"14. Bost Urteko Plana" aldian, herrialdeko "karbono-gailurra eta karbono-neutralitate" plan estrategikoaren arabera, industria fotovoltaikoak garapen lehergarria ekarriko du. Industria fotovoltaikoaren eztandak "aberastasuna sortu" du industria-kate osoarentzat. Kate liluragarri honetan, beira fotovoltaikoa ezinbesteko lotura da. Gaur egun, energiaren kontserbazioa eta ingurumenaren babesa defendatuz, beira fotovoltaikoaren eskaria egunero handitzen ari da, eta desoreka dago eskaintzaren eta eskariaren artean. Aldi berean, burdin gutxiko eta kuartzo ultra-zuriko harea, beira fotovoltaikorako material garrantzitsua, ere igo egin da, eta prezioa igo egin da eta eskaintza urria da. Industriako adituek aurreikusten dute burdin gutxiko kuartzo harea % 15 baino gehiagoko igoera izango duela epe luzera 10 urte baino gehiagoz. Fotovoltaikoaren haize bortitzaren pean, burdin gutxiko kuartzo harea ekoizpenak arreta handia erakarri du.
1. Kuartzozko harea beira fotovoltaikorako
Beira fotovoltaikoa normalean modulu fotovoltaikoen kapsulatze-panel gisa erabiltzen da, eta kanpoko ingurunearekin kontaktu zuzenean dago. Bere eguraldiarekiko erresistentziak, erresistentziak, argiaren transmitantziak eta beste adierazle batzuek funtsezko zeregina dute modulu fotovoltaikoen bizitzan eta epe luzerako energia sortzeko eraginkortasunean. Kuartzozko hareazko burdin ioiak erraz tindatzen dira, eta jatorrizko beiraren eguzki-transmitantzia handia bermatzeko, beira fotovoltaikoaren burdin edukia beira arruntarena baino txikiagoa da, eta silizio purutasun handiko eta ezpurutasun eduki txikiko burdin gutxiko kuartzozko harea erabili behar da.
Gaur egun, gure herrialdean erraz erauzten diren kuartzozko harea gutxi daude, eta batez ere Heyuan, Guangxi, Fengyang, Anhui, Hainan eta beste leku batzuetan banatzen dira. Etorkizunean, eguzki-zeluletarako beira ultra-zuria erliebeztatuaren ekoizpen-ahalmena handitzen den heinean, ekoizpen-eremu mugatua duen kalitate handiko kuartzozko harea baliabide nahiko urria bihurtuko da. Kalitate handiko eta egonkorreko kuartzozko harea hornidurak beira fotovoltaikoko enpresen lehiakortasuna mugatuko du etorkizunean. Beraz, nola murriztu eraginkortasunez kuartzozko hareako burdina, aluminioa, titanioa eta beste ezpurutasun-elementu batzuen edukia eta nola prestatu purutasun handiko kuartzozko harea ikerketa-gai beroa da.
2. Burdina gutxiko kuartzo-harea ekoiztea beira fotovoltaikorako
2.1 Kuartzozko harea araztea beira fotovoltaikorako
Gaur egun, industrian heldutasunez aplikatzen diren kuartzoaren arazketa-prozesu tradizionalak honako hauek dira: sailkatzea, garbiketa, kalsinazio-ur-hoztea, ehotzea, bahetzea, bereizketa magnetikoa, grabitate-bereizketa, flotazioa, azido-lixibiazioa, lixibiazio mikrobianoa, tenperatura altuko desgasifikazioa, etab., arazketa sakoneko prozesuen artean daude klorodun erreketa, irradiazio bidezko kolore-sailkapena, supereroaleen sailkapen magnetikoa, tenperatura altuko hutsean eta abar. Etxeko kuartzo-harea arazteko onura-prozesu orokorra ere garatu da hasierako "ehotzea, bereizketa magnetikoa, garbiketa"-tik "bereizketa → birrintze lodia → kalsinazioa → ur-hoztea → ehotzea → bahetzea → bereizketa magnetikoa → flotazioa → azidoa". Murgiltze → garbiketa → lehortze prozesu konbinatuak, mikrouhinekin, ultrasoinuekin eta aurretratamendurako edo arazketa laguntzaileetarako beste bitarteko batzuekin konbinatuta, arazketa-efektua asko hobetzen du. Beira fotovoltaikoaren burdina gutxiko beharrak kontuan hartuta, kuartzo-harea kentzeko metodoen ikerketa eta garapena nagusiki aurkezten dira.
