Au cours de la période du « 14e plan quinquennal », selon le plan stratégique « pic carbone et neutralité carbone » du pays, l'industrie photovoltaïque connaîtra un développement explosif.L'éclosion de l'industrie photovoltaïque a « créé de la richesse » pour toute la chaîne industrielle.Dans cette chaîne éblouissante, le verre photovoltaïque est un maillon indispensable.Aujourd'hui, prônant les économies d'énergie et la protection de l'environnement, la demande en verre photovoltaïque augmente de jour en jour, et il existe un déséquilibre entre l'offre et la demande.Dans le même temps, le sable de quartz à faible teneur en fer et ultra-blanc, un matériau important pour le verre photovoltaïque, a également augmenté, et le prix a augmenté et l'offre est rare.Les experts de l'industrie prédisent que le sable de quartz à faible teneur en fer connaîtra une augmentation à long terme de plus de 15 % pendant plus de 10 ans.Sous le vent fort du photovoltaïque, la production de sable de quartz à faible teneur en fer a attiré beaucoup d'attention.
1. Sable de quartz pour verre photovoltaïque
Le verre photovoltaïque est généralement utilisé comme panneau d'encapsulation des modules photovoltaïques, et il est en contact direct avec l'environnement extérieur.Sa résistance aux intempéries, sa résistance, sa transmission de la lumière et d'autres indicateurs jouent un rôle central dans la durée de vie des modules photovoltaïques et l'efficacité de la production d'énergie à long terme.Les ions de fer dans le sable de quartz sont faciles à teindre, et afin d'assurer la transmission solaire élevée du verre d'origine, la teneur en fer du verre photovoltaïque est inférieure à celle du verre ordinaire et du sable de quartz à faible teneur en fer avec une pureté élevée en silicium et une faible teneur en impuretés doit être utilisée.
À l'heure actuelle, il existe peu de sables de quartz à faible teneur en fer de haute qualité faciles à extraire dans notre pays, et ils sont principalement distribués dans le Heyuan, le Guangxi, le Fengyang, l'Anhui, le Hainan et d'autres endroits.À l'avenir, avec la croissance de la capacité de production de verre gaufré ultra-blanc pour les cellules solaires, le sable de quartz de haute qualité avec une zone de production limitée deviendra une ressource relativement rare.L'approvisionnement en sable de quartz stable et de haute qualité limitera la compétitivité des entreprises de verre photovoltaïque à l'avenir.Par conséquent, comment réduire efficacement la teneur en fer, aluminium, titane et autres impuretés dans le sable de quartz et préparer du sable de quartz de haute pureté est un sujet de recherche brûlant.
2. Production de sable de quartz à faible teneur en fer pour le verre photovoltaïque
2.1 Purification du sable de quartz pour le verre photovoltaïque
À l'heure actuelle, les procédés traditionnels de purification du quartz qui sont appliqués avec maturité dans l'industrie comprennent le tri, le lavage, la trempe à l'eau de calcination, le broyage, le tamisage, la séparation magnétique, la séparation par gravité, la flottation, la lixiviation acide, la lixiviation microbienne, le dégazage à haute température, etc., Les processus de purification en profondeur comprennent la torréfaction chlorée, le tri des couleurs irradiées, le tri magnétique supraconducteur, le vide à haute température, etc.Le processus général d'enrichissement de la purification domestique du sable de quartz a également été développé du début du "broyage, séparation magnétique, lavage" à la "séparation → concassage grossier → calcination → trempe à l'eau → broyage → criblage → séparation magnétique → flottation → acide Le processus d'enrichissement combiné d'immersion → lavage → séchage, combiné avec des micro-ondes, des ultrasons et d'autres moyens de prétraitement ou de purification auxiliaire, améliore considérablement l'effet de purification.Compte tenu des faibles exigences en fer du verre photovoltaïque, la recherche et le développement de méthodes d'élimination du sable de quartz sont principalement introduits.
Généralement, le fer existe sous les six formes courantes suivantes dans le minerai de quartz :
① Existent sous forme de fines particules d'argile ou de feldspath kaolinisé
② Attaché à la surface des particules de quartz sous forme de film d'oxyde de fer
③Minéraux de fer tels que l'hématite, la magnétite, la spécularite, la qinite, etc. ou les minéraux contenant du fer tels que le mica, l'amphibole, le grenat, etc.
④Il est à l'état d'immersion ou de lentille à l'intérieur des particules de quartz
⑤ Exister à l'état de solution solide à l'intérieur du cristal de quartz
⑥ Une certaine quantité de fer secondaire sera mélangée dans le processus de concassage et de broyage
Pour séparer efficacement les minéraux contenant du fer du quartz, il est d'abord nécessaire de déterminer l'état d'occurrence des impuretés de fer dans le minerai de quartz et de sélectionner une méthode d'enrichissement et un processus de séparation raisonnables pour éliminer les impuretés de fer.
