نظرة عامة على الإنتاج والسوق لرمل الكوارتز منخفض الحديد للزجاج الكهروضوئي

خلال فترة "الخطة الخمسية الرابعة عشرة"، وفقًا للخطة الإستراتيجية للبلاد "ذروة الكربون ومحايدة الكربون"، ستؤدي صناعة الطاقة الكهروضوئية إلى تطور هائل. لقد أدى اندلاع الصناعة الكهروضوئية إلى "خلق ثروة" للسلسلة الصناعية بأكملها. وفي هذه السلسلة المبهرة، يعد الزجاج الكهروضوئي حلقة لا غنى عنها. اليوم، مع الدعوة إلى الحفاظ على الطاقة وحماية البيئة، يتزايد الطلب على الزجاج الكهروضوئي يوما بعد يوم، وهناك خلل بين العرض والطلب. وفي الوقت نفسه، ارتفع أيضًا رمل الكوارتز منخفض الحديد والأبيض للغاية، وهو مادة مهمة للزجاج الكهروضوئي، وارتفع السعر ونقص العرض. ويتوقع خبراء الصناعة أن رمل الكوارتز منخفض الحديد سيشهد زيادة طويلة المدى تزيد عن 15% لأكثر من 10 سنوات. تحت الرياح القوية للخلايا الكهروضوئية، اجتذب إنتاج رمل الكوارتز منخفض الحديد الكثير من الاهتمام.

1. رمل الكوارتز للزجاج الكهروضوئي

يستخدم الزجاج الكهروضوئي عمومًا كلوحة تغليف للوحدات الكهروضوئية، وهو على اتصال مباشر بالبيئة الخارجية. تلعب مقاومتها للطقس وقوتها ونفاذية الضوء وغيرها من المؤشرات دورًا رئيسيًا في حياة الوحدات الكهروضوئية وكفاءة توليد الطاقة على المدى الطويل. من السهل صبغ أيونات الحديد الموجودة في رمل الكوارتز، ومن أجل ضمان نفاذية الطاقة الشمسية العالية للزجاج الأصلي، يكون محتوى الحديد في الزجاج الكهروضوئي أقل من محتوى الزجاج العادي، ورمل الكوارتز منخفض الحديد مع نقاء السيليكون العالي. ويجب استخدام محتوى منخفض الشوائب.

في الوقت الحاضر، هناك عدد قليل من رمال الكوارتز منخفضة الحديد عالية الجودة التي يسهل استخراجها في بلدنا، ويتم توزيعها بشكل رئيسي في خهيوان وقوانغشي وفنغيانغ وآنهوي وهاينان وأماكن أخرى. في المستقبل، مع نمو الطاقة الإنتاجية للزجاج المنقوش باللون الأبيض للغاية للخلايا الشمسية، ستصبح رمل الكوارتز عالي الجودة بمساحة إنتاج محدودة موردًا نادرًا نسبيًا. إن توريد رمل الكوارتز عالي الجودة والمستقر سيحد من القدرة التنافسية لشركات الزجاج الكهروضوئي في المستقبل. ولذلك، فإن كيفية تقليل محتوى الحديد والألمنيوم والتيتانيوم وعناصر الشوائب الأخرى في رمل الكوارتز بشكل فعال وإعداد رمل الكوارتز عالي النقاء هو موضوع بحث ساخن.

