태양광 유리용 규사 정제

2025-03-27

국내 석영 모래 정제의 일반적인 선광 공정은 초기 단계에서 "분쇄, 자기 분리, 세척"에서 "선별 → 조 크러싱 → 소성 → 수냉 → 분쇄 → 체질 → 자기 분리 → 부유 → 산 침출 → 세척 → 건조"로 발전하였으며, 마이크로파, 초음파 등의 수단을 결합하여 전처리 또는 보조 정제를 통해 정제 효과가 크게 향상되었습니다.

광전지 유리의 저철 요구사항에 따라, 석영 모래에서 철을 제거하는 방법에 주로 관심이 있습니다.

일반적으로 철은 다음의 여섯 가지 일반적인 형태로 존재합니다:

① 점토 또는 카올리나이즈된 장석의 미세 입자 형태로 존재

② 철 산화물 필름 형태로 석영 입자의 표면에 부착

③ 적철광, 자철광, 반사광, 주석광 등과 같은 철 광물 또는 철 함유 광물인 운모, 각섬석, 석류석 등

④ 석영 입자 내부에 분산 또는 렌즈 상태로 존재.

⑤ 석영 결정 내부에 고체 용액 상태로 존재.

⑥ 분쇄 및 분쇄 과정 중 혼합.

철 함유 광물을 석영에서 효과적으로 분리하기 위해서는 먼저 석영 광석 내 철 불순물의 발생 상태를 입증하고, 철 불순물을 제거하기 위한 합리적인 선광 방법을 선택해야 합니다.

(1) 자기 분리 공정

자기 분리 공정은 적철광, 리모나이트 및 바이오타이트와 같은 약한 자기 불순물 광물을 최대한 제거할 수 있습니다. 자기 세기에 따라 자기 분리는 강도 분리기와 약도 분리기로 나눌 수 있으며, 그 중 강도 분리기는 일반적으로 습식 고강도 자기 분리기 또는 고경도 자기 분리기를 사용합니다.

일반적으로, 리모나이트, 적철광, 바이오타이트와 같은 주로 약한 자기 불순물 광물을 포함하는 석영 모래의 경우, 8.0×105A/m 이상의 습식 자기 기계를 사용하여 선택할 수 있습니다; 철광석이 우세한 강자성 광물의 경우, 약자성 기계 또는 중자성 기계를 사용하는 것이 좋습니다.

고경도 자기장 자기 분리기의 적용으로 인해, 자기 분리의 정제 효과가 과거에 비해 명확히 향상되었습니다. 예를 들어, 자기장 강도 2.2T에서 전자기 유도 롤러형 강자성 분리기로 철 제거를 하면 Fe2O3의 함량을 0.002%에서 0.0002%로 줄일 수 있습니다.

(2) 부유 공정

부유는 광물 입자를 표면의 물리적 및 화학적 성질에 따라 분리하는 과정이며, 주요 기능은 석영 모래에서 관련 광물인 운모와 장석을 제거하는 것입니다. 철 함유 광물과 석영의 부유 분리를 위해서는 철 불순물의 발생 형태와 각 입자 크기에서의 분포 형태를 파악하는 것이 철 제거를 위한 적절한 선별 공정을 선택하는 핵심입니다. 대부분의 철 함유 광물은 5 이상에서 제로 전기점을 가지며, 산성 환경에서 양전하를 띕니다. 이론적으로 음이온 수집제가 적합합니다.

지방산(비누), 탄화수소 설폰산염 또는 황산염은 철 산화 광석의 부유화를 위한 음이온 집합제로 사용될 수 있습니다. 황철광의 경우, 전통적인 부유 황 제제는 이소부틸 황산염과 부틸아민 블랙(4:1)이며, 복용량은 약 200ppmw이고, 황철광은 피킹 환경에서 석영으로부터 부유할 수 있습니다.

일맨나이트의 부유화에서는 나트륨 올레산염(0.21mol/L)이 일반적으로 부유제제로 사용되며, pH는 4~10으로 조정됩니다. 올레산염 이온과 일맨나이트 표면의 철 입자 간에 화학 반응이 일어나 철 올레산염이 생성됩니다. 올레산염 이온은 일맨나이트의 부유 가능성을 잘 유지합니다. 최근 개발된 탄화수소 기반 인산 수집제는 일맨나이트에 대해 우수한 선택성과 수집 성능을 보여줍니다.

