国の「カーボンピークとカーボンニュートラル」戦略計画によると、「第14次5カ年計画」期間中に、太陽光発電産業は爆発的な発展をもたらすだろう。太陽光発電産業の勃興は、産業チェーン全体に「富をもたらした」。このまばゆいばかりのチェーンにおいて、太陽光発電ガラスは不可欠なリンクです。現在、省エネや環境保護が叫ばれ、太陽光発電用ガラスの需要は日に日に増加しており、需要と供給のアンバランスが生じています。同時に、太陽光発電用ガラスの重要な材料である低鉄・極白色珪砂も高騰し、価格が上昇し供給が不足している。業界の専門家は、低鉄分珪砂は 10 年以上にわたって長期的に 15% 以上増加すると予測しています。太陽光発電の強風を受けて、低鉄分珪砂の生産が注目を集めている。
1. 太陽光発電用ガラス用珪砂
太陽電池ガラスは一般に太陽電池モジュールの封止パネルとして使用され、外部環境と直接接触します。耐候性、強度、光透過率などの指標は、太陽電池モジュールの寿命や長期的な発電効率に重要な役割を果たします。珪砂中の鉄イオンは染色しやすく、元のガラスの高い日射透過率を確保するために、太陽光発電用ガラスの鉄含有量は通常のガラスより低く、シリコン純度の高い低鉄珪砂が使用されます。不純物の含有量が低いものを使用する必要があります。
現在、我が国で採掘しやすい高品質の低鉄分珪砂は少なく、主に河源、広西、豊陽、安徽、海南などに分布している。今後、太陽電池用超白色エンボスガラスの生産能力の拡大に伴い、生産面積が限られた高品質の珪砂は相対的に希少な資源となります。高品質で安定したケイ砂の供給は、将来的には太陽光発電用ガラス会社の競争力を制限することになるでしょう。そのため、珪砂中の鉄、アルミニウム、チタンなどの不純物元素の含有量を効果的に低減し、高純度の珪砂を調製する方法が注目されています。
2. 太陽光発電用ガラス用低鉄珪砂の製造
2.1 太陽光発電用ガラス用珪砂の精製
現在、業界で成熟して適用されている伝統的な石英の精製プロセスには、選別、スクラビング、焼成水急冷、粉砕、ふるい分け、磁気分離、重力分離、浮遊選別、酸浸出、微生物浸出、高温脱ガスなどが含まれます。高度な精製プロセスには、塩素焙煎、照射色彩選別、超電導磁気選別、高温真空などが含まれます。国内の珪砂精製の一般的な選鉱工程も、初期の「粉砕、磁選、洗浄」から「分離→粗粉砕→焼成→水冷→粉砕→篩い分け→磁選→浮遊選鉱→酸」へと発展してきました。浸漬→洗浄→乾燥という工程にマイクロ波や超音波などの前処理や補助浄化を組み合わせることで浄化効果が大幅に向上します。太陽光発電用ガラスの低鉄要件を考慮して、主に石英砂の除去方法の研究開発が紹介されています。
一般に、鉄は石英鉱石中に次の 6 つの一般的な形態で存在します。
① 粘土またはカオリン化長石中に微粒子の形で存在する
②石英粒子の表面に酸化鉄の皮膜として付着
③赤鉄鉱、磁鉄鉱、鏡石、キナイトなどの鉄鉱物、または雲母、角閃石、ガーネットなどの鉄を含む鉱物。
④石英粒子の内部に浸漬またはレンズの状態になっている
⑤ 水晶内部に固溶状態で存在
⑥ 粉砕・粉砕の工程で一定量の二次鉄が混入します。
石英から鉄含有鉱物を効果的に分離するには、まず石英鉱石中の鉄不純物の発生状況を把握し、鉄不純物を除去するための合理的な選鉱方法と分離プロセスを選択する必要があります。
(1) 磁気分離工程
