太陽能玻璃生產(chǎn)線原料車間設(shè)計生產(chǎn)要點
1 、前言
在能源危機日漸突出的今天,太陽能作為一種取之不盡無污染的真正綠色能源,被認(rèn)為是21世紀(jì)新型能源的重要來源,正被越來越多的國家所重視。與太陽能開發(fā)和利用有關(guān)的技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展迅猛,太陽能光熱發(fā)電、光伏發(fā)電、太陽能建材化、太陽能建筑一體化、產(chǎn)品化的技術(shù)不斷發(fā)展進步,相關(guān)產(chǎn)品不斷被開發(fā)和完善,市場前景廣闊。
太陽能玻璃基片,也稱低鐵玻璃或超白玻璃,作為一種太陽能產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)品,要求其能zui大限度地讓太陽光和熱透射,以提高硅晶片的光電轉(zhuǎn)換率。其作為一種高附加值的產(chǎn)品,這幾年國內(nèi)發(fā)展較快,有新設(shè)計建線的,有在原普通平板玻璃生產(chǎn)線基礎(chǔ)上改造的。改造的首要和絕大部分工作是在原料車間進行的,改造的目的就是要嚴(yán)格控制和減少原料中的鐵等使玻璃著色金屬氧化物的含量,使玻璃中Fe2O3控制在0.015%以下,zui終提高玻璃的透光率和透熱率,均達(dá)到90%以上。
2 、原料的選擇與質(zhì)量控制
太陽能玻璃的化學(xué)組成與普通平板玻璃沒有太大的區(qū)別,屬于鈉鈣硅玻璃。但對引入各種氧化物的原料選擇更嚴(yán)格,尤其是硅質(zhì)原料。SiO2是形成玻璃骨架的主體,引入的SiO2硅質(zhì)原料是玻璃生產(chǎn)中zui主要和用量zui大的原料,也是太陽能玻璃生產(chǎn)中首先要解決和控制的。要求其化學(xué)成分中SiO2>99%、Fe2O3≤0.01%、TiO2≤0.02%。其來源主要有兩種。一種是的石英巖,其本身的品位就滿足低鐵玻璃生產(chǎn)的要求,在加工過程中要盡量減少鐵的混入,磨礦不能采用常用的棒磨,可以采用傳統(tǒng)的石碾,這種礦的儲量不大,并且分布的礦點很少,國內(nèi)只有安徽風(fēng)陽等少數(shù)幾個地區(qū)有。另外一種是對普通平板玻璃用硅砂進行浮選等選礦處理,使其滿足要求,這種砂的成本相對較高,是前述天然石英巖的2倍以上,其生產(chǎn)過程中排放的尾礦和廢水對環(huán)境的破壞較大。
石灰石是除硅砂外另一種主要礦物原料,其化學(xué)成分中Fe2O3也要控制在0.01%以下。普通玻璃制品通常由長石引入Al2O3,但天然的長石礦一般較小,伴生礦物多,不可避免要混進有害雜質(zhì),zui主要的是氧化鐵,對玻璃的熔化質(zhì)量和透光率都要造成不利的影響。因此在太陽能玻璃生產(chǎn)中用氫氧化鋁代替長石引入Al2O3。
氧化鐵有多種存在形式,F(xiàn)eO、Fe2O3、Fe3O4,它們都會使玻璃著色,降低玻璃的透光度。玻璃中通常以FeO和Fe2O3存在,而FeO的著色能力比Fe2O3強10倍,因此在玻璃配合料中加入適量的氧化劑,使其在熔化過程中將FeO氧化成Fe2O3,從而降低鐵的著色能力,提高玻璃透光度。 譬如,可以同時加入適量硝酸鈉和三氧化二銻,硝酸鈉在較低溫度(350℃)分解放出氧,而三氧化二銻在低溫階段吸收氧氣形成高價的五氧化二銻,后者在高溫下(>1050℃)放出氧,將FeO氧化成Fe2O3。350℃時: 4NaNO 3→ 2Na2O + 4NO + 3O2