Oro har, burdina kuartzo-mean ohiko sei formatan aurkitzen da:
① Buztinean edo kaolinizatutako feldespatoan partikula fin moduan daude
②Kuartzo partikulen gainazalean itsatsita burdin oxidozko film moduan
③Burdinazko mineralak, hala nola hematita, magnetita, espekularita, qinita, etab., edo burdina duten mineralak, hala nola mika, anfibola, granatea, etab.
④ Murgiltze edo lente egoeran dago kuartzo partikulen barruan
⑤ Kuartzo kristalaren barruan disoluzio solido egoeran daude
⑥ Bigarren mailako burdin kopuru jakin bat nahastuko da birrintzeko eta ehotzeko prozesuan
Burdina duten mineralak kuartzotik eraginkortasunez bereizteko, lehenik eta behin kuartzo mean burdinaren ezpurutasunen agerpen-egoera zehaztu behar da, eta burdinaren ezpurutasunak kentzeko aberasteko metodo eta bereizketa-prozesu arrazoizko bat hautatu.
(1) Bereizketa magnetikoaren prozesua
Banaketa magnetiko prozesuak hematita, limonita eta biotita bezalako ezpurutasun magnetiko ahulak ken ditzake, neurri handi batean partikula elkartuak barne. Indar magnetikoaren arabera, banaketa magnetikoa bereizketa magnetiko sendoan eta bereizketa magnetiko ahulean bana daiteke. Banaketa magnetiko sendoak normalean bereizketa magnetiko sendo hezea edo gradiente handiko bereizketa magnetikoa erabiltzen du.
Oro har, limonita, hematita, biotita eta abar bezalako ezpurutasun magnetiko ahulak dituen kuartzo-harea hauta daiteke 8,0 × 105 A/m-tik gorako balioan dagoen makina magnetiko indartsu heze bat erabiliz; burdin mea nagusi den mineral magnetiko indartsuetarako, hobe da makina magnetiko ahul bat edo makina magnetiko ertain bat erabiltzea bereizketarako. [2] Gaur egun, gradiente handiko eta eremu magnetiko indartsuko bereizgailu magnetikoak aplikatuz, bereizketa magnetikoa eta arazketa nabarmen hobetu dira iraganarekin alderatuta. Adibidez, 2,2 T-ko eremu magnetikoaren indarraren pean burdina kentzeko indukzio elektromagnetikozko arrabol motako bereizgailu magnetiko indartsu bat erabiliz, Fe2O3 edukia % 0,002tik % 0,0002ra murriztu daiteke.
(2) Flotazio prozesua
Flotazioa mineral partikulak mineral partikulen gainazalean propietate fisiko eta kimiko desberdinen bidez bereizteko prozesua da. Funtzio nagusia kuartzo hareatik lotutako mika eta feldespato minerala kentzea da. Burdina duten mineralak eta kuartzoa flotazio bidez bereizteko, burdinaren ezpurutasunen agerpen forma eta partikula tamaina bakoitzaren banaketa forma jakitea da burdina kentzeko bereizketa prozesu egokia aukeratzeko gakoa. Burdina duten mineral gehienek 5etik gorako zero puntu elektrikoa dute, ingurune azido batean positiboki kargatuta dagoena, eta teorikoki kolektore anionikoak erabiltzeko egokia dena.
Gantz-azidoa (xaboia), hidrokarbil sulfonatoa edo sulfatoa erabil daitezke burdin oxidoaren mea flotatzeko kolektore anioniko gisa. Pirita kuartzotik pirita flotatuz lor daiteke dekapaketa-ingurune batean, isobutil xantatoaren eta butilamina hauts beltzaren flotazio-agente klasikoarekin (4:1). Dosia 200 ppmw ingurukoa da.
