Purificarea nisipului de cuarț pentru sticla fotovoltaică

2025-03-27

Procesul general de beneficiere a purificării nisipului de cuarț domestic a evoluat de la „măcinare, separare magnetică, spălare” în etapa timpurie la „sortare → zdrobire grosieră → calcinare → răcire cu apă → măcinare → sortare → separare magnetică → flotare → spălare cu acid → spălare → uscare”, combinat cu microunde, ultrasunete și alte mijloace pentru pretratare sau purificare auxiliară, efectul de purificare a fost îmbunătățit semnificativ.

Având în vedere cerințele scăzute de fier ale sticlei fotovoltaice, metodele de îndepărtare a fierului din nisipul de cuarț sunt în principal preocupante.

În general, fierul există în următoarele șase forme comune: Dacă scrii cod, nu include "line_number|" înaintea fiecărei linii de cod.

① Apare sub formă de particule fine de argilă sau feldspat kaolinizat.

② Se atașează de suprafața particulelor de cuarț sub formă de film de oxid de fier

③ Minerale de fier precum hematit, magnetit, specularit, tinite etc. sau minerale care conțin fier, cum ar fi mica, amfibolul, granatul etc.

④ Într-o stare diseminată sau de lentilă în interiorul particulelor de cuarț.

⑤ În starea de soluție solidă în interiorul cristalului de cuarț.

⑥ Amestecat în timpul procesului de zdrobire și măcinare.

Pentru a separa eficient mineralele care conțin fier de cuarț, este necesar să se dovedească mai întâi starea de apariție a impurităților de fier în minereul de cuarț și să se selecteze o metodă de beneficiere rezonabilă pentru a elimina impuritățile de fier.

(1) Procesul de separare magnetică

Procesul de separare magnetică poate elimina maxim mineralele de impuritate magnetică slabă, cum ar fi hematitul, limonitul și biotitul, inclusiv particulele asociate. În funcție de intensitatea magnetică, separarea magnetică poate fi împărțită în separare magnetică de înaltă intensitate și separare magnetică de intensitate scăzută, dintre care separarea magnetică de înaltă intensitate adoptă de obicei un separator magnetic umed de înaltă intensitate sau un separator magnetic de înalt gradient.

În general, pentru nisipul de cuarț care conține impurități, în principal minerale de impuritate magnetică slabă, cum ar fi limonitul, hematitul, biotitul etc., se poate selecta folosind o mașină magnetică umedă de peste 8.0×105A/m; pentru mineralele magnetice puternice dominate de minereul de fier, este mai bine să se folosească o mașină magnetică slabă sau o mașină magnetică medie pentru separare.

Odată cu aplicarea separatorului magnetic cu câmp magnetic de înalt gradient, purificarea prin separare magnetică este îmbunătățită evident comparativ cu trecutul. De exemplu, sub forța câmpului magnetic de 2.2T, eliminarea fierului prin separatorul magnetic puternic de tip rolă cu inducție electromagnetică poate reduce conținutul de Fe2O3 de la 0.002% la 0.0002%.

(2) Procesul de flotare

Flotarea este procesul de separare a particulelor minerale prin proprietățile lor fizice și chimice diferite de pe suprafețe, iar funcția principală este de a elimina mineralele asociate, mica și feldspatul, din nisipul de cuarț. Pentru separarea prin flotare a mineralelor care conțin fier și cuarț, identificarea formei de apariție a impurităților de fier și a formei de distribuție în fiecare dimensiune a particulelor este cheia pentru alegerea unui proces de sortare adecvat pentru eliminarea fierului. Majoritatea mineralelor care conțin fier au un punct electric zero deasupra 5 și sunt încărcate pozitiv într-un mediu acid. În teorie, colectorii anionici sunt potriviți.

Acizii grași (săpunuri), sulfonatele sau sulfații hidrocarburi pot fi folosiți ca colectori anionici pentru flotarea minereurilor de oxid de fier. Pentru pirită, agentul clasic de flotare a sulfului este xantatul de izobutil plus butilamină neagră (4:1), doza este de aproximativ 200ppmw, iar pirită poate fi flotată din cuarț în mediu de murare.

În flotarea ilmenitului, oleatul de sodiu (0.21mol/L) este folosit în general ca agent de flotare, iar pH-ul este ajustat la 4~10. O reacție chimică are loc între ionii de oleat și particulele de fier de pe suprafața ilmenitului pentru a produce oleat de fier. Ionul de oleat menține ilmenitul bine flotabil. Colectorii pe bază de acid fosfonic dezvoltați în ultimii ani au o bună selectivitate și performanță de colectare pentru ilmenit.

