«14-ші бесжылдық» кезеңінде, елдің «көміртегі шыңы және көміртегі бейтарап» стратегиялық жоспарына сәйкес, фотоэлектрлік өнеркәсіп жарылғыш дамуға әкеледі. Фотоэлектрлік өнеркәсіптің өршуі бүкіл өнеркәсіптік тізбек үшін «байлық жасады». Бұл таңғажайып тізбекте фотоэлектрлік әйнек ажырамас буын болып табылады. Бүгінде энергияны үнемдеу және қоршаған ортаны қорғауды жақтай отырып, фотоэлектрлік әйнекке деген сұраныс күн сайын артып келеді және ұсыныс пен сұраныс арасында теңгерімсіздік бар. Сонымен қатар, фотоэлектрлік әйнек үшін маңызды материал болып табылатын темірі аз және ультра ақ кварц құмы да өсті, бағасы өсті және ұсыныс тапшы. Сала мамандары темірі аз кварц құмының 10 жылдан астам уақыт бойы 15%-дан астам ұзақ мерзімді өсуін болжайды. Фотоэлектрлік өнеркәсіптің күшті желі астында темірі аз кварц құмын өндіру көпшіліктің назарын аударды.
1. Фотоэлектрлік шыныға арналған кварц құмы
Фотоэлектрлік әйнек әдетте фотоэлектрлік модульдердің капсула панелі ретінде қолданылады және сыртқы ортамен тікелей байланыста болады. Оның ауа райына төзімділігі, беріктігі, жарық өткізгіштігі және басқа да көрсеткіштері фотоэлектрлік модульдердің қызмет ету мерзімі мен ұзақ мерзімді электр энергиясын өндіру тиімділігінде маңызды рөл атқарады. Кварц құмындағы темір иондарын бояу оңай, және түпнұсқа әйнектің жоғары күн өткізгіштігін қамтамасыз ету үшін фотоэлектрлік әйнектің темір мөлшері кәдімгі әйнектегіден төмен, ал кремний тазалығы жоғары және қоспа мөлшері төмен темірі аз кварц құмын пайдалану қажет.
Қазіргі уақытта біздің елімізде оңай өндірілетін жоғары сапалы темірі аз кварц құмдары аз, және олар негізінен Хэюань, Гуанси, Фэньян, Аньхой, Хайнань және басқа жерлерде таралған. Болашақта күн батареяларына арналған ультра ақ бедерлі шыны өндірісінің қуаттылығының өсуімен өндіріс аумағы шектеулі жоғары сапалы кварц құмы салыстырмалы түрде тапшы ресурсқа айналады. Жоғары сапалы және тұрақты кварц құмын жеткізу болашақта фотоэлектрлік шыны компанияларының бәсекеге қабілеттілігін шектейді. Сондықтан кварц құмындағы темір, алюминий, титан және басқа да қоспа элементтерінің мөлшерін тиімді түрде азайту және жоғары тазалықтағы кварц құмын қалай дайындау керектігі өзекті зерттеу тақырыбы болып табылады.
2. Фотоэлектрлік шыныға арналған темірі аз кварц құмын өндіру
2.1 Фотоэлектрлік әйнек үшін кварц құмын тазарту
Қазіргі уақытта өнеркәсіпте кеңінен қолданылатын дәстүрлі кварцты тазарту процестеріне сұрыптау, тазалау, күйдіру-сумен сөндіру, ұнтақтау, електеу, магниттік бөлу, гравитациялық бөлу, флотация, қышқылмен сілтілеу, микробтық сілтілеу, жоғары температурада газсыздандыру және т.б. жатады. Терең тазарту процестеріне хлормен күйдіру, сәулелендірілген түсті сұрыптау, асқын өткізгіш магниттік сұрыптау, жоғары температуралы вакуум және т.б. кіреді. Тұрмыстық кварц құмын тазартудың жалпы байыту процесі де ертедегі «ұнтақтау, магниттік бөлу, жуудан» бастап «бөлу → ірі ұсақтау → күйдіру → сумен сөндіру → ұнтақтау → електен өткізу → магниттік бөлу → флотация → қышқылға дейін» дамыды. Микротолқынды, ультрадыбыстық және алдын ала өңдеу немесе қосалқы тазартудың басқа құралдарымен біріктірілген байыту процесін батыру→жуу→кептіру тазарту әсерін айтарлықтай жақсартады. Фотоэлектрлік әйнектің темірге аз талаптарын ескере отырып, кварц құмын кетіру әдістерін зерттеу және әзірлеу негізінен енгізілуде.
