Yn ystod cyfnod y "14eg Gynllun Pum Mlynedd", yn ôl cynllun strategol "brig carbon a charbon niwtral" y wlad, bydd y diwydiant ffotofoltäig yn arwain at ddatblygiad ffrwydrol. Mae ymddangosiad y diwydiant ffotofoltäig wedi "creu cyfoeth" i'r gadwyn ddiwydiannol gyfan. Yn y gadwyn ddisglair hon, mae gwydr ffotofoltäig yn gyswllt anhepgor. Heddiw, gan eiriol dros gadwraeth ynni a diogelu'r amgylchedd, mae'r galw am wydr ffotofoltäig yn cynyddu o ddydd i ddydd, ac mae anghydbwysedd rhwng cyflenwad a galw. Ar yr un pryd, mae tywod cwarts haearn isel ac uwch-wyn, deunydd pwysig ar gyfer gwydr ffotofoltäig, hefyd wedi codi, ac mae'r pris wedi cynyddu ac mae'r cyflenwad yn brin. Mae arbenigwyr yn y diwydiant yn rhagweld y bydd tywod cwarts haearn isel yn cynyddu'n hirdymor o fwy na 15% am fwy na 10 mlynedd. O dan wynt cryf ffotofoltäig, mae cynhyrchu tywod cwarts haearn isel wedi denu llawer o sylw.
1. Tywod cwarts ar gyfer gwydr ffotofoltäig
Defnyddir gwydr ffotofoltäig yn gyffredinol fel panel amgáu modiwlau ffotofoltäig, ac mae mewn cysylltiad uniongyrchol â'r amgylchedd allanol. Mae ei wrthwynebiad tywydd, ei gryfder, ei drosglwyddiad golau a dangosyddion eraill yn chwarae rhan ganolog ym mywyd modiwlau ffotofoltäig ac effeithlonrwydd cynhyrchu pŵer hirdymor. Mae'r ïonau haearn yn y tywod cwarts yn hawdd eu lliwio, ac er mwyn sicrhau trosglwyddiad solar uchel y gwydr gwreiddiol, mae cynnwys haearn gwydr ffotofoltäig yn is na chynnwys haearn gwydr cyffredin, a rhaid defnyddio tywod cwarts haearn isel gyda phurdeb silicon uchel a chynnwys amhuredd isel.
Ar hyn o bryd, ychydig o dywod cwarts haearn isel o ansawdd uchel sy'n hawdd eu cloddio yn ein gwlad, ac maent wedi'u dosbarthu'n bennaf yn Heyuan, Guangxi, Fengyang, Anhui, Hainan a mannau eraill. Yn y dyfodol, gyda thwf capasiti cynhyrchu gwydr boglynnog gwyn iawn ar gyfer celloedd solar, bydd tywod cwarts o ansawdd uchel gydag ardal gynhyrchu gyfyngedig yn dod yn adnodd cymharol brin. Bydd cyflenwad tywod cwarts sefydlog o ansawdd uchel yn cyfyngu ar gystadleurwydd cwmnïau gwydr ffotofoltäig yn y dyfodol. Felly, sut i leihau cynnwys haearn, alwminiwm, titaniwm ac elfennau amhuredd eraill mewn tywod cwarts yn effeithiol a pharatoi tywod cwarts purdeb uchel yw pwnc ymchwil poblogaidd.
2. Cynhyrchu tywod cwarts haearn isel ar gyfer gwydr ffotofoltäig
2.1 Puro Tywod Cwarts ar gyfer Gwydr Ffotofoltäig
Ar hyn o bryd, mae'r prosesau puro cwarts traddodiadol sy'n cael eu defnyddio'n aeddfed yn y diwydiant yn cynnwys didoli, sgwrio, diffodd dŵr calchynnu, malu, rhidyllu, gwahanu magnetig, gwahanu disgyrchiant, arnofio, trwytholchi asid, trwytholchi microbaidd, dadnwyo tymheredd uchel, ac ati, mae prosesau puro dwfn yn cynnwys rhostio clorinedig, didoli lliw wedi'i arbelydru, didoli magnetig uwchddargludol, gwactod tymheredd uchel ac yn y blaen. Mae'r broses fuddioli gyffredinol o buro tywod cwarts domestig hefyd wedi'i datblygu o'r "malu, gwahanu magnetig, golchi" cynnar i "gwahanu → malu bras → calchynnu → diffodd dŵr → malu → sgrinio → gwahanu magnetig → arnofio → asid". Mae'r broses fuddioli gyfunol o drochi → golchi → sychu, ynghyd â microdon, uwchsonig a dulliau eraill ar gyfer rhag-driniaeth neu buro ategol, yn gwella'r effaith buro yn fawr. O ystyried gofynion haearn isel gwydr ffotofoltäig, cyflwynir ymchwil a datblygu dulliau tynnu tywod cwarts yn bennaf.
