Oczyszczanie piasku kwarcowego do szkła fotowoltaicznego

2025-03-27

Ogólny proces wzbogacania krajowego oczyszczania piasku kwarcowego rozwinął się od „mielenia, separacji magnetycznej, mycia” na wczesnym etapie do „sortowania → kruszenia wstępnego → kalcynacji → quenching w wodzie → mielenia → przesiewania → separacji magnetycznej → flotacji → leaching kwasowego → mycia → suszenia”, w połączeniu z mikrofalami, ultradźwiękami i innymi środkami do wstępnego przetwarzania lub pomocniczego oczyszczania, efekt oczyszczania znacznie się poprawił.

W związku z niskimi wymaganiami dotyczącymi żelaza w szkle fotowoltaicznym, metody usuwania żelaza z piasku kwarcowego są głównie przedmiotem zainteresowania.

Ogólnie rzecz biorąc, żelazo występuje w sześciu powszechnych formach: Jeśli piszesz kod, nie dołączaj "line_number|" przed każdą linią kodu.

① Występuje w postaci drobnych cząstek gliny lub kaolinowego skalenia.

② Przyczepia się do powierzchni cząstek kwarcu w postaci filmu tlenku żelaza

③ Minerały żelaza, takie jak hematyt, magnetyt, spekularyt, tinity itp. lub minerały zawierające żelazo, takie jak mika, amfibol, granat itp.

④ W stanie rozproszonym lub soczewkowym wewnątrz cząstek kwarcu.

⑤ W stanie roztworu stałego wewnątrz kryształu kwarcu.

⑥ Mieszane podczas procesu kruszenia i mielenia.

Aby skutecznie oddzielić minerały zawierające żelazo od kwarcu, konieczne jest najpierw udowodnienie stanu występowania zanieczyszczeń żelaznych w rudzie kwarcowej oraz wybranie odpowiedniej metody wzbogacania w celu usunięcia zanieczyszczeń żelaznych.

(1) Proces separacji magnetycznej

Proces separacji magnetycznej może maksymalnie usunąć słabo magnetyczne minerały zanieczyszczające, takie jak hematyt, limonit i biotyt, w tym cząstki połączone. W zależności od siły magnetycznej, separacja magnetyczna może być podzielona na separację magnetyczną o wysokiej intensywności i separację magnetyczną o niskiej intensywności, przy czym separacja magnetyczna o wysokiej intensywności zazwyczaj stosuje mokry separator magnetyczny o wysokiej intensywności lub separator magnetyczny o wysokim gradiencie.

Ogólnie rzecz biorąc, dla piasku kwarcowego zawierającego zanieczyszczenia głównie w postaci słabo magnetycznych minerałów zanieczyszczających, takich jak limonit, hematyt, biotyt itp., można go wybrać, używając mokrej maszyny magnetycznej powyżej 8.0×105A/m; dla silnych minerałów magnetycznych dominowanych przez rudy żelaza lepiej jest użyć słabej maszyny magnetycznej lub maszyny magnetycznej średniej mocy do separacji.

Dzięki zastosowaniu separatora magnetycznego o wysokim gradiencie, oczyszczanie w procesie separacji magnetycznej jest wyraźnie poprawione w porównaniu z przeszłością. Na przykład, przy sile pola magnetycznego 2.2T, usunięcie żelaza przez elektromagnetyczny separator silnych magnetycznych wałków może zmniejszyć zawartość Fe2O3 z 0.002% do 0.0002%.

(2) Proces flotacji

Flotacja to proces oddzielania cząstek mineralnych na podstawie ich różnych właściwości fizycznych i chemicznych na powierzchni, a główną funkcją jest usunięcie związanych minerałów, takich jak mika i skaleń, z piasku kwarcowego. W przypadku flotacji minerałów zawierających żelazo i kwarcu, kluczowe jest ustalenie formy występowania zanieczyszczeń żelaznych oraz formy ich rozkładu w każdej wielkości cząstek, aby wybrać odpowiedni proces sortowania do usunięcia żelaza. Większość minerałów zawierających żelazo ma zerowy punkt elektryczny powyżej 5 i jest naładowana dodatnio w środowisku kwasowym. Teoretycznie, anionowe kolektory są odpowiednie.

Kwas tłuszczowy (mydła), sulfoniany lub siarczany węglowodorowe mogą być używane jako anionowe kolektory do flotacji rud tlenku żelaza. Dla pirytu klasycznym czynnikiem flotacyjnym jest izobutyloksyksantat plus butylamina czarna (4:1), dawka wynosi około 200 ppmw, a piryty można flotować z kwarcu w środowisku kiszenia.

W flotacji ilmenitu ogólnie stosuje się oleinian sodu (0.21mol/L) jako czynnik flotacyjny, a pH dostosowuje się do 4~10. Zachodzi reakcja chemiczna między jonami oleinianowymi a cząstkami żelaza na powierzchni ilmenitu, co prowadzi do powstania oleinianu żelaza. Jon oleinianowy utrzymuje ilmenit w dobrej pływalności. Oparte na węglowodorach kolektory kwasu fosfonowego opracowane w ostatnich latach mają dobrą selektywność i wydajność zbierania dla ilmenitu.

