"14-р таван жилийн төлөвлөгөө"-ний үед тус улсын "нүүрстөрөгчийн оргил үе ба нүүрстөрөгчийн саармаг" стратегийн төлөвлөгөөний дагуу фотоволтайкийн үйлдвэрлэл огцом хөгжих болно. Фотоволтайкийн үйлдвэрлэлийн дэгдэлт нь бүхэл бүтэн аж үйлдвэрийн сүлжээнд "баялаг бий болгосон". Энэхүү гайхалтай гинжин хэлхээнд фотоволтайк шил нь зайлшгүй чухал холбоос юм. Өнөөдөр эрчим хүч хэмнэх, байгаль орчныг хамгаалахыг дэмжиж, фотоволтайк шилний эрэлт өдөр бүр нэмэгдэж, нийлүүлэлт ба эрэлтийн хооронд тэнцвэргүй байдал үүсч байна. Үүний зэрэгцээ фотоволтайк шилний чухал материал болох төмөр багатай, хэт цагаан кварцын элс мөн өсч, үнэ нэмэгдэж, нийлүүлэлт хомсдож байна. Салбарын мэргэжилтнүүд төмөр багатай кварцын элс 10 гаруй жилийн хугацаанд 15%-иас дээш урт хугацаанд өсөх төлөвтэй гэж таамаглаж байна. Фотоволтайкийн хүчтэй салхины нөлөөгөөр төмөр багатай кварцын элсний үйлдвэрлэл олны анхаарлыг татсан.
1. Фотоволтайк шилэнд зориулсан кварцын элс
Фотоволтайк шилийг ерөнхийдөө фотоволтайк модулиудын битүүмжлэлийн самбар болгон ашигладаг бөгөөд гадаад орчинтой шууд харьцдаг. Түүний цаг агаарын эсэргүүцэл, бат бэх, гэрлийн дамжуулалт болон бусад үзүүлэлтүүд нь фотоволтайк модулиудын ашиглалтын хугацаа болон урт хугацааны цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх үр ашигт гол үүрэг гүйцэтгэдэг. Кварцын элсэн дэх төмрийн ионууд нь будахад хялбар бөгөөд анхны шилний өндөр нарны дамжуулалтыг хангахын тулд фотоволтайк шилний төмрийн агууламж нь ердийн шилнээс бага бөгөөд өндөр цэвэршилттэй, бага хольцтой төмрийн агууламжтай кварцын элсийг ашиглах шаардлагатай.
Одоогийн байдлаар манай улсад олборлоход хялбар өндөр чанартай, бага төмөр агуулсан кварцын элс цөөхөн байгаа бөгөөд тэдгээр нь голчлон Хэюань, Гуанси, Фэньян, Аньхуй, Хайнань болон бусад газарт тархсан байна. Ирээдүйд нарны зай хураагуурт зориулсан хэт цагаан товойлгон шил үйлдвэрлэх хүчин чадал нэмэгдэхийн хэрээр үйлдвэрлэлийн талбай хязгаарлагдмал өндөр чанартай кварцын элс харьцангуй хомс нөөц болж хувирна. Өндөр чанартай, тогтвортой кварцын элсний хангамж нь ирээдүйд фотоволтайк шилний компаниудын өрсөлдөх чадварыг хязгаарлах болно. Тиймээс кварцын элсэн дэх төмөр, хөнгөн цагаан, титан болон бусад хольцын элементүүдийн агууламжийг хэрхэн үр дүнтэй бууруулж, өндөр цэвэршилттэй кварцын элс бэлтгэх нь судалгааны халуун сэдэв юм.