Yn gyffredinol mae haearn yn bodoli yn y chwe ffurf gyffredin ganlynol mewn mwyn cwarts:
① Yn bodoli ar ffurf gronynnau mân mewn clai neu feldspar wedi'i gaolineiddio
②Wedi'i gysylltu ag wyneb gronynnau cwarts ar ffurf ffilm ocsid haearn
③ Mwynau haearn fel hematit, magnetit, specularit, qinit, ac ati neu fwynau sy'n cynnwys haearn fel mica, amffibol, garnet, ac ati.
④Mae mewn cyflwr trochi neu lens y tu mewn i'r gronynnau cwarts
⑤ Yn bodoli mewn cyflwr toddiant solet y tu mewn i'r grisial cwarts
⑥ Bydd rhywfaint o haearn eilaidd yn cael ei gymysgu yn y broses falu a malu
Er mwyn gwahanu mwynau sy'n cynnwys haearn oddi wrth gwarts yn effeithiol, mae angen canfod cyflwr digwydd amhureddau haearn yn y mwyn cwarts yn gyntaf a dewis dull buddioli a phroses gwahanu rhesymol i sicrhau bod amhureddau haearn yn cael eu tynnu.
(1) Proses gwahanu magnetig
Gall y broses gwahanu magnetig gael gwared ar y mwynau amhuredd magnetig gwan fel hematit, limonit a biotit gan gynnwys gronynnau cyfun i'r graddau mwyaf. Yn ôl y cryfder magnetig, gellir rhannu'r gwahanu magnetig yn wahanu magnetig cryf a gwahanu magnetig gwan. Mae'r gwahanu magnetig cryf fel arfer yn mabwysiadu gwahanydd magnetig cryf gwlyb neu wahanydd magnetig graddiant uchel.
Yn gyffredinol, gellir dewis y tywod cwarts sy'n cynnwys mwynau amhuredd magnetig gwan yn bennaf fel limonit, hematit, biotit, ac ati, gan ddefnyddio peiriant magnetig cryf math gwlyb ar werth uwchlaw 8.0 × 105A / m; Ar gyfer mwynau magnetig cryf sy'n cael eu dominyddu gan fwyn haearn, mae'n well defnyddio peiriant magnetig gwan neu beiriant magnetig canolig ar gyfer gwahanu. [2] Y dyddiau hyn, gyda chymhwyso gwahanwyr magnetig graddiant uchel a maes magnetig cryf, mae gwahanu a phuro magnetig wedi gwella'n sylweddol o'i gymharu â'r gorffennol. Er enghraifft, gall defnyddio gwahanydd magnetig cryf math rholer anwythiad electromagnetig i gael gwared ar haearn o dan gryfder maes magnetig 2.2T leihau cynnwys Fe2O3 o 0.002% i 0.0002%.
(2) Proses arnofio
Mae arnofio yn broses o wahanu gronynnau mwynau trwy wahanol briodweddau ffisegol a chemegol ar wyneb gronynnau mwynau. Y prif swyddogaeth yw tynnu'r mica a'r ffelsbar mwynau cysylltiedig o'r tywod cwarts. Ar gyfer gwahanu mwynau sy'n cynnwys haearn a chwarts trwy arnofio, mae darganfod ffurf digwydd amhureddau haearn a ffurf dosbarthiad pob maint gronyn yn allweddol i ddewis proses wahanu briodol ar gyfer tynnu haearn. Mae gan y rhan fwyaf o fwynau sy'n cynnwys haearn bwynt trydan sero uwchlaw 5, sydd â gwefr bositif mewn amgylchedd asidig, ac yn addas yn ddamcaniaethol ar gyfer defnyddio casglwyr anionig.
Gellir defnyddio asid brasterog (sebon), hydrocarbyl sylffonad neu sylffad fel casglwr anionig ar gyfer arnofio mwyn haearn ocsid. Gellir arnofio pyrit o gwarts mewn amgylchedd piclo gyda'r asiant arnofio clasurol ar gyfer isobutyl xanthate ynghyd â phowdr du butylamin (4:1). Mae'r dos tua 200ppmw.