2. إنتاج رمل الكوارتز منخفض الحديد المخصص للزجاج الكهروضوئي

2.1 تنقية رمل الكوارتز للزجاج الكهروضوئي

في الوقت الحاضر، تشمل عمليات تنقية الكوارتز التقليدية التي يتم تطبيقها بشكل ناضج في الصناعة الفرز، والغسل، وتبريد الماء بالتكليس، والطحن، والغربلة، والفصل المغناطيسي، والفصل بالجاذبية، والتعويم، والترشيح الحمضي، والترشيح الميكروبي، وتفريغ الغاز بدرجة حرارة عالية، وما إلى ذلك. تشمل عمليات التنقية العميقة التحميص المكلور، وفرز الألوان المشععة، والفرز المغناطيسي فائق التوصيل، والفراغ بدرجة حرارة عالية، وما إلى ذلك. كما تم تطوير عملية الإثراء العامة لتنقية رمل الكوارتز المنزلي من "الطحن والفصل المغناطيسي والغسيل" المبكر إلى "الفصل ← التكسير الخشن ← التكليس ← تبريد الماء ← الطحن ← الغربلة ← الفصل المغناطيسي ← التعويم ← الحمض عملية الإثراء المدمجة الغمر → الغسيل → التجفيف، جنبا إلى جنب مع الميكروويف والموجات فوق الصوتية وغيرها من وسائل المعالجة المسبقة أو التنقية المساعدة، يحسن بشكل كبير من تأثير التنقية. نظرًا لمتطلبات الحديد المنخفضة للزجاج الكهروضوئي، يتم تقديم البحث والتطوير لطرق إزالة رمل الكوارتز بشكل أساسي.

بشكل عام، يوجد الحديد في الأشكال الستة الشائعة التالية في خام الكوارتز:

① توجد على شكل جزيئات دقيقة في الطين أو الفلسبار الكاولين
②تعلق على سطح جزيئات الكوارتز على شكل فيلم أكسيد الحديد
③معادن الحديد مثل الهيماتيت والماجنتيت والسبيكولايت والكينيت وما إلى ذلك أو المعادن المحتوية على الحديد مثل الميكا والأمفيبول والعقيق وما إلى ذلك.
④يكون في حالة الغمر أو العدسة داخل جزيئات الكوارتز
⑤ توجد في حالة المحلول الصلب داخل بلورة الكوارتز
⑥ سيتم خلط كمية معينة من الحديد الثانوي في عملية التكسير والطحن

لفصل المعادن المحتوية على الحديد عن الكوارتز بشكل فعال، من الضروري أولاً التأكد من حالة حدوث شوائب الحديد في خام الكوارتز واختيار طريقة إثراء معقولة وعملية فصل لتحقيق إزالة شوائب الحديد.

(1) عملية الفصل المغناطيسي

يمكن لعملية الفصل المغناطيسي إزالة معادن الشوائب المغناطيسية الضعيفة مثل الهيماتيت والليمونيت والبيوتيت بما في ذلك الجزيئات الملتصقة إلى أقصى حد. وفقا للقوة المغناطيسية، يمكن تقسيم الفصل المغناطيسي إلى فصل مغناطيسي قوي وفصل مغناطيسي ضعيف. عادة ما يستخدم الفصل المغناطيسي القوي فاصل مغناطيسي قوي رطب أو فاصل مغناطيسي عالي التدرج.

بشكل عام، يمكن اختيار رمل الكوارتز الذي يحتوي بشكل أساسي على معادن شوائب مغناطيسية ضعيفة مثل الليمونيت والهيماتيت والبيوتيت وما إلى ذلك، باستخدام آلة مغناطيسية قوية من النوع الرطب بقيمة أعلى من 8.0×105A/m؛ بالنسبة للمعادن ذات المغناطيسية القوية التي يغلب عليها خام الحديد فمن الأفضل استخدام آلة مغناطيسية ضعيفة أو آلة مغناطيسية متوسطة للفصل. [2] في الوقت الحاضر، مع تطبيق الفواصل المغناطيسية ذات المجال المغناطيسي القوي والتدرج العالي، تم تحسين الفصل المغناطيسي والتنقية بشكل ملحوظ مقارنة بالماضي. على سبيل المثال، استخدام فاصل مغناطيسي قوي من النوع الأسطوانة الحث الكهرومغناطيسي لإزالة الحديد تحت قوة المجال المغناطيسي 2.2T يمكن أن يقلل محتوى Fe2O3 من 0.002% إلى 0.0002%.