磁気分離法により、結合粒子を含む赤鉄鉱、褐鉄鉱、黒雲母などの弱磁性不純物鉱物を最大限に除去することができます。磁気の強さに応じて、磁気分離は強力な磁気分離と弱い磁気分離に分類できます。強力な磁気分離には、通常、湿式強力磁気分離機または高勾配磁気分離機が採用されます。
一般的に、褐鉄鉱、赤鉄鉱、黒雲母などの弱い磁性不純物鉱物を主に含む珪砂は、湿式強磁力機を使用して8.0×105A/m以上の値で選択できます。鉄鉱石を主成分とする強い磁性鉱物の場合は、弱磁力機または中磁力機を使用して分離するのが良いでしょう。 [2] 現在では、高勾配、強磁場の磁気分離装置の適用により、磁気分離と精製は以前に比べて大幅に向上しています。例えば、電磁誘導ローラー式強力磁選機を使用し、2.2Tの磁場強度で鉄を除去すると、Fe2O3の含有量を0.002%から0.0002%に低減できます。
(2) 浮選工程
浮遊選鉱は、鉱物粒子の表面のさまざまな物理的および化学的特性によって鉱物粒子を分離するプロセスです。主な機能は、関連する鉱物の雲母と長石を珪砂から除去することです。鉄含有鉱物や石英の浮遊選別では、鉄不純物の発生形態や各粒径の分布形態を知ることが、適切な除鉄分離方法の選択の鍵となります。ほとんどの鉄含有鉱物は 5 以上のゼロ電点を持ち、酸性環境では正に帯電し、理論的には陰イオンコレクターの使用に適しています。
脂肪酸（石鹸）、ヒドロカルビルスルホン酸塩または硫酸塩は、酸化鉄鉱石の浮遊選鉱用のアニオン捕集剤として使用できます。黄鉄鉱は、キサントゲン酸イソブチルとブチルアミン黒色粉末 (4:1) 用の古典的な浮遊選鉱剤を使用して、酸洗い環境で石英から黄鉄鉱を浮選することができます。投与量は約200ppmwです。
イルメナイトの浮遊選鉱では、通常、オレイン酸ナトリウム（0.21mol/L）を浮遊選鉱剤として使用し、pHを4〜10に調整します。オレイン酸イオンとイルメナイト表面の鉄粒子との間で化学反応が起こり、オレイン酸鉄が生成され、これが化学的に吸着され、オレイン酸イオンがイルメナイトの浮遊性を向上させます。近年開発された炭化水素系ホスホン酸捕集器は、イルメナイトに対する良好な選択性と捕集性能を備えています。
(3) 酸浸出工程
酸浸出プロセスの主な目的は、酸溶液中の可溶性鉄鉱物を除去することです。酸浸出の浄化効果に影響を与える要因としては、珪砂の粒径、温度、時間、酸の種類、酸濃度、固液比などが挙げられ、温度や酸性溶液の増加が挙げられます。石英粒子の濃縮と半径の減少により、浸出速度とAlの浸出速度が増加する可能性があります。単一の酸の浄化効果には限界があり、混合酸の相乗効果により、Fe、K などの不純物元素の除去率が大幅に向上します。 一般的な無機酸は、HF、H2SO4、HCl、HNO3、H3PO4、HClO4 です。 、Ｈ２Ｃ２Ｏ４は、通常２種以上を一定の割合で混合して使用される。
シュウ酸は、酸浸出に一般的に使用される有機酸です。溶解した金属イオンと比較的安定した錯体を形成することができ、不純物は簡単に洗い流されます。低用量と高い鉄除去率という利点があります。シュウ酸の精製を補助するために超音波を使用する人もいますが、従来の撹拌超音波やタンク超音波と比較して、プローブ超音波の鉄除去率が最も高く、シュウ酸の量は 4g/L 未満で、鉄除去率は75.4%。