Yn gyffredinol, mae arnofio ilmenit yn defnyddio sodiwm oleate (0.21mol/L) fel asiant arnofio i addasu'r pH i 4~10. Mae adwaith cemegol yn digwydd rhwng ïonau oleate a gronynnau haearn ar wyneb yr ilmenit i gynhyrchu oleate haearn, sy'n cael ei amsugno'n gemegol. Mae ïonau oleate yn cadw ilmenit gyda gwell arnofioldeb. Mae gan y casglwyr asid ffosffonig sy'n seiliedig ar hydrocarbon a ddatblygwyd yn ystod y blynyddoedd diwethaf ddetholiad a pherfformiad casglu da ar gyfer ilmenit.
(3) Proses trwytholchi asid
Prif bwrpas y broses trwytholchi asid yw cael gwared â mwynau haearn hydawdd yn y toddiant asid. Mae'r ffactorau sy'n effeithio ar effaith puro'r trwytholchi asid yn cynnwys maint gronynnau tywod cwarts, tymheredd, amser, math asid, crynodiad asid, cymhareb solid-hylif, ac ati, a chynyddu'r tymheredd a'r toddiant asid. Gall crynodiad a lleihau radiws y gronynnau cwarts gynyddu cyfradd trwytholchi a chyfradd trwytholchi Al. Mae effaith puro un asid yn gyfyngedig, ac mae gan yr asid cymysg effaith synergaidd, a all gynyddu cyfradd tynnu elfennau amhuredd fel Fe a K yn fawr. Asidau anorganig cyffredin yw HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4, H2C2O4, yn gyffredinol mae dau neu fwy ohonynt yn cael eu cymysgu a'u defnyddio mewn cyfran benodol.
Mae asid ocsalig yn asid organig a ddefnyddir yn gyffredin ar gyfer trwytholchi asid. Gall ffurfio cymhleth cymharol sefydlog gyda'r ïonau metel toddedig, ac mae'r amhureddau'n cael eu golchi allan yn hawdd. Mae ganddo fanteision dos isel a chyfradd tynnu haearn uchel. Mae rhai pobl yn defnyddio uwchsain i gynorthwyo puro asid ocsalig, a chanfuwyd, o'i gymharu ag uwchsain troi a thancio confensiynol, bod gan uwchsain chwiliedydd y gyfradd tynnu Fe uchaf, mae faint o asid ocsalig yn llai na 4g/L, ac mae'r gyfradd tynnu haearn yn cyrraedd 75.4%.
Gall presenoldeb asid gwanedig ac asid hydrofflworig gael gwared ar amhureddau metel fel Fe, Al, Mg yn effeithiol, ond rhaid rheoli faint o asid hydrofflworig oherwydd gall asid hydrofflworig gyrydu'r gronynnau cwarts. Mae defnyddio gwahanol fathau o asidau hefyd yn effeithio ar ansawdd y broses buro. Yn eu plith, yr asid cymysg o HCl a HF sydd â'r effaith brosesu orau. Mae rhai pobl yn defnyddio asiant trwytholchi cymysg HCl a HF i buro'r tywod cwarts ar ôl gwahanu magnetig. Trwy drwytholchi cemegol, cyfanswm yr elfennau amhuredd yw 40.71μg/g, ac mae purdeb SiO2 mor uchel â 99.993wt%.
(4) Trwytholchi microbaidd
Mae micro-organebau wedi arfer â thrwytho haearn ffilm denau neu drwytho haearn ar wyneb gronynnau tywod cwarts, sef techneg a ddatblygwyd yn ddiweddar ar gyfer tynnu haearn. Mae astudiaethau tramor wedi dangos bod defnyddio Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus a micro-organebau eraill i drwytho haearn ar wyneb y ffilm cwarts wedi cyflawni canlyniadau da, ac mae effaith drwytho haearn Aspergillus niger yn optimaidd. Mae cyfradd tynnu Fe2O3 yn bennaf uwchlaw 75%, ac mae gradd crynodiad Fe2O3 mor isel â 0.007%. A chanfuwyd y byddai effaith drwytho haearn gyda chyn-drin y rhan fwyaf o facteria a llwydni yn well.