Ilmenitaren flotazioak, oro har, sodio oleatoa (0,21 mol/L) erabiltzen du flotazio-agente gisa pHa 4~10era doitzeko. Erreakzio kimiko bat gertatzen da ilmenitaren gainazaleko oleato ioien eta burdin partikulen artean burdin oleatoa sortzeko, eta hau kimikoki xurgatzen da. Oleato ioiek ilmenita flotagarritasun hobeagoarekin mantentzen dute. Azken urteotan garatutako hidrokarburoetan oinarritutako azido fosfoniko kolektoreek selektibitate eta bilketa-errendimendu ona dute ilmenitarentzat.
(3) Azido-lixibiazio prozesua
Azido-lixibiazio prozesuaren helburu nagusia azido-disoluzioan dauden burdin mineral disolbagarriak kentzea da. Azido-lixibiazio efektuan eragina duten faktoreen artean daude kuartzo harea partikulen tamaina, tenperatura, denbora, azido mota, azido kontzentrazioa, solido-likido erlazioa, etab., eta tenperatura eta azido disoluzioa handitzea. Kuartzo partikulen kontzentrazioak eta erradioa murrizteak Al-aren lixibiazio-tasa eta lixibiazio-tasa handitu ditzake. Azido bakar baten purifikazio-efektua mugatua da, eta azido nahasiak efektu sinergikoa du, eta horrek Fe eta K bezalako ezpurutasun elementuen kentze-tasa asko handitu dezake. Azido inorganiko ohikoenak HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4, H2C2O4 dira, oro har, bi edo gehiago nahasten dira eta proportzio jakin batean erabiltzen dira.
Azido oxalikoa azido-lixibiaziorako erabili ohi den azido organikoa da. Konplexu nahiko egonkorra osa dezake disolbatutako metal ioiekin, eta ezpurutasunak erraz garbitzen dira. Dosi txikiaren eta burdina kentzeko tasa handiaren abantailak ditu. Batzuek ultrasoinuak erabiltzen dituzte azido oxalikoaren purifikazioa laguntzeko, eta ikusi dute ohiko nahasketa eta depositu ultrasoinuekin alderatuta, zunda ultrasoinuak duela Fe kentzeko tasarik altuena, azido oxalikoaren kantitatea 4g/L baino txikiagoa dela eta burdina kentzeko tasa %75,4ra iristen dela.
Azido diluitu eta azido fluorhidrikoaren presentziak eraginkortasunez ken ditzake Fe, Al, Mg bezalako metalen ezpurutasunak, baina azido fluorhidrikoaren kantitatea kontrolatu behar da, azido fluorhidrikoak kuartzo partikulak korroditu ditzakeelako. Azido mota desberdinen erabilerak ere eragiten du arazketa prozesuaren kalitatean. Horien artean, HCl eta HF azido mistoak du prozesatzeko efekturik onena. Batzuek HCl eta HF lixibiazio-agente mistoa erabiltzen dute kuartzo harea arazteko bereizketa magnetikoaren ondoren. Lixibiazio kimikoaren bidez, ezpurutasun elementuen kopuru osoa 40,71 μg/g da, eta SiO2-ren purutasuna % 99,993 pisukoa da.
(4) Mikrobioen lixibiazioa
Mikroorganismoak erabiltzen dira burdinazko film mehea lixibiatzeko edo kuartzozko hareazko partikulen gainazalean burdina inpregnatzeko, eta hori duela gutxi garatu den teknika da burdina kentzeko. Atzerriko ikerketek erakutsi dute Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus eta beste mikroorganismo batzuk erabiltzeak emaitza onak lortu dituela kuartzozko filmaren gainazalean burdina lixibiatzeko, eta horien artean Aspergillus niger-ek burdina lixibiatzeko duen eragina optimoa dela. Fe2O3-aren kentze-tasa gehienbat %75etik gorakoa da, eta Fe2O3 kontzentratuaren maila %0,007 bezain baxua da. Eta ikusi da burdina lixibiatzearen eragina hobea dela bakterio eta lizun gehienak aldez aurretik landuz gero.
