高纯石英砂是光伏产业、电子产业和高端电光源产业不可缺少的原材料。然而,由于不同行业需要不同质量的石英,高纯石英的质量没有统一的标准。目前,我国二氧化硅含量通常大于99.氧化铁含量小于095%.氧化铝含量小于0001%.01%的石英砂分为高纯石英砂。
石英砂分类
石英是一种天然矿物,需要通过粉碎、筛选、酸洗、水洗、煅烧等工艺制成石英砂,作为石英玻璃的原料,通过熔炼工艺制成石英玻璃及其产品。我国一般通过二氧化硅和氧化铁含量的差异来细分,主要分为普通石英砂、精制石英砂、高纯石英砂和超高纯石英砂。
高纯石英砂产业链
1.上游:原材料
石英砂上游原料包括脉冲石英、石英石、石英砂岩、石英砂矿、泥石英砂矿、长石英砂矿等硅原料。我国石英资源储量丰富,矿产产地约150个,产品种类多,但质量不高,多为石英岩、石英砂岩和天然石英砂,资源分布广泛,同类石英矿分布相对集中,石英矿主要分布在青海、辽宁、山西;石英砂主要分布在四川、湖南、江苏、浙江、山东;天然石英砂主要分布在福建、广东、广西南部、海南西北部、山东北部,以及西辽河东部、黄河中游、鄱阳湖、罗马湖。
根据石英矿的成矿时间、我国石英资源的分布和主要矿床,石英矿资源可分为8个成矿区:
(1)辽-翼-豫石英(砂)岩分布区
(2)长江流域砂岩分布区
(3)南沿海砂矿分布区
(4)通辽砂矿分布区
(5)黄河沿岸砂矿分布区
(6)宿迁、南宁、当阳砂矿分布区
(7)沂南石英砂岩分布区
(8)辽南-凤阳石英岩分布区
2.中游:制造
欧美等发达1970年s我们开始研究高纯石英砂的使用,这些技术成熟,设备先进,生产的优质石英砂质量稳定。中国直到1980年s高纯石英砂开始制备研究,只能生产中低端产品,高端石英砂仍需从国外进口。然而,进口石英砂需要消耗大量的外汇储备,并将受到欧洲、美国和其他的限制,严重影响了中国下游领域的发展。近年来,我国开始重视石英砂净化技术的研究,目前可采用以下技术。
(1)焙烧-淬火:高温煅烧使石英晶体膨胀。淬火后,晶体表面和内部会产生大量裂纹。裂纹通常出现在界面和晶体结构的缺陷处。通过改变煅烧的温度和时间,包裹体爆裂,内部杂质迁移到表面,在后续处理中容易去除。
(2)水洗-分级脱泥-擦洗:水洗后,用螺旋分级机对其进行分级脱泥。经过脱泥处理,原矿中氧化铁和氧化铝的含量明显下降,表现出一定的除杂效果。但对于石英砂表面附着力强的物质,这种方法很难去除,需要进一步擦洗。擦洗是利用机械外力去除石英砂表面附着力强的杂质矿物的过程,但也与擦洗机的结构、擦洗时间、擦洗次数、样品浓度等因素有关。
(3)重选-磁选-浮选:利用不同矿物密度和重力对矿物颗粒的影响,使不同矿物分离的选矿方法为重选,但重选难以满足生产要求,多用于粗选。磁选是利用磁力去除石英矿物中磁性杂质的过程;浮选可用于去除颗粒细小的杂质矿物,辅以超声波处理。
(4)酸洗:无论是烘焙、脱泥、擦洗、重选、磁选、浮选,都属于物理处理。这些方法只能达到初步净化的效果。要达到高纯石英砂的质量标准,还需要进一步处理。除了氢氟酸和热磷酸,二氧化硅几乎不溶于所有酸。利用这一特性对石英砂进行酸浸处理,可以进一步去除石英砂中的铁、铝、镓、镁、钠、钾等金属杂质离子,将杂质离子的含量降低到高纯石英砂的标准。
(5)生物浸出:是利用微生物代谢产生的有机酸与矿物杂质反应产生可溶性络合物进行分离纯化的新工艺。常用的微生物有青霉菌、黑曲霉、草分支杆菌、假单胞菌等。该方法具有无污染、能耗低的优点,但对微生物培养的环境条件要求较高,需要很长时间才能达到除杂效果,限制了其在工业上的应用。
(6)微波法:利用微波选择性加热的特点,不同介电常数物质在加热过程中局部温差大,界面热应力,使石英晶体产生更多裂缝,可有效促进矿物单体解离,增加杂质矿物反应面积,有利于去除石英包裹体。
全球高纯石英砂生产厂家不多,国外知名厂家主要有美国尤尼明明Unimin,挪威石英TQC等等,国内厂家,如的江苏太平洋石英有限公司,是世界上为数不多的掌握大规模生产高纯石英砂技术的企业之一。
3.下游:应用
高纯石英砂是集成电路、半导体芯片、光伏、光纤、新型玻璃(如超白玻璃)等行业必不可少的关键原材料,附加值高。其中,高纯石英砂在光伏行业的具体应用是:高纯石英砂作为光伏玻璃的主要原料,光伏玻璃作为光伏发电的重要辅助部件,常用于覆盖太阳能电池,作为包装面板,其强度、透光率直接决定了光伏组件的寿命和发电效率。
在光伏玻璃行业,市场集中度很高,形成了以信义光能、福莱特为双寡头、彩虹新能源、金鑫、南玻占光伏玻璃行业产能80%的局面。
趋势
随着“碳中和”,“十四五规划”根据《中国2050年光伏发展前景》等政策,光伏产业日益突出其战略地位。目前,光伏产业属于需要财政补贴的新能源产业。对光伏装机容量、补贴规模、补贴力度的宏观调控政策和措施,将直接影响行业内企业的生产经营。随着相关财政援助政策的完善和行业内其他扶持政策的不断推进,光伏及其配件产业将朝着产业链更加完善、产品质量更高的方向发展。这一发展必将推动光伏产业链上游光伏玻璃和高纯石英砂产业的发展。
同时,由于石英砂的质量对光伏玻璃的质量有重要影响,从成本方面来看,石英砂的供应价格将对光伏玻璃产品的成本产生重要影响。近日,龙基股份、晶科能源、福莱特、福斯特、东方日升等企业纷纷选择在安徽滁州新建项目,正是因为他们看中了当地优质的石英砂资源、便宜的运输成本和日益完整的产业链。可见,光伏玻璃企业更愿意毗邻优质石英砂资源,这一趋势在未来必将日益突出。