"14-беш жылдык" мезгилде, өлкөнүн "көмүртектин туу чокусу жана көмүртектин нейтралдуулугу" стратегиялык планына ылайык, фотоэлектрдик өнөр жай жарылуучу өнүгүүгө алып келет. Фотоэлектрдик өнөр жайдын башталышы бүтүндөй өнөр жай чынжыры үчүн "байлык жаратты". Бул көз жоосун алган чынжырда фотоэлектрдик айнек алмаштыргыс звено болуп саналат. Бүгүнкү күндө энергияны үнөмдөөнү жана айлана-чөйрөнү коргоону жактап, фотоэлектрдик айнекке болгон суроо-талап күн сайын өсүп жатат жана сунуш менен суроо-талаптын ортосунда дисбаланс бар. Ошол эле учурда, фотоэлектрдик айнек үчүн маанилүү материал болгон аз темирлүү жана ультра ак кварц кумунун да баасы жогорулап, сунуш жетишсиз болуп жатат. Тармактын эксперттери аз темирлүү кварц кумунун узак мөөнөттүү өсүшү 10 жылдан ашык убакыттын ичинде 15% дан ашык болот деп болжолдошууда. Фотоэлектрдик энергиянын күчтүү шамалынын астында аз темирлүү кварц кумунун өндүрүшү көпчүлүктүн көңүлүн бурду.
1. Фотоэлектрдик айнек үчүн кварц куму
Фотоэлектрдик айнек, адатта, фотоэлектрдик модулдардын капсула панели катары колдонулат жана ал тышкы чөйрө менен түздөн-түз байланышта болот. Анын аба ырайына туруктуулугу, күчү, жарык өткөрүмдүүлүгү жана башка көрсөткүчтөрү фотоэлектрдик модулдардын иштөө мөөнөтүндө жана узак мөөнөттүү электр энергиясын өндүрүүнүн натыйжалуулугунда борбордук ролду ойнойт. Кварц кумундагы темир иондорун боёо оңой, жана баштапкы айнектин жогорку күн өткөрүмдүүлүгүн камсыз кылуу үчүн фотоэлектрдик айнектин темир курамы кадимки айнектикине караганда төмөн, ал эми кремнийдин тазалыгы жогору жана кошулмалардын курамы аз болгон темири аз кварц кум колдонулушу керек.
Учурда биздин өлкөдө казып алууга оңой болгон жогорку сапаттагы темири аз кварц кумдары аз жана алар негизинен Хэюань, Гуанси, Фэньян, Аньхой, Хайнань жана башка жерлерде таралган. Келечекте күн батареялары үчүн ультра ак рельефтүү айнек өндүрүш кубаттуулугунун өсүшү менен, өндүрүш аянты чектелүү болгон жогорку сапаттагы кварц куму салыштырмалуу тартыш ресурска айланат. Жогорку сапаттагы жана туруктуу кварц кумунун берилиши келечекте фотоэлектрдик айнек компанияларынын атаандаштыкка жөндөмдүүлүгүн чектейт. Ошондуктан, кварц кумундагы темир, алюминий, титан жана башка кошулма элементтердин курамын кантип натыйжалуу азайтуу жана жогорку тазалыктагы кварц кумдарын даярдоо - бул эң актуалдуу изилдөө темасы.
2. Фотоэлектрдик айнек үчүн аз темирлүү кварц кумдарын өндүрүү
2.1 Фотоэлектрдик айнек үчүн кварц кумду тазалоо
Учурда өнөр жайда кеңири колдонулган салттуу кварцты тазалоо процесстерине сорттоо, сүртүү, кальцийлөө-суу менен чыңдоо, майдалоо, электөө, магниттик бөлүү, гравитациялык бөлүү, флотация, кислота менен жуу, микробдук жуу, жогорку температурада газсыздандыруу ж.б. кирет. Терең тазалоо процесстерине хлор менен күйгүзүү, нурлантуу менен түстүү сорттоо, өтө өткөргүч магниттик сорттоо, жогорку температурадагы вакуум ж.б. кирет. Үй шартында колдонулуучу кварц кумунун жалпы байытуу процесси да алгачкы "майдалоо, магниттик бөлүү, жуу" процессинен баштап "бөлүү → орой майдалоо → кальцийлөө → суу менен чыңдоо → майдалоо → электөө → магниттик бөлүү → флотация → кислотага" чейин өнүккөн. Микротолкундуу, ультраүндүү жана алдын ала тазалоо же кошумча тазалоо үчүн башка каражаттар менен айкалышкан байытуу процесси чөмүлүү → жуу → кургатуу менен бирге тазалоо эффектин бир топ жакшыртат. Фотоэлектрдик айнектин аз темирге болгон талаптарын эске алуу менен, кварц кумунун жок кылуу ыкмаларын изилдөө жана иштеп чыгуу негизинен киргизилген.