(1) Processus de séparation magnétique
Le processus de séparation magnétique peut éliminer les minéraux d'impuretés magnétiques faibles tels que l'hématite, la limonite et la biotite, y compris les particules conjointes dans la plus grande mesure.Selon la force magnétique, la séparation magnétique peut être divisée en séparation magnétique forte et séparation magnétique faible.La séparation magnétique forte adopte généralement un séparateur magnétique fort humide ou un séparateur magnétique à gradient élevé.
D'une manière générale, le sable de quartz contenant principalement des minéraux d'impuretés magnétiques faibles tels que la limonite, l'hématite, la biotite, etc., peut être sélectionné à l'aide d'une machine magnétique forte de type humide à une valeur supérieure à 8,0 × 105 A/m ;Pour les minéraux magnétiques forts dominés par le minerai de fer, il est préférable d'utiliser une machine magnétique faible ou une machine magnétique moyenne pour la séparation.[2] De nos jours, avec l'application de séparateurs magnétiques à gradient élevé et à fort champ magnétique, la séparation et la purification magnétiques ont été considérablement améliorées par rapport au passé.Par exemple, l'utilisation d'un séparateur magnétique puissant de type rouleau à induction électromagnétique pour éliminer le fer sous une intensité de champ magnétique de 2,2 T peut réduire la teneur en Fe2O3 de 0,002 % à 0,0002 %.
(2) Processus de flottation
La flottation est un processus de séparation des particules minérales par différentes propriétés physiques et chimiques à la surface des particules minérales.La fonction principale est d'éliminer le mica minéral et le feldspath associés du sable de quartz.Pour la séparation par flottation des minéraux contenant du fer et du quartz, la découverte de la forme d'occurrence des impuretés de fer et de la forme de distribution de chaque taille de particule est la clé pour choisir un procédé de séparation approprié pour l'élimination du fer.La plupart des minéraux contenant du fer ont un point électrique nul supérieur à 5, qui est chargé positivement dans un environnement acide, et théoriquement adapté à l'utilisation de collecteurs anioniques.
L'acide gras (savon), le sulfonate ou le sulfate d'hydrocarbyle peut être utilisé comme collecteur anionique pour la flottation du minerai d'oxyde de fer.La pyrite peut être la flottation de la pyrite à partir de quartz dans un environnement de décapage avec l'agent de flottation classique pour le xanthate d'isobutyle plus la poudre noire de butylamine (4:1).Le dosage est d'environ 200ppmw.
La flottation de l'ilménite utilise généralement de l'oléate de sodium (0,21 mol/L) comme agent de flottation pour ajuster le pH à 4~10.Une réaction chimique se produit entre les ions oléate et les particules de fer à la surface de l'ilménite pour produire de l'oléate de fer, qui est chimiquement adsorbé. Les ions oléate maintiennent l'ilménite avec une meilleure flottabilité.Les collecteurs d'acide phosphonique à base d'hydrocarbures développés ces dernières années ont une bonne sélectivité et des performances de collecte pour l'ilménite.
(3) Processus de lixiviation acide
L'objectif principal du processus de lixiviation acide est d'éliminer les minéraux de fer solubles dans la solution acide.Les facteurs qui affectent l'effet de purification de la lixiviation acide comprennent la taille des particules de sable de quartz, la température, le temps, le type d'acide, la concentration d'acide, le rapport solide-liquide, etc., et augmentent la température et la solution acide.La concentration et la réduction du rayon des particules de quartz peuvent augmenter le taux de lixiviation et le taux de lixiviation d'Al.L'effet de purification d'un seul acide est limité et l'acide mixte a un effet synergique, ce qui peut augmenter considérablement le taux d'élimination des impuretés telles que Fe et K. Les acides inorganiques courants sont HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4 , H2C2O4, généralement deux ou plusieurs d'entre eux sont mélangés et utilisés dans une certaine proportion.
L'acide oxalique est un acide organique couramment utilisé pour la lixiviation acide.Il peut former un complexe relativement stable avec les ions métalliques dissous et les impuretés sont facilement éliminées.Il présente les avantages d'un faible dosage et d'un taux d'élimination du fer élevé.Certaines personnes utilisent des ultrasons pour aider à la purification de l'acide oxalique, et ont constaté que par rapport à l'agitation conventionnelle et aux ultrasons de réservoir, les ultrasons de sonde ont le taux d'élimination de Fe le plus élevé, la quantité d'acide oxalique est inférieure à 4 g/L et le taux d'élimination du fer atteint 75,4 %.
