تنقية رمل السيليكا لزجاج الفوتوفولتيك

2025-03-27

قد تطورت العملية العامة لمعالجة تنقية رمل الكوارتز المحلي من "الطحن، الفصل المغناطيسي، الغسيل" في المرحلة الأولى إلى "الفرز → السحق الخشن → الكلس → التبريد بالماء → الطحن → الفرز → الفصل المغناطيسي → التعويم → التعرية الحمضية → الغسيل → التجفيف"، بالجمع مع الموجات الدقيقة، فوق الصوتية ووسائل أخرى للمعالجة المسبقة أو التنقية المساعدة، وقد تم تحسين فعالية التنقية بشكل كبير.

نظرًا لمتطلبات الحديد المنخفضة لزجاج الخلايا الشمسية، فإن طرق إزالة الحديد من رمل السليكا تثير القلق بشكل أساسي.

بشكل عام، يوجد الحديد في الأشكال الستة الشائعة التالية:

يحدث في شكل جزيئات دقيقة من الطين أو الفلسبار الكاوليني.

② attaches to the surface of quartz particles in the form of iron oxide film

③ معادن الحديد مثل الهيماتيت، المغنتيت، السبيكولاريت، التينيت، وما إلى ذلك، أو معادن تحمل الحديد مثل الميكا، الأمفيبول، والجرانيت، وما إلى ذلك.

④ في حالة موزعة أو عدسية داخل حبيبات الكوارتز.

⑤ في حالة الحل الصلب داخل بلورة الكوارتز.

⑥ مختلطة خلال عملية السحق والطحن.

لفصل المعادن الحاملة للحديد عن الكوارتز بشكل فعال، من الضروري أولاً إثبات حالة حدوث الشوائب الحديدية في خام الكوارتز واختيار طريقة معالجة معقولة لإزالة الشوائب الحديدية.

(1) عملية الفصل المغناطيسي

يمكن أن تزيل عملية الفصل المغناطيسي بشكل أقصى الشوائب المعدنية المغناطيسية الضعيفة مثل الهيماتيت، الليمونيت والبيوتيت بما في ذلك الجزيئات المترابطة. وفقًا لقوة المغناطيسية، يمكن تقسيم الفصل المغناطيسي إلى فصل مغناطيسي عالي الكثافة وفصل مغناطيسي منخفض الكثافة، حيث عادةً ما تعتمد عملية الفصل المغناطيسي عالي الكثافة على فاصل مغناطيسي رطب عالي الكثافة أو فاصل مغناطيسي عالي التدرج.

عمومًا، بالنسبة للرمال الكوارتز التي تحتوي على شوائب تتكون أساسًا من المعادن المغناطيسية الضعيفة مثل الليمونيت، الهيماتيت، والبيوتيت، يمكن اختيارها باستخدام آلة مغناطيسية رطبة تفوق 8.0×10^5A/m؛ بالنسبة للمعادن المغناطيسية القوية المهيمنة من خام الحديد، من الأفضل استخدام آلة مغناطيسية ضعيفة أو آلة مغناطيسية متوسطة للفصل.

مع تطبيق فاصل مغناطيسي عالي التدرج، تحسنت تنقية الفصل المغناطيسي بشكل ملحوظ مقارنة بالماضي. على سبيل المثال، تحت قوة المجال المغناطيسي 2.2T، يمكن لفصل الحديد بواسطة فاصل مغناطيسي قوي من نوع لفائف الاستقراء الكهرومغناطيسي أن يقلل محتوى Fe2O3 من 0.002٪ إلى 0.0002٪.

(2) عملية الطفو

الطفو هو عملية فصل الجزيئات المعدنية من خلال اختلاف الخصائص الفيزيائية والكيميائية على سطحها، والوظيفة الرئيسية هي إزالة المعادن المرتبطة مثل الميكا والفلدسبار من رمال الكوارتز. بالنسبة لفصل الطفو للمعادن الحاملة للحديد والكوارتز، فإن اكتشاف شكل حدوث الشوائب الحديدية وشكل توزيعها في كل حجم حبيبي هو المفتاح لاختيار عملية فرز مناسبة لإزالة الحديد. معظم المعادن المحتوية على الحديد لها نقطة كهربائية صفرية فوق 5، وهي مشحونة إيجابيًا في بيئة حمضية. من الناحية النظرية، فإن المجمعات الأنونية مناسبة.

يمكن استخدام الأحماض الدهنية (الصابون) والألكيل السلفونات أو الكبريتات كمجمعات أنونية لفصل خامات أكسيد الحديد. بالنسبة للنحاس، فإن العامل الكلاسيكي للطفو هو إيزوبيوتيل زانثات مع بيوتيلاين أسود (4: 1)، والجرعة حوالي 200ppm، ويمكن أن يطفو النحاس من الكوارتز في بيئة التخليل.

في عملية الطفو للملمنيت، يتم استخدام صوديوم أولئك (0.21mol/L) عادة كعامل طفو، ويتم ضبط درجة الحموضة إلى 4~10. يحدث تفاعل كيميائي بين أيونات الأوليك وجزيئات الحديد على سطح الملمنيت لإنتاج أوليك الحديد. يبقي أيون الأوليك الملمنيت قابلًا للطوف بشكل جيد. لقد طُورت مجمعات حمض الفوسفونيك القائمة على الهيدروكربونات في السنوات الأخيرة ولها خصوصية جيدة وأداء جمع جيد بالنسبة للملمنيت.

