การทำให้บริสุทธิ์ของทรายควอตซ์สำหรับแก้วโฟโตโวลตาอิก

2025-03-27

กระบวนการประโยชน์ทั่วไปของการทำให้บริสุทธิ์ทรายควอตซ์ในประเทศได้พัฒนาจาก “การบด, การแยกแม่เหล็ก, การล้าง” ในระยะเริ่มต้นไปสู่ “การคัดแยก → การบดหยาบ → การเผา → การดับน้ำ → การบด → การคัดกรอง → การแยกแม่เหล็ก → การลอยตัว → การกัดกร่อนด้วยกรด → การล้าง → การอบแห้ง” โดยรวมกับไมโครเวฟ อัลตราโซนิก และวิธีการอื่น ๆ สำหรับการเตรียมการล่วงหน้าหรือการทำให้บริสุทธิ์เสริม ผลการทำให้บริสุทธิ์ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก.

เนื่องจากความต้องการเหล็กต่ำของกระจกโฟโตโวลตาอิก วิธีการกำจัดเหล็กจากทรายควอตซ์จึงเป็นที่สนใจหลัก

โดยทั่วไปเหล็กจะมีอยู่ 6 รูปแบบทั่วไป ดังต่อไปนี้:

เกิดขึ้นในรูปแบบของอนุภาคดินเหนียวหรือเฟลด์สปาร์ที่ผ่านการทำให้เป็นแร่ไคโอลิน

② ยึดติดกับพื้นผิวของอนุภาคควอตซ์ในรูปแบบของฟิล์มออกไซด์เหล็ก

③ แร่เหล็ก เช่น เฮมาไทต์ แมกนีไทต์ สเปคคูลาไรต์ ทีไนต์ ฯลฯ หรือแร่ที่มีเหล็ก เช่น ไมก้า แอมฟิโบล และการ์เนต ฯลฯ

④ ในสถานะที่กระจายหรือเลนส์ภายในอนุภาคควอตซ์

⑤ ในสถานะของสารละลายแข็งภายในผลึกควอตซ์

⑥ ผสมในระหว่างกระบวนการบดและการบด

เพื่อแยกแร่ที่มีเหล็กออกจากควอตซ์อย่างมีประสิทธิภาพ จำเป็นต้องพิสูจน์สถานะการเกิดของสิ่งสกปรกเหล็กในแร่ควอตซ์ก่อน และเลือกวิธีการทำประโยชน์ที่เหมาะสมเพื่อลบสิ่งสกปรกเหล็ก

(1) กระบวนการแยกแม่เหล็ก

กระบวนการแยกแม่เหล็กสามารถลบแร่สิ่งสกปรกแม่เหล็กอ่อน เช่น เฮมาไทต์ ลิโมไนต์ และไบโอไทต์ รวมถึงอนุภาคที่เชื่อมต่อกันได้สูงสุด ตามความเข้มของแม่เหล็ก การแยกแม่เหล็กสามารถแบ่งออกเป็นการแยกแม่เหล็กความเข้มสูงและการแยกแม่เหล็กความเข้มต่ำ โดยที่การแยกแม่เหล็กความเข้มสูงมักใช้เครื่องแยกแม่เหล็กความเข้มสูงแบบเปียกหรือเครื่องแยกแม่เหล็กความเข้มสูงแบบเกรดสูง

โดยทั่วไปแล้ว สำหรับทรายควอตซ์ที่มีสิ่งสกปรกเป็นแร่สิ่งสกปรกแม่เหล็กอ่อน เช่น ลิโมไนต์ เฮมาไทต์ ไบโอไทต์ ฯลฯ สามารถเลือกใช้เครื่องแม่เหล็กแบบเปียกที่มีค่ามากกว่า 8.0×105A/m; สำหรับแร่แม่เหล็กที่มีเหล็กเป็นหลัก ควรใช้เครื่องแม่เหล็กอ่อนหรือเครื่องแม่เหล็กกลางในการแยก

ด้วยการใช้เครื่องแยกแม่เหล็กที่มีสนามแม่เหล็กเกรดสูง การทำให้บริสุทธิ์จากการแยกแม่เหล็กได้รับการปรับปรุงอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเปรียบเทียบกับอดีต ตัวอย่างเช่น ภายใต้ความเข้มของสนามแม่เหล็ก 2.2T การกำจัดเหล็กโดยเครื่องแยกแม่เหล็กแบบโรลเลอร์ที่มีการเหนี่ยวนำแม่เหล็กสามารถลดปริมาณ Fe2O3 จาก 0.002% เป็น 0.0002%

