„14. viisaastakuplaani“ perioodil viib fotogalvaanikatööstus riigi strateegilise plaani „süsinikutipp ja süsinikneutraalsus“ kohaselt plahvatusliku arenguni. Fotogalvaanikatööstuse puhang on „loonud rikkuse“ kogu tööstusahelale. Selles pimestava ahela lahutamatu osa on fotogalvaaniline klaas. Tänapäeval, kus propageeritakse energia säästmist ja keskkonnakaitset, suureneb fotogalvaanilise klaasi nõudlus iga päevaga ning pakkumise ja nõudluse vahel on tasakaalustamatus. Samal ajal on tõusnud ka fotogalvaanilise klaasi oluline materjal – madala rauasisaldusega ja ülivalge kvartsliiv –, mille hind on tõusnud ja pakkumine on defitsiitne. Tööstuseksperdid ennustavad, et madala rauasisaldusega kvartsliiva hind kasvab enam kui 10 aasta jooksul üle 15%. Fotogalvaanika tugeva tuule käes on madala rauasisaldusega kvartsliiva tootmine pälvinud palju tähelepanu.
1. Kvartsliiv fotogalvaanilise klaasi jaoks
Fotogalvaanilist klaasi kasutatakse tavaliselt fotogalvaaniliste moodulite kapselduspaneelina ja see on otseses kontaktis väliskeskkonnaga. Selle ilmastikukindlus, tugevus, valguse läbilaskvus ja muud näitajad mängivad keskset rolli fotogalvaaniliste moodulite eluea ja pikaajalise energiatootmise efektiivsuse seisukohalt. Kvartsliivas sisalduvaid rauaioone on lihtne värvida ning originaalklaasi kõrge päikeseläbilaskvuse tagamiseks on fotogalvaanilise klaasi rauasisaldus madalam kui tavalisel klaasil ning tuleb kasutada madala rauasisaldusega, kõrge räni puhtusastmega ja madala lisandite sisaldusega kvartsliiva.
Praegu on meie riigis vähe kvaliteetseid madala rauasisaldusega kvartsliiva, mida on lihtne kaevandada, ning neid leidub peamiselt Heyuanis, Guangxis, Fengyangis, Anhuis, Hainanis ja mujal. Tulevikus muutub päikesepatareide jaoks mõeldud ülivalge reljeefse klaasi tootmisvõimsuse kasvuga piiratud tootmispinnaga kvaliteetne kvartsliiv suhteliselt napiks ressursiks. Kvaliteetse ja stabiilse kvartsliiva pakkumine piirab tulevikus fotogalvaanilise klaasi ettevõtete konkurentsivõimet. Seetõttu on kuum uurimisteema, kuidas tõhusalt vähendada kvartsliivas raua, alumiiniumi, titaani ja muude lisandite sisaldust ning valmistada kõrge puhtusastmega kvartsliiva.
2. Madala rauasisaldusega kvartsliiva tootmine fotogalvaanilise klaasi jaoks
2.1 Kvartsliiva puhastamine fotogalvaanilise klaasi saamiseks
Praegu on tööstuses küpselt rakendatavad traditsioonilised kvartsliiva puhastusprotsessid sorteerimine, puhastamine, kaltsineerimine veega kustutamine, jahvatamine, sõelumine, magnetiline eraldamine, gravitatsiooniline eraldamine, floteerimine, happega leostumine, mikroobne leostumine, kõrgel temperatuuril degaseerimine jne. Sügavpuhastusprotsesside hulka kuuluvad klooritud röstimine, kiiritatud värvisorteerimine, ülijuhtiv magnetiline sorteerimine, kõrgel temperatuuril vaakumimine jne. Kodumajapidamises kasutatava kvartsliiva puhastamise üldist rikastamisprotsessi on samuti arendatud alates varajasest "jahvatamisest, magnetilisest eraldamisest, pesemisest" kuni "eraldamiseni → jämeda purustamiseni → kaltsineerimiseni → veega kustutamiseni → jahvatamiseni → sõelumiseni → magnetilise eraldamiseni → floteerimiseni → happeni". Kombineeritud rikastamisprotsess, mis hõlmab sukeldamist → pesemist → kuivatamist koos mikrolaineahju, ultraheli ja muude eeltöötlus- või abipuhastusvahenditega, parandab oluliselt puhastustulemust. Fotogalvaanilise klaasi madala rauasisalduse tõttu on peamiselt uuritud ja arendatud kvartsliiva eemaldamise meetodeid.
