Ölkənin "karbon zirvəsi və karbon neytral" strateji planına əsasən, "14-cü Beşillik Plan" dövründə fotovoltaik sənayesi partlayıcı inkişafa səbəb olacaq. Fotovoltaik sənayesinin baş verməsi bütün sənaye zənciri üçün "sərvət yaratdı". Bu parlaq zəncirdə fotovoltaik şüşə əvəzolunmaz bir halqadır. Bu gün enerjiyə qənaət və ətraf mühitin qorunmasını müdafiə edən fotovoltaik şüşəyə tələbat gündən-günə artır və təklif ilə tələb arasında balanssızlıq var. Eyni zamanda, fotovoltaik şüşə üçün vacib material olan az dəmirli və ultra ağ kvars qumu da artıb və qiymət artıb və təklif qıtdır. Sənaye mütəxəssisləri az dəmirli kvars qumunun 10 ildən çox müddətdə 15%-dən çox uzunmüddətli artım olacağını proqnozlaşdırırlar. Fotovoltaik sənayesinin güclü küləyi altında az dəmirli kvars qumunun istehsalı çox diqqət çəkib.
1. Fotovoltaik şüşə üçün kvars qumu
Fotovoltaik şüşə ümumiyyətlə fotovoltaik modulların kapsullaşdırma paneli kimi istifadə olunur və xarici mühitlə birbaşa təmasda olur. Onun hava şəraitinə davamlılığı, gücü, işıq keçiriciliyi və digər göstəriciləri fotovoltaik modulların ömründə və uzunmüddətli enerji istehsalı səmərəliliyində mərkəzi rol oynayır. Kvars qumundakı dəmir ionlarını rəngləmək asandır və orijinal şüşənin yüksək günəş keçiriciliyini təmin etmək üçün fotovoltaik şüşənin dəmir tərkibi adi şüşədən daha aşağıdır və yüksək silikon saflığı və aşağı çirk tərkibi olan aşağı dəmirli kvars qumu istifadə edilməlidir.
Hazırda ölkəmizdə asanlıqla çıxarıla bilən yüksək keyfiyyətli, az dəmir tərkibli kvars qumu azdır və onlar əsasən Heyuan, Guangxi, Fengyanq, Anhui, Hainan və digər yerlərdə paylanır. Gələcəkdə günəş batareyaları üçün ultra ağ relyefli şüşə istehsal gücünün artması ilə məhdud istehsal sahəsi olan yüksək keyfiyyətli kvars qumu nisbətən qıt bir mənbəyə çevriləcək. Yüksək keyfiyyətli və sabit kvars qumunun tədarükü gələcəkdə fotovoltaik şüşə şirkətlərinin rəqabət qabiliyyətini məhdudlaşdıracaq. Buna görə də, kvars qumundakı dəmir, alüminium, titan və digər çirk elementlərinin tərkibini necə effektiv şəkildə azaltmaq və yüksək təmizlikli kvars qumu hazırlamaq aktual tədqiqat mövzusudur.
2. Fotovoltaik şüşə üçün az dəmir tərkibli kvars qumunun istehsalı
2.1 Fotovoltaik Şüşə üçün Kvars Qumunun Təmizlənməsi
Hazırda sənayedə yetkin şəkildə tətbiq olunan ənənəvi kvars təmizləmə proseslərinə çeşidləmə, ovma, kalsinasiya-su ilə söndürmə, üyütmə, ələkləmə, maqnit ayırma, cazibə qüvvəsi ilə ayırma, flotasiya, turşu ilə süzmə, mikroblarla süzmə, yüksək temperaturda deqazasiya və s. daxildir. Dərin təmizləmə proseslərinə xlorlu qovurma, şüalandırılmış rənglə çeşidləmə, superkeçirici maqnit ayırma, yüksək temperaturlu vakuum və s. daxildir. Məişət kvars qumunun təmizlənməsinin ümumi zənginləşdirmə prosesi də erkən "üyütmə, maqnit ayırma, yuma"dan "ayrılma → qaba əzmə → kalsinasiya → su ilə söndürmə → üyütmə → süzmə → maqnit ayırma → flotasiya → turşuya qədər inkişaf etmişdir. Mikrodalğalı, ultrasəs və digər əvvəlcədən təmizləmə vasitələri ilə birləşdirilmiş batırma→yuma→qurutma zənginləşdirmə prosesi, təmizləmə effektini xeyli yaxşılaşdırır. Fotovoltaik şüşənin az dəmir tələblərini nəzərə alaraq, kvars qumunun təmizlənməsi üsullarının tədqiqi və inkişafı əsasən tətbiq olunur.