2.2 Kuartzozko harea beira fotovoltaikorako beste ikerketa aurrerapen batzuk
Azido kopurua murrizteko, hondakin-uren tratamenduaren zailtasuna gutxitzeko eta ingurumena errespetatzen laguntzeko, Peng Shou-k [5] eta beste batzuek 10 ppm-ko burdin gutxiko kuartzo harea prestatzeko metodo bat deskribatu zuten, dekapaketarik gabeko prozesu baten bidez: zain naturala duen kuartzoa erabiltzen da lehengai gisa, eta hiru fasetan birrintzen da. Lehenengo faseko ehoketak eta bigarren faseko sailkapenak 0,1~0,7 mm-ko alea lor dezakete; alea lehenengo bereizketa magnetikoaren eta bigarren faseko burdina mekanikoaren eta burdina duten mineralen kentze magnetiko sendoaren bidez bereizten da bereizketa magnetikoko harea lortzeko; harearen bereizketa magnetikoa bigarren faseko flotazio bidez lortzen da. Fe2O3 edukia 10 ppm-ko burdin gutxiko kuartzo harea baino txikiagoa da, flotazioak H2SO4 erabiltzen du erregulatzaile gisa, pH=2~3 doitzen du, sodio oleatoa eta koko olioan oinarritutako propileno diamina erabiltzen ditu bildumagile gisa. Prestatutako kuartzo harea SiO2≥99,9%, Fe2O3≤10ppm-k beira optikorako, pantaila fotoelektrikoko beirarako eta kuartzo beirarako beharrezkoak diren silize lehengaien baldintzak betetzen ditu.
Bestalde, kalitate handiko kuartzo baliabideak agortzearekin batera, baliabide baxuen erabilera integralak arreta zabala erakarri du. Xie Enjunek, China Building Materials Bengbu Glass Industry Design and Research Institute Co., Ltd.-koak, kaolin hondakinak erabili zituen beira fotovoltaikorako burdin gutxiko kuartzo harea prestatzeko. Fujiango kaolin hondakinen mineral konposizio nagusia kuartzoa da, eta honek ezpurutasun mineral kopuru txiki bat dauka, hala nola kaolinita, mika eta feldespatoa. Kaolin hondakinak "ehotze-sailkapen hidraulikoa-bereizketa magnetikoa-flotazio" prozesuaren bidez prozesatu ondoren, 0,6~0,125 mm-ko partikula tamainaren edukia % 95 baino handiagoa da, SiO2 % 99,62, Al2O3 % 0,065 eta Fe2O3 92×10-6 kuartzo harea finak beira fotovoltaikorako burdin gutxiko kuartzo harea kalitate-eskakizunak betetzen ditu.
Shao Weihua eta Txinako Zientzia Geologikoen Akademiako Baliabide Mineralen Erabilera Osoaren Zhengzhou Institutuko beste batzuek asmakizun patente bat argitaratu dute: kaolin isatsetatik purutasun handiko kuartzo harea prestatzeko metodo bat. Metodoaren urratsak: a. Kaolin isatsak mea gordin gisa erabiltzen dira, eta gero irabiatu eta garbitu ondoren bahetzen dira +0,6 mm-ko materiala lortzeko; b. +0,6 mm-ko materiala eho eta sailkatu egiten da, eta 0,4 mm-0,1 mm-ko mineral materiala bereizketa magnetiko eragiketa baten menpe jartzen da. Material magnetikoak eta ez-magnetikoak lortzeko, material ez-magnetikoak grabitatearen bereizketa eragiketa batera sartzen dira grabitatearen bereizketa mineral arinak eta grabitatearen bereizketa mineral astunak lortzeko, eta grabitatearen bereizketa mineral arinak bir-ehotze eragiketa batera sartzen dira +0,1 mm-ko mineralak lortzeko bahetzeko; c. +0,1 mm Minerala flotazio eragiketa batera sartzen da flotazio kontzentratua lortzeko. Flotazio kontzentratuaren goiko ura kendu eta gero ultrasoinuen bidez ozpindu egiten da, eta gero bahetu egiten da +0,1 mm-ko material lodia purutasun handiko kuartzo harea gisa lortzeko. Asmakizunaren metodoak ez ditu soilik kuartzo kontzentratu kalitate handiko produktuak lor ditzake, baizik eta prozesatzeko denbora laburra, prozesu-fluxu sinplea, energia-kontsumo txikia eta lortutako kuartzo kontzentratuaren kalitate handia ere baditu, eta horrek kuartzo puruaren kalitate-eskakizunak bete ditzake.
Kaolin-isatsek kuartzo-baliabide ugari dituzte. Ongarritzearen, purifikazioaren eta prozesamendu sakonaren bidez, beira ultra-zuri fotovoltaikoen lehengaien erabilerarako baldintzak bete ditzakete. Horrek, gainera, ideia berri bat eskaintzen du kaolin-isatsen baliabideen erabilera integralerako.