2. Фотоволтайк шилэнд зориулсан бага төмөр агуулсан кварцын элс үйлдвэрлэх
2.1 Фотоволтайк шилэнд зориулж кварцын элсийг цэвэршүүлэх
Одоогийн байдлаар үйлдвэрлэлд хэрэглэгдэж буй уламжлалт кварц цэвэршүүлэх процессуудад ялгах, үрэх, кальцинжуулах-усанд унтраах, нунтаглах, шигших, соронзон ялгах, таталцлын ялгах, хөвүүлэх, хүчиллэг уусгах, бичил биетний уусгах, өндөр температурт хийгүйжүүлэх гэх мэт орно. Гүн цэвэршүүлэх процесст хлоржуулсан шарах, цацраг туяагаар өнгөөр ялгах, хэт дамжуулагч соронзон ялгах, өндөр температурт вакуум гэх мэт орно. Ахуйн кварцын элс цэвэршүүлэх ерөнхий баяжуулах процессыг мөн эрт үеийн "нунтаглах, соронзон ялгах, угаах"-аас "ялгах → бүдүүн бутлах → кальцинжуулах → ус унтраах → нунтаглах → шигших → соронзон ялгах → хөвүүлэх → хүчил" хүртэл хөгжүүлсэн. Дүрмээр баяжуулах → угаах → хатаах процессыг богино долгионы, хэт авианы болон бусад урьдчилан боловсруулах эсвэл туслах цэвэрлэгээний хэрэгслүүдтэй хослуулан хийх нь цэвэршүүлэх үр нөлөөг ихээхэн сайжруулдаг. Фотоволтайк шилний бага төмрийн шаардлагыг харгалзан кварцын элс зайлуулах аргыг судлах, хөгжүүлэх ажлыг голчлон нэвтрүүлж байна.
Ерөнхийдөө төмөр нь кварцын хүдэрт дараах зургаан нийтлэг хэлбэрээр байдаг:
① Шавар эсвэл каолинжуулсан хээрийн жоншны нарийн ширхэгтэй хэсгүүдийн хэлбэрээр оршдог
②Кварцын хэсгүүдийн гадаргуу дээр төмрийн исэл хальс хэлбэрээр наалддаг
③Гематит, магнетит, толбо, цинит гэх мэт төмрийн эрдэс бодисууд эсвэл гялтгануур, амфибол, анар зэрэг төмөр агуулсан эрдэс бодисууд.
④Энэ нь кварцын хэсгүүдийн дотор дүрэх эсвэл линзний төлөвт байна
⑤ Кварцын талст дотор хатуу уусмалын төлөвт оршдог
⑥ Бутлах, нунтаглах процесст тодорхой хэмжээний хоёрдогч төмрийг холино
Кварцаас төмөр агуулсан эрдэс бодисыг үр дүнтэй ялгахын тулд эхлээд кварцын хүдэрт төмрийн хольцын илрэх төлөв байдлыг тодорхойлж, төмрийн хольцыг зайлуулахын тулд зохих баяжуулах арга, ялгах процессыг сонгох шаардлагатай.
(1) Соронзон ялгах үйл явц
Соронзон ялгах процесс нь гематит, лимонит, биотит зэрэг сул соронзон хольцтой эрдэс бодисуудыг, түүний дотор нийлсэн хэсгүүдийг хамгийн их хэмжээгээр арилгаж чаддаг. Соронзон бат бэхийн дагуу соронзон ялгалтыг хүчтэй соронзон ялгах болон сул соронзон ялгах гэж хувааж болно. Хүчтэй соронзон ялгах нь ихэвчлэн нойтон хүчтэй соронзон ялгагч эсвэл өндөр градиент соронзон ялгагчийг ашигладаг.
Ерөнхийдөө лимонит, гематит, биотит гэх мэт голчлон сул соронзон хольцтой эрдэс бодис агуулсан кварцын элсийг 8.0×105A/м-ээс дээш утгатай нойтон төрлийн хүчтэй соронзон машин ашиглан сонгож болно; Төмрийн хүдэр давамгайлсан хүчтэй соронзон эрдэс бодисын хувьд сул соронзон машин эсвэл дунд зэргийн соронзон машин ашиглан ялгах нь дээр. [2] Өнөө үед өндөр градиент ба хүчтэй соронзон орны соронзон тусгаарлагчийг ашигласнаар соронзон тусгаарлалт болон цэвэршүүлэлт өмнөхтэй харьцуулахад мэдэгдэхүйц сайжирсан. Жишээлбэл, 2.2T соронзон орны хүчлээс доош төмрийг зайлуулахын тулд цахилгаан соронзон индукцийн булны төрлийн хүчтэй соронзон тусгаарлагч ашиглах нь Fe2O3-ийн агууламжийг 0.002%-иас 0.0002% хүртэл бууруулж чадна.