(2) عملية التعويم

التعويم هو عملية فصل الجزيئات المعدنية من خلال خصائص فيزيائية وكيميائية مختلفة على سطح الجزيئات المعدنية. وتتمثل المهمة الرئيسية في إزالة الميكا المعدنية ذات الصلة والفلسبار من رمل الكوارتز. بالنسبة لفصل التعويم للمعادن المحتوية على الحديد والكوارتز، فإن معرفة شكل حدوث شوائب الحديد وشكل التوزيع لكل حجم جسيم هو المفتاح لاختيار عملية فصل مناسبة لإزالة الحديد. تحتوي معظم المعادن المحتوية على الحديد على نقطة كهربائية صفر أعلى من 5، وهي مشحونة بشكل إيجابي في بيئة حمضية، ومناسبة نظريًا لاستخدام المجمعات الأنيونية.

يمكن استخدام الأحماض الدهنية (الصابون)، أو سلفونات الهيدروكربيل أو الكبريتات كمجمع أنيوني لتعويم خام أكسيد الحديد. يمكن أن يكون البيريت عبارة عن تعويم للبيريت من الكوارتز في بيئة التخليل باستخدام عامل التعويم الكلاسيكي لإيزوبوتيل زانتات بالإضافة إلى مسحوق بوتيل أمين الأسود (4: 1). الجرعة حوالي 200 جزء في المليون.

يستخدم تعويم الإلمنيت بشكل عام أوليات الصوديوم (0.21 مول/لتر) كعامل تعويم لضبط الرقم الهيدروجيني إلى 4 ~ 10. يحدث تفاعل كيميائي بين أيونات الأوليات وجزيئات الحديد على سطح الإلمنيت لإنتاج أوليات الحديد، وهي أيونات الأوليات الممتزة كيميائيًا تحافظ على الإلمنيت مع قابلية أفضل للطفو. تتمتع مجمعات حمض الفوسفونيك المعتمدة على الهيدروكربون والتي تم تطويرها في السنوات الأخيرة بانتقائية جيدة وأداء تجميع للإلمنيت.

(3) عملية الترشيح الحمضي

الغرض الرئيسي من عملية الترشيح الحمضي هو إزالة معادن الحديد القابلة للذوبان في المحلول الحمضي. تشمل العوامل التي تؤثر على تأثير تنقية الترشيح الحمضي حجم جسيمات رمل الكوارتز، ودرجة الحرارة، والوقت، ونوع الحمض، وتركيز الحمض، ونسبة الصلبة إلى السائل، وما إلى ذلك، وزيادة درجة الحرارة والمحلول الحمضي. يمكن أن يؤدي تركيز وتقليل نصف قطر جزيئات الكوارتز إلى زيادة معدل الترشيح ومعدل الترشيح لـ Al. تأثير تنقية حمض واحد محدود، والحمض المختلط له تأثير تآزري، والذي يمكن أن يزيد بشكل كبير من معدل إزالة عناصر الشوائب مثل Fe وK. الأحماض غير العضوية الشائعة هي HF، H2SO4، HCl، HNO3، H3PO4، HClO4 ، H2C2O4، وعادة ما يتم خلط اثنين أو أكثر منها واستخدامها بنسبة معينة.

حمض الأكساليك هو حمض عضوي شائع الاستخدام لترشيح الأحماض. يمكن أن يشكل مجمعًا مستقرًا نسبيًا مع أيونات المعادن الذائبة، ويمكن غسل الشوائب بسهولة. لديها مزايا الجرعة المنخفضة ومعدل إزالة الحديد العالي. يستخدم بعض الأشخاص الموجات فوق الصوتية للمساعدة في تنقية حمض الأكساليك، ووجدوا أنه بالمقارنة مع التحريك التقليدي والموجات فوق الصوتية للخزان، فإن الموجات فوق الصوتية للمسبار لديها أعلى معدل لإزالة الحديد، وكمية حمض الأكساليك أقل من 4 جم / لتر، ويصل معدل إزالة الحديد 75.4%.

