Purificação de areia de quartzo para vidro fotovoltaico

2025-03-27

O processo geral de beneficiação da purificação de areia de quartzo doméstico desenvolveu-se de "moagem, separação magnética, lavagem" na fase inicial para "separação → britagem grosseira → calcinação → resfriamento em água → moagem → peneiração → separação magnética → flotação → lavagem ácida → lavagem → secagem", combinado com micro-ondas, ultrassom e outros meios para pré-tratamento ou purificação auxiliar, o efeito de purificação foi consideravelmente melhorado.

Em vista dos requisitos de baixo ferro para vidro fotovoltaico, os métodos de remoção de ferro da areia de quartzo são as principais preocupações.

Geralmente, o ferro existe nas seguintes seis formas comuns:

① Ocorre na forma de partículas finas de argila ou feldspato caulinizado.

② Anexa-se à superfície de partículas de quartzo na forma de filme de óxido de ferro

③ Minerais de ferro, como hematita, magnetita, especularita, estanito, etc., ou minerais contendo ferro, como mica, anfibólio, granada, etc.

④ No estado disseminado ou em lentes dentro das partículas de quartzo.

⑤ No estado de solução sólida dentro do cristal de quartzo.

⑥ Misturado durante o processo de britagem e moagem.

Para separar eficazmente minerais contendo ferro do quartzo, é necessário primeiro provar o estado de ocorrência de impurezas de ferro no minério de quartzo e selecionar um método de beneficiamento razoável para remover as impurezas de ferro.

(1) Processo de separação magnética

O processo de separação magnética pode remover no máximo minerais de impurezas magnéticas fracas, como hematita, limonita e biotita, incluindo partículas unidas. De acordo com a força magnética, a separação magnética pode ser dividida em separação magnética de alta intensidade e separação magnética de baixa intensidade, entre as quais a separação magnética de alta intensidade geralmente adota separador magnético de alta intensidade a úmido ou separador magnético de alto gradiente.

De maneira geral, para a areia de quartzo contendo impurezas, principalmente minerais de impurezas magnéticas fracas, como limonita, hematita, biotita, etc., pode-se fazer a seleção utilizando uma máquina magnética a úmido acima de 8.0×105A/m; Para minerais magnéticos fortes dominados por minério de ferro, é melhor usar uma máquina magnética fraca ou uma máquina magnética média para separação.

Com a aplicação do separador magnético de campo magnético de alto gradiente, a purificação da separação magnética é claramente melhorada em comparação com o passado. Por exemplo, sob uma força de campo magnético de 2.2T, a remoção de ferro pelo separador magnético forte tipo rolo de indução eletromagnética pode reduzir o teor de Fe2O3 de 0.002% para 0.0002%.

(2) Processo de flotação

A flotação é o processo de separação de partículas minerais por suas diferentes propriedades físicas e químicas em suas superfícies, e a principal função é remover os minerais relacionados, mica e feldspato, da areia de quartzo. Para a separação por flotação de minerais contendo ferro e quartzo, descobrir a forma de ocorrência das impurezas de ferro e a forma de distribuição em cada tamanho de partícula é a chave para escolher um processo de triagem apropriado para a remoção de ferro. A maioria dos minerais contendo ferro tem um ponto elétrico zero acima de 5 e é carregada positivamente em um ambiente ácido. Em teoria, coletores aniônicos são adequados.

Ácidos graxos (sabões), sulfonatos ou sulfatos de hidrocarbonetos podem ser usados como coletores aniônicos para a flotação de minérios de óxido de ferro. Para a pirita, o agente clássico flutuante sulfuros é o xantato de isobutila mais o negro de butilamina (4:1), a dosagem é de cerca de 200ppmw, e a pirita pode ser flutuada do quartzo no ambiente de decapagem.

Na flotação de ilmenita, o oleato de sódio (0.21mol/L) é geralmente usado como agente de flotação, e o pH é ajustado para 4~10. Uma reação química ocorre entre os íons oleato e as partículas de ferro na superfície da ilmenita para produzir oleato de ferro. O íon oleato mantém a ilmenita bem flutuável. Coletores de ácido fosfônico à base de hidrocarbonetos desenvolvidos nos últimos anos têm boa seletividade e desempenho de coleta para ilmenita.

