, tách từ, rửa” đến “tách → nghiền thô → nung → làm nguội nước → nghiền → sàng lọc → tách từ → tuyển nổi → axit. Quá trình thụ hưởng kết hợp ngâm → rửa → sấy khô, kết hợp với vi sóng, siêu âm và các phương tiện khác để xử lý trước hoặc làm sạch phụ trợ, cải thiện đáng kể hiệu quả thanh lọc.Do yêu cầu về hàm lượng sắt thấp của thủy tinh quang điện, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp loại bỏ cát thạch anh chủ yếu được giới thiệu.
Nói chung, sắt tồn tại ở sáu dạng phổ biến sau đây trong quặng thạch anh:
① Tồn tại ở dạng hạt mịn trong đất sét hoặc fenspat kaoli hóa
② Gắn vào bề mặt của các hạt thạch anh ở dạng màng oxit sắt
③ Khoáng chất sắt như hematit, magnetit, specularit, qinite, v.v. hoặc các khoáng chất chứa sắt như mica, amphibole, garnet, v.v.
④ Nó ở trạng thái ngâm hoặc thấu kính bên trong các hạt thạch anh
⑤ Tồn tại ở trạng thái dung dịch rắn bên trong tinh thể thạch anh
⑥ Một lượng sắt thứ cấp nhất định sẽ được trộn lẫn trong quá trình nghiền và nghiền
Để tách khoáng có chứa sắt ra khỏi thạch anh một cách hiệu quả, trước tiên cần xác định trạng thái xuất hiện của tạp chất sắt trong quặng thạch anh và lựa chọn phương pháp thụ hưởng hợp lý và quy trình tách để loại bỏ tạp chất sắt.
(1) Quá trình tách từ tính
Quá trình tách từ tính có thể loại bỏ các khoáng chất có từ tính yếu như hematit, limonite và biotit bao gồm các hạt dính liền với mức độ lớn nhất.Theo cường độ từ, tách từ có thể được chia thành tách từ mạnh và tách từ yếu.Sự phân tách từ tính mạnh thường sử dụng thiết bị phân tách từ tính mạnh ướt hoặc thiết bị phân tách từ tính gradient cao.
Nói chung, cát thạch anh có chứa chủ yếu là các khoáng chất có tạp chất từ tính yếu như limonite, hematit, biotit, ... có thể được chọn bằng máy từ mạnh kiểu ướt ở giá trị trên 8,0 × 105A / m;Đối với các khoáng chất có từ tính mạnh do quặng sắt chiếm ưu thế, tốt hơn nên sử dụng máy từ yếu hoặc máy từ trung bình để tách.[2] Ngày nay, với việc ứng dụng các bộ tách từ trường mạnh và có độ dốc cao, quá trình tách và lọc từ đã được cải thiện đáng kể so với trước đây.Ví dụ, sử dụng máy tách từ mạnh kiểu con lăn cảm ứng điện từ để khử sắt dưới cường độ từ trường 2,2T có thể làm giảm hàm lượng Fe2O3 từ 0,002% đến 0,0002%.
(2) Quá trình tuyển nổi
Tuyển nổi là một quá trình phân tách các hạt khoáng chất thông qua các đặc tính vật lý và hóa học khác nhau trên bề mặt của các hạt khoáng chất.Chức năng chính là loại bỏ khoáng chất mica và fenspat ra khỏi cát thạch anh.Đối với quá trình tuyển nổi các khoáng chất chứa sắt và thạch anh, việc tìm ra dạng xuất hiện của các tạp chất sắt và dạng phân bố của từng cỡ hạt là chìa khóa để lựa chọn một quy trình tách phù hợp để loại bỏ sắt.Hầu hết các khoáng chất chứa sắt đều có điện tích điểm 0 trên 5, tích điện dương trong môi trường axit và về mặt lý thuyết thích hợp cho việc sử dụng các bộ thu anion.
Axit béo (xà phòng), hydrocacbyl sulfonat hoặc sunfat có thể được sử dụng làm chất thu hồi anion để tuyển nổi quặng oxit sắt.Pyrit có thể là quá trình tuyển nổi pyrit từ thạch anh trong môi trường ngâm muối với chất làm nổi cổ điển cho isobutyl xanthate cộng với butylamine bột màu đen (4: 1).Liều lượng khoảng 200ppmw.