Әдетте темір кварц кендерінде келесі алты кең таралған формада кездеседі:
① Саз балшықта немесе каолинделген дала шпатында ұсақ бөлшектер түрінде болады
②Кварц бөлшектерінің бетіне темір оксиді пленкасы түрінде бекітілген
③Гематит, магнетит, спекулярит, цинит және т.б. сияқты темір минералдары немесе слюда, амфибол, гранат және т.б. сияқты темір құрамды минералдар.
④ Ол кварц бөлшектерінің ішіне батыру немесе линза күйінде болады
⑤ Кварц кристалының ішінде қатты ерітінді күйінде болады
⑥ Ұсақтау және ұнтақтау процесінде белгілі бір мөлшерде екінші реттік темір араласады
Темір құрамдас минералдарды кварцтан тиімді бөлу үшін алдымен кварц кеніндегі темір қоспаларының пайда болу күйін анықтап, темір қоспаларын кетіруге қол жеткізу үшін байыту әдісі мен бөлу процесін таңдау қажет.
(1) Магниттік бөлу процесі
Магниттік бөлу процесі гематит, лимонит және биотит сияқты әлсіз магниттік қоспа минералдарын, соның ішінде біріктірілген бөлшектерді ең жоғары дәрежеде жоя алады. Магниттік беріктікке сәйкес магниттік бөлуді күшті магниттік бөлу және әлсіз магниттік бөлу деп бөлуге болады. Күшті магниттік бөлу әдетте ылғалды күшті магниттік сепараторды немесе жоғары градиентті магниттік сепараторды қолданады.
Жалпы алғанда, негізінен лимонит, гематит, биотит және т.б. сияқты әлсіз магниттік қоспа минералдарынан тұратын кварц құмын 8,0 × 105 А/м жоғары мәнде ылғалды типті күшті магниттік машинаны пайдаланып таңдауға болады; Темір кені басым күшті магниттік минералдар үшін бөлу үшін әлсіз магниттік машинаны немесе орташа магниттік машинаны қолданған дұрыс. [2] Қазіргі уақытта жоғары градиенттік және күшті магнит өрісі бар магниттік сепараторларды қолдану арқылы магниттік бөлу және тазарту бұрынғымен салыстырғанда айтарлықтай жақсарды. Мысалы, 2,2 Т магнит өрісі кернеулігінен төмен темірді кетіру үшін электромагниттік индукциялық роликті күшті магниттік сепараторды пайдалану Fe2O3 құрамын 0,002%-дан 0,0002%-ға дейін төмендетуі мүмкін.
(2) Флотация процесі
Флотация - минералды бөлшектердің бетіндегі әртүрлі физикалық және химиялық қасиеттер арқылы минералды бөлшектерді бөлу процесі. Негізгі функциясы - кварц құмынан тиісті минералды слюда мен дала шпатын алу. Темір құрамдас минералдар мен кварцты флотациялық бөлу үшін темір қоспаларының пайда болу формасын және әрбір бөлшектер өлшемінің таралу формасын анықтау темірді алудың дұрыс бөлу процесін таңдаудың кілті болып табылады. Темір құрамдас минералдардың көпшілігінде қышқыл ортада оң зарядталған нөлдік электрлік нүкте 5-тен жоғары және теориялық тұрғыдан аниондық коллекторларды пайдалануға жарамды.
Темір оксиді кенін флотациялау үшін аниондық коллектор ретінде май қышқылы (сабын), көмірсутекті сульфонат немесе сульфат пайдаланылуы мүмкін. Пирит - бұл кварцтан алынған пиритті изобутил ксантат пен бутиламин қара ұнтағын (4:1) алу үшін классикалық флотация агентімен тұздау ортасында флотациялау. Мөлшерлеме шамамен 200 ppmw құрайды.
Ильменит флотациясы кезінде рН мәнін 4-10-ға дейін реттеу үшін флотация агенті ретінде натрий олеаты (0,21 моль/л) қолданылады. Ильменит бетіндегі олеат иондары мен темір бөлшектері арасында химиялық реакция жүріп, темір олеаты түзіледі, ол химиялық жолмен адсорбцияланады. Олеат иондары ильмениттің жақсы қалқып жүруін қамтамасыз етеді. Соңғы жылдары жасалған көмірсутек негізіндегі фосфон қышқылы коллекторлары ильменит үшін жақсы селективтілікке және жинау өнімділігіне ие.