Негизинен темир кварц рудасында төмөнкү алты кеңири таралган формада кездешет:
① Чоподо же каолинделген талаа шпатында майда бөлүкчөлөр түрүндө кездешет
②Кварц бөлүкчөлөрүнүн бетине темир кычкылы пленкасы түрүндө бекитилет
③Гематит, магнетит, спекулярит, цинит ж.б. сыяктуу темир минералдары же слюда, амфибол, гранат ж.б. сыяктуу темир камтыган минералдар.
④Ал кварц бөлүкчөлөрүнүн ичинде чөмүлүү же линза абалында болот
⑤ Кварц кристаллынын ичинде катуу эритме абалында болот
⑥ Майдалоо жана майдалоо процессинде белгилүү бир өлчөмдөгү экинчилик темир аралаштырылат
Темир камтыган минералдарды кварцтан натыйжалуу бөлүп алуу үчүн, алгач кварц рудасындагы темир кошулмаларынын пайда болуу абалын аныктап, темир кошулмаларын кетирүү үчүн акылга сыярлык байытуу ыкмасын жана бөлүү процессин тандоо керек.
(1) Магниттик бөлүү процесси
Магниттик бөлүү процесси гематит, лимонит жана биотит сыяктуу алсыз магниттик аралашма минералдарын, анын ичинде бириктирилген бөлүкчөлөрдү эң чоң өлчөмдө жок кыла алат. Магниттик күчүнө жараша магниттик бөлүүнү күчтүү магниттик бөлүү жана алсыз магниттик бөлүү деп бөлүүгө болот. Күчтүү магниттик бөлүү көбүнчө нымдуу күчтүү магниттик бөлгүчтү же жогорку градиенттүү магниттик бөлгүчтү колдонот.
Жалпысынан алганда, негизинен лимонит, гематит, биотит ж.б. сыяктуу алсыз магниттик аралашма минералдарын камтыган кварц кумдарын 8,0 × 105 А/м жогору мааниде нымдуу типтеги күчтүү магниттик машинаны колдонуу менен тандап алууга болот; Темир рудасы басымдуулук кылган күчтүү магниттик минералдар үчүн бөлүү үчүн алсыз магниттик машинаны же орточо магниттик машинаны колдонгон жакшы. [2] Азыркы учурда жогорку градиенттүү жана күчтүү магниттик талаа магниттик сепараторлорун колдонуу менен магниттик бөлүү жана тазалоо мурункуга салыштырмалуу бир топ жакшырды. Мисалы, 2,2 Т магниттик талаанын чыңалуусунун астында темирди алып салуу үчүн электромагниттик индукциялык ролик типтеги күчтүү магниттик сепараторду колдонуу Fe2O3 курамын 0,002% дан 0,0002% га чейин азайта алат.
(2) Флотация процесси
Флотация - бул минералдык бөлүкчөлөрдүн бетиндеги ар кандай физикалык жана химиялык касиеттер аркылуу минералдык бөлүкчөлөрдү бөлүү процесси. Негизги функциясы - кварц кумунан тиешелүү минералдык слюданы жана талаа шпатын алып салуу. Темир камтыган минералдарды жана кварцты флотациялык бөлүү үчүн темир кошулмаларынын пайда болуу формасын жана ар бир бөлүкчөнүн өлчөмүнүн таралуу формасын табуу темирди бөлүп алуу үчүн туура бөлүү процессин тандоонун ачкычы болуп саналат. Көпчүлүк темир камтыган минералдардын нөлдүк электрдик чекити 5тен жогору, ал кислоталуу чөйрөдө оң заряддуу жана теориялык жактан аниондук коллекторлорду колдонууга ылайыктуу.
Май кислотасы (самын), углевод сульфонаты же сульфат темир кычкылы рудасын флотациялоо үчүн аниондук коллектор катары колдонулушу мүмкүн. Пирит - бул кварцтан пиритти туздоо чөйрөсүндө изобутил ксантат жана бутиламин кара порошогу үчүн классикалык флотация агенти менен флотациялоо (4:1). Дозасы болжол менен 200 ppmw.