(3) Proces ługowania kwasowego

Głównym celem procesu ługowania kwasowego jest usunięcie rozpuszczalnych minerałów żelaza w roztworze kwasowym. Czynniki wpływające na efekt oczyszczania w procesie ługowania kwasowego obejmują wielkość cząstek piasku kwarcowego, temperaturę, czas ługowania, rodzaj kwasu, stężenie kwasu, stosunek fazy stałej do cieczy itp. Współczynnik ługowania można poprawić poprzez zwiększenie temperatury, stężenia oraz zmniejszenie promienia cząstek kwarcu.

Efekt oczyszczania z jednego rodzaju kwasu jest ograniczony, a mieszany kwas ma efekt synergistyczny, który może znacznie poprawić wskaźnik usuwania zanieczyszczeń, takich jak Fe i K. Powszechnie stosowane kwasy nieorganiczne to HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4, H2C2O4, możemy zastosować dwa lub więcej w mieszance w określonych proporcjach.

Kwas szczawiowy jest kwasem organicznym powszechnie stosowanym w ługowaniu kwasowym. Może tworzyć stosunkowo stabilny kompleks z rozpuszczonymi jonami metali, a zanieczyszczenia można łatwo wypłukać. Niektórzy badacze stosowali oczyszczanie kwasem szczawiowym wspomagane ultradźwiękami i stwierdzili, że w porównaniu z konwencjonalnym mieszaniem i ultradźwiękami w zbiorniku, ultradźwięki sondowe miały najwyższy wskaźnik usuwania Fe, dawka kwasu szczawiowego wynosiła mniej niż 4g/L, a wskaźnik usuwania żelaza osiągnął 75,4%.

Współistnienie rozcieńczonego kwasu i kwasu fluorowodorowego może skutecznie usunąć Fe, Al, Mg i inne zanieczyszczenia metalowe, ale ilość kwasu fluorowodorowego powinna być kontrolowana, ponieważ kwas fluorowodorowy może korodować cząstki kwarcu. Stosowanie różnych rodzajów kwasów również wpływa na jakość oczyszczania. Wśród nich najlepszy efekt przetwarzania ma mieszany kwas HCl i HF. Niektórzy używają mieszanki HCl i HF jako środka ługującego do oczyszczania piasku kwarcowego oddzielonego magnetycznie. Dzięki ługowaniu chemicznemu całkowita ilość zanieczyszczeń wynosi 40,71μg/g, a czystość SiO2 wynosi aż 99,993wt%.

Niektórzy badacze użyli odpadów kaolinowych do przygotowania piasku kwarcowego o niskiej zawartości żelaza do szkła fotowoltaicznego. Głównym składem mineralnym odpadów kaolinowych jest kwarc, z niewielką ilością minerałów zanieczyszczających, takich jak kaolinit, mika i skaleń. Po przetworzeniu odpadów kaolinowych w procesie wzbogacania „mielenie – klasyfikacja hydrauliczna – separacja magnetyczna – flotacja”, zawartość cząstek o wielkości 0,6~0,125mm jest większa niż 95%, SiO2 wynosi 99,62%, Al2O3 wynosi 0,065%, a Fe2O3 wynosi 92×10-6. Przetworzony piasek kwarcowy spełnia wymagania jakościowe piasku kwarcowego o niskiej zawartości żelaza do szkła fotowoltaicznego.

Patent badawczy dotyczący oczyszczania surowców kwarcowych do szkła fotowoltaicznego

Shao Weihua z Chińskiej Akademii Nauk Geologicznych opublikował patent wynalazczy: metoda przygotowania piasku kwarcowego o wysokiej czystości z odpadów kaolinowych.

Kroki metody:

a. odpady kaolinowe są używane jako surowiec, a po mieszaniu i szorowaniu uzyskuje się materiał +0,6mm;

b. materiał +0,6mm jest klasyfikowany po zmieleniu, a materiał mineralny 0,4mm-0,1mm poddawany jest operacji separacji magnetycznej, uzyskując substancje magnetyczne i niemagnetyczne, substancje niemagnetyczne wchodzą do operacji separacji grawitacyjnej, uzyskując lekkie minerały separacji grawitacyjnej i ciężkie minerały separacji grawitacyjnej, lekkie minerały separacji grawitacyjnej wchodzą do operacji ponownego mielenia w celu przesiewania, uzyskując minerały +0,1mm;

c.+0,1 mm minerały wchodzą w operację flotacji, aby uzyskać koncentrat flotacyjny. Koncentrat flotacyjny usuwa górną warstwę wody, a następnie poddawany jest ultradźwiękowemu trawieniu, a następnie przesiewaniu, aby uzyskać materiał gruboziarnisty +0,1 mm jako wysokopurystyczny piasek kwarcowy. Metoda wynalazku może nie tylko uzyskać wysokiej jakości produkty koncentratu kwarcowego, ale także skrócić czas przetwarzania, uprościć proces technologiczny i zmniejszyć zużycie energii.

Odpady kaolinowe zawierają dużą ilość zasobów kwarcu, które mogą spełniać wymagania surowców do produkcji ultrabiałego szkła fotowoltaicznego poprzez wzbogacenie, co również daje nowe pomysły na recykling i wykorzystanie zasobów odpadów kaolinowych.