Quá trình tuyển nổi của ilmenit thường sử dụng natri oleat (0,21mol / L) làm tác nhân tuyển nổi để điều chỉnh độ pH đến 4 ~ 10.Phản ứng hóa học xảy ra giữa các ion oleat và các hạt sắt trên bề mặt ilmenit để tạo ra oleat sắt, ion Oleat bị hấp phụ về mặt hóa học giữ cho ilmenit có độ nổi tốt hơn.Bộ thu axit photphonic gốc hydrocacbon được phát triển trong những năm gần đây có tính chọn lọc và hiệu suất thu tốt đối với ilmenit.
(3) Quá trình rửa trôi axit
Mục đích chính của quá trình rửa trôi axit là loại bỏ các khoáng chất sắt hòa tan trong dung dịch axit.Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả làm sạch của quá trình rửa trôi axit bao gồm kích thước hạt cát thạch anh, nhiệt độ, thời gian, loại axit, nồng độ axit, tỷ lệ rắn-lỏng, v.v., và sự tăng nhiệt độ và dung dịch axit.Việc cô đặc và giảm bán kính của các hạt thạch anh có thể làm tăng tốc độ rửa trôi và tốc độ rửa trôi của Al.Tác dụng tinh chế của một axit đơn bị hạn chế, còn axit hỗn hợp có tác dụng cộng hưởng, có thể làm tăng đáng kể tốc độ loại bỏ các nguyên tố tạp chất như Fe và K. Các axit vô cơ thường dùng là HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4 , H2C2O4, nói chung hai hoặc nhiều trong số chúng được trộn lẫn và sử dụng theo một tỷ lệ nhất định.
Axit oxalic là một axit hữu cơ thường được sử dụng để rửa trôi axit.Nó có thể tạo thành một phức tương đối ổn định với các ion kim loại hòa tan, và các tạp chất dễ dàng bị rửa trôi.Nó có ưu điểm là liều lượng thấp và tỷ lệ loại bỏ sắt cao.Một số người sử dụng siêu âm để hỗ trợ tinh chế axit oxalic, và nhận thấy rằng so với siêu âm bể và khuấy thông thường, siêu âm đầu dò có tốc độ loại bỏ Fe cao nhất, lượng axit oxalic nhỏ hơn 4g / L và tỷ lệ loại bỏ sắt đạt 75,4%.
Sự có mặt của axit loãng và axit flohydric có thể loại bỏ hiệu quả các tạp chất kim loại như Fe, Al, Mg, nhưng lượng axit flohydric phải được kiểm soát vì axit flohydric có thể ăn mòn các hạt thạch anh.Việc sử dụng các loại axit khác nhau cũng ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình tinh chế.Trong đó axit hỗn hợp HCl và HF có hiệu quả xử lý tốt nhất.Một số người sử dụng chất rửa trôi hỗn hợp HCl và HF để làm sạch cát thạch anh sau khi tách từ tính.Thông qua quá trình rửa trôi hóa học, tổng lượng các nguyên tố tạp chất là 40,71μg / g, và độ tinh khiết của SiO2 cao tới 99,993wt%.
(4) Rửa trôi vi sinh vật
Các vi sinh vật được sử dụng để rửa trôi sắt màng mỏng hoặc tẩm sắt trên bề mặt của các hạt cát thạch anh, đây là một kỹ thuật được phát triển gần đây để loại bỏ sắt.Các nghiên cứu của nước ngoài cho thấy việc sử dụng Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus và các vi sinh vật khác để rửa trôi sắt trên bề mặt màng thạch anh đã đạt được kết quả tốt, trong đó Aspergillus niger có tác dụng rửa trôi sắt là tối ưu.Tỷ lệ loại bỏ Fe2O3 hầu hết là trên 75%, và loại Fe2O3 cô đặc thấp tới 0,007%.Và người ta nhận thấy rằng hiệu quả của việc rửa trôi sắt với việc nuôi cấy trước hầu hết các loại vi khuẩn và nấm mốc sẽ tốt hơn.