(3) عملية غسل الأحماض

الهدف الرئيسي من عملية غسل الأحماض هو إزالة المعادن القابلة للذوبان من الحديد في المحلول الحمضي. factors affecting the purification effect of acid leaching تشمل حجم جسيمات رمل الكوارتز، ودرجة الحرارة، ومدة الغسل، ونوع الحمض، وتركيز الحمض، والنسبة بين المواد الصلبة والسائلة، وما إلى ذلك. يمكن تحسين معدل الغسل من خلال درجة الحرارة والتركيز وتقليل نصف قطر جسيمات الكوارتز.

تأثير التنقية من نوع واحد من الأحماض محدود، وللحمض المختلط تأثير تآزري يمكن أن يحسن بشكل كبير معدل إزالة العناصر الشائبة مثل الحديد والبوتاسيوم. الأحماض غير العضوية الشائعة هي HF، H2SO4، HCl، HNO3، H3PO4، HClO4، H2C2O4، يمكننا استخدام نوعين أو أكثر مختلطين بنسب معينة.

حمض الأكساليك هو حمض عضوي يستخدم عادة في غسل الأحماض. يمكن أن يشكل مركبًا مستقرًا نسبيًا مع أيونات المعادن الذائبة، ويمكن بسهولة غسل الشوائب. استخدم بعض الأشخاص تنقية حمض الأكساليك بمساعدة الموجات فوق الصوتية، ووجدوا أنه بالمقارنة مع التحريك التقليدي والموجات فوق الصوتية في الخزانات، كانت الموجات فوق الصوتية بواسطة المجس لها أعلى معدل إزالة للحديد، وكانت جرعة حمض الأكساليك أقل من 4 جرام/لتر، ووصل معدل إزالة الحديد إلى 75.4%.

يمكن لتواجد الحمض المخفف وحمض الفلوريد إزالة الحديد والألمنيوم والمغنيسيوم وغيرها من ملوثات المعادن بفاعلية، ولكن يجب ضبط كمية حمض الفلوريد، لأن حمض الفلوريد يمكن أن يسبب تآكل جسيمات الكوارتز. إن استخدام أنواع مختلفة من الأحماض يؤثر أيضًا على جودة التنقية. من بينها، كان تأثير المعالجة لحمض الكلور وحمض الفلوريد المختلط هو الأفضل. استخدم بعض الأشخاص عامل غسل مختلط من حمض الكلور وحمض الفلوريد لتنقية رمل الكوارتز المفصول مغناطيسيًا. من خلال الغسل الكيميائي، كانت الكمية الإجمالية للعناصر الشائبة 40.71 ميكروجرام/جرام، ونقاء SiO2 يبلغ 99.993wt%.

استخدم بعض الباحثين مخلفات الكاولين لإعداد رمل كوارتز منخفض الحديد لزجاج الفوتوفولتيك. يتكون التركيب المعدني الرئيسي لمخلفات الكاولين من الكوارتز، مع كمية صغيرة من المعادن الشائبة مثل الكاولينيت، والميكا، والفلسبار. بعد معالجة مخلفات الكاولين بعملية الاستفادة من "الطحن - التصنيف الهيدروليكي - الفصل المغناطيسي - الطفو"، كان محتوى حجم الجسيمات 0.6~0.125 مم أكبر من 95%، وSiO2 99.62%، وAl2O3 0.065%، وFe2O3 92×10-6. رمل الكوارتز المعالج يلبي متطلبات الجودة لرمل الكوارتز منخفض الحديد لزجاج الفوتوفولتيك.

براءة اختراع بحث تجريبي لتنقية المواد الخام من الكوارتز لزجاج الفوتوفولتيك

شاو ويهوا من الأكاديمية الصينية لعلوم الجيولوجيا، نشر براءة اختراع: طريقة لإعداد رمل كوارتز عال النقاء من مخلفات الكاولين.

خطوات الطريقة:

أ. تُستخدم مخلفات الكاولين كخام خام، وبعد التحريك والفرك، يتم الحصول على المادة +0.6 مم;

ب. يتم تصنيف المادة +0.6 مم بعد الطحن، وتخضع مادة الخام بحجم 0.4 مم-0.1 مم لعملية الفصل المغناطيسي، وتحصل على مواد مغناطيسية وغير مغناطيسية، تدخل المواد غير المغناطيسية في عملية الفصل بالجاذبية، وتحصل على المعادن الخفيفة والمعادن الثقيلة بفصل الجاذبية، تدخل المعادن الخفيفة بفصل الجاذبية في عملية إعادة الطحن للتصفية، وتحصل على معادن +0.1 مم؛

تدخل المعادن بحجم +0.1 مم في عملية التعويم للحصول على مركز تعويم. يتم إزالة الطبقة العليا من الماء من مركز التعويم ثم تخضع لعميلة تقطير بالموجات فوق الصوتية، وبعد ذلك يتم غربلتها للحصول على مادة خشنة بحجم +0.1 مم كالرمال الكوارتز عالية النقاء. يمكن لطريقة الاختراع هذه أن تحصل ليس فقط على منتجات مركزة من الكوارتز عالية الجودة، ولكن أيضًا تقصر من وقت المعالجة، تبسط العملية التكنولوجية وتقلل من استهلاك الطاقة.

تحتوي مخلفات الكاولين على كمية كبيرة من الموارد الكوارتزية، والتي يمكن أن تلبي متطلبات المواد الخام الزجاجية فائقة البياض الخاصة بالطاقة الشمسية من خلال الاستفادة، مما يوفر أيضًا أفكارًا جديدة لإعادة استخدام موارد مخلفات الكاولين.