Purifikasi pasir kuarsa untuk kaca fotovoltaik

2025-03-27

Proses pemanfaatan umum dari pemurnian pasir kuarsa domestik telah berkembang dari "penggilingan, pemisahan magnet, pencucian" pada tahap awal menjadi "pengurutan → penghancuran kasar → kalsinasi → pendinginan air → penggilingan → penyaringan → pemisahan magnet → flotasi → pelindian asam → pencucian → pengeringan", dipadukan dengan microwave, ultrasonik, dan cara lainnya untuk pra-perawatan atau pemurnian tambahan, efek pemurnian telah meningkat secara signifikan.

Mengingat kebutuhan besi yang rendah pada kaca fotovoltaik, metode penghilangan besi dari pasir kuarsa menjadi perhatian utama.

Secara umum, besi ada dalam enam bentuk umum berikut:

① Terjadi dalam bentuk partikel halus dari tanah liat atau feldspar yang terkaolinisasi

② Menempel pada permukaan partikel kuarsa dalam bentuk film oksida besi

③ Mineral besi seperti hematit, magnetit, spekularit, tinite, dll. atau mineral pengandung besi Mica, amfibol, garnet, dll.

④ Dalam keadaan terdispersi atau lensa di dalam partikel kuarsa.

⑤ Dalam keadaan larutan padat di dalam kristal kuarsa.

⑥ Tercampur selama proses penggilingan dan penghancuran.

Untuk memisahkan mineral pengandung besi dari kuarsa secara efektif, pertama-tama perlu membuktikan keadaan kemunculan kotoran besi dalam bijih kuarsa dan memilih metode pengolahan yang wajar untuk menghilangkan kotoran besi.

(1) Proses pemisahan magnetik

Proses pemisahan magnetik dapat menghilangkan maksimal mineral pengotor magnetik lemah seperti hematit, limonit, dan biotit termasuk partikel yang tergabung. Berdasarkan kekuatan magnetik, pemisahan magnetik dapat dibagi menjadi pemisahan magnetik intensitas tinggi dan pemisahan magnetik intensitas rendah, di mana pemisahan magnetik intensitas tinggi biasanya menggunakan pemisah magnetik basah intensitas tinggi atau pemisah magnetik gradien tinggi.

Secara umum, untuk pasir kuarsa yang mengandung kotoran terutama mineral pengotor magnetik lemah seperti limonit, hematit, biotit, dll., dapat dipilih menggunakan mesin magnetik basah di atas 8.0×105A/m; untuk mineral magnetik kuat yang didominasi oleh bijih besi, lebih baik menggunakan mesin magnetik lemah atau mesin magnetik medium untuk pemisahan.

Dengan penerapan pemisah magnetik medan magnet gradien tinggi, pemurnian pemisahan magnetik jelas meningkat dibandingkan dengan masa lalu. Misalnya, di bawah kekuatan medan magnet 2.2T, penghilangan besi oleh pemisah magnetik kuat tipe penginduksian elektromagnetik dapat mengurangi kandungan Fe2O3 dari 0.002% menjadi 0.0002%.

(2) Proses flotasi

Flotasi adalah proses memisahkan partikel mineral berdasarkan sifat fisik dan kimia yang berbeda di permukaannya, dan fungsi utamanya adalah menghilangkan mineral terkait mika dan feldspar dari pasir kuarsa. Untuk pemisahan flotasi mineral pengandung besi dan kuarsa, mengetahui bentuk kemunculan kotoran besi dan bentuk distribusi dalam setiap ukuran partikel adalah kunci untuk memilih proses pemisahan yang sesuai untuk penghilangan besi. Sebagian besar mineral pengandung besi memiliki titik listrik nol di atas 5, dan bermuatan positif dalam lingkungan asam. Secara teoritis, pengumpul anionik cocok digunakan.

Asam lemak (sabun), sulfonat hidrokarbyl atau sulfat dapat digunakan sebagai pengumpul anionik untuk flotasi bijih oksida besi. Untuk pirit, agen pengapung sulfur klasik adalah isobutyl xanthate ditambah butilamin hitam (4:1), dengan dosis sekitar 200ppmw, dan pirit dapat diapungkan dari kuarsa dalam lingkungan pengasaman.

Dalam flotasi ilmenit, natrium oleat (0.21mol/L) umumnya digunakan sebagai agen flotasi, dan pH disesuaikan menjadi 4~10. Terjadi reaksi kimia antara ion oleat dan partikel besi di permukaan ilmenit untuk menghasilkan oleat besi. Ion oleat membuat ilmenit tetap dapat diapungkan dengan baik. Pengumpul asam fosfonat berbasis hidrokarbon yang dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir memiliki selektivitas dan kinerja pengumpulan yang baik untuk ilmenit.