Üldiselt esineb raud kvartsimaagis järgmistes kuues tavalises vormis:
① Esinevad savi või kaoliniseeritud päevakivi peenosakeste kujul
②Kvartsiosakeste pinnale kinnitatud raudoksiidi kile kujul
③Raudmineraalid nagu hematiit, magnetiit, spekulariit, kiniit jne või rauda sisaldavad mineraalid nagu vilgukivi, amfibool, granaat jne.
④See on kvartsiosakeste sees olevas immersiooni või läätse olekus
5. Esinevad kvartskristalli sees tahke lahuse olekus
6. Purustamis- ja jahvatusprotsessi käigus segatakse teatud kogus sekundaarset rauda.
Raua sisaldavate mineraalide tõhusaks eraldamiseks kvartsist on vaja kõigepealt kindlaks teha kvartsimaagi raua lisandite esinemisseisund ning valida mõistlik rikastamismeetod ja eraldusprotsess raua lisandite eemaldamiseks.
(1) Magnetilise eraldusprotsess
Magnetilise eraldusprotsessi abil saab eemaldada nõrgad magnetilised lisandid, näiteks hematiidi, limoniiti ja biotiidi, sealhulgas sidusosakesed, suurimal määral. Magnetilise tugevuse järgi saab magnetilise eraldamise jagada tugevaks magnetiliseks eraldamiseks ja nõrgaks magnetiliseks eraldamiseks. Tugevaks magnetiliseks eraldamiseks kasutatakse tavaliselt märg- või tugevat magnetilist eraldajat.
Üldiselt võib nõrkade magnetiliste lisanditega mineraale, nagu limoniit, hematiit, biotiit jne, sisaldava kvartsliiva eraldada märgtüüpi tugeva magnetiga masinaga väärtusega üle 8,0 × 105 A/m; tugevate magnetiliste mineraalide puhul, milles domineerib rauamaak, on parem kasutada nõrga magnetiga masinat või keskmise magnetiga masinat eraldamiseks. [2] Tänapäeval on suure gradiendiga ja tugeva magnetväljaga magnetseparaatorite kasutamisega magnetiline eraldamine ja puhastamine varasemaga võrreldes oluliselt paranenud. Näiteks elektromagnetilise induktsioonrulli tüüpi tugeva magnetseparaatori kasutamine raua eraldamiseks 2,2 T magnetvälja tugevusega võib vähendada Fe2O3 sisaldust 0,002%-lt 0,0002%-le.
(2) Flotatsiooniprotsess
Flotatsioon on mineraalosakeste eraldamise protsess, mis põhineb mineraalosakeste pinnal olevatel erinevatel füüsikalistel ja keemilistel omadustel. Peamine ülesanne on eemaldada kvartsliivast seotud mineraalne vilgukivi ja päevakivi. Raua sisaldavate mineraalide ja kvartsi flotatsioonilise eraldamise puhul on raua lisandite esinemisvormi ja iga osakese suuruse jaotusvormi väljaselgitamine võtmetähtsusega, et valida raua eemaldamiseks sobiv eraldusprotsess. Enamikul rauda sisaldavatel mineraalidel on nullpunkt üle 5, mis on happelises keskkonnas positiivselt laetud ja teoreetiliselt sobiv anioonkollektorite kasutamiseks.
Raudoksiidimaagi flotatsioonil saab anioonse kollektorina kasutada rasvhapet (seepi), hüdrokarbüülsulfonaati või sulfaati. Püriiti saab floteerida kvartsist marineerimiskeskkonnas, kasutades klassikalist flotatsiooniainet isobutüülksantaadi ja butüülamiini musta pulbri segu (4:1). Annus on umbes 200 ppmw.