2.2 Cynnydd ymchwil arall ar dywod cwarts ar gyfer gwydr ffotofoltäig
Er mwyn lleihau faint o asid, lleihau anhawster trin carthion, a bod yn gyfeillgar i'r amgylchedd, datgelodd Peng Shou [5] et al. ddull ar gyfer paratoi tywod cwarts haearn isel 10ppm trwy broses heb biclo: defnyddir cwarts gwythiennau naturiol fel deunydd crai, a malu tair cam, Gall y malu cam cyntaf a'r dosbarthiad ail gam gael graean 0.1 ~ 0.7mm; mae'r graean yn cael ei wahanu gan y cam cyntaf o wahanu magnetig a'r ail gam o dynnu haearn mecanyddol a mwynau sy'n dwyn haearn yn magnetig cryf i gael tywod gwahanu magnetig; ceir gwahanu magnetig y tywod trwy arnofio cam ail Mae cynnwys Fe2O3 yn is na thywod cwarts haearn isel 10ppm, mae arnofio yn defnyddio H2SO4 fel rheolydd, yn addasu pH = 2 ~ 3, yn defnyddio sodiwm oleate a propylen diamin yn seiliedig ar olew cnau coco fel casglwyr. Mae'r tywod cwarts wedi'i baratoi SiO2≥99.9%, Fe2O3≤10ppm, yn bodloni gofynion deunyddiau crai silicaidd sy'n ofynnol ar gyfer gwydr optegol, gwydr arddangos ffotodrydanol, a gwydr cwarts.
Ar y llaw arall, gyda diffyg adnoddau cwarts o ansawdd uchel, mae'r defnydd cynhwysfawr o adnoddau pen isel wedi denu sylw eang. Defnyddiodd Xie Enjun o China Building Materials Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd. gynffonau caolin i baratoi tywod cwarts haearn isel ar gyfer gwydr ffotofoltäig. Prif gyfansoddiad mwynau cynffonau caolin Fujian yw cwarts, sy'n cynnwys ychydig bach o fwynau amhuredd fel caolinit, mica, a ffelsbar. Ar ôl i'r cynffonau caolin gael eu prosesu gan y broses fuddioli o "malu-dosbarthu hydrolig-gwahanu magnetig-arnoftio", mae cynnwys maint gronynnau 0.6 ~ 0.125mm yn fwy na 95%, SiO2 yw 99.62%, Al2O3 yw 0.065%, Fe2O3 yw tywod cwarts mân 92 × 10-6 sy'n bodloni gofynion ansawdd tywod cwarts haearn isel ar gyfer gwydr ffotofoltäig.
Cyhoeddodd Shao Weihua ac eraill o Sefydliad Defnydd Cynhwysfawr Adnoddau Mwynau Zhengzhou, Academi Gwyddorau Daearegol Tsieina, batent dyfais: dull ar gyfer paratoi tywod cwarts purdeb uchel o gynffonau kaolin. Camau'r dull: a. Defnyddir cynffonau kaolin fel mwyn crai, sy'n cael ei hidlo ar ôl ei droi a'i sgwrio i gael deunydd +0.6mm; b. Caiff deunydd +0.6mm ei falu a'i ddosbarthu, ac mae deunydd mwynau 0.4mm-0.1mm yn destun gweithrediad gwahanu magnetig, I gael deunyddiau magnetig ac anfagnetig, mae'r deunyddiau anfagnetig yn mynd i mewn i'r llawdriniaeth gwahanu disgyrchiant i gael y mwynau ysgafn gwahanu disgyrchiant a'r mwynau trwm gwahanu disgyrchiant, ac mae'r mwynau ysgafn gwahanu disgyrchiant yn mynd i mewn i'r llawdriniaeth ail-falu i sgrinio i gael mwynau +0.1mm; c.+0.1mm Mae'r mwynau'n mynd i mewn i'r llawdriniaeth arnofio i gael y crynodiad arnofio. Caiff dŵr uchaf y crynodiad arnofio ei dynnu ac yna ei biclo'n uwchsonig, ac yna ei hidlo i gael y deunydd bras +0.1mm fel tywod cwarts purdeb uchel. Gall dull y ddyfais nid yn unig gael cynhyrchion crynodiad cwarts o ansawdd uchel, ond mae ganddo hefyd amser prosesu byr, llif proses syml, defnydd ynni isel, ac ansawdd uchel y crynodiad cwarts a geir, a all fodloni gofynion ansawdd cwarts purdeb uchel.
Mae cynffonau caolin yn cynnwys llawer iawn o adnoddau cwarts. Trwy eu gwella, eu puro a'u prosesu'n ddwfn, gallant fodloni'r gofynion ar gyfer defnyddio deunyddiau crai gwydr gwyn iawn ffotofoltäig. Mae hyn hefyd yn darparu syniad newydd ar gyfer defnydd cynhwysfawr o adnoddau cynffonau caolin.