إن وجود الحمض المخفف وحمض الهيدروفلوريك يمكن أن يزيل بشكل فعال الشوائب المعدنية مثل Fe، Al، Mg، ولكن يجب التحكم في كمية حمض الهيدروفلوريك لأن حمض الهيدروفلوريك يمكن أن يؤدي إلى تآكل جزيئات الكوارتز. يؤثر استخدام أنواع مختلفة من الأحماض أيضًا على جودة عملية التنقية. من بينها، حمض الهيدروكلوريك وحمض الهيدروكلوريك المختلط له أفضل تأثير معالجة. يستخدم بعض الأشخاص عامل الترشيح المختلط HCl وHF لتنقية رمل الكوارتز بعد الفصل المغناطيسي. من خلال الترشيح الكيميائي، تبلغ الكمية الإجمالية لعناصر الشوائب 40.71μg/g، ونقاء SiO2 يصل إلى 99.993% بالوزن.

(4) الترشيح الميكروبي

تُستخدم الكائنات الحية الدقيقة في ترشيح الحديد ذو الأغشية الرقيقة أو تشريب الحديد على سطح جزيئات رمل الكوارتز، وهي تقنية تم تطويرها مؤخرًا لإزالة الحديد. أظهرت الدراسات الأجنبية أن استخدام Aspergillus niger، Penicillium، Pseudomonas، Polymyxin Bacillus وغيرها من الكائنات الحية الدقيقة لترشيح الحديد على سطح طبقة الكوارتز قد حقق نتائج جيدة، منها تأثير Aspergillus niger في ترشيح الحديد الأمثل. معدل إزالة Fe2O3 هو في الغالب أعلى من 75%، ودرجة تركيز Fe2O3 منخفضة تصل إلى 0.007%. وقد وجد أن تأثير ترشيح الحديد مع الزراعة المسبقة لمعظم البكتيريا والعفن سيكون أفضل.

2.2 التقدم البحثي الآخر لرمل الكوارتز للزجاج الكهروضوئي

من أجل تقليل كمية الحمض، وتقليل صعوبة معالجة مياه الصرف الصحي، وتكون صديقة للبيئة، Peng Shou [5] وآخرون. كشفت عن طريقة لتحضير رمل الكوارتز منخفض الحديد 10 جزء في المليون من خلال عملية غير تخليل: يتم استخدام الكوارتز الوريدي الطبيعي كمادة خام، وسحق على ثلاث مراحل، يمكن أن تحصل المرحلة الأولى من الطحن وتصنيف المرحلة الثانية على 0.1 ~ 0.7 مم من الحصباء ; يتم فصل الحصى عن طريق المرحلة الأولى من الفصل المغناطيسي والمرحلة الثانية من الإزالة المغناطيسية القوية للحديد الميكانيكي والمعادن الحاملة للحديد للحصول على رمل الفصل المغناطيسي؛ يتم الحصول على الفصل المغناطيسي للرمل من خلال المرحلة الثانية من التعويم، حيث يكون محتوى Fe2O3 أقل من 10 جزء في المليون من رمل الكوارتز منخفض الحديد، ويستخدم التعويم H2SO4 كمنظم، ويضبط الرقم الهيدروجيني = 2 ~ 3، ويستخدم أوليات الصوديوم والبروبيلين ثنائي الأمين القائم على زيت جوز الهند كمجمعات. . رمل الكوارتز المحضر SiO2≥99.9%، Fe2O3≥10ppm، يلبي متطلبات المواد الخام السيليسية المطلوبة للزجاج البصري، وزجاج العرض الكهروضوئي، وزجاج الكوارتز.