Ильмениттин флотациясында, адатта, рНны 4~10го чейин жөнгө салуу үчүн флотациялык агент катары натрий олеаты (0,21 моль/л) колдонулат. Ильмениттин бетиндеги олеат иондору менен темир бөлүкчөлөрүнүн ортосунда химиялык реакция жүрүп, темир олеаты пайда болот, ал химиялык жол менен адсорбцияланат. Олеат иондору ильмениттин калкып жүрүүсүн жакшыртат. Акыркы жылдары иштелип чыккан углеводород негизиндеги фосфон кислотасын чогултуучулар ильменит үчүн жакшы селективдүүлүккө жана чогултуу көрсөткүчтөрүнө ээ.
(3) Кислота менен эритүү процесси
Кислота менен эритүү процессинин негизги максаты - кислота эритмесиндеги эрүүчү темир минералдарын алып салуу. Кислота менен эритүүнүн тазалоо эффектине таасир этүүчү факторлорго кварц кумунун бөлүкчөлөрүнүн өлчөмү, температурасы, убактысы, кислотанын түрү, кислотанын концентрациясы, катуу-суюктук катышы ж.б. кирет, ошондой эле температураны жана кислота эритмесин жогорулатат. Кварц бөлүкчөлөрүнүн концентрациясы жана радиусун азайтуу Alдин эритүү ылдамдыгын жана эритүү ылдамдыгын жогорулатышы мүмкүн. Бир кислотанын тазалоо эффектиси чектелүү, ал эми аралаш кислота синергетикалык эффектке ээ, бул Fe жана K сыяктуу аралаш элементтердин жок кылуу ылдамдыгын бир топ жогорулатат. Органикалык эмес кислоталардын кеңири таралган түрлөрү HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4, H2C2O4 болуп саналат, адатта алардын экөөсү же андан көбү аралаштырылып, белгилүү бир пропорцияда колдонулат.
Оксал кислотасы - кислотаны эритүү үчүн кеңири колдонулган органикалык кислота. Ал эриген металл иондору менен салыштырмалуу туруктуу комплекс түзө алат жана кошулмалар оңой жуулуп кетет. Анын аз дозасы жана темирди жогорку деңгээлде бөлүп алуу ылдамдыгы сыяктуу артыкчылыктары бар. Айрым адамдар оксал кислотасын тазалоого жардам берүү үчүн ультраүндү колдонушат жана кадимки аралаштыруу жана резервуардык ультраүнгө салыштырмалуу зонддук ультраүн Fe бөлүп алуу ылдамдыгы эң жогорку экенин, оксал кислотасынын көлөмү 4 г/лден аз экенин жана темирди бөлүп алуу ылдамдыгы 75,4% га жетерин аныкташкан.
Суюлтулган кислотанын жана фтор суутек кислотасынын болушу Fe, Al, Mg сыяктуу металл аралашмаларын натыйжалуу кетире алат, бирок фтор суутек кислотасынын көлөмүн көзөмөлдөө керек, анткени фтор суутек кислотасы кварц бөлүкчөлөрүн дат басышы мүмкүн. Ар кандай кислоталарды колдонуу тазалоо процессинин сапатына да таасир этет. Алардын арасында HCl жана HF аралаш кислотасы эң жакшы иштетүү эффектине ээ. Айрым адамдар магниттик бөлүүдөн кийин кварц кунун тазалоо үчүн HCl жана HF аралаш лейкопластырь агентин колдонушат. Химиялык лейкопластырь аркылуу аралаш элементтердин жалпы саны 40,71 мкг/г түзөт, ал эми SiO2 тазалыгы 99,993% га чейин жетет.
(4) Микробдук жутуп алуу
Микроорганизмдер жука пленкалуу темирди же кварц кумунун бөлүкчөлөрүнүн бетине темирди сиңирүү үчүн колдонулат, бул темирди кетирүүнүн жакында эле иштелип чыккан ыкмасы. Чет элдик изилдөөлөр көрсөткөндөй, Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus жана башка микроорганизмдерди колдонуу менен кварц пленкасынын бетине темирди сиңирүү жакшы натыйжаларга жетишилген, алардын ичинен Aspergillus niger темирди сиңирүү эффектиси оптималдуу. Fe2O3тү кетирүү ылдамдыгы көбүнчө 75% дан жогору, ал эми Fe2O3 концентратынын курамы 0,007% га чейин төмөн. Ошондой эле, көпчүлүк бактерияларды жана көктөрдү алдын ала өстүрүү менен темирди сиңирүүнүн эффектиси жакшыраак болору аныкталды.