(3) 산 용출 공정

산 용출 공정의 주요 목적은 산 용액에서 용해 가능한 철 광물을 제거하는 것입니다. 산 용출의 정제 효과에 영향을 미치는 요소에는 석영 모래 입자 크기, 온도, 용출 시간, 산 종류, 산 농도, 고체-액체 비율 등이 있습니다. 용출 속도는 온도, 농도 및 석영 입자의 반경을 줄임으로써 개선될 수 있습니다.

단일 산의 정제 효과는 제한적이며, 혼합산은 시너지 효과가 있어 Fe 및 K와 같은 불순물 원소의 제거율을 크게 향상시킬 수 있습니다. 일반적인 무기산은 HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4, H2C2O4가 있으며, 특정 비율로 두 가지 이상의 혼합산을 사용할 수 있습니다.

옥살산은 산 용출에 일반적으로 사용되는 유기산입니다. 이는 용해된 금속 이온과 비교적 안정한 복합체를 형성할 수 있으며 불순물은 쉽게 세척될 수 있습니다. 일부 연구자들은 초음파 보조 옥살산 정제를 사용하였으며, 기존의 교반 및 탱크 초음파에 비해 프로브 초음파의 Fe 제거율이 가장 높았으며, 옥살산의 복용량이 4g/L 미만, 철 제거율이 75.4%에 도달하였습니다.

희석산과 불화수소산의 공존은 Fe, Al, Mg 및 기타 금속 불순물을 효과적으로 제거할 수 있지만, 불화수소산의 양은 조절해야 합니다. 불화수소산은 석영 입자를 부식시킬 수 있습니다. 다양한 종류의 산을 사용하는 것도 정제 품질에 영향을 미칩니다. 그 중 HCl과 HF 혼합산의 처리 효과가 가장 우수합니다. 일부 연구자들은 HCl과 HF 혼합 용출제를 사용하여 자력 분리된 석영 모래를 정제하고, 화학 용출을 통해 불순물 원소의 총량이 40.71μg/g, SiO2의 순도가 99.993wt%에 이른다고 보고했습니다.

일부 연구자들은 카올린 광재를 사용하여 태양광 유리를 위한 저철 석영 모래를 준비했습니다. 카올린 광재의 주요 광물 성분은 석영이며, 소량의 불순물 광물(카올리나이트, 운모 및 장석 등)이 포함되어 있습니다. 카올린 광재가 “분쇄 – 수압 분급 – 자기 분리 – 부유”의 선광 과정을 거친 후, 0.6~0.125mm 입자 크기 비율이 95% 이상, SiO2는 99.62%, Al2O3는 0.065%, Fe2O3는 92×10-6으로 가공된 석영 모래는 태양광 유리를 위한 저철 석영 모래의 품질 요구 사항을 충족합니다.

태양광 유리용 석영 원자재 정제에 대한 실험 연구 특허

중국지질과학원 샤오 웨이화(Shao Weihua)가 고순도 석영 모래를 카올린 폐기물로부터 제조하는 방법에 대한 발명 특허를 발표했습니다.

방법 단계:

a. 카올린 폐기물은 원광으로 사용되며, 교반 및 세척 후 +0.6mm 물질이 얻어집니다;

b. +0.6mm 물질은 분쇄 후 등급화되고, 0.4mm-0.1mm 광물 물질은 자력 분리 작업을 거쳐 자성 및 비자성 물질을 얻습니다. 비자성 물질은 중력 분리 작업으로 들어가 중력 분리 경량 광물 및 중력 분리 중량 광물을 얻으며, 중력 분리 경량 광물은 재분쇄 작업으로 들어가 체질을 거쳐 +0.1mm 광물을 얻습니다;

c. +0.1mm 광물은 부유 작업에 들어가 부유 농축 물질을 얻습니다. 부유 농축 물질은 상부 수층을 제거한 후 초음파 세척을 거치고 체질을 거쳐 +0.1mm 굵은 물질을 고순도 석영 모래로 얻습니다. 본 발명의 방법은 고품질 석영 농축 제품을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 가공 시간을 단축하고 기술 공정을 단순화하며 에너지 소비를 줄일 수 있습니다.

카올린 폐기물은 많은 양의 석영 자원을 포함하고 있으며, 이는 선별 과정을 통해 태양광 초백색 유리 원자재의 요구를 충족할 수 있으며, 카올린 폐기물 자원의 재활용 활용에 대한 새로운 아이디어를 제공합니다.