من ناحية أخرى، مع استنفاد موارد الكوارتز عالية الجودة، فإن الاستخدام الشامل للموارد المنخفضة قد اجتذب اهتمامًا واسع النطاق. استخدمت شركة Xie Enjun، من شركة Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd. لمواد البناء الصينية، مخلفات الكاولين لتحضير رمل الكوارتز منخفض الحديد لصناعة الزجاج الكهروضوئي. التركيب المعدني الرئيسي لمخلفات كاولين فوجيان هو الكوارتز، الذي يحتوي على كمية صغيرة من معادن الشوائب مثل الكاولينيت والميكا والفلسبار. بعد معالجة مخلفات الكاولين من خلال عملية إثراء "التصنيف الهيدروليكي للطحن والفصل المغناطيسي والتعويم"، يكون محتوى حجم الجسيمات 0.6 ~ 0.125 مم أكبر من 95٪، SiO2 هو 99.62٪، Al2O3 هو 0.065٪، Fe2O3 هو رمل الكوارتز الناعم 92×10-6 يلبي متطلبات الجودة لرمل الكوارتز منخفض الحديد للزجاج الكهروضوئي.
نشر شاو ويهوا وآخرون من معهد تشنغتشو للاستخدام الشامل للموارد المعدنية، التابع للأكاديمية الصينية للعلوم الجيولوجية، براءة اختراع: طريقة لتحضير رمل الكوارتز عالي النقاء من مخلفات الكاولين. خطوات الطريقة: أ. تُستخدم مخلفات الكاولين كخام خام، والذي يتم غربلته بعد تقليبه وفركه للحصول على مادة +0.6 مم؛ ب. يتم طحن المواد +0.6 مم وتصنيفها، وتخضع المواد المعدنية 0.4 مم 0.1 مم لعملية الفصل المغناطيسي، وللحصول على المواد المغناطيسية وغير المغناطيسية، تدخل المواد غير المغناطيسية في عملية الفصل بالجاذبية للحصول على المعادن الخفيفة للفصل بالجاذبية و تدخل المعادن الثقيلة التي تفصل بالجاذبية، والمعادن الخفيفة التي تفصل بالجاذبية، في عملية إعادة الطحن للغربلة للحصول على معادن +0.1 مم؛ ج+0.1 ملم يدخل المعدن في عملية التعويم للحصول على مركز التعويم. تتم إزالة الماء العلوي من مركز التعويم ثم يتم تخليله بالموجات فوق الصوتية، ثم يتم غربلته للحصول على المادة الخشنة +0.1 مم مثل رمل الكوارتز عالي النقاء. لا يمكن لطريقة الاختراع الحصول على منتجات تركيز كوارتز عالية الجودة فحسب، بل تتميز أيضًا بوقت معالجة قصير، وتدفق عملية بسيط، واستهلاك منخفض للطاقة، وجودة عالية لتركيز الكوارتز الذي تم الحصول عليه، والذي يمكنه تلبية متطلبات الجودة ذات النقاء العالي. كوارتز.

تحتوي مخلفات الكاولين على كمية كبيرة من موارد الكوارتز. من خلال الإفادة والتنقية والمعالجة العميقة، يمكنها تلبية متطلبات استخدام المواد الخام الزجاجية البيضاء الفائقة الضوئية. وهذا يوفر أيضًا فكرة جديدة للاستخدام الشامل لموارد مخلفات الكاولين.