3. Beira fotovoltaikorako burdin gutxiko kuartzo-harearen merkatuaren ikuspegi orokorra
Alde batetik, 2020ko bigarren seihilekoan, hedapen mugatuak sortutako ekoizpen-ahalmenak ezin izan dio aurre egin oparotasun handiko egoeran dagoen eskari lehergarriari. Beira fotovoltaikoaren eskaintza eta eskaria desorekatuta daude, eta prezioa goraka doa. Modulu fotovoltaikoen enpresa askoren dei bateratuaren pean, 2020ko abenduan, Industria eta Informazio Teknologia Ministerioak dokumentu bat argitaratu zuen, beira fotovoltaiko laminatuaren proiektuak ezin duela edukiera ordezkatzeko planik formulatu argituz. Politika berriak eraginda, beira fotovoltaikoaren ekoizpenaren hazkunde-tasa 2021etik aurrera handituko da. Informazio publikoaren arabera, 21/22an ekoizpen-plan argi batekin beira fotovoltaiko laminatuaren edukiera 22250/26590t/egunekoa izango da, %68,4/%48,6ko urteko hazkunde-tasarekin. Politikaren eta eskariaren aldeko bermeen kasuan, harea fotovoltaikoak hazkunde lehergarria ekarriko duela espero da.
2015-2022 beira fotovoltaikoaren industriaren ekoizpen-ahalmena
Bestalde, beira fotovoltaikoaren ekoizpen-ahalmenaren igoera nabarmenak silize-harea burdin gutxiko hornidura eskaintza baino handiagoa izan dezake, eta horrek, aldi berean, beira fotovoltaikoaren ekoizpen-ahalmen erreala mugatzen du. Estatistiken arabera, 2014az geroztik, nire herrialdeko kuartzo-harea ekoizpena barne-eskaria baino apur bat txikiagoa izan da, oro har, eta eskaintzak eta eskariak oreka estua mantendu dute.
Aldi berean, nire herrialdeko burdin gutxiko kuartzo placer baliabideak urriak dira, Guangdong-eko Heyuan, Guangxi-ko Beihai, Anhui-ko Fengyang eta Jiangsu-ko Donghai-n kontzentratuta, eta horietako asko inportatu behar dira.
Burdin gutxiko kuartzo ultra-zuriko harea azken urteotan lehengai garrantzitsuenetako bat da (lehengaien kostuaren % 25 inguru osatzen du). Prezioa ere igotzen ari da. Iraganean, 200 yuan/tona ingurukoa izan da denbora luzez. 20 urteko lehen hiruhilekoko epidemia hasi ondoren, maila altu batetik jaitsi da, eta momentuz funtzionamendu egonkorra mantentzen ari da.
2020an, nire herrialdeko kuartzo harea eskaria guztira 90,93 milioi tona izango da, ekoizpena 87,65 milioi tona eta inportazio garbia 3,278 milioi tona. Informazio publikoaren arabera, 100 kg beira urtutan dagoen kuartzo harri kopurua 72,2 kg ingurukoa da. Uneko hedapen planaren arabera, 2021/2022an beira fotovoltaikoaren ahalmenaren igoera 3,23/24500 t/egunekoa izan daiteke, urteko ekoizpenaren arabera. 360 eguneko epean kalkulatuta, ekoizpen osoa 836/635 milioi tona/urteko burdin gutxiko silize harea eskaria handitu berriaren araberakoa izango da, hau da, 2021/2022an beira fotovoltaikoak ekarritako burdin gutxiko silize harea eskaria berriak 2020ko kuartzo harea eskariaren % 9,2/% 7,0 izango du. Kontuan hartuta burdin gutxiko silize hareatzak silize hareatzaren eskari osoaren zati bat baino ez duela osatzen, beira fotovoltaikoaren ekoizpen-ahalmenaren inbertsio handiak burdin gutxiko silize hareatzaren eskaintzaren eta eskariaren presioa askoz handiagoa izan daiteke kuartzo hareatzaren industria orokorraren gaineko presioa baino.
—Powder Network-eko artikulua
Argitaratze data: 2021eko abenduaren 11a