2.2 Фотоэлектрдик айнек үчүн кварц кумунун башка изилдөө иштеринин жетишкендиктери
Кислотанын көлөмүн азайтуу, агынды сууларды тазалоонун кыйынчылыгын азайтуу жана экологиялык жактан таза болуу үчүн, Пэн Шоу [5] ж.б. 10 ppm аз темирлүү кварц кумду туздалбаган процесс менен даярдоо ыкмасын ачып беришкен: чийки зат катары табигый тамырлуу кварц колдонулат жана үч баскычтуу майдалоо жүргүзүлөт. Биринчи баскычтагы майдалоо жана экинчи баскычтагы классификациялоо 0,1 ~ 0,7 мм кум алууга мүмкүндүк берет; кум биринчи баскычтагы магниттик бөлүү жана экинчи баскычтагы механикалык темирди жана темир камтыган минералдарды күчтүү магниттик алып салуу менен бөлүнүп, магниттик бөлүү кумду алат; кумду магниттик бөлүү экинчи баскычтагы флотация аркылуу алынат. Fe2O3 курамы 10 ppm аз темирлүү кварц кумунан төмөн, флотация жөнгө салуучу катары H2SO4 колдонот, рН = 2 ~ 3 түзөт, коллектор катары натрий олеатын жана кокос майына негизделген пропилен диаминди колдонот. Даярдалган кварц куму SiO2 ≥99,9%, Fe2O3 ≤10 ppm, оптикалык айнек, фотоэлектрдик дисплей айнеги жана кварц айнеги үчүн талап кылынган кремнийлүү чийки заттын талаптарына жооп берет.
Башка жагынан алганда, жогорку сапаттагы кварц ресурстарынын азайышы менен, арзан баадагы ресурстарды комплекстүү пайдалануу кеңири көңүлдү бурду. China Building Materials Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd компаниясынын Се Энжуну фотоэлектрдик айнек үчүн аз темирлүү кварц кум даярдоо үчүн каолин калдыктарын колдонгон. Фуцзянь каолин калдыктарынын негизги минералдык курамы кварц болуп саналат, анын курамында каолинит, слюда жана талаа шпаты сыяктуу аз өлчөмдөгү аралашма минералдар бар. Каолин калдыктары "майдалоо-гидравликалык классификация-магниттик бөлүү-флотация" байытуу процесси менен иштетилгенден кийин, 0,6 ~ 0,125 мм бөлүкчөлөрдүн өлчөмү 95% дан жогору, SiO2 99,62%, Al2O3 0,065%, Fe2O3 92×10-6 майда кварц кумунун курамы фотоэлектрдик айнек үчүн аз темирлүү кварц кумунун сапат талаптарына жооп берет.
Кытай Геологиялык илимдер академиясынын Чжэнчжоу минералдык ресурстарды комплекстүү пайдалануу институтунан Шао Вэйхуа жана башкалар каолин калдыктарынан жогорку тазалыктагы кварц кумду даярдоо ыкмасына патент жарыялашты. Методдун кадамдары: а. Каолин калдыктары чийки руда катары колдонулат, ал аралаштырылгандан жана +0,6 мм материал алуу үчүн сүртүлгөндөн кийин электен өткөрүлөт; б. +0,6 мм материал майдаланып, классификацияланат, ал эми 0,4 мм 0,1 мм минералдык материал магниттик бөлүү операциясына дуушар болот. Магниттик жана магниттик эмес материалдарды алуу үчүн магниттик эмес материалдар гравитациялык бөлүү операциясына кирип, жеңил минералдарды жана оор минералдарды гравитациялык бөлүү операциясына кирет, ал эми жеңил минералдар +0,1 мм минералдарды алуу үчүн кайрадан майдалоо операциясына кирет; в.+0,1 мм. Минерал флотациялык концентратты алуу үчүн флотация операциясына кирет. Флотациялык концентраттын үстүнкү суусу алынып салынат, андан кийин ультраүндүү жол менен маринаддалат, андан кийин +0,1 мм орой материалды жогорку тазалыктагы кварц кумду алуу үчүн электен өткөрүлөт. Ойлоп табуунун ыкмасы жогорку сапаттагы кварц концентратынын продукцияларын гана алууга мүмкүндүк бербестен, ошондой эле кыска иштетүү убактысына, жөнөкөй процесстик агымга, аз энергия сарптоого жана алынган кварц концентратынын жогорку сапатына ээ, бул жогорку тазалыктагы кварцтын сапат талаптарына жооп бере алат.
Каолин калдыктарында көп көлөмдөгү кварц ресурстары бар. Байытуу, тазалоо жана терең кайра иштетүү аркылуу ал фотоэлектрдик ультра ак айнек чийки затын колдонуу талаптарына жооп бере алат. Бул ошондой эле каолин калдыктарынын ресурстарын комплекстүү пайдалануу үчүн жаңы идеяны берет.