(3) Қышқылмен шаймалау процесі
Қышқылмен шаймалау процесінің негізгі мақсаты - қышқыл ерітіндісіндегі еритін темір минералдарын кетіру. Қышқылмен шаймалаудың тазарту әсеріне әсер ететін факторларға кварц құмының бөлшектерінің мөлшері, температурасы, уақыты, қышқыл түрі, қышқыл концентрациясы, қатты-сұйықтық қатынасы және т.б. жатады, сондай-ақ температура мен қышқыл ерітіндісінің жоғарылауы жатады. Кварц бөлшектерінің концентрациясы және радиусын азайту Al-дің шаймалау жылдамдығын және шаймалау жылдамдығын арттыруы мүмкін. Бір қышқылдың тазарту әсері шектеулі, ал аралас қышқыл синергетикалық әсерге ие, бұл Fe және K сияқты қоспа элементтерінің кету жылдамдығын айтарлықтай арттыра алады. Органикалық емес қышқылдардың кең таралған түрлері - HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4, H2C2O4, әдетте олардың екеуі немесе одан да көбі араласып, белгілі бір пропорцияда қолданылады.
Қымыздық қышқылы - қышқылды шаймалау үшін жиі қолданылатын органикалық қышқыл. Ол еріген металл иондарымен салыстырмалы түрде тұрақты кешен түзе алады және қоспалар оңай жуылады. Оның төмен дозасы және темірді кетіру жылдамдығы сияқты артықшылықтары бар. Кейбір адамдар қымыздық қышқылын тазартуға көмектесу үшін ультрадыбысты пайдаланады және дәстүрлі араластыру және резервуарлық ультрадыбыспен салыстырғанда зонд ультрадыбысының Fe кетіру жылдамдығы ең жоғары екенін, қымыздық қышқылының мөлшері 4 г/л-ден аз екенін және темірді кетіру жылдамдығы 75,4%-ға жететінін анықтады.
Сұйылтылған қышқыл мен фторсутек қышқылының болуы Fe, Al, Mg сияқты металл қоспаларын тиімді түрде кетіре алады, бірақ фторсутек қышқылының мөлшерін бақылау қажет, себебі фторсутек қышқылы кварц бөлшектерін коррозияға ұшыратуы мүмкін. Әртүрлі қышқылдарды қолдану тазарту процесінің сапасына да әсер етеді. Олардың ішінде HCl және HF аралас қышқылы ең жақсы өңдеу әсеріне ие. Кейбір адамдар магниттік бөлуден кейін кварц құмын тазарту үшін HCl және HF аралас шаймалау агентін пайдаланады. Химиялық шаймалау арқылы қоспа элементтерінің жалпы мөлшері 40,71 мкг/г құрайды, ал SiO2 тазалығы 99,993% -ға дейін жетеді.
(4) Микробтық шаймалау
Микроорганизмдер кварц құмының бөлшектерінің бетіне жұқа қабықшалы темірді сілтілеу немесе сіңдіру үшін қолданылады, бұл темірді кетірудің жақында жасалған әдісі. Шетелдік зерттеулер Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus және басқа да микроорганизмдерді қолдану кварц қабықшасының бетіне темірді сілтілеу үшін жақсы нәтижелерге қол жеткізгенін көрсетті, оның ішінде Aspergillus niger темірді сілтілеу әсері оңтайлы. Fe2O3-тің кету жылдамдығы көбінесе 75%-дан жоғары, ал Fe2O3 концентратының құрамы 0,007%-ға дейін төмен. Көптеген бактериялар мен зеңдерді алдын ала өсіру арқылы темірді сілтілеу әсері жақсырақ болатыны анықталды.