Ümumiyyətlə, dəmir kvars filizində aşağıdakı altı ümumi formada mövcuddur:
① Gil və ya kaolinləşdirilmiş feldispatda incə hissəciklər şəklində mövcuddur
②Dəmir oksidi filmi şəklində kvars hissəciklərinin səthinə yapışdırılır
③Hematit, maqnetit, spekulyarit, kinit və s. kimi dəmir mineralları və ya mika, amfibol, qranat və s. kimi dəmir tərkibli minerallar.
④Kvars hissəciklərinin içərisində batırılma və ya linza vəziyyətindədir
⑤ Kvars kristalının içərisində bərk məhlul halında mövcuddur
⑥ Əzmə və üyütmə prosesində müəyyən miqdarda ikinci dərəcəli dəmir qarışdırılacaq
Dəmir tərkibli mineralları kvarsdan effektiv şəkildə ayırmaq üçün əvvəlcə kvars filizində dəmir çirklərinin əmələ gəlmə vəziyyətini müəyyən etmək və dəmir çirklərinin çıxarılmasına nail olmaq üçün ağlabatan zənginləşdirmə metodu və ayırma prosesini seçmək lazımdır.
(1) Maqnit ayırma prosesi
Maqnit ayırma prosesi, birləşmiş hissəciklər də daxil olmaqla, hematit, limonit və biotit kimi zəif maqnit çirkli mineralları ən böyük dərəcədə təmizləyə bilər. Maqnit gücünə görə, maqnit ayırma güclü maqnit ayırma və zəif maqnit ayırmaya bölünə bilər. Güclü maqnit ayırma adətən yaş güclü maqnit ayırıcı və ya yüksək qradiyentli maqnit ayırıcıdan istifadə edir.
Ümumiyyətlə, əsasən limonit, hematit, biotit və s. kimi zəif maqnit çirkli mineralları ehtiva edən kvars qumu, 8.0 × 105A/m-dən yuxarı dəyərdə yaş tipli güclü maqnit maşını istifadə edilərək seçilə bilər; Dəmir filizinin üstünlük təşkil etdiyi güclü maqnit mineralları üçün ayırma üçün zəif maqnit maşını və ya orta maqnit maşını istifadə etmək daha yaxşıdır. [2] İndiki vaxtda yüksək qradiyentli və güclü maqnit sahəsi maqnit ayırıcılarının tətbiqi ilə maqnit ayırma və təmizləmə keçmişə nisbətən əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırılmışdır. Məsələn, 2.2T maqnit sahəsi gücü altında dəmiri çıxarmaq üçün elektromaqnit induksiya diyircəkli güclü maqnit ayırıcıdan istifadə Fe2O3 tərkibini 0.002%-dən 0.0002%-ə endirə bilər.
(2) Üzmə prosesi
Flotasiya mineral hissəciklərinin səthindəki müxtəlif fiziki və kimyəvi xüsusiyyətlər vasitəsilə mineral hissəciklərini ayırmaq prosesidir. Əsas funksiya kvars qumundan əlaqəli mineral slyuda və feldispatı çıxarmaqdır. Dəmir tərkibli mineralların və kvarsın flotasiya ilə ayrılması üçün dəmir çirklərinin yaranma formasını və hər bir hissəcik ölçüsünün paylanma formasını tapmaq, dəmirin çıxarılması üçün düzgün ayrılma prosesinin seçilməsinin açarıdır. Dəmir tərkibli mineralların əksəriyyətinin 5-dən yuxarı sıfır elektrik nöqtəsi var, bu da turşu mühitdə müsbət yüklənir və nəzəri olaraq anion kollektorlarının istifadəsi üçün uyğundur.
Yağ turşusu (sabun), karbohidrogen sulfonat və ya sulfat dəmir oksidi filizinin flotasiyası üçün anion kollektor kimi istifadə edilə bilər. Pirit, izobutil ksantat və butilamin qara tozu (4:1) üçün klassik flotasiya agenti ilə kvarsdan piritin duzlama mühitində flotasiyası ola bilər. Doza təxminən 200 ppmw-dir.