2.2 Các nghiên cứu khác về cát thạch anh cho thủy tinh quang điện
Để giảm lượng axit, giảm khó xử lý nước thải và thân thiện với môi trường, Peng Shou [5] et al.tiết lộ phương pháp điều chế cát thạch anh hàm lượng sắt thấp 10ppm bằng quy trình không ngâm rửa: thạch anh mạch tự nhiên được sử dụng làm nguyên liệu thô và nghiền ba giai đoạn, nghiền giai đoạn đầu và phân loại giai đoạn hai có thể có sạn 0,1 ~ 0,7mm ;sạn được tách bằng giai đoạn đầu tiên của quá trình tách từ và giai đoạn thứ hai là loại bỏ từ tính mạnh của sắt cơ học và các khoáng chất chứa sắt để thu được cát tách từ tính;tách từ tính của cát thu được bằng cách tuyển nổi giai đoạn hai hàm lượng Fe2O3 thấp hơn cát thạch anh hàm lượng sắt thấp 10ppm, tuyển nổi sử dụng H2SO4 làm chất điều chỉnh, điều chỉnh pH = 2 ~ 3, sử dụng natri oleat và propylene diamine gốc dầu dừa làm chất thu .Cát thạch anh đã chế biến SiO2≥99,9%, Fe2O3≤10ppm, đáp ứng các yêu cầu của nguyên liệu thô silic cần thiết cho thủy tinh quang học, thủy tinh hiển thị quang điện và thủy tinh thạch anh.
Mặt khác, với sự cạn kiệt của các nguồn thạch anh chất lượng cao, việc sử dụng toàn diện các nguồn tài nguyên cấp thấp đã thu hút sự chú ý rộng rãi.Xie Enjun của Công ty TNHH Viện Nghiên cứu và Thiết kế Công nghiệp Thủy tinh Bengbu của Trung Quốc đã sử dụng chất thải cao lanh để điều chế cát thạch anh có hàm lượng sắt thấp cho thủy tinh quang điện.Thành phần khoáng vật chính của quặng đuôi cao lanh Phúc Kiến là thạch anh, chứa một lượng nhỏ các khoáng chất tạp chất như kaolinit, mica và fenspat.Sau khi quặng đuôi cao lanh được xử lý bằng quy trình thụ hưởng “nghiền-phân loại thuỷ lực-tách từ-tuyển nổi”, hàm lượng cỡ hạt 0,6 ~ 0,125mm lớn hơn 95%, SiO2 là 99,62%, Al2O3 là 0,065%, Fe2O3 là Cát thạch anh mịn 92 × 10-6 đáp ứng yêu cầu chất lượng của cát thạch anh ít sắt làm thủy tinh quang điện.
Shao Weihua và những người khác từ Viện Sử dụng Toàn diện Tài nguyên Khoáng sản Trịnh Châu, Viện Khoa học Địa chất Trung Quốc, đã công bố bằng sáng chế: một phương pháp điều chế cát thạch anh có độ tinh khiết cao từ quặng đuôi cao lanh.Các bước phương pháp: a.Quặng đuôi cao lanh được sử dụng làm quặng thô, sau khi được sàng và lọc để thu được vật liệu + 0,6mm;b.+ Vật liệu 0,6mm được mài và phân loại, và vật liệu khoáng 0,4mm0,1mm chịu hoạt động phân tách từ tính, Để có được vật liệu từ tính và phi từ tính, vật liệu phi từ tính tham gia hoạt động phân tách trọng lực để thu được khoáng chất nhẹ tách trọng lực và khoáng chất nặng tách trọng lực, và khoáng chất nhẹ tách trọng lực đi vào hoạt động sau để sàng lọc để thu được khoáng chất + 0,1mm;c. + 0,1mm Khoáng vật đi vào hoạt động tuyển nổi để thu được chất cô đặc tuyển nổi.Phần nước phía trên của cô đặc tuyển nổi được loại bỏ và sau đó được ngâm siêu âm, sau đó được sàng để thu được vật liệu thô + 0,1mm là cát thạch anh có độ tinh khiết cao.Phương pháp theo sáng chế không chỉ có thể thu được sản phẩm cô đặc thạch anh chất lượng cao mà còn có thời gian xử lý ngắn, quy trình xử lý đơn giản, tiêu thụ năng lượng thấp và chất lượng cao của cô đặc thạch anh thu được, có thể đáp ứng các yêu cầu chất lượng về độ tinh khiết cao. thạch anh.
Các mỏ khai thác cao lanh chứa một lượng lớn tài nguyên thạch anh.Thông qua quá trình thụ hưởng, tinh chế và chế biến sâu, nó có thể đáp ứng các yêu cầu sử dụng nguyên liệu thủy tinh siêu trắng quang điện.Điều này cũng cung cấp một ý tưởng mới về việc sử dụng toàn diện các nguồn tài nguyên quặng đuôi cao lanh.