3. نظرة عامة على السوق لرمل الكوارتز منخفض الحديد المخصص للزجاج الكهروضوئي

فمن ناحية، في النصف الثاني من عام 2020، لن تتمكن الطاقة الإنتاجية المحدودة التوسع من مواجهة الطلب الهائل في ظل الرخاء المرتفع. العرض والطلب على الزجاج الكهروضوئي غير متوازن، والسعر في ارتفاع. بموجب الدعوة المشتركة للعديد من شركات الوحدات الكهروضوئية، في ديسمبر 2020، أصدرت وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات وثيقة توضح أن مشروع الزجاج المدلفن الكهروضوئي قد لا يقوم بصياغة خطة لاستبدال القدرات. متأثرًا بالسياسة الجديدة، سيتم توسيع معدل نمو إنتاج الزجاج الكهروضوئي اعتبارًا من عام 2021. ووفقًا للمعلومات العامة، ستصل قدرة الزجاج الكهروضوئي المدلفن مع خطة واضحة للإنتاج في 21/22 إلى 22250/26590 طنًا في اليوم، مع معدل النمو السنوي 68.4/48.6%. وفي حالة السياسات وضمانات جانب الطلب، من المتوقع أن تؤدي الرمال الكهروضوئية إلى نمو هائل.

2015-2022 الطاقة الإنتاجية لصناعة الزجاج الكهروضوئي

ومن ناحية أخرى، فإن الزيادة الكبيرة في الطاقة الإنتاجية للزجاج الكهروضوئي قد تتسبب في تجاوز المعروض من رمل السيليكا منخفض الحديد، مما يؤدي بدوره إلى تقييد الإنتاج الفعلي للطاقة الإنتاجية للزجاج الكهروضوئي. وفقًا للإحصاءات، منذ عام 2014، كان إنتاج رمل الكوارتز المحلي في بلدي أقل بشكل عام من الطلب المحلي، وحافظ العرض والطلب على توازن ضيق.

في الوقت نفسه، فإن موارد الغرينية الكوارتز منخفضة الحديد المحلية في بلدي نادرة، وتتركز في خهيوان بمقاطعة قوانغدونغ، وبيهاي بمقاطعة قوانغشي، وفنغيانغ بمقاطعة آنهوي، ودونغهاي بمقاطعة جيانغسو، ويلزم استيراد كمية كبيرة منها.

يعد رمل الكوارتز الأبيض للغاية منخفض الحديد أحد المواد الخام المهمة (يمثل حوالي 25٪ من تكلفة المواد الخام) في السنوات الأخيرة. كما أن السعر آخذ في الارتفاع. في الماضي، كان السعر حوالي 200 يوان/طن لفترة طويلة. بعد تفشي وباء الربع الأول منذ 20 عامًا، انخفض من مستوى مرتفع، ويحافظ حاليًا على تشغيل مستقر في الوقت الحالي.

في عام 2020، سيبلغ إجمالي الطلب على رمل الكوارتز في بلدي 90.93 مليون طن، وسيبلغ الإنتاج 87.65 مليون طن، وسيبلغ صافي الواردات 3.278 مليون طن. وفقا للمعلومات العامة، فإن كمية حجر الكوارتز في 100 كجم من الزجاج المنصهر تبلغ حوالي 72.2 كجم. وفقًا لخطة التوسع الحالية، قد تصل زيادة قدرة الزجاج الكهروضوئي في 2021/2022 إلى 3.23/24500 طن/يوم، وفقًا للإنتاج السنوي المحسوب على مدى 360 يومًا، وسيتوافق إجمالي الإنتاج مع الطلب المتزايد حديثًا على المنتجات المنخفضة. -رمل السيليكا الحديدي 836/635 مليون طن/سنة، أي أن الطلب الجديد على رمل السيليكا منخفض الحديد الناتج عن الزجاج الكهروضوئي في 2021/2022 سيمثل رمل الكوارتز الإجمالي في عام 2020 بنسبة 9.2%/7.0% من الطلب . وبالنظر إلى أن رمل السيليكا منخفض الحديد لا يمثل سوى جزء من إجمالي الطلب على رمل السيليكا، فإن ضغط العرض والطلب على رمل السيليكا منخفض الحديد الناجم عن الاستثمار على نطاق واسع في قدرة إنتاج الزجاج الكهروضوئي قد يكون أعلى بكثير من الضغط على رمل السيليكا منخفض الحديد. صناعة رمل الكوارتز الشاملة.

—مقال من شبكة مسحوق