İlmenitin flotasiyası zamanı pH-ı 4-10-a qədər tənzimləmək üçün ümumiyyətlə flotasiya agenti kimi natrium oleatdan (0,21 mol/L) istifadə olunur. İlmenitin səthində oleat ionları və dəmir hissəcikləri arasında kimyəvi reaksiya baş verir və dəmir oleat kimyəvi cəhətdən adsorbsiya olunur. Oleat ionları ilmeniti daha yaxşı üzmə qabiliyyəti ilə saxlayır. Son illərdə hazırlanmış karbohidrogen əsaslı fosfon turşusu kollektorları ilmenit üçün yaxşı selektivliyə və toplama performansına malikdir.
(3) Turşu ilə süzmə prosesi
Turşu ilə süzmə prosesinin əsas məqsədi turşu məhlulunda həll olan dəmir minerallarını təmizləməkdir. Turşu ilə süzmənin təmizlənmə təsirinə təsir edən amillərə kvars qumu hissəciklərinin ölçüsü, temperaturu, vaxtı, turşu növü, turşu konsentrasiyası, bərk-maye nisbəti və s. daxildir və temperaturu və turşu məhlulunu artırır. Kvars hissəciklərinin konsentrasiyası və radiusunun azaldılması Al-ın süzmə sürətini və süzmə sürətini artıra bilər. Tək bir turşunun təmizlənmə təsiri məhduddur və qarışıq turşu sinergetik təsirə malikdir ki, bu da Fe və K kimi çirk elementlərinin təmizlənmə sürətini xeyli artıra bilər. Ümumi qeyri-üzvi turşular HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4, H2C2O4-dür, ümumiyyətlə onlardan ikisi və ya daha çoxu qarışdırılır və müəyyən nisbətdə istifadə olunur.
Oksalat turşusu turşuların yuyulması üçün geniş istifadə olunan üzvi turşudur. Həll olmuş metal ionları ilə nisbətən sabit bir kompleks əmələ gətirə bilər və çirklər asanlıqla yuyulur. Aşağı dozada və yüksək dəmirin təmizlənmə sürətində üstünlüklərə malikdir. Bəzi insanlar oksalat turşusunun təmizlənməsinə kömək etmək üçün ultrasəsdən istifadə edirlər və ənənəvi qarışdırma və tank ultrasəsi ilə müqayisədə zond ultrasəsinin ən yüksək Fe təmizlənmə sürətinə malik olduğunu, oksalat turşusunun miqdarının 4 q/L-dən az olduğunu və dəmirin təmizlənmə sürətinin 75,4%-ə çatdığını aşkar ediblər.
Seyreltilmiş turşu və hidroflüor turşusunun olması Fe, Al, Mg kimi metal çirklərini effektiv şəkildə təmizləyə bilər, lakin hidroflüor turşusunun miqdarına nəzarət edilməlidir, çünki hidroflüor turşusu kvars hissəciklərini korroziyaya uğrada bilər. Müxtəlif növ turşuların istifadəsi də təmizləmə prosesinin keyfiyyətinə təsir göstərir. Bunların arasında HCl və HF qarışıq turşusu ən yaxşı emal effektinə malikdir. Bəzi insanlar maqnit ayrılmasından sonra kvars qumunu təmizləmək üçün HCl və HF qarışıq süzmə agentindən istifadə edirlər. Kimyəvi süzmə yolu ilə çirk elementlərinin ümumi miqdarı 40,71μq/q, SiO2-nin saflığı isə 99,993wt%-ə qədər yüksəkdir.
(4) Mikrobların yuyulması
Mikroorqanizmlər kvars qumu hissəciklərinin səthində nazik təbəqəli dəmiri yuymaq və ya dəmiri hopdurmaq üçün istifadə olunur ki, bu da dəmiri təmizləmək üçün son zamanlar hazırlanmış bir texnikadır. Xarici tədqiqatlar göstərir ki, kvars təbəqəsinin səthində dəmiri yuymaq üçün Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus və digər mikroorqanizmlərin istifadəsi yaxşı nəticələr əldə etmişdir ki, bunlardan Aspergillus niger dəmiri yuymaq üçün optimal təsir göstərir. Fe2O3-ün təmizlənmə nisbəti əsasən 75%-dən yuxarı, Fe2O3 konsentratının dərəcəsi isə 0,007%-ə qədər aşağıdır. Və əksər bakteriya və kiflərin əvvəlcədən becərilməsi ilə dəmiri yuymağın təsirinin daha yaxşı olacağı məlum olmuşdur.