3. Фотоэлектрдик айнек үчүн темири аз кварц кумунун рыногуна сереп
Бир жагынан, 2020-жылдын экинчи жарымында, кеңейүү менен чектелген өндүрүш кубаттуулугу жогорку гүлдөп-өнүгүү шартында жарылуучу суроо-талапты канааттандыра албайт. Фотоэлектрдик айнекке суроо-талап жана сунуш тең салмактуу эмес, ал эми баасы кескин жогорулап баратат. Көптөгөн фотоэлектрдик модулдук компаниялардын биргелешкен чакырыгынын алкагында, 2020-жылдын декабрь айында Өнөр жай жана маалымат технологиялары министрлиги фотоэлектрдик тоголок айнек долбоору кубаттуулукту алмаштыруу планын түзбөшү мүмкүн экенин тактаган документ чыгарды. Жаңы саясаттын таасиринен улам, фотоэлектрдик айнек өндүрүшүнүн өсүү темпи 2021-жылдан баштап кеңейтилет. Коомдук маалыматка ылайык, 21/22-жылы өндүрүш боюнча так план менен тоголок айнектин кубаттуулугу 22250/26590т/күнгө жетет, жылдык өсүү темпи 68,4/48,6% түзөт. Саясат жана суроо-талап боюнча кепилдиктер болгон учурда, фотоэлектрдик кум жарылуучу өсүштү алып келет деп күтүлүүдө.
2015-2022-жылдардагы фотоэлектрдик айнек өнөр жайынын өндүрүштүк кубаттуулугу
Башка жагынан алганда, фотоэлектрдик айнек өндүрүш кубаттуулугунун бир кыйла өсүшү темири аз кремний кумунун сунушунун сунуштан ашып кетишине алып келиши мүмкүн, бул өз кезегинде фотоэлектрдик айнек өндүрүш кубаттуулугунун иш жүзүндөгү өндүрүшүн чектейт. Статистикага ылайык, 2014-жылдан бери менин өлкөмдө кварц кумунун ички өндүрүшү жалпысынан ички суроо-талаптан бир аз төмөн болуп, сунуш менен суроо-талаптын ортосундагы тең салмактуулук бекем сакталып калган.
Ошол эле учурда, менин өлкөмдө темири аз кварц рудасынын ички ресурстары аз, алар Гуандун провинциясынын Хэюань, Гуанси провинциясынын Бэйхай, Аньхой провинциясынын Фэньян жана Цзянсу провинциясынын Дунхай шаарларында топтолгон жана алардын көп бөлүгүн импорттоо керек.
Акыркы жылдары темири аз ультра ак кварц куму маанилүү чийки заттардын бири болуп саналат (чийки заттын баасынын болжол менен 25% түзөт). Баасы да өсүп жатат. Мурда ал көптөн бери тоннасына 200 юандын тегерегинде болгон. 20 жылдан кийин 1-чейректе эпидемия чыккандан кийин, ал жогорку деңгээлден төмөндөп, учурда туруктуу иштеп жатат.
2020-жылы менин өлкөмдүн кварц кумуна болгон жалпы суроо-талабы 90,93 миллион тоннаны, өндүрүш 87,65 миллион тоннаны, ал эми таза импорт 3,278 миллион тоннаны түзөт. Коомдук маалыматка ылайык, 100 кг эриген айнектеги кварц ташынын көлөмү болжол менен 72,2 кг түзөт. Учурдагы кеңейтүү планына ылайык, 2021/2022-жылдары фотоэлектрдик айнектин кубаттуулугунун өсүшү 3,23/24500 т/к жетиши мүмкүн, жылдык өндүрүш боюнча 360 күндүк мезгил ичинде эсептелген жалпы өндүрүш жылына 836/635 миллион тонна аз темирлүү кремний кумуна болгон суроо-талаптын жаңы жогорулашына туура келет, башкача айтканда, 2021/2022-жылдары фотоэлектрдик айнек тарабынан алып келинген аз темирлүү кремний кумуна болгон жаңы суроо-талап 2020-жылы жалпы кварц кумуна суроо-талаптын 9,2%/7,0% түзөт. Темири аз кремний кумунун жалпы кремний кумуна болгон суроо-талаптын бир бөлүгүн гана түзөрүн эске алганда, фотоэлектрдик айнек өндүрүү кубаттуулугуна ири масштабдуу инвестиция салуудан улам темири аз кремний кумуна болгон суроо-талаптын басымы жалпы кварц кум өнөр жайына болгон басымдан алда канча жогору болушу мүмкүн.
—Powder Network сайтынан алынган макала
Жарыяланган убактысы: 2021-жылдын 11-декабры