(3) Proses pelindian asam

Tujuan utama dari proses pelindian asam adalah untuk menghilangkan mineral besi yang larut dalam larutan asam. Faktor-faktor yang mempengaruhi efek pemurnian pelindian asam mencakup ukuran partikel pasir kuarsa, suhu, waktu pelindian, jenis asam, konsentrasi asam, rasio padatan-cair, dan lain-lain. Tingkat pelindian dapat ditingkatkan melalui suhu, konsentrasi, dan pengurangan radius partikel kuarsa.

Efek pemurnian dari jenis asam tunggal terbatas, sementara asam campuran memiliki efek sinergis, yang dapat sangat meningkatkan laju penghilangan elemen pengotor seperti Fe dan K. Asam anorganik umum adalah HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4, H2C2O4, kami bisa menggunakan dua atau lebih campuran dalam proporsi tertentu.

Asam oksalat adalah asam organik yang biasa digunakan dalam pelindian asam. Asam ini dapat membentuk kompleks yang relatif stabil dengan ion logam yang terlarut, dan pengotor dapat dengan mudah dicuci keluar. Beberapa orang menggunakan pemurnian asam oksalat yang dibantu ultrasonik, dan menemukan bahwa dibandingkan dengan pengadukan konvensional dan ultrasonik tangki, ultrasonik probe memiliki laju penghilangan Fe tertinggi, dosis asam oksalat kurang dari 4g/L, dan laju penghilangan besi mencapai 75,4%.

Koeksistensi asam encer dan asam fluorida dapat secara efektif menghilangkan Fe, Al, Mg, dan pengotor logam lainnya, tetapi jumlah asam fluorida harus dikendalikan, karena asam fluorida dapat mengkorosi partikel kuarsa. Penggunaan berbagai jenis asam juga mempengaruhi kualitas pemurnian. Di antara mereka, efek pengolahan dari campuran asam HCl dan HF yang terbaik. Beberapa orang menggunakan agen pelindian campuran HCl dan HF untuk memurnikan pasir kuarsa yang dipisahkan secara magnetik. Melalui pelindian kimia, total jumlah elemen pengotor adalah 40,71μg/g, dan kemurnian SiO2 setinggi 99,993wt%.

Beberapa peneliti menggunakan tailing kaolin untuk mempersiapkan pasir kuarsa rendah besi untuk kaca fotovoltaik. Komposisi mineral utama tailing kaolin adalah kuarsa, dengan sedikit mineral pengotor seperti kaolinit, mika, dan feldspar. Setelah tailing kaolin diolah dengan proses pengolahan “penggilingan – klasifikasi hidrolik – pemisahan magnetik – flotasi”, kandungan ukuran partikel 0,6~0,125mm lebih dari 95%, SiO2 adalah 99,62%, Al2O3 adalah 0,065%, Fe2O3 adalah 92×10-6. Pasir kuarsa yang diproses memenuhi persyaratan kualitas pasir kuarsa rendah besi untuk kaca fotovoltaik.

Patensi penelitian eksperimen untuk pemurnian bahan baku kuarsa untuk kaca fotovoltaik

Shao Weihua dari Akademi Ilmu Geologi Tiongkok, menerbitkan paten penemuan: suatu metode untuk mempersiapkan pasir kuarsa murni tinggi dari tailing kaolin.

Langkah-langkah metode:

a. Tailing kaolin digunakan sebagai bijih mentah, dan setelah diaduk dan disikat, material +0,6mm diperoleh;

b. Material +0,6mm diklasifikasikan setelah digiling, dan material bijih 0,4mm-0,1mm dilakukan operasi pemisahan magnetik, memperoleh substansi magnetik dan non-magnetik, substansi non-magnetik masuk ke operasi pemisahan gravitasi, memperoleh mineral ringan pemisahan gravitasi dan mineral berat pemisahan gravitasi, mineral ringan pemisahan gravitasi masuk ke operasi penggilingan ulang untuk penyaringan, dan memperoleh mineral +0,1mm;

c.+0.1mm mineral masuk ke dalam operasi flotasi untuk memperoleh konsentrat flotasi. Konsentrat flotasi menghilangkan lapisan atas air dan kemudian menjalani pemanggangan ultrasonik, dan kemudian disaring untuk memperoleh material kasar +0.1mm sebagai pasir kuarsa berkualitas tinggi. Metode ini tidak hanya dapat menghasilkan produk konsentrat kuarsa berkualitas tinggi, tetapi juga dapat memperpendek waktu pemrosesan, menyederhanakan proses teknologi, dan mengurangi konsumsi energi.

Tailings kaolin mengandung sejumlah besar sumber daya kuarsa, yang dapat memenuhi kebutuhan bahan baku gelas ultra-putih fotovoltaik melalui pengolahan, yang juga memberikan ide baru untuk pemanfaatan daur ulang sumber daya tailings kaolin.