Ilmeniidi flotatsioonil kasutatakse flotatsiooniainena üldiselt naatriumoleaati (0,21 mol/l), et viia pH väärtuseni 4–10. Oleaatioonide ja ilmeniidi pinnal olevate rauaosakeste vahel toimub keemiline reaktsioon, mille tulemusel tekib raudoleaat, mis keemiliselt adsorbeerub. Oleaatioonid säilitavad ilmeniidi hõljuvuse. Viimastel aastatel välja töötatud süsivesinikel põhinevad fosfoonhappe kogujad on ilmeniidi puhul hea selektiivsuse ja kogumisvõimega.
(3) Happega leostamise protsess
Happelise leostamise peamine eesmärk on eemaldada happelahusest lahustuvad raua mineraalid. Happelise leostamise puhastavat toimet mõjutavad tegurid on kvartsliiva osakeste suurus, temperatuur, aeg, happe tüüp, happe kontsentratsioon, tahke ja vedela aine suhe jne, samuti temperatuuri ja happelahuse suurendamine. Kvartsiosakeste kontsentreerimine ja raadiuse vähendamine võivad suurendada leostumise kiirust ja alumiiniumi leostumise kiirust. Ühe happe puhastav toime on piiratud ja segatud happel on sünergiline toime, mis võib oluliselt suurendada lisandite, näiteks Fe ja K, eemaldamise kiirust. Levinud anorgaanilised happed on HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4, H2C2O4, tavaliselt segatakse kahte või enamat hapet ja kasutatakse teatud vahekorras.
Oksaalhape on happelise leostamise jaoks tavaliselt kasutatav orgaaniline hape. See moodustab lahustunud metalliioonidega suhteliselt stabiilse kompleksi ja lisandid on kergesti väljapestavad. Selle eelised on madal annus ja kõrge raua eemaldamise kiirus. Mõned inimesed kasutavad oksaalhappe puhastamiseks ultraheli ja on leidnud, et võrreldes tavapärase segamise ja paagitärklise ultraheliga on sondi ultrahelil kõrgeim Fe eemaldamise kiirus, oksaalhappe kogus on alla 4 g/l ja raua eemaldamise kiirus ulatub 75,4%-ni.
Lahjendatud happe ja vesinikfluoriidhappe olemasolu võib tõhusalt eemaldada metallilisandeid, nagu Fe, Al, Mg, kuid vesinikfluoriidhappe kogust tuleb kontrollida, kuna vesinikfluoriidhape võib kvartsiosakesi söövitada. Erinevat tüüpi hapete kasutamine mõjutab ka puhastusprotsessi kvaliteeti. Nende hulgas on HCl ja HF seguhape, millel on parim töötlemisefekt. Mõned inimesed kasutavad kvartsliiva puhastamiseks pärast magnetilist eraldamist HCl ja HF seguleostusainet. Keemilise leostamise teel on lisandite koguhulk 40,71 μg/g ja SiO2 puhtus on kuni 99,993 massiprotsenti.
(4) Mikroobide leostumine
Mikroorganisme kasutatakse õhukese rauakihi leostamiseks või raua immutamiseks kvartsliiva osakeste pinnale, mis on hiljuti välja töötatud raua eemaldamise tehnika. Välismaised uuringud on näidanud, et Aspergillus nigeri, Penicilliumi, Pseudomonase, Polymyxin Bacilluse ja teiste mikroorganismide kasutamine raua leostamiseks kvartskile pinnalt on andnud häid tulemusi, millest Aspergillus nigeri raua leostamise mõju on optimaalne. Fe2O3 eemaldamise määr on enamasti üle 75% ja Fe2O3 kontsentraadi puhtus on vaid 0,007%. Samuti leiti, et raua leostamise mõju on parem enamiku bakterite ja hallitusseente eelkultiveerimisel.