La présence d'acide dilué et d'acide fluorhydrique peut éliminer efficacement les impuretés métalliques telles que Fe, Al, Mg, mais la quantité d'acide fluorhydrique doit être contrôlée car l'acide fluorhydrique peut corroder les particules de quartz.L'utilisation de différents types d'acides affecte également la qualité du processus de purification.Parmi eux, l'acide mixte de HCl et HF a le meilleur effet de traitement.Certaines personnes utilisent un agent de lixiviation mixte HCl et HF pour purifier le sable de quartz après séparation magnétique.Par lixiviation chimique, la quantité totale d'impuretés est de 40,71 μg/g et la pureté de SiO2 atteint 99,993 % en poids.
(4) Lixiviation microbienne
Les micro-organismes sont utilisés pour lixivier le fer en couche mince ou imprégner le fer à la surface des particules de sable de quartz, qui est une technique récemment développée pour éliminer le fer.Des études étrangères ont montré que l'utilisation d'Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus et d'autres micro-organismes pour lessiver le fer à la surface du film de quartz a obtenu de bons résultats, dont l'effet d'Aspergillus niger lessivant le fer optimal.Le taux d'élimination de Fe2O3 est généralement supérieur à 75 % et la qualité du concentré de Fe2O3 est aussi faible que 0,007 %.Et il a été constaté que l'effet de la lixiviation du fer avec la pré-culture de la plupart des bactéries et des moisissures serait meilleur.
2.2 Autres avancées de la recherche sur le sable quartzeux pour le verre photovoltaïque
Afin de réduire la quantité d'acide, de réduire la difficulté de traitement des eaux usées et d'être respectueux de l'environnement, Peng Shou [5] et al.décrit un procédé de préparation de sable de quartz à faible teneur en fer de 10 ppm par un procédé sans décapage : le quartz de veine naturelle est utilisé comme matière première et le concassage en trois étapes, le broyage de la première étape et la classification de la deuxième étape peuvent obtenir un grain de 0,1 ~ 0,7 mm ;le grain est séparé par la première étape de séparation magnétique et la deuxième étape de forte élimination magnétique du fer mécanique et des minéraux ferreux pour obtenir du sable de séparation magnétique ;la séparation magnétique du sable est obtenue par la flottation de deuxième étape la teneur en Fe2O3 est inférieure à 10 ppm de sable de quartz à faible teneur en fer, la flottation utilise H2SO4 comme régulateur, ajuste le pH = 2 ~ 3, utilise de l'oléate de sodium et du propylène diamine à base d'huile de noix de coco comme collecteurs .Le sable de quartz préparé SiO2≥99,9 %, Fe2O3≤10ppm, répond aux exigences des matières premières siliceuses requises pour le verre optique, le verre d'affichage photoélectrique et le verre de quartz.
D'autre part, avec l'épuisement des ressources en quartz de haute qualité, l'utilisation complète des ressources bas de gamme a attiré une large attention.Xie Enjun de China Building Materials Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd. a utilisé des résidus de kaolin pour préparer du sable de quartz à faible teneur en fer pour le verre photovoltaïque.La principale composition minérale des résidus de kaolin du Fujian est le quartz, qui contient une petite quantité d'impuretés minérales telles que la kaolinite, le mica et le feldspath.Une fois les résidus de kaolin traités par le processus d'enrichissement de «broyage-classification hydraulique-séparation magnétique-flottation», la teneur en particules de 0,6 ~ 0,125 mm est supérieure à 95%, SiO2 est de 99,62%, Al2O3 est de 0,065%, Fe2O3 est Le sable de quartz fin 92×10-6 répond aux exigences de qualité du sable de quartz à faible teneur en fer pour le verre photovoltaïque.
Shao Weihua et d'autres de l'Institut d'utilisation complète des ressources minérales de Zhengzhou, de l'Académie chinoise des sciences géologiques, ont publié un brevet d'invention : une méthode de préparation de sable de quartz de haute pureté à partir de résidus de kaolin.Les étapes de la méthode : a.Les résidus de kaolin sont utilisés comme minerai brut, qui est tamisé après avoir été agité et lavé pour obtenir un matériau de +0,6 mm ;b.Le matériau +0,6 mm est broyé et classé, et le matériau minéral de 0,4 mm à 0,1 mm est soumis à une opération de séparation magnétique. Pour obtenir des matériaux magnétiques et non magnétiques, les matériaux non magnétiques entrent dans l'opération de séparation par gravité pour obtenir la séparation par gravité des minéraux légers et les minéraux lourds de séparation par gravité et les minéraux légers de séparation par gravité entrent dans l'opération de rebroyage pour tamiser afin d'obtenir des minéraux de +0,1 mm ;c.+0.1mm Le minéral entre dans l'opération de flottation pour obtenir le concentré de flottation.L'eau supérieure du concentré de flottation est retirée puis décapée par ultrasons, puis tamisée pour obtenir le matériau grossier de +0,1 mm sous forme de sable de quartz de haute pureté.Le procédé de l'invention permet non seulement d'obtenir des produits concentrés de quartz de haute qualité, mais également d'avoir un temps de traitement court, un flux de processus simple, une faible consommation d'énergie et une haute qualité du concentré de quartz obtenu, qui peut répondre aux exigences de qualité de haute pureté. quartz.