希酸とフッ化水素酸の存在により、Fe、Al、Mg などの金属不純物を効果的に除去できますが、フッ化水素酸は石英粒子を腐食する可能性があるため、フッ化水素酸の量を制御する必要があります。さまざまな種類の酸の使用も精製プロセスの品質に影響します。このうち、ＨＣｌとＨＦの混酸が最も処理効果が高い。磁気分離後の珪砂を浄化するために、HCl と HF の混合浸出剤を使用する人もいます。化学浸出による不純物元素の総量は 40.71μg/g、SiO2 の純度は 99.993wt% と高くなっています。
(4) 微生物の浸出
微生物は、薄膜鉄を浸出させたり、珪砂粒子の表面に鉄を含浸させるために使用され、これは鉄を除去するために最近開発された技術である。外国の研究では、石英フィルムの表面の鉄を浸出させるために黒コウジカビ、ペニシリウム、シュードモナス、ポリミキシン桿菌、および他の微生物を使用すると良好な結果が得られ、鉄を浸出する黒コウジカビの効果が最適であることが示されています。 Fe2O3 の除去率はほとんど 75% 以上ですが、Fe2O3 精鉱のグレードは 0.007% と低いです。そして、ほとんどのバクテリアやカビを事前に培養しておくと、鉄の浸出効果がより良くなることがわかりました。
2.2 太陽光発電用ガラス用珪砂のその他の研究の進捗状況
酸の量を減らし、下水処理の困難さを軽減し、環境に優しいために、Peng Shou [5] らは、非酸洗プロセスによる10ppmの低鉄ケイ砂の製造方法を開示しました。天然鉱脈石英を原料として使用し、3段階の粉砕、第1段階の粉砕と第2段階の分級により、0.1〜0.7mmの粒度を得ることができます。 ;グリットは、磁気分離の第 1 段階と機械鉄および鉄含有鉱物の強力な磁気除去の第 2 段階によって分離され、磁気分離砂が得られます。砂の磁気分離は第2段階の浮遊選鉱によって行われます。Fe2O3含有量は10ppm未満の低鉄珪砂です。浮遊選鉱では調整剤としてH2SO4を使用し、pH=2〜3に調整します。捕集剤としてオレイン酸ナトリウムとヤシ油ベースのプロピレンジアミンを使用します。 。調製された珪砂は、SiO2≧99.9%、Fe2O3≦10ppmで、光学ガラス、光電ディスプレイ用ガラス、石英ガラスに必要な珪質原料の要件を満たしています。
一方で、高品質な石英資源の枯渇に伴い、ローエンド資源の総合活用が注目を集めています。中国建築材料蚌埠硝子工業設計研究院有限公司のXie Enjun氏は、カオリン尾鉱を使用して太陽光発電用ガラス用の低鉄珪砂を調製した。福建省のカオリン尾鉱の主な鉱物組成は石英で、カオリナイト、雲母、長石などの不純物鉱物が少量含まれています。カオリン尾鉱は「粉砕 - 油圧分級 - 磁気選別 - 浮遊選鉱」の選鉱プロセスで処理された後、粒径0.6〜0.125mmの含有量は95%以上、SiO2が99.62%、Al2O3が0.065%、Fe2O3が95%を超えます。 92×10-6 の微細な珪砂は、太陽光発電用ガラス用の低鉄珪砂の品質要件を満たしています。
中国地質科学院鄭州鉱物資源総合利用研究所のShao Weihuaらは、カオリン尾鉱から高純度の珪砂を調製する方法という発明特許を公開した。この方法のステップは次のとおりです。カオリン尾鉱は原料鉱石として使用され、撹拌およびスクラブされた後にふるいにかけられ、+0.6 mm の物質が得られます。 b. +0.6mmの材料は粉砕および分級され、0.4mm0.1mmの鉱物材料は磁気分離操作にかけられます。磁性材料と非磁性材料を得るために、非磁性材料は重力分離操作に入り、重力分離軽鉱物と重力分離された重鉱物と重力分離された軽鉱物は再粉砕操作に入り、選別されて +0.1mm の鉱物が得られます。 c.+0.1mm 鉱物は浮遊選鉱操作に入り、浮遊選鉱精鉱が得られます。浮選精鉱の上層水を除去した後、超音波酸洗した後、篩い分けして±0.1mmの粗粒を高純度珪砂として得ます。本発明の方法は、高品質の石英精鉱製品を得ることができるだけでなく、処理時間が短く、プロセスフローが簡単で、エネルギー消費が低く、得られた石英精鉱の品質が高く、高純度の品質要件を満たすことができる。石英。