(2) กระบวนการฟลอเตชัน

ฟลอเตชันคือกระบวนการแยกอนุภาคแร่โดยอิงจากคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่แตกต่างกันบนพื้นผิวของพวกมัน และฟังก์ชันหลักคือการลบแร่ที่เกี่ยวข้อง เช่น ไมก้าและเฟลด์สปาร์ออกจากทรายควอตซ์ สำหรับการแยกฟลอเตชันของแร่ที่มีเหล็กและควอตซ์ การค้นหาสถานะการเกิดของสิ่งสกปรกเหล็กและรูปแบบการกระจายในแต่ละขนาดอนุภาคเป็นกุญแจสำคัญในการเลือกกระบวนการคัดแยกที่เหมาะสมสำหรับการกำจัดเหล็ก แร่ที่มีเหล็กส่วนใหญ่มีจุดไฟฟ้าศูนย์สูงกว่า 5 และมีประจุบวกในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ในทางทฤษฎี ตัวเก็บประจุลบเหมาะสม

กรดไขมัน (สบู่) ไฮโดรคาร์บิลซัลโฟเนตหรือซัลเฟตสามารถใช้เป็นตัวเก็บประจุลบสำหรับการฟลอเตชันของแร่เหล็กออกไซด์ สำหรับไพไรต์ ตัวแทนฟลอเตชันคลาสสิกคือไอโซบิวทิลแซนเทตบวกบิวทิลามีนดำ (4:1) ปริมาณประมาณ 200ppmw และไพไรต์สามารถฟลอเตทจากควอตซ์ในสภาพแวดล้อมการดอง

ในการฟลอเตชันของอิลเมไนต์ โซเดียมโอเลต (0.21mol/L) มักใช้เป็นตัวแทนฟลอเตชัน และปรับ pH ให้เป็น 4~10 เกิดปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างไอออนโอเลตและอนุภาคเหล็กบนพื้นผิวของอิลเมไนต์เพื่อผลิตเหล็กโอเลต ไอออนโอเลตทำให้อิลเมไนต์ลอยได้ดี ตัวเก็บฟอสฟอริกที่พัฒนาขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีความเฉพาะเจาะจงและประสิทธิภาพในการเก็บเกี่ยวที่ดีสำหรับอิลเมไนต์

(3) กระบวนการชะกรด

วัตถุประสงค์หลักของกระบวนการชะกรดคือการกำจัดแร่เหล็กที่ละลายน้ำได้ในสารละลายกรด ปัจจัยที่มีผลต่อประสิทธิภาพการทำให้บริสุทธิ์ของการชะกรดรวมถึงขนาดอนุภาคของทรายควอตซ์ อุณหภูมิ เวลาในการชะกรด ประเภทกรด ความเข้มข้นของกรด อัตราส่วนของของแข็งต่อของเหลว เป็นต้น อัตราการชะกรดสามารถปรับปรุงได้โดยอุณหภูมิ ความเข้มข้น และการลดรัศมีของอนุภาคควอตซ์

ประสิทธิภาพการทำให้บริสุทธิ์จากกรดชนิดเดียวมีข้อจำกัด และกรดผสมมีผลร่วมที่สามารถปรับปรุงอัตราการกำจัดขององค์ประกอบสิ่งสกปรก เช่น Fe และ K ได้อย่างมาก กรดอนินทรีย์ทั่วไปได้แก่ HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4, H2C2O4 เราสามารถใช้กรดสองชนิดขึ้นไปผสมในสัดส่วนที่เหมาะสม

กรดออกซาลิกเป็นกรดอินทรีย์ที่ใช้กันทั่วไปในกระบวนการชะกรด มันสามารถสร้างสารประกอบที่ค่อนข้างเสถียรกับไอออนโลหะที่ละลายอยู่ และสิ่งสกปรกสามารถถูกล้างออกได้ง่าย บางคนใช้การทำให้บริสุทธิ์ด้วยกรดออกซาลิกที่ช่วยด้วยคลื่นอัลตราซาวด์ และพบว่าเมื่อเปรียบเทียบกับการกวนแบบธรรมดาและอัลตราซาวด์ในถัง อัลตราซาวด์แบบโพรบมีอัตราการกำจัด Fe สูงที่สุด ปริมาณกรดออกซาลิกน้อยกว่า 4g/L และอัตราการกำจัดเหล็กถึง 75.4%