(2) Хөвүүлэлтийн процесс
Флотаци гэдэг нь эрдэс бодисын хэсгүүдийн гадаргуу дээрх янз бүрийн физик, химийн шинж чанараар эрдэс бодисын хэсгүүдийг ялгах үйл явц юм. Гол үүрэг нь кварцын элснээс холбогдох эрдэс гялтгануур болон хээрийн жоншийг зайлуулах явдал юм. Төмөр агуулсан эрдэс бодис болон кварцыг флотацийн аргаар ялгахдаа төмрийн хольцын илрэх хэлбэр болон ширхэгийн хэмжээ бүрийн тархалтын хэлбэрийг олох нь төмрийг зайлуулах зөв ялгах процессыг сонгох гол түлхүүр юм. Төмөр агуулсан ихэнх эрдэс бодисууд нь 5-аас дээш тэг цахилгаан цэгтэй бөгөөд хүчиллэг орчинд эерэг цэнэгтэй бөгөөд онолын хувьд анион цуглуулагч ашиглахад тохиромжтой.
Төмрийн ислийн хүдрийг хөвүүлэхэд тосны хүчил (саван), гидрокарбил сульфонат эсвэл сульфатыг анионик цуглуулагч болгон ашиглаж болно. Пиритийг кварцаас пиритийг даршилсан орчинд изобутил ксантат болон бутиламин хар нунтаг (4:1)-ийн сонгодог хөвүүлэн баяжуулах бодисоор хөвүүлэн баяжуулах боломжтой. Тун нь ойролцоогоор 200ppmw байна.
Ильменитийн флотацид ерөнхийдөө натрийн олеат (0.21моль/л)-ийг флотацийн бодис болгон ашиглан рН-ийг 4~10 болгож тохируулдаг. Ильменитийн гадаргуу дээрх олеат ион ба төмрийн хэсгүүдийн хооронд химийн урвал явагдаж, төмрийн олеат үүсч, химийн аргаар шингээгддэг. Олеат ионууд нь ильменитийг илүү сайн хөвөх чадвартай байлгадаг. Сүүлийн жилүүдэд боловсруулсан нүүрсустөрөгчид суурилсан фосфоны хүчил цуглуулагчид нь ильменитийн сайн сонгомол чанар болон цуглуулах чадвартай байдаг.
(3) Хүчиллэг уусгах үйл явц
Хүчиллэг уусгах процессын гол зорилго нь хүчиллэг уусмал дахь уусдаг төмрийн эрдэс бодисыг зайлуулах явдал юм. Хүчиллэг уусгах процессын цэвэршүүлэх нөлөөнд нөлөөлдөг хүчин зүйлүүд нь кварцын элсний ширхэгийн хэмжээ, температур, хугацаа, хүчлийн төрөл, хүчлийн концентраци, хатуу-шингэний харьцаа гэх мэт бөгөөд температур болон хүчлийн уусмалыг нэмэгдүүлэх зэрэг орно. Кварцын хэсгүүдийн концентраци болон радиусыг багасгах нь Al-ийн уусгах хурд болон уусгах хурдыг нэмэгдүүлж болно. Ганц хүчлийн цэвэршүүлэх нөлөө хязгаарлагдмал бөгөөд холимог хүчил нь синергетик нөлөөтэй бөгөөд энэ нь Fe, K зэрэг хольцын элементүүдийг зайлуулах хурдыг ихээхэн нэмэгдүүлдэг. Нийтлэг органик бус хүчил нь HF, H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, HClO4, H2C2O4 бөгөөд ерөнхийдөө тэдгээрийн хоёр ба түүнээс дээш хувийг хольж, тодорхой харьцаагаар ашигладаг.
Оксалийн хүчил нь хүчил уусгахад түгээмэл хэрэглэгддэг органик хүчил юм. Энэ нь ууссан металлын ионуудтай харьцангуй тогтвортой цогцолбор үүсгэж чаддаг бөгөөд хольц нь амархан угааж болдог. Энэ нь бага тун, төмрийг зайлуулах өндөр хурдтай давуу талтай. Зарим хүмүүс оксалийн хүчлийг цэвэршүүлэхэд туслахын тулд хэт авиан шинжилгээг ашигладаг бөгөөд уламжлалт хутгах болон савны хэт авиан шинжилгээтэй харьцуулахад датчик хэт авиан шинжилгээ нь хамгийн өндөр Fe зайлуулах хурдтай, оксалийн хүчлийн хэмжээ 4г/л-ээс бага, төмрийг зайлуулах хурд 75.4% хүрдэг болохыг тогтоожээ.