カオリン尾鉱には大量の石英資源が含まれています。選鉱、精製、深層処理を通じて、太陽光発電用超白色ガラス原料の使用要件を満たすことができます。これは、カオリン尾鉱資源の総合的利用に関する新しいアイデアも提供します。
3. 太陽光発電用ガラス用低鉄珪砂の市場概要
一方で、2020年下半期には、拡大が抑制された生産能力では、高度な繁栄の下での爆発的な需要に対応できなくなる。太陽光発電用ガラスは需要と供給のバランスが崩れており、価格が高騰している。多くの太陽光発電モジュール企業の共同呼びかけのもと、2020年12月、産業情報技術省は、太陽光発電ロールガラスプロジェクトが容量代替計画を策定しない可能性があることを明確にした文書を発表した。新政策の影響を受け、太陽光発電用ガラスの生産成長率は2021年から拡大する見通し。公開情報によると、21/22年の明確な生産計画を持つロール状太陽光発電用ガラスの生産能力は日量22,250/26,590トンに達し、年間成長率は68.4/48.6%。政策および需要側の保証の場合、太陽光発電の砂は爆発的な成長をもたらすと予想されます。
2015-2022 年の太陽光発電用ガラス産業の生産能力
一方で、太陽電池用ガラスの生産能力が大幅に増加すると、低鉄珪砂の供給量が供給量を上回り、実際の太陽電池用ガラスの生産能力が制限される可能性があります。統計によると、2014年以降、我が国の国内珪砂生産量は総じて国内需要を若干下回っており、需要と供給はタイトなバランスを保っている。
同時に、我が国の国内の低鉄石英砂金資源は希少で、広東省の河源、広西チワン族自治区の北海、安徽省の豊陽、江蘇省の東海に集中しており、大量に輸入する必要がある。
低鉄超白色珪砂は近年重要な原料（原料コストの約25％を占める）の一つです。価格も上昇してきました。過去には200元/トン前後が長く続きました。 20年ぶりの第1四半期の流行以降、高水準から下落し、当面は安定稼働を維持している。
2020年の我が国の珪砂の総需要は9,093万トン、生産量は8,765万トン、純輸入量は327万8千トンとなる。公表情報によると、溶融ガラス100kg中に含まれる石英石の量は約72.2kg。現在の拡張計画によれば、2021/2022年の太陽光発電用ガラスの生産能力増加は、年間生産量に応じて日量3.23/24500トンに達する可能性がある。360日期間で計算した総生産量は、新たに増加した低電力需要に対応することになる。 -鉄珪砂8億3600万トン/6億3500万トン/年、つまり、2021/2022年に太陽光発電ガラスによってもたらされる低鉄珪砂の新規需要は、2020年の珪砂全体の需要の9.2%/7.0%を占めることになる。 。低鉄珪砂が全珪砂需要の一部しか占めていないことを考慮すると、太陽電池用ガラス生産能力の大規模投資によって引き起こされる低鉄珪砂の需給圧力は、太陽光発電用ガラスの生産能力に対する需要圧力よりもはるかに高い可能性がある。珪砂業界全体。
—パウダーネットワークの記事
投稿時間: 2021 年 12 月 11 日