3. Tổng quan thị trường cát thạch anh hàm lượng sắt thấp cho thủy tinh quang điện
Mặt khác, vào nửa cuối năm 2020, năng lực sản xuất bị hạn chế mở rộng không thể đối phó với nhu cầu bùng nổ trong điều kiện thịnh vượng cao.Cung và cầu kính quang điện mất cân đối, giá cả tăng vọt.Dưới sự kêu gọi chung của nhiều công ty sản xuất mô-đun quang điện, vào tháng 12 năm 2020, Bộ Công nghiệp và Công nghệ thông tin đã ban hành văn bản làm rõ rằng dự án kính cuộn quang điện có thể không xây dựng kế hoạch thay thế công suất.Bị ảnh hưởng bởi chính sách mới, tốc độ tăng trưởng sản xuất kính quang điện sẽ được mở rộng từ năm 2021. Theo thông tin công khai, công suất của kính quang điện cuộn với kế hoạch sản xuất rõ ràng vào ngày 21/22 sẽ đạt 22250/26590 tấn / ngày, với một tốc độ tăng trưởng hàng năm 68,4 / 48,6%.Trong trường hợp có chính sách và đảm bảo từ phía nhu cầu, cát quang điện được kỳ vọng sẽ mở ra sự tăng trưởng bùng nổ.
Năng lực sản xuất ngành công nghiệp kính quang điện 2015-2022
Mặt khác, sự gia tăng đáng kể năng lực sản xuất kính quang điện có thể khiến nguồn cung cấp cát silica có hàm lượng sắt thấp vượt quá nguồn cung, do đó hạn chế sản xuất thực tế của năng lực sản xuất kính quang điện.Theo thống kê, từ năm 2014 đến nay, sản lượng cát thạch anh trong nước của nước ta nhìn chung thấp hơn một chút so với nhu cầu trong nước, cung cầu vẫn duy trì sự cân bằng chặt chẽ.
Đồng thời, nguồn tài nguyên sa khoáng thạch anh hàm lượng sắt thấp trong nước của tôi rất khan hiếm, tập trung ở Heyuan của Quảng Đông, Bắc Hải của Quảng Tây, Fengyang của An Huy và Donghai của Giang Tô, và một lượng lớn chúng cần phải nhập khẩu.
Cát thạch anh siêu trắng có hàm lượng sắt thấp là một trong những nguyên liệu quan trọng (chiếm khoảng 25% giá thành nguyên liệu) trong những năm gần đây.Giá cũng đang tăng lên.Trước đây, trong thời gian dài đã có khoảng 200 NDT / tấn.Sau đợt bùng phát dịch Q1 trong vòng 20 năm, nó đã giảm từ mức cao, và hiện tại nó đang duy trì hoạt động ổn định cho đến thời điểm hiện tại.
Năm 2020, tổng nhu cầu cát thạch anh của nước ta là 90,93 triệu tấn, sản lượng là 87,65 triệu tấn, nhập khẩu ròng là 3,278 triệu tấn.Theo thông tin công khai, khối lượng đá thạch anh trong 100kg thủy tinh nóng chảy khoảng 72,2kg.Theo kế hoạch mở rộng hiện tại, mức tăng công suất của kính quang điện vào năm 2021/2022 có thể đạt 3,23 / 24500 tấn / ngày, theo sản lượng hàng năm Được tính trong khoảng thời gian 360 ngày, tổng sản lượng sẽ tương ứng với nhu cầu mới tăng lên thấp. - cát silica sắt 836/635 triệu tấn / năm, tức là nhu cầu mới về cát silica có hàm lượng sắt thấp do thủy tinh quang điện mang lại vào năm 2021/2022 sẽ chiếm tổng thể cát thạch anh vào năm 2020 là 9,2% / 7,0% nhu cầu .Xét rằng cát silica có hàm lượng sắt thấp chỉ chiếm một phần trong tổng nhu cầu cát silica, áp lực cung và cầu đối với cát silica có hàm lượng sắt thấp do việc đầu tư quy mô lớn vào công suất sản xuất thủy tinh quang điện có thể cao hơn nhiều so với áp lực về tổng thể ngành công nghiệp cát thạch anh.
—Bài viết từ Powder Network
Thời gian đăng: Dec-11-2021