2.2 Фотоэлектрлік шыныға арналған кварц құмын зерттеудің басқа да жетістіктері
Қышқыл мөлшерін азайту, ағынды суларды тазартудың қиындығын азайту және қоршаған ортаға зиянсыз болу үшін Пэн Шоу [5] және т.б. 10 ppm аз темірлі кварц құмын тұздалмаған процесс арқылы дайындау әдісін ашты: шикізат ретінде табиғи тамырлы кварц және үш сатылы ұсақтау қолданылады. Бірінші сатыдағы ұнтақтау және екінші сатыдағы жіктеу 0,1 ~ 0,7 мм ұнтақ алуға мүмкіндік береді; құм магниттік бөлудің бірінші сатысы және механикалық темір мен темірі бар минералдарды күшті магниттік жоюдың екінші сатысы арқылы бөлініп, магниттік бөлу құмын алады; құмды магниттік бөлу екінші сатыдағы флотация арқылы алынады. Fe2O3 мөлшері 10 ppm аз темірлі кварц құмынан төмен, флотация реттегіш ретінде H2SO4 пайдаланады, рН = 2 ~ 3 реттейді, коллектор ретінде натрий олеаты мен кокос майы негізіндегі пропилендиаминді пайдаланады. Дайындалған кварц құмы SiO2≥99,9%, Fe2O3≤10 ppm, оптикалық әйнек, фотоэлектрлік дисплей әйнегі және кварц әйнегі үшін қажетті кремнийлі шикізат талаптарына сай келеді.
Екінші жағынан, жоғары сапалы кварц ресурстарының азаюымен, төмен сапалы ресурстарды кешенді пайдалану кеңінен назар аударды. China Building Materials Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd компаниясының Се Энжун фотоэлектрлік әйнек үшін темірі аз кварц құмын дайындау үшін каолин қалдықтарын пайдаланды. Фуцзянь каолин қалдықтарының негізгі минералды құрамы - кварц, оның құрамында каолинит, слюда және дала шпаты сияқты аз мөлшерде қоспа минералдары бар. Каолин қалдықтары «ұнтақтау-гидравликалық жіктеу-магниттік бөлу-флотация» байыту процесімен өңделгеннен кейін, 0,6 ~ 0,125 мм бөлшектер мөлшері 95%-дан асады, SiO2 99,62%, Al2O3 0,065%, Fe2O3 92×10-6 ұсақ кварц құмы фотоэлектрлік әйнек үшін темірі аз кварц құмының сапа талаптарына сай келеді.
Қытай Геологиялық ғылымдар академиясының Чжэнчжоу минералды ресурстарды кешенді пайдалану институтының қызметкерлері Шао Вэйхуа және басқалары каолин қалдықтарынан жоғары тазалықтағы кварц құмын дайындау әдісі туралы өнертабыс патентін жариялады. Әдіс қадамдары: а. Каолин қалдықтары шикі кен ретінде пайдаланылады, ол араластырылғаннан кейін електен өткізіліп, +0,6 мм материал алу үшін сүртіледі; ә. +0,6 мм материал ұнтақталып, жіктеледі, ал 0,4 мм 0,1 мм минералды материал магниттік бөлу операциясына ұшырайды. Магниттік және магниттік емес материалдарды алу үшін магниттік емес материалдар гравитациялық бөлу операциясына кіреді, жеңіл минералдарды гравитациялық бөлу және ауыр минералдарды гравитациялық бөлу операциясына кіреді, ал жеңіл минералдар +0,1 мм минералдарды алу үшін қайта ұнтақтау операциясына кіреді; б.+0,1 мм Минерал флотациялық концентратты алу үшін флотация операциясына кіреді. Флотациялық концентраттың жоғарғы суы алынып тасталады, содан кейін ультрадыбыстық әдіспен тұздалады, содан кейін +0,1 мм ірі материалды жоғары тазалықтағы кварц құмы ретінде алу үшін електен өткізіледі. Өнертабыс әдісі тек жоғары сапалы кварц концентраты өнімдерін алуға ғана емес, сонымен қатар қысқа өңдеу уақытына, қарапайым процесс ағынына, төмен энергия тұтынуына және алынған кварц концентратының жоғары сапасына ие, бұл жоғары тазалықтағы кварцтың сапа талаптарына сай келеді.
Каолин қалдықтарында кварц ресурстарының көп мөлшері бар. Байыту, тазарту және терең өңдеу арқылы ол фотоэлектрлік ультра ақ шыны шикізатын пайдалану талаптарына сай бола алады. Бұл сондай-ақ каолин қалдықтары ресурстарын кешенді пайдаланудың жаңа идеясын ұсынады.