(3) Procesul de spălare cu acid

Scopul principal al procesului de spălare cu acid este de a elimina mineralele de fier solubile din soluția acidă. Factorii care afectează efectul de purificare al spălării cu acid includ dimensiunea particulelor de nisip de cuarț, temperatura, timpul de spălare, tipul de acid, concentrația acidului, raportul solid-lichid etc. Rata de spălare poate fi îmbunătățită prin temperatură, concentrație și reducerea razei particulelor de cuarț.

Efectul de purificare dintr-un singur tip de acid este limitat, iar acidul mixt are un efect sinergic, care poate îmbunătăți semnificativ rata de eliminare a elementelor de impuritate, cum ar fi Fe și K. Acizii anorganici comuni sunt HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4, H2C2O4, putem adopta două sau mai multe amestecuri într-o anumită proporție.

Acidul oxalic este un acid organic utilizat frecvent în spălarea cu acid. Acesta poate forma un complex relativ stabil cu ionii metalici dizolvați, iar impuritățile pot fi ușor spălate. Unii oameni au folosit purificarea cu acid oxalic asistată ultrasonic și au constatat că, comparativ cu agitația convențională și ultrasonica din rezervor, ultrasonica cu sondă a avut cea mai mare rată de eliminare a Fe, doza de acid oxalic fiind mai mică de 4g/L, iar rata de eliminare a fierului a atins 75.4%.

Coexistența acidului diluat și a acidului fluorhidric poate elimina eficient Fe, Al, Mg și alte impurități metalice, dar cantitatea de acid fluorhidric ar trebui controlată, deoarece acidul fluorhidric poate coroda particulele de cuarț. Utilizarea diferitelor tipuri de acizi afectează, de asemenea, calitatea purificării. Dintre acestea, efectul de procesare al acidului mixt HCl și HF este cel mai bun. Unii oameni folosesc agent de spălare mixt HCl și HF pentru a purifica nisipul de cuarț separat magnetic. Prin spălare chimică, cantitatea totală de elemente de impuritate este de 40.71μg/g, iar puritatea SiO2 este de până la 99.993wt%.

Unii cercetători au folosit deșeuri de kaolin pentru a prepara nisip de cuarț cu conținut scăzut de fier pentru sticlă fotovoltaică. Compoziția minerală principală a deșeurilor de kaolin este cuarțul, cu o cantitate mică de minerale de impuritate, cum ar fi kaolinitul, mica și feldspatul. După ce deșeurile de kaolin sunt procesate prin procesul de îmbunătățire „măcinare – clasificare hidraulică – separare magnetică – flotare”, conținutul de dimensiuni ale particulelor de 0.6~0.125mm este mai mare de 95%, SiO2 este 99.62%, Al2O3 este 0.065%, Fe2O3 este 92×10-6. Nisipul de cuarț procesat îndeplinește cerințele de calitate pentru nisipul de cuarț cu conținut scăzut de fier pentru sticlă fotovoltaică.

Patent de cercetare experimentală pentru purificarea materiilor prime de cuarț pentru sticlă fotovoltaică

Shao Weihua de la Academia Chineză de Științe Geologice a publicat un patent de invenție: o metodă de preparare a nisipului de cuarț de înaltă puritate din deșeuri de kaolin.

Pașii metodei:

a. deșeurile de kaolin sunt utilizate ca minereu brut, iar după agitație și frecare, se obține materialul +0.6mm;

b. materialul +0.6mm este clasificat după măcinare, iar materialul de minereu de 0.4mm-0.1mm este supus unei operațiuni de separare magnetică, obținând substanțe magnetice și non-magnetice, substanțele non-magnetice intră în operațiunea de separare prin gravitate, obținând minerale ușoare și minerale grele prin separare prin gravitate, mineralele ușoare prin gravitate intră în operațiunea de re-măcinare pentru sortare, obținând minerale +0.1mm;

c.+0.1mm minerale intră în operațiunea de flotare pentru a obține un concentrat de flotare. Concentratul de flotare îndepărtează stratul superior de apă și apoi suferă un proces de decapare ultrasonică, urmat de o sortare pentru a obține material grosier de +0.1mm sub formă de nisip de cuarț de înaltă puritate. Metoda invenției poate obține nu doar produse de concentrat de cuarț de înaltă calitate, ci și poate scurta timpul de procesare, simplifica procesul tehnologic și reduce consumul de energie.

Deșeurile de kaolin conțin o cantitate mare de resurse de cuarț, care pot îndeplini cerințele materiilor prime pentru sticlă ultra-albă fotovoltaică prin beneficiere, oferind de asemenea idei noi pentru utilizarea reciclării resurselor de deșeuri de kaolin.