2.2 Muud fotogalvaanilise klaasi kvartsliiva uurimistulemused
Happe hulga vähendamiseks, reovee puhastamise keerukuse vähendamiseks ja keskkonnasõbralikkuse tagamiseks avalikustasid Peng Shou [5] jt meetodi 10 ppm madala rauasisaldusega kvartsliiva valmistamiseks ilma peitsimiseta: toorainena kasutatakse looduslikku veenikvartsi ja see purustatakse kolmeastmeliselt. Esimese etapi jahvatamine ja teise etapi klassifitseerimine võimaldavad saada 0,1–0,7 mm tera; tera eraldatakse esimeses etapis magnetilise eraldamise ja teises etapis mehaanilise raua ja rauda sisaldavate mineraalide tugeva magnetilise eemaldamise abil, et saada magnetilise eraldamise liiv; liiva magnetiline eraldamine saavutatakse teise etapi flotatsiooni abil, kus Fe2O3 sisaldus on alla 10 ppm madala rauasisaldusega kvartsliiva. Flotatsioonil kasutatakse regulaatorina H2SO4, pH reguleeritakse 2–3, kollektoritena kasutatakse naatriumoleaati ja kookosõlipõhist propüleendiamiini. Valmistatud kvartsliiv SiO2≥99,9%, Fe2O3≤10 ppm, vastab optilise klaasi, fotoelektrilise ekraaniklaasi ja kvartsklaasi ränidioksiidist toorainete nõuetele.
Teisest küljest on kvaliteetsete kvartsivarude ammendumise tõttu laialdast tähelepanu pälvinud odavamate ressursside igakülgne kasutamine. Hiina Ehitusmaterjalide Bengbu klaasitööstuse disaini- ja uurimisinstituudi Co., Ltd. esindaja Xie Enjun kasutas kaoliinijääke fotogalvaanilise klaasi tootmiseks madala rauasisaldusega kvartsliiva valmistamiseks. Fujiani kaoliinijääkide peamine mineraalne koostis on kvarts, mis sisaldab väheses koguses lisandmineraale, nagu kaoliniit, vilgukivi ja päevakivi. Pärast kaoliinijääkide töötlemist rikastamise teel „jahvatamine-hüdrauliline klassifitseerimine-magnetiline eraldamine-flotatsioon“ on 0,6–0,125 mm osakeste suurused üle 95%, SiO2 on 99,62%, Al2O3 on 0,065%, Fe2O3 on 92 × 10-6. Peen kvartsliiv vastab fotogalvaanilise klaasi tootmiseks madala rauasisaldusega kvartsliiva kvaliteedinõuetele.
Shao Weihua ja teised Hiina Geoloogiateaduste Akadeemia Zhengzhou maavarade tervikliku kasutamise instituudi teadlased avaldasid leiutise patendi: meetod kõrge puhtusastmega kvartsliiva valmistamiseks kaoliinijäätmetest. Meetodi etapid: a. Kaoliinijääke kasutatakse toormaagina, mis pärast segamist ja puhastamist sõelutakse, et saada +0,6 mm materjali; b. +0,6 mm materjal jahvatatakse ja klassifitseeritakse ning 0,4 mm 0,1 mm mineraalmaterjalile rakendatakse magnetilist eraldamist. Magnetiliste ja mittemagnetiliste materjalide saamiseks suunatakse mittemagnetilised materjalid gravitatsioonilise eraldamise protsessi, et saada gravitatsiooniliselt eraldatud kerged mineraalid ja gravitatsiooniliselt eraldatud rasked mineraalid, ning gravitatsiooniliselt eraldatud kerged mineraalid suunatakse uuesti jahvatamisele, et saada +0,1 mm mineraale; c. +0,1 mm Mineraal suunatakse flotatsiooniprotsessi, et saada flotatsioonikontsentraat. Flotatsioonikontsentraadi ülemine vesi eemaldatakse, seejärel marineeritakse ultraheli abil ja seejärel sõelutakse, et saada +0,1 mm jäme materjal kõrge puhtusastmega kvartsliivana. Leiutise meetod võimaldab mitte ainult saada kvaliteetseid kvartskontsentraadi tooteid, vaid sellel on ka lühike töötlemisaeg, lihtne protsessivoog, madal energiatarve ja saadud kvartskontsentraadi kõrge kvaliteet, mis vastab kõrge puhtusastmega kvartsi kvaliteedinõuetele.
Kaoliinijäägid sisaldavad suures koguses kvartsiressursse. Rikastamise, puhastamise ja sügavtöötlemise abil saab neid kasutada fotogalvaanilise ülivalge klaasi toorainena. See pakub ka uut ideed kaoliinijääkide ressursside terviklikuks kasutamiseks.