3. Trosolwg o'r farchnad o dywod cwarts haearn isel ar gyfer gwydr ffotofoltäig
Ar y naill law, yn ail hanner 2020, ni all y capasiti cynhyrchu sydd wedi'i gyfyngu gan ehangu ymdopi â'r galw ffrwydrol o dan ffyniant uchel. Mae cyflenwad a galw gwydr ffotofoltäig yn anghytbwys, ac mae'r pris yn codi'n sydyn. O dan alwad ar y cyd gan lawer o gwmnïau modiwlau ffotofoltäig, ym mis Rhagfyr 2020, cyhoeddodd y Weinyddiaeth Diwydiant a Thechnoleg Gwybodaeth ddogfen yn egluro na all y prosiect gwydr rholio ffotofoltäig lunio cynllun amnewid capasiti. O dan effaith y polisi newydd, bydd cyfradd twf cynhyrchu gwydr ffotofoltäig yn cael ei hehangu o 2021. Yn ôl gwybodaeth gyhoeddus, bydd capasiti gwydr ffotofoltäig rholio gyda chynllun clir ar gyfer cynhyrchu yn 21/22 yn cyrraedd 22250/26590t/d, gyda chyfradd twf flynyddol o 68.4/48.6%. Yn achos gwarantau polisi a galw, disgwylir i dywod ffotofoltäig arwain at dwf ffrwydrol.
Capasiti cynhyrchu diwydiant gwydr ffotofoltäig 2015-2022
Ar y llaw arall, gall y cynnydd sylweddol yng nghapasiti cynhyrchu gwydr ffotofoltäig achosi i gyflenwad tywod silica haearn isel fod yn fwy na'r cyflenwad, sydd yn ei dro yn cyfyngu ar gynhyrchiad gwirioneddol capasiti cynhyrchu gwydr ffotofoltäig. Yn ôl ystadegau, ers 2014, mae cynhyrchiad tywod cwarts domestig fy ngwlad wedi bod ychydig yn is na'r galw domestig yn gyffredinol, ac mae cyflenwad a galw wedi cynnal cydbwysedd tynn.
Ar yr un pryd, mae adnoddau gosod cwarts haearn isel domestig fy ngwlad yn brin, wedi'u crynhoi yn Heyuan yn Guangdong, Beihai yn Guangxi, Fengyang yn Anhui a Donghai yn Jiangsu, ac mae angen mewnforio llawer iawn ohonynt.
Mae tywod cwarts gwyn iawn haearn isel yn un o'r deunyddiau crai pwysig (sy'n cyfrif am tua 25% o gost y deunydd crai) yn ystod y blynyddoedd diwethaf. Mae'r pris hefyd wedi bod yn codi. Yn y gorffennol, mae wedi bod tua 200 yuan/tunnell ers amser maith. Ar ôl dechrau epidemig Ch1 mewn 20 mlynedd, mae wedi gostwng o lefel uchel, ac ar hyn o bryd mae'n cynnal gweithrediad sefydlog am y tro.
Yn 2020, bydd galw cyffredinol fy ngwlad am dywod cwarts yn 90.93 miliwn tunnell, bydd yr allbwn yn 87.65 miliwn tunnell, a bydd y mewnforio net yn 3.278 miliwn tunnell. Yn ôl gwybodaeth gyhoeddus, mae faint o garreg cwarts mewn 100kg o wydr tawdd tua 72.2kg. Yn ôl y cynllun ehangu cyfredol, gall y cynnydd mewn capasiti gwydr ffotofoltäig yn 2021/2022 gyrraedd 3.23/24500t/d, yn ôl y cynhyrchiad blynyddol. Wedi'i gyfrifo dros gyfnod o 360 diwrnod, bydd y cyfanswm cynhyrchiad yn cyfateb i'r galw newydd cynyddol am dywod silica haearn isel o 836/635 miliwn tunnell/blwyddyn, hynny yw, bydd y galw newydd am dywod silica haearn isel a ddaw gan wydr ffotofoltäig yn 2021/2022 yn cyfrif am y tywod cwarts cyffredinol yn 2020 9.2%/7.0% o'r galw. O ystyried mai dim ond rhan o gyfanswm y galw am dywod silica y mae tywod silica haearn isel yn ei gyfrif, gall y pwysau cyflenwad a galw ar dywod silica haearn isel a achosir gan y buddsoddiad ar raddfa fawr mewn capasiti cynhyrchu gwydr ffotofoltäig fod yn llawer uwch na'r pwysau ar y diwydiant tywod cwarts cyffredinol.
—Erthygl o Powdwr Rhwydwaith
Amser postio: 11 Rhagfyr 2021