Шингэрүүлсэн хүчил болон фтор гидроксидын хүчил нь Fe, Al, Mg зэрэг металлын хольцыг үр дүнтэй арилгаж чаддаг боловч фтор гидроксидын хүчлийн хэмжээг хянах шаардлагатай, учир нь фтор гидроксидын хүчил нь кварцын хэсгүүдийг зэврүүлж болзошгүй. Төрөл бүрийн хүчлийг ашиглах нь цэвэршүүлэх процессын чанарт нөлөөлдөг. Тэдгээрийн дотор HCl болон HF холимог хүчил нь хамгийн сайн боловсруулалтын үр нөлөөтэй байдаг. Зарим хүмүүс соронзон ялгалтын дараа кварцын элсийг цэвэршүүлэхийн тулд HCl болон HF холимог уусгагч бодис ашигладаг. Химийн уусгалтаар хольцын элементийн нийт хэмжээ 40.71μg/g, SiO2-ийн цэвэршилт 99.993wt% хүртэл өндөр байдаг.
(4) Микробын уусгалт
Бичил биетнийг кварцын элсний хэсгүүдийн гадаргуу дээр нимгэн хальсан төмрийг уусгах эсвэл нэвт шингээхэд ашигладаг бөгөөд энэ нь төмрийг зайлуулах саяхан боловсруулсан арга юм. Гадаадын судалгаагаар Aspergillus niger, Penicillium, Pseudomonas, Polymyxin Bacillus болон бусад бичил биетнийг ашиглан кварцын хальсан гадаргуу дээр төмрийг уусгахад сайн үр дүнд хүрсэн бөгөөд үүнээс Aspergillus niger төмрийг уусгах үр нөлөө хамгийн сайн болохыг харуулсан. Fe2O3-ийн зайлуулах хэмжээ ихэвчлэн 75%-иас дээш, Fe2O3 баяжмалын агуулга 0.007% хүртэл бага байдаг бөгөөд ихэнх бактери, хөгцийг урьдчилан тариалж төмрийг уусгах үр нөлөө илүү сайн болохыг тогтоожээ.
2.2 Фотоволтайк шилэнд зориулсан кварцын элсний бусад судалгааны дэвшил
Хүчлийн хэмжээг багасгах, бохир ус цэвэрлэхэд хүндрэл учруулах, байгаль орчинд ээлтэй байхын тулд Пэн Шоу [5] нар 10ppm бага төмөртэй кварцын элсийг даршилдаггүй аргаар бэлтгэх аргыг дэлгэн үзүүлэв: байгалийн судалтай кварцыг түүхий эд болгон ашиглаж, гурван үе шаттай бутлах. Эхний үе шатны нунтаглалт болон хоёр дахь үе шатны ангиллын үр дүнд 0.1~0.7 мм-ийн үр тариа авах боломжтой; үр тариаг соронзон ялгах эхний үе шат, төмөр болон төмөр агуулсан эрдэс бодисыг хүчтэй соронзон аргаар зайлуулах хоёр дахь үе шатаар ялгаж, соронзон ялгах элс гаргаж авдаг; элсний соронзон ялгалтыг хоёр дахь үе шатны флотациар гаргаж авдаг. Fe2O3-ийн агууламж 10ppm-ээс бага, флотаци нь H2SO4-ийг зохицуулагч болгон ашигладаг, рН=2~3-ийг тохируулдаг, натрийн олеат болон кокосын тосонд суурилсан пропилен диаминыг цуглуулагч болгон ашигладаг. Бэлтгэсэн кварцын элс SiO2≥99.9%, Fe2O3≤10ppm нь оптик шил, фотоэлектрик дэлгэцийн шил, кварцын шилэнд шаардлагатай цахиурын түүхий эдийн шаардлагыг хангадаг.