2.2 Fotovoltaik şüşə üçün kvars qumunun digər tədqiqat irəliləyişləri
Turşu miqdarını azaltmaq, çirkab sularının təmizlənməsinin çətinliyini azaltmaq və ətraf mühitə uyğun olmaq üçün Peng Shou [5] və digərləri 10 ppm az dəmirli kvars qumunun turşusuz hazırlanması üsulunu açıqladılar: təbii damarlı kvars xammal kimi istifadə olunur və üç mərhələli əzilir. Birinci mərhələli üyütmə və ikinci mərhələli təsnifat 0,1~0,7 mm dənəli material əldə edə bilər; dənəli material birinci mərhələli maqnit ayırma və ikinci mərhələli mexaniki dəmir və dəmir tərkibli mineralların güclü maqnit çıxarılması ilə ayrılaraq maqnit ayırma qumu əldə edilir; qumun maqnit ayırması ikinci mərhələli flotasiya yolu ilə əldə edilir. Fe2O3 tərkibi 10 ppm az dəmirli kvars qumundan aşağıdır, flotasiya tənzimləyici kimi H2SO4 istifadə edir, pH=2~3-ü tənzimləyir, kollektor kimi natrium oleat və kokos yağı əsaslı propilen diamin istifadə edir. Hazırlanmış kvars qumu SiO2≥99,9%, Fe2O3≤10 ppm, optik şüşə, fotoelektrik displey şüşəsi və kvars şüşəsi üçün tələb olunan silisiumlu xammalın tələblərinə cavab verir.
Digər tərəfdən, yüksək keyfiyyətli kvars ehtiyatlarının tükənməsi ilə aşağı səviyyəli ehtiyatların hərtərəfli istifadəsi geniş diqqəti cəlb etmişdir. Çin Tikinti Materialları Bengbu Şüşə Sənayesi Dizayn və Tədqiqat İnstitutu MMC-dən Xie Enjun fotovoltaik şüşə üçün az dəmirli kvars qumu hazırlamaq üçün kaolin tullantılarından istifadə etmişdir. Fujian kaolin tullantılarının əsas mineral tərkibi az miqdarda kaolinit, slyuda və feldispat kimi çirkləndirici mineralları ehtiva edən kvarsdır. Kaolin tullantıları "üyütmə-hidravlik təsnifat-maqnit ayrılması-flotasiya" zənginləşdirmə prosesi ilə emal edildikdən sonra 0,6-0,125 mm hissəcik ölçüsünün tərkibi 95%-dən çox, SiO2 99,62%, Al2O3 0,065%, Fe2O3 92×10-6 incə kvars qumu fotovoltaik şüşə üçün az dəmirli kvars qumunun keyfiyyət tələblərinə cavab verir.
Çin Geologiya Elmləri Akademiyasının Mineral Ehtiyatların Kompleks İstifadəsi İnstitutundan Şao Veyhua və başqaları kaolin tullantılarından yüksək təmizlikli kvars qumu hazırlamaq üçün bir üsul olan ixtira patentini dərc etdilər. Metod addımları: a. Kaolin tullantıları xam filiz kimi istifadə olunur, qarışdırıldıqdan və +0.6 mm material əldə etmək üçün ovulduqdan sonra ələkdən keçirilir; b. +0.6 mm material üyüdülür və təsnif edilir və 0.4 mm0.1 mm mineral material maqnit ayırma əməliyyatına məruz qalır. Maqnit və qeyri-maqnit materialları əldə etmək üçün qeyri-maqnit materiallar cazibə ayırma yüngül mineralları və cazibə ayırma ağır mineralları əldə etmək üçün cazibə ayırma əməliyyatına daxil olur və cazibə ayırma yüngül mineralları +0.1 mm minerallar əldə etmək üçün təkrar üyütmə əməliyyatına daxil olur; c.+0.1 mm Mineral flotasiya konsentratını əldə etmək üçün flotasiya əməliyyatına daxil olur. Flotasiya konsentratının yuxarı suyu çıxarılır və sonra ultrasəslə turşudulur və sonra +0.1 mm qaba material yüksək təmizlikli kvars qumu kimi əldə etmək üçün ələkdən keçirilir. İxtira üsulu yalnız yüksək keyfiyyətli kvars konsentratı məhsulları əldə etməyə imkan vermir, həm də qısa emal müddəti, sadə proses axını, aşağı enerji istehlakı və əldə edilən kvars konsentratının yüksək keyfiyyətinə malikdir ki, bu da yüksək təmizlikli kvarsın keyfiyyət tələblərinə cavab verə bilər.
Kaolin tullantıları çoxlu miqdarda kvars ehtiyatı ehtiva edir. Zənginləşdirmə, təmizləmə və dərin emal yolu ilə fotovoltaik ultra ağ şüşə xammalının istifadəsi tələblərinə cavab verə bilər. Bu, həmçinin kaolin tullantıları ehtiyatlarının hərtərəfli istifadəsi üçün yeni bir fikir təqdim edir.
