Fotovoltaik cam için kuvars kumunun saflaştırılması

2025-03-27

Yerli kuvars kumu saflaştırma işleminin genel zenginleştirme süreci, erken aşamada "öğütme, manyetik ayırma, yıkama"dan "sıralama → kaba kırma → kalsinasyon → su ile soğutma → öğütme → eleme → manyetik ayırma → flotasyon → asitle çözündürme → yıkama → kurutma" aşamasına gelişmiştir, ön işleme veya yardımcı saflaştırma için mikrodalga, ultrasonik gibi diğer yollarla birleştirilerek saflaştırma etkisi büyük ölçüde artırılmıştır.

Fotovoltaik camların düşük demir gereksinimleri nedeniyle, kuvars kumundan demir giderme yöntemleri esasen ilgilidir.

Genellikle, demir şu altı yaygın biçimde bulunur:

① Kil veya kaolinite feldispat ince parçacıklar halinde bulunur

② Kuvars parçacıkları yüzeyine demir oksit filmi şeklinde yapışır

③ Hematit, manyetit, spekülarit, tinite gibi demir mineralleri veya demir içeren mineraller Mica, amfibol, granat vb.

④ Kuvars parçacıkları içinde dağıtılmış veya lens şeklinde bulunur.

⑤ Kuvars kristali içinde katı çözeltide bulunur.

⑥ Kırma ve öğütme işlemi sırasında karışık olarak bulunur.

Demir içeren mineralleri kuvarsdan etkili bir şekilde ayırmak için, öncelikle kuvars cevherindeki demir safsızlıklarının varlık durumunu kanıtlamak ve demir safsızlıklarını gidermek için makul bir zenginleştirme yöntemi seçmek gereklidir.

(1) Manyetik ayırma işlemi

Manyetik ayırma işlemi, birleşik parçacıkları da içeren hematit, limonit ve biyotit gibi zayıf manyetik safsızlık minerallerini en fazla derecede çıkarabilir. Manyetik güçlere göre, manyetik ayırma yüksek yoğunluklu manyetik ayırma ve düşük yoğunluklu manyetik ayırma olarak ikiye ayrılabilir; bunlar arasında yüksek yoğunluklu manyetik ayırma genellikle ıslak yüksek yoğunluklu manyetik ayırıcı veya yüksek gradyan manyetik ayırıcı kullanır.

Genel olarak, esas olarak limonit, hematit, biyotit gibi zayıf manyetik safsızlık minerallerini içeren kuvars kumları için, 8.0×105A/m üzerindeki bir ıslak mıknatıs makinesi kullanılarak seçilebilir; demir cevheri ile baskın olan güçlü manyetik mineraller için ayrımda zayıf manyetik makine veya orta manyetik makine kullanmak daha iyidir.

Yüksek gradyanlı manyetik alan manyetik ayırıcı uygulaması ile manyetik ayrıştırmanın saflığı belirgin şekilde geçmişe göre iyileştirilmiştir. Örneğin, 2.2T manyetik alan gücünde elektromanyetik indüksiyon silindiri tipi güçlü manyetik ayırıcı ile demir giderimi, Fe2O3 içeriğini %0.002'den %0.0002'ye düşürebilir.

(2) Flotasyon süreci

Flotasyon, mineral parçacıklarını yüzeylerindeki farklı fiziksel ve kimyasal özelliklerine göre ayırma sürecidir ve ana işlevi, kuvars kumdan ilgili mineraller olan mica ve feldspatı çıkarmaktır. Demir içeren mineraller ve kuvars arasında flotasyon ayrıştırması için, demir safsızlıklarının oluşum biçimini ve her biri için parçacık boyutundaki dağılım biçimini bulmak, demir çıkarımı için uygun bir ayırma süreci seçmenin anahtarıdır. Demir içeren minerallerin çoğu, 5'in üzerinde sıfır elektrik noktasına sahiptir ve asidik bir ortamda pozitif yüklüdür. Teorik olarak, anyonik toplayıcılar uygundur.

Yağ asitleri (sabunlar), hidrokarbül sülfonatları veya sülfatlar, demir oksit madenlerinin flotasyonu için anyonik toplayıcılar olarak kullanılabilir. Pirit için klasik yüzücü kükürt ajanı izobütil ksantat artı bütilamin siyahıdır (4:1), dozajı yaklaşık 200 ppmw'dir ve pirit, turşulama ortamında kuvars'tan yüzebilir.

İlmenit flotasyonunda, genellikle flotasyon ajanı olarak sodyum oleat (0.21 mol/L) kullanılır ve pH 4~10'a ayarlanır. Oleat iyonları ile ilmenit yüzeyindeki demir parçacıkları arasında bir kimyasal reaksiyon gerçekleşir ve demir oleat üretilir. Oleat iyonu ilmeniti iyi bir şekilde yüzebilir durumda tutar. Son yıllarda geliştirilen hidrokarbon bazlı fosfonik asit toplayıcılarının ilmenit için iyi seçiciliği ve toplama performansı vardır.