Нөгөөтэйгүүр, өндөр чанартай кварцын нөөц шавхагдаж байгаатай холбогдуулан бага зэрэглэлийн нөөцийг цогцоор нь ашиглах нь өргөн хүрээний анхаарлыг татаж байна. Хятадын барилгын материалын Бэнбү шилэн үйлдвэрлэлийн зураг төсөл, судалгааны хүрээлэнгийн ХХК-ийн Се Энжун нь фотоволтайк шилэнд бага төмөртэй кварцын элс бэлтгэхэд каолины хаягдлыг ашигласан. Фужианы каолины хаягдлын гол эрдэс найрлага нь кварц бөгөөд үүнд каолинит, гялтгануур, хээрийн жонш зэрэг бага хэмжээний хольцтой эрдэс бодис агуулагддаг. Каолины хаягдлыг "нунтаглах-гидравлик ангилал-соронзон ялгах-флотаци" баяжуулах процессоор боловсруулсны дараа 0.6~0.125 мм-ийн ширхэгийн хэмжээ 95%-иас их, SiO2 нь 99.62%, Al2O3 нь 0.065%, Fe2O3 нь 92×10-6 нарийн кварцын элс нь фотоволтайк шилэнд бага төмөртэй кварцын элсний чанарын шаардлагыг хангасан.
Хятадын Геологийн Шинжлэх Ухааны Академийн Ашигт Малтмалын Нөөцийн Цогц Ашиглалтын Хүрээлэнгийн Шао Вэйхуа болон бусад эрдэмтэд каолины хаягдлаас өндөр цэвэршилттэй кварцын элс бэлтгэх арга болох шинэ бүтээлийн патентыг нийтлүүлэв. Аргын алхамууд: a. Каолины хаягдлыг түүхий хүдэр болгон ашиглаж, хутгаж, үрсний дараа шигшиж, +0.6 мм материал гаргаж авдаг; b. +0.6 мм материалыг нунтаглаж ангилж, 0.4 мм 0.1 мм эрдэс материалыг соронзон ялгах ажиллагаанд оруулдаг. Соронзон болон соронзон бус материалыг гаргаж авахын тулд соронзон бус материалыг таталцлын ялгах ажиллагаанд оруулж, хөнгөн эрдэс, хүнд эрдэсийг гаргаж авдаг бөгөөд хөнгөн эрдэсийг дахин нунтаглах ажиллагаанд оруулж, +0.1 мм эрдэс бодис гаргаж авдаг; c.+0.1 мм. Эрдэс баяжмалыг гаргаж авахын тулд хөвүүлэлтийн үйл ажиллагаанд ордог. Хөвүүлэлтийн баяжмалын дээд усыг авч, дараа нь хэт авианы аргаар даршилж, дараа нь шигшиж, +0.1 мм бүдүүн материалыг өндөр цэвэршилттэй кварцын элс болгон авдаг. Энэхүү шинэ бүтээлийн арга нь зөвхөн өндөр чанартай кварцын баяжмалын бүтээгдэхүүнийг гаргаж авахаас гадна богино хугацааны боловсруулалт, энгийн процессын урсгал, бага эрчим хүчний хэрэглээ, өндөр чанартай кварцын баяжмал зэрэг өндөр цэвэршилттэй кварцын чанарын шаардлагыг хангаж чадна.
Каолины хаягдал нь их хэмжээний кварцын нөөц агуулдаг. Баяжуулах, цэвэршүүлэх, гүн боловсруулалт хийх замаар фотоэлектрик хэт цагаан шилэн түүхий эдийг ашиглах шаардлагыг хангаж чадна. Энэ нь мөн каолины хаягдлын нөөцийг цогцоор нь ашиглах шинэ санааг гаргаж байна.
3. Фотоволтайк шилэнд зориулсан бага төмөр агуулсан кварцын элсний зах зээлийн тойм
Нэг талаас, 2020 оны хоёрдугаар хагаст өргөжилтөөр хязгаарлагдсан үйлдвэрлэлийн хүчин чадал нь өндөр хөгжил цэцэглэлтийн үед тэсрэх эрэлтийг хангаж чадахгүй байна. Фотоволтайк шилний нийлүүлэлт, эрэлт тэнцвэргүй болж, үнэ нь огцом өсч байна. Олон фотоволтайк модулийн компаниудын хамтарсан уриалгын дагуу 2020 оны 12-р сард Аж үйлдвэр, мэдээллийн технологийн яам фотоволтайк цувимал шилний төсөл нь хүчин чадлыг солих төлөвлөгөө боловсруулахгүй байж магадгүйг тодруулсан баримт бичиг гаргасан. Шинэ бодлогын нөлөөгөөр фотоволтайк шилний үйлдвэрлэлийн өсөлтийн хурд 2021 оноос өргөжинө. Олон нийтийн мэдээллээр 21/22 онд үйлдвэрлэх тодорхой төлөвлөгөөтэй цувимал фотоволтайк шилний хүчин чадал 22250/26590т/өдөрт хүрч, жилийн өсөлтийн хурд 68.4/48.6% байна. Бодлого, эрэлтийн талын баталгааны хувьд фотоволтайк элс нь тэсрэх өсөлтийг авчрах төлөвтэй байна.