(3) Processo de lixiviação ácida

O principal objetivo do processo de lixiviação ácida é remover minerais de ferro solúveis na solução ácida. Os fatores que afetam o efeito de purificação da lixiviação ácida incluem o tamanho das partículas de areia de quartzo, temperatura, tempo de lixiviação, tipo de ácido, concentração de ácido, relação sólido-líquido, etc. A taxa de lixiviação pode ser melhorada pela temperatura, concentração e diminuição do raio das partículas de quartzo.

O efeito de purificação de um único tipo de ácido é limitado, e o ácido misto possui um efeito sinérgico, que pode aumentar consideravelmente a taxa de remoção de elementos de impureza como Fe e K. Os ácidos inorgânicos comuns são HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4, H2C2O4, podendo adotar-se dois ou mais misturados em uma certa proporção.

O ácido oxálico é um ácido orgânico comumente usado na lixiviação ácida. Ele pode formar um complexo relativamente estável com os íons metálicos dissolvidos, e as impurezas podem ser facilmente eliminadas. Algumas pessoas utilizaram a purificação assistida por ultrassom com ácido oxálico, e descobriram que, em comparação com a agitação convencional e ultrassons de tanque, os ultrassons de sonda tiveram a maior taxa de remoção de Fe, com a dosagem de ácido oxálico abaixo de 4g/L, e a taxa de remoção de ferro alcançou 75,4%.

A coexistência de ácido diluído e ácido fluorídrico pode remover efetivamente Fe, Al, Mg e outras impurezas metálicas, mas a quantidade de ácido fluorídrico deve ser controlada, uma vez que o ácido fluorídrico pode corroer as partículas de quartzo. O uso de diferentes tipos de ácidos também afeta a qualidade da purificação. Entre eles, o efeito da mistura de HCl e HF é o melhor. Algumas pessoas usam agente de lixiviação misturado de HCl e HF para purificar a areia de quartzo separada magneticamente. Através da lixiviação química, a quantidade total de elementos de impureza é 40,71μg/g, e a pureza de SiO2 é de até 99,993wt%.

Alguns pesquisadores usaram rejeitos de caulim para preparar areia de quartzo de baixo teor de ferro para vidro fotovoltaico. A principal composição mineral dos rejeitos de caulim é quartzo, com uma pequena quantidade de minerais de impureza como caulinita, mica e feldspato. Após o processamento dos rejeitos de caulim pelo processo de beneficiamento de “moagem – classificação hidráulica – separação magnética – flotação”, o teor de partículas com tamanho de 0,6 a 0,125 mm é superior a 95%, SiO2 é 99,62%, Al2O3 é 0,065%, Fe2O3 é 92×10-6. A areia de quartzo processada atende aos requisitos de qualidade da areia de quartzo de baixo teor de ferro para vidro fotovoltaico.

Patente de pesquisa experimental para purificação de matérias-primas de quartzo para vidro fotovoltaico

Shao Weihua, da Academia Chinesa de Ciências Geológicas, publicou uma patente de invenção: um método para preparar areia de quartzo de alta pureza a partir de rejeitos de caulim.

Os passos do método:

a. rejeitos de caulim são utilizados como minério bruto, e após agitação e esfregaçamento, o material de +0,6 mm é obtido;

b. o material de +0,6 mm é classificado após a moagem, e o material de minério de 0,4 mm a 0,1 mm é submetido a uma operação de separação magnética, obtendo substâncias magnéticas e não magnéticas; as substâncias não magnéticas entram na operação de separação gravitacional, obtendo minerais leves e pesados de separação gravitacional, os minerais leves de separação gravitacional entram na operação de re moagem para triagem, e obtêm minerais de +0,1 mm;

c.+0,1mm minerais entram na operação de flotação para obter um concentrado de flotação. O concentrado de flotação remove a camada superior de água e, em seguida, passa por um desengorduramento ultrassônico e peneiramento para obter material grosso +0,1mm como areia de quartzo de alta pureza. O método da invenção pode não apenas obter produtos de concentrado de quartzo de alta qualidade, mas também encurtar o tempo de processamento, simplificar o processo tecnológico e reduzir o consumo de energia.

Os rejeitos de caulim contêm uma grande quantidade de recursos de quartzo, que podem atender aos requisitos de matérias-primas para vidro ultra-branco fotovoltaico através de beneficiation, o que também fornece novas ideias para a reutilização dos recursos de rejeitos de caulim.