(3) Asit sızdırma süreci

Asit sızdırma sürecinin ana amacı, asidik çözelti içinde çözünebilen demir minerallerini çıkarmaktır. Asit sızdırma saflık etkisini etkileyen faktörler arasında kuvars kumunun tanecik boyutu, sıcaklık, sızdırma süresi, asit türü, asit konsantrasyonu, katı-sıvı oranı vb. bulunmaktadır. Sızdırma oranı, sıcaklık, konsantrasyon ve kuvars taneciklerinin çapını azaltma ile artırılabilir.

Tek tip asidin saflık etkisi sınırlıdır ve karışık asidin sinerjistik etkisi, Fe ve K gibi safsızlık elementlerinin giderim oranını büyük ölçüde artırabilir. Yaygın inorganik asitler HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4, H2C2O4'tır, belirli bir oranda iki veya daha fazla karışımı kabul edebiliriz.

Oksalik asit, asit sızdırmada yaygın olarak kullanılan bir organik asittir. Çözünmüş metal iyonları ile nispeten stabil bir kompleks oluşturabilir ve safsızlıklar kolayca yıkanabilir. Bazı kişiler, geleneksel karıştırma ve tank ultrasonlarına göre, prob ultrasonlarının en yüksek Fe giderim oranına sahip olduğunu bilimsel oksalik asit saflama ile kullanmıştır, oksalik asit dozajı 4g/L'den azdır ve demir giderim oranı %75.4'e ulaşmıştır.

Seviyeli asit ve hidroflorik asidin koeksistansı, Fe, Al, Mg ve diğer metal safsızlıklarını etkili bir şekilde çıkarabilir, ancak hidroflorik asit miktarı kontrol edilmelidir, çünkü hidroflorik asit kuvars parçacıklarını aşındırabilir. Farklı türde asitlerin kullanılması da saflama kalitesini etkiler. Bunlar arasında, HCl ve HF karışık asitinin işleme etkisi en iyisidir. Bazı kişiler HCl ve HF karışık sızdırma ajanını manyetik olarak ayrıştırılan kuvars kumu saflamak için kullanmaktadır. Kimyasal sızdırma ile, safsızlık elementlerinin toplam miktarı 40.71μg/g’dır ve SiO2 saflığı %99.993 wt%'ye kadar yüksektir.

Bazı araştırmacılar, fotovoltaik cam için düşük demir kuvars kumu hazırlamak amacıyla kaolin atıklarını kullandı. Kaolin atıklarının ana mineral bileşimi kuvarstır ve az miktarda kaolinit, mika ve feldispat gibi safsızlık mineralleri içerir. Kaolin atıkları "öğütme - hidrolik sınıflandırma - manyetik ayrıştırma - flotasyon" zenginleştirme işlemi ile işlendiğinde, 0.6~0.125 mm parça boyutu içeriği %95'ten fazladır, SiO2 %99.62, Al2O3 %0.065, Fe2O3 ise 92×10-6'dır. İşlenmiş kuvars kumu, fotovoltaik cam için düşük demir kuvars kumu kalite gerekliliklerini karşılamaktadır.

Fotovoltaik cam için kuvars ham maddelerinin arıtılması üzerine deneysel araştırma patenti

Çin Jeolojik Bilimler Akademisi'nden Shao Weihua, kaolin atıklarından yüksek saflıkta kuvars kumu hazırlama yöntemi üzerine bir buluş patenti yayınladı.

Yöntem adımları:

a. Kaolin atıkları hammadde olarak kullanılır ve karıştırma ve fırçalama işlemlerinin ardından +0.6 mm malzeme elde edilir;

b. +0.6 mm malzeme öğütüldükten sonra sınıflandırılır ve 0.4 mm-0.1 mm cevher malzemesi manyetik ayrıştırma işlemine tabi tutulur, manyetik ve manyetik olmayan maddeler elde edilir; manyetik olmayan maddeler yer çekimi ayırma işlemine girer, yer çekimi ayırma hafif ve ağır mineraller elde edilir, yer çekimi ayırma hafif mineraller yeniden öğütme işlemine girer, elenerek +0.1 mm mineralleri elde edilir;

c. +0.1 mm mineraller flotasyon işlemine girer ve bir flotasyon konsantresi elde edilir. Flotasyon konsantresi üstteki su katmanını uzaklaştırır, ardından ultrasonik turşulama ve eleme işlemlerine tabi tutulur, +0.1 mm iri malzeme olarak yüksek saflıkta kuvars kumu elde edilir. Buluşun yöntemi, yalnızca yüksek kaliteli kuvars konsantresi ürünleri elde etmekle kalmaz, aynı zamanda işleme süresini kısaltır, teknolojik süreci basitleştirir ve enerji tüketimini azaltır.

Kaolin atıkları büyük miktarda kuvars kaynağı içerir ki bu, zenginleştirme yoluyla fotovoltaik ultra-beyaz cam hammadde gereksinimlerini karşılayabilir ve kaolin atıkları kaynaklarının geri dönüşüm kullanımı için yeni fikirler sunar.