3. Fotovoltaik şüşə üçün az dəmir tərkibli kvars qumunun bazar icmalı
Bir tərəfdən, 2020-ci ilin ikinci yarısında genişlənmə ilə məhdudlaşan istehsal gücü yüksək rifah şəraitində partlayıcı tələbatın öhdəsindən gələ bilmir. Fotovoltaik şüşəyə tələb və təklif balanssızdır və qiymət kəskin şəkildə artır. Bir çox fotovoltaik modul şirkətinin birgə çağırışı ilə 2020-ci ilin dekabr ayında Sənaye və İnformasiya Texnologiyaları Nazirliyi fotovoltaik yayılmış şüşə layihəsinin tutumun dəyişdirilməsi planı hazırlamaya biləcəyini aydınlaşdıran sənəd yayımladı. Yeni siyasətdən təsirlənən fotovoltaik şüşə istehsalının artım tempi 2021-ci ildən etibarən genişləndiriləcək. İctimai məlumata görə, 21/22-də istehsal üçün aydın planı olan yayılmış fotovoltaik şüşənin gücü illik 68,4/48,6% artım tempi ilə 22250/26590t/gün-ə çatacaq. Siyasət və tələb tərəfi zəmanətləri halında, fotovoltaik qumun partlayıcı artıma səbəb olacağı gözlənilir.
2015-2022 fotovoltaik şüşə sənayesinin istehsal gücü
Digər tərəfdən, fotovoltaik şüşənin istehsal gücünün əhəmiyyətli dərəcədə artması, az dəmir tərkibli silisium qumunun təklifini üstələməsinə səbəb ola bilər ki, bu da öz növbəsində fotovoltaik şüşə istehsal gücünün faktiki istehsalını məhdudlaşdırır. Statistikaya görə, 2014-cü ildən bəri ölkəmin daxili kvars qumu istehsalı ümumiyyətlə daxili tələbatdan bir qədər aşağı olub və tələb və təklif arasında sıx bir tarazlıq qorunub saxlanılıb.
Eyni zamanda, ölkəmin yerli az dəmir tərkibli kvars səpici ehtiyatları azdır, Quanqdonqun Heyuan, Quanqşinin Beyhay, Anhuinin Fengyanq və Ciangsuun Donqhay şəhərlərində cəmləşib və onların böyük bir hissəsinin idxalına ehtiyac var.
Son illərdə az dəmir tərkibli ultra ağ kvars qumu vacib xammallardan biridir (xammalın dəyərinin təxminən 25%-ni təşkil edir). Qiymət də artmaqdadır. Keçmişdə uzun müddətdir ki, tonuna 200 yuan civarında olub. 20 il ərzində 1-ci rüb epidemiyasının yayılmasından sonra yüksək səviyyədən aşağı düşüb və hazırda sabit fəaliyyətini davam etdirir.
2020-ci ildə ölkəmin kvars qumuna olan ümumi tələbatı 90,93 milyon ton, istehsal 87,65 milyon ton, xalis idxal isə 3,278 milyon ton olacaq. İctimai məlumata görə, 100 kq əridilmiş şüşədə kvars daşının miqdarı təxminən 72,2 kq-dır. Mövcud genişləndirmə planına görə, 2021/2022-ci illərdə fotovoltaik şüşənin istehsal gücünün artması illik istehsala görə 3,23/24500 ton/gün-ə çata bilər. 360 günlük müddət ərzində hesablanan ümumi istehsal, az dəmirli silisium qumuna olan yeni artan tələbata ildə 836/635 milyon ton uyğun gələcək, yəni 2021/2022-ci illərdə fotovoltaik şüşənin yaratdığı az dəmirli silisium qumuna olan yeni tələbat 2020-ci ildə ümumi kvars qumunun 9,2%-ni/7,0%-ni təşkil edəcək. Aşağı dəmir tərkibli silisium qumunun ümumi silisium qumuna tələbatın yalnız bir hissəsini təşkil etdiyini nəzərə alsaq, fotovoltaik şüşə istehsalı gücünə genişmiqyaslı investisiya qoyuluşunun yaratdığı aşağı dəmir tərkibli silisium qumuna tələb və təklif təzyiqi ümumi kvars qumu sənayesinə olan təzyiqdən daha yüksək ola bilər.
—Powder Network-dən məqalə
Yayımlanma vaxtı: 11 Dekabr 2021