3. Fotogalvaanilise klaasi jaoks mõeldud madala rauasisaldusega kvartsliiva turuülevaade
Ühelt poolt ei suutnud 2020. aasta teisel poolel laienemisega piiratud tootmisvõimsus kõrge heaolu tingimustes plahvatusliku nõudlusega toime tulla. Fotogalvaanilise klaasi pakkumine ja nõudlus on tasakaalust väljas ning hind on hüppeliselt tõusnud. Paljude fotogalvaaniliste moodulite ettevõtete ühise üleskutse kohaselt avaldas tööstus- ja infotehnoloogiaministeerium 2020. aasta detsembris dokumendi, milles selgitati, et fotogalvaanilise rullklaasi projekt ei pruugi koostada tootmisvõimsuse asendamise kava. Uue poliitika mõjul laiendatakse fotogalvaanilise klaasi tootmise kasvutempot alates 2021. aastast. Avaliku teabe kohaselt ulatub 21/22 selge tootmisplaaniga fotogalvaanilise klaasi rullklaasi tootmisvõimsus 22250/26590 t/d, aastase kasvumääraga 68,4/48,6%. Poliitika ja nõudluspoolsete garantiide korral eeldatakse, et fotogalvaaniline liiv hakkab plahvatuslikult kasvama.
Fotogalvaanilise klaasi tööstuse tootmisvõimsus aastatel 2015–2022
Teisest küljest võib fotogalvaanilise klaasi tootmisvõimsuse märkimisväärne suurenemine põhjustada madala rauasisaldusega ränidioksiidliiva pakkumise ületamise, mis omakorda piirab fotogalvaanilise klaasi tegelikku tootmisvõimsust. Statistika kohaselt on minu riigi kvartsliiva toodang alates 2014. aastast üldiselt olnud veidi madalam kui sisenõudlus ning pakkumine ja nõudlus on püsinud tihedas tasakaalus.
Samal ajal on minu riigi kodumaised madala rauasisaldusega kvartspaigutusressursid napid, koondudes Guangdongi Heyuani, Guangxi Beihai, Anhui Fengyangi ja Jiangsu Donghai linnadesse ning suur osa neist tuleb importida.
Madala rauasisaldusega ülivalge kvartsliiv on viimastel aastatel üks olulisemaid tooraineid (moodustades umbes 25% tooraine maksumusest). Ka hind on tõusnud. Varem oli see pikka aega umbes 200 jüaani tonni kohta. Pärast 20 aasta jooksul alanud I kvartali epideemia puhkemist on see kõrgelt tasemelt langenud ja praegu on see stabiilset tegevust säilitanud.
2020. aastal on minu riigi kogunõudlus kvartsliiva järele 90,93 miljonit tonni, toodang 87,65 miljonit tonni ja netoimport 3,278 miljonit tonni. Avaliku teabe kohaselt on 100 kg sulaklaasis kvartsikivi kogus umbes 72,2 kg. Praeguse laienemiskava kohaselt võib fotogalvaanilise klaasi tootmisvõimsuse kasv 2021/2022. aastal ulatuda 3,23/24500 tonnini päevas. Aastase toodangu kohaselt vastab kogutoodang 360-päevase perioodi jooksul arvutatuna madala rauasisaldusega ränidioksiidliiva uuele suurenenud nõudlusele 836/635 miljonit tonni aastas, st fotogalvaanilise klaasi poolt 2021/2022. aastal tekitatud uus madala rauasisaldusega ränidioksiidliiva nõudlus moodustab 2020. aastal 9,2%/7,0% kogu kvartsliiva nõudlusest. Arvestades, et madala rauasisaldusega kvartsliiv moodustab vaid osa kvartsliiva kogunõudlusest, võib fotogalvaanilise klaasi tootmisvõimsuse ulatusliku investeeringu põhjustatud madala rauasisaldusega kvartsliiva pakkumise ja nõudluse surve olla palju suurem kui kogu kvartsliiva tööstusele avaldatav surve.
—Artikkel Powder Networkist
Postituse aeg: 11. detsember 2021