Les résidus de kaolin contiennent une grande quantité de ressources en quartz.Grâce à l'enrichissement, à la purification et au traitement en profondeur, il peut répondre aux exigences d'utilisation des matières premières photovoltaïques en verre ultra-blanc.Cela fournit également une nouvelle idée pour l'utilisation complète des ressources de résidus de kaolin.
3. Aperçu du marché du sable de quartz à faible teneur en fer pour le verre photovoltaïque
D'une part, dans la seconde moitié de 2020, la capacité de production limitée par l'expansion ne peut pas faire face à la demande explosive dans un contexte de prospérité élevée.L'offre et la demande de verre photovoltaïque sont déséquilibrées et le prix s'envole.Dans le cadre de l'appel conjoint de nombreuses entreprises de modules photovoltaïques, en décembre 2020, le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information a publié un document précisant que le projet de verre laminé photovoltaïque ne peut pas formuler de plan de remplacement de capacité.Affecté par la nouvelle politique, le taux de croissance de la production de verre photovoltaïque sera élargi à partir de 2021. Selon les informations publiques, la capacité de verre photovoltaïque laminé avec un plan clair de production en 21/22 atteindra 22250/26590t/j, avec une taux de croissance annuel de 68,4/48,6 %.Dans le cas des politiques et des garanties du côté de la demande, le sable photovoltaïque devrait inaugurer une croissance explosive.
Capacité de production de l'industrie du verre photovoltaïque 2015-2022
D'autre part, l'augmentation substantielle de la capacité de production de verre photovoltaïque peut entraîner un dépassement de l'offre de sable siliceux à faible teneur en fer, ce qui limite à son tour la production réelle de capacité de production de verre photovoltaïque.Selon les statistiques, depuis 2014, la production nationale de sable quartzeux de mon pays a généralement été légèrement inférieure à la demande intérieure, et l'offre et la demande ont maintenu un équilibre serré.
Dans le même temps, les ressources nationales de placers de quartz à faible teneur en fer de mon pays sont rares, concentrées à Heyuan du Guangdong, Beihai du Guangxi, Fengyang de l'Anhui et Donghai du Jiangsu, et une grande quantité d'entre elles doivent être importées.
Le sable de quartz ultra-blanc à faible teneur en fer est l'une des matières premières importantes (représentant environ 25% du coût des matières premières) ces dernières années.Le prix a également augmenté.Dans le passé, il a longtemps été autour de 200 yuans/tonne.Après le déclenchement de l'épidémie du premier trimestre en 20 ans, elle est tombée d'un niveau élevé et elle maintient actuellement un fonctionnement stable pour le moment.
En 2020, la demande globale de mon pays en sable quartzeux sera de 90,93 millions de tonnes, la production sera de 87,65 millions de tonnes et l'importation nette sera de 3,278 millions de tonnes.Selon les informations publiques, la quantité de pierre de quartz dans 100 kg de verre fondu est d'environ 72,2 kg.Selon le plan d'expansion actuel, l'augmentation de la capacité de verre photovoltaïque en 2021/2022 pourrait atteindre 3,23/24500t/j, selon la production annuelle Calculée sur une période de 360 jours, la production totale correspondra à la demande nouvellement accrue de faible -sable siliceux de fer de 836/635 millions de tonnes/an, c'est-à-dire que la nouvelle demande de sable siliceux à faible teneur en fer apportée par le verre photovoltaïque en 2021/2022 représentera le sable quartzeux global en 2020 9,2%/7,0% de la demande .Considérant que le sable siliceux à faible teneur en fer ne représente qu'une partie de la demande totale de sable siliceux, la pression de l'offre et de la demande sur le sable siliceux à faible teneur en fer causée par l'investissement à grande échelle dans la capacité de production de verre photovoltaïque peut être bien supérieure à la pression sur l'ensemble de l'industrie du sable de quartz.
—Article de Powder Network
Heure de publication : 11 décembre 2021