2015-2022 оны фотоволтайк шилэн үйлдвэрлэлийн хүчин чадал
Нөгөөтэйгүүр, фотоволтайк шилний үйлдвэрлэлийн хүчин чадал мэдэгдэхүйц нэмэгдсэн нь төмрийн агууламж багатай цахиурын элсний нийлүүлэлт нийлүүлэлтээс давж, улмаар фотоволтайк шилний үйлдвэрлэлийн бодит хүчин чадлыг хязгаарлаж болзошгүй юм. Статистикийн мэдээгээр, 2014 оноос хойш манай улсын дотоодын кварцын элсний үйлдвэрлэл ерөнхийдөө дотоодын эрэлтээс арай бага байсан бөгөөд нийлүүлэлт ба эрэлт нягт тэнцвэртэй хэвээр байна.
Үүний зэрэгцээ, манай улсын дотоодын төмрийн агууламж багатай кварцын шороон ордын нөөц хомс бөгөөд Гуандун мужийн Хэюань, Гуанси мужийн Бэйхай, Аньхуй мужийн Фэньян, Жянсу мужийн Дунхай зэрэг газруудад төвлөрсөн тул тэдгээрийн ихээхэн хэсгийг импортлох шаардлагатай байна.
Төмрийн агууламж багатай хэт цагаан кварцын элс нь сүүлийн жилүүдэд чухал түүхий эдийн нэг юм (түүхий эдийн өртгийн 25 орчим хувийг эзэлдэг). Үнэ нь мөн өсч байна. Өмнө нь удаан хугацаанд тонн тутамд 200 юань орчим байсан. 20 жилийн дараа 1-р улирлын тахал дэгдсэний дараа энэ нь өндөр түвшнээс буурч, одоогоор тогтвортой үйл ажиллагаагаа явуулж байна.
2020 онд манай улсын кварцын элсний нийт хэрэгцээ 90.93 сая тонн, үйлдвэрлэл 87.65 сая тонн, цэвэр импорт 3.278 сая тонн болно. Олон нийтийн мэдээллээр 100 кг хайлсан шилэнд агуулагдах кварцын чулууны хэмжээ ойролцоогоор 72.2 кг байна. Одоогийн өргөтгөлийн төлөвлөгөөний дагуу 2021/2022 онд фотоволтайк шилний хүчин чадлын өсөлт өдөрт 3.23/24500т хүрч магадгүй бөгөөд жилийн үйлдвэрлэлийг 360 хоногийн хугацаанд тооцоолсноор нийт үйлдвэрлэл нь жилд 836/635 сая тонн бага төмрийн цахиурын элсний шинээр нэмэгдсэн эрэлттэй тэнцэх бөгөөд өөрөөр хэлбэл 2021/2022 онд фотоволтайк шилнээс бий болсон бага төмрийн цахиурын элсний шинэ эрэлт нь 2020 оны нийт кварцын элсний 9.2%/7.0%-ийг эзэлнэ. Төмрийн агууламж багатай цахиурын элс нь цахиурын элсний нийт эрэлтийн зөвхөн нэг хэсгийг эзэлдэг тул фотоэлектрик шил үйлдвэрлэх хүчин чадалд их хэмжээний хөрөнгө оруулалт хийснээс үүдэлтэй бага төмөртэй цахиурын элсэнд нийлүүлэлт болон эрэлтийн дарамт нь кварцын элсний нийт үйлдвэрлэлийн дарамтаас хамаагүй өндөр байж магадгүй юм.
—Powder Network-ийн нийтлэл
Нийтэлсэн цаг: 2021 оны 12-р сарын 11