3. Фотоэлектрлік әйнек үшін құрамында темірі аз кварц құмының нарығына шолу
Бір жағынан, 2020 жылдың екінші жартысында кеңеюге байланысты шектеулі өндірістік қуат жоғары өркендеу жағдайында жарылғыш сұранысты қанағаттандыра алмайды. Фотоэлектрлік әйнектің ұсынысы мен сұранысы теңгерімсіз, ал бағасы шарықтап тұр. Көптеген фотоэлектрлік модуль компанияларының бірлескен үндеуі бойынша, 2020 жылдың желтоқсанында Индустрия және ақпараттық технологиялар министрлігі фотоэлектрлік илектелген әйнек жобасы қуатты ауыстыру жоспарын жасамауы мүмкін екенін нақтылайтын құжат шығарды. Жаңа саясаттың әсерінен фотоэлектрлік әйнек өндірісінің өсу қарқыны 2021 жылдан бастап кеңейтіледі. Қоғамдық ақпаратқа сәйкес, 21/22 жылы өндірістің нақты жоспары бар илектелген фотоэлектрлік әйнектің қуаты 22250/26590т/тәулігіне жетеді, жылдық өсу қарқыны 68,4/48,6% құрайды. Саясат және сұраныс жағынан кепілдіктер жағдайында фотоэлектрлік құм жарылғыш өсімді бастайды деп күтілуде.
2015-2022 жылдардағы фотоэлектрлік шыны өнеркәсібінің өндірістік қуаты
Екінші жағынан, фотоэлектрлік шыны өндірісінің қуаттылығының айтарлықтай артуы құрамында темірі аз кремний диоксиді бар құмның жеткізілімінің жеткізілімнен асып кетуіне әкелуі мүмкін, бұл өз кезегінде фотоэлектрлік шыны өндірісінің нақты өндірісін шектейді. Статистикаға сәйкес, 2014 жылдан бастап менің елімнің ішкі кварц құмын өндіруі жалпы ішкі сұраныстан сәл төмен болды, ал ұсыныс пен сұраныс тығыз тепе-теңдікті сақтап қалды.
Сонымен қатар, менің елімнің темірі аз кварц рудаларының ішкі ресурстары тапшы, олар Гуандунның Хэюань, Гуансидің Бэйхай, Аньхойдың Фэньян және Цзянсудың Дунхай қалаларында шоғырланған, сондықтан олардың көп бөлігін импорттау қажет.
Соңғы жылдары темірі аз ультра ақ кварц құмы маңызды шикізаттың бірі болып табылады (шикізат құнының шамамен 25%-ын құрайды). Бағасы да өсіп келеді. Бұрын ол ұзақ уақыт бойы тоннасына 200 юань шамасында болды. 20 жыл ішінде 1-ші тоқсандағы эпидемия басталғаннан кейін ол жоғары деңгейден төмендеді және қазіргі уақытта тұрақты жұмыс істеп тұр.
2020 жылы менің елімнің кварц құмына деген жалпы сұранысы 90,93 миллион тоннаны, өндірісі 87,65 миллион тоннаны, ал таза импорты 3,278 миллион тоннаны құрайды. Қоғамдық ақпаратқа сәйкес, 100 кг балқытылған шыныдағы кварц тасының мөлшері шамамен 72,2 кг құрайды. Ағымдағы кеңейту жоспарына сәйкес, 2021/2022 жылдары фотоэлектрлік шыны өндірісінің қуаттылығының артуы 3,23/24500 т/тәулігіне жетуі мүмкін, жылдық өндіріс 360 күндік кезеңде есептелгенде, жалпы өндіріс жылына 836/635 миллион тонна темірі аз кремний диоксиді құмына деген жаңадан өскен сұранысқа сәйкес келеді, яғни 2021/2022 жылдары фотоэлектрлік шыныдан туындаған темірі аз кремний диоксиді құмына деген жаңа сұраныс 2020 жылы жалпы кварц құмына деген сұраныстың 9,2%/7,0% құрайды. Темір мөлшері аз кремний диоксиді құмы кремний диоксиді құмына жалпы сұраныстың тек бір бөлігін ғана құрайтынын ескерсек, фотоэлектрлік шыны өндірісі қуатына ауқымды инвестиция салудан туындаған темір мөлшері аз кремний диоксиді құмына деген сұраныс пен ұсыныс қысымы жалпы кварц құмы өнеркәсібіне түсетін қысымнан әлдеқайда жоғары болуы мүмкін.
—Powder Network сайтынан алынған мақала
Жарияланған уақыты: 2021 жылғы 11 желтоқсан