การมีอยู่ร่วมกันของกรดเจือจางและกรดไฮโดรฟลูออรีนสามารถกำจัด Fe, Al, Mg และสิ่งสกปรกโลหะอื่น ๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ปริมาณกรดไฮโดรฟลูออรีนควรควบคุม เนื่องจากกรดไฮโดรฟลูออรีนสามารถกัดกร่อนอนุภาคควอตซ์ การใช้กรดชนิดต่าง ๆ ยังมีผลต่อคุณภาพการทำให้บริสุทธิ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผลกระทบจากกรด HCl และ HF ที่ผสมกันดีที่สุด บางคนใช้สารชะกรดผสม HCl และ HF เพื่อทำให้บริสุทธิ์ทรายควอตซ์ที่แยกด้วยแม่เหล็ก ผ่านการชะกรดทางเคมี ปริมาณรวมขององค์ประกอบสิ่งสกปรกอยู่ที่ 40.71μg/g และความบริสุทธิ์ของ SiO2 สูงถึง 99.993wt%

นักวิจัยบางคนใช้กากแร่เคโอลินเพื่อเตรียมทรายควอตซ์ที่มีเหล็กต่ำสำหรับกระจกโฟโตโวลตาอิก ส่วนประกอบแร่หลักของกากแร่เคโอลินคือควอตซ์ โดยมีแร่สิ่งสกปรกเล็กน้อย เช่น เคโอลิไนต์ ไมกา และเฟลด์สปาร์ หลังจากที่กากแร่เคโอลินผ่านกระบวนการแปรรูป “การบด – การจำแนกประเภทด้วยน้ำ – การแยกแม่เหล็ก – การลอย” เนื้อหาขนาดอนุภาค 0.6~0.125mm มากกว่า 95% SiO2 คือ 99.62% Al2O3 คือ 0.065% Fe2O3 คือ 92×10-6 ทรายควอตซ์ที่ผ่านการแปรรูปตรงตามข้อกำหนดคุณภาพของทรายควอตซ์ที่มีเหล็กต่ำสำหรับกระจกโฟโตโวลตาอิก

สิทธิบัตรการวิจัยทดลองสำหรับการทำให้บริสุทธิ์ของวัตถุดิบควอตซ์สำหรับกระจกโฟโตโวลตาอิก

Shao Weihua จากสถาบันวิทยาศาสตร์ธรณีวิทยาจีน ได้เผยแพร่สิทธิบัตรการประดิษฐ์: วิธีการเตรียมทรายควอตซ์บริสุทธิ์สูงจากกากแร่เคโอลิน

ขั้นตอนของวิธีการ:

a. ใช้กากแร่เคโอลินเป็นแร่ดิบ และหลังจากการกวนและการขัด จะได้วัสดุ +0.6mm

b. วัสดุ +0.6mm จะถูกจำแนกหลังจากการบด และวัสดุแร่ขนาด 0.4mm-0.1mm จะถูกทำการแยกแม่เหล็กเพื่อให้ได้สารแม่เหล็กและสารที่ไม่เป็นแม่เหล็ก สารที่ไม่เป็นแม่เหล็กจะเข้าสู่การแยกด้วยแรงโน้มถ่วงเพื่อให้ได้แร่เบาและแร่หนักที่แยกด้วยแรงโน้มถ่วง แร่เบาที่แยกด้วยแรงโน้มถ่วงจะเข้าสู่การบดซ้ำเพื่อคัดกรอง และได้แร่ +0.1mm;

แร่ธาตุขนาด +0.1 มม. จะเข้าสู่กระบวนการลอยตัวเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ลอยตัว ผลิตภัณฑ์ลอยตัวจะกำจัดชั้นน้ำด้านบนออก จากนั้นจะ undergo การล้างด้วยอัลตราโซนิก และจากนั้นจะทำการร่อนเพื่อให้ได้วัสดุหยาบขนาด +0.1 มม. เป็นทรายควอตซ์บริสุทธิ์สูง วิธีการของการประดิษฐ์นี้ไม่เพียงแต่สามารถผลิตผลิตภัณฑ์ควอตซ์เข้มข้นคุณภาพสูง แต่ยังสามารถลดระยะเวลาในการประมวลผล ทำให้กระบวนการทางเทคโนโลยีเรียบง่ายขึ้น และลดการใช้พลังงานได้อีกด้วย

แร่ดินขาวที่เหลือมีแหล่งทรายควอตซ์จำนวนมาก ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการของวัตถุดิบกระจกอัลตร้าไวท์สำหรับพลังงานแสงอาทิตย์ผ่านการทำประโยชน์ ซึ่งยังให้แนวคิดใหม่สำหรับการนำกลับมาใช้ใหม่ของทรัพยากรแร่ดินขาวที่เหลือ