Sb2O3 + O2 → Sb2O5
>1050℃時: 2Sb2O5+8FeO → 2Sb2O3+ 4Fe2O3
五氧化二銻放出的部分氧氣還能起到澄清的作用。
3 、生產(chǎn)過程中減少鐵的混入
生產(chǎn)普通平板玻璃時,合格原料在儲存、輸送、稱量、混合過程中由于設(shè)備、料倉等的磨損、銹蝕或多或少會混入一些鐵或氧化鐵。在太陽能玻璃的生產(chǎn)中要采取必要的措施,盡量減少鐵的混入。
上料提升機料斗的磨損和殼體的銹蝕會帶入機械鐵和氧化鐵。為此殼體可用非金屬材料或在其內(nèi)壁安裝一層高分子塑料板等,以防止生銹或銹渣落入原料中。用于生料的料斗可采用高分子塑料斗,用于碎玻璃的料斗可采用硫化工藝襯耐磨橡膠的料斗,取代普通的鋼斗,這樣還可以解決斗內(nèi)粘料、掛料的現(xiàn)象。底部的弧形板也要進行防鐵處理。
上料斗、配料儲倉和設(shè)備之間連接溜管內(nèi)壁的磨損和銹蝕也是鐵污染的重要來源之一,為此在生料的料倉和溜管內(nèi)壁安裝一種超高分子量的耐磨聚乙烯板(簡稱UHMWPE板),這是一種分子量在200萬以上的線性結(jié)構(gòu)聚乙烯材料,由于其分子量*,具有*的耐磨損、耐壓、耐沖擊、耐低溫、自潤滑、抗結(jié)垢等優(yōu)異性能,比不銹鋼、黃銅等還耐磨數(shù)倍。使用這種板材還可以很好地解決料倉和溜管內(nèi)的粘料和堵料現(xiàn)象,既經(jīng)濟又實用。由于碎玻璃棱角銳利,具有很強的劃傷性,在料倉和溜管內(nèi)壁不能采用上述UHMWPE板??梢圆捎靡环N復(fù)合耐磨合金板制作,它由二層熔融復(fù)合而成,背面基板為普通的鋼材,工作面為一層鎳、鉻、鉬合金。其洛氏硬度63~65HRC。這種材料由法國zui先開發(fā),現(xiàn)在國內(nèi)也有生產(chǎn)。一般以板材出廠,也可以根據(jù)使用要求加工成各種異形,如可以用于制造碎玻璃給料機的槽體。
電子秤是配料的關(guān)鍵設(shè)備,在振動料斗內(nèi)壁和電磁振動給料機槽體內(nèi)表面涂一層防銹耐磨涂層,防止生銹。由于物料在給料機槽體內(nèi)是作拋物線運動的,對槽體的磨損本來就少,這樣帶來的鐵污染就很少。在秤量斗內(nèi)壁內(nèi)及其它可能接觸物料的地方安裝前述UHMWPE材料。
普通的混合機在混合過程中也會帶入較大量的鐵,主要來自襯板、刮板、鏟片等的磨損,因此要對混合機進行改造。內(nèi)外筒壁襯板、底襯板改用耐磨的UPE板或復(fù)合耐磨合金板;在刮板、鏟片表面嵌焊耐磨合金或噴涂碳化物;加水、加氣裝置,采用不銹鋼管材并在管材表面噴涂耐磨涂層,噴嘴采用銅材。混合過程中鐵含量增加控制在8ppm以下。對運送散狀原料(如砂和碎玻璃)的車輛,也要進行防鐵處理。
4、 除鐵
即使采取了上述措施仍難免會有少量的鐵雜質(zhì)混入,為此要采取除鐵措施。由于剛磨損下來的基本上是鐵,尚未被氧化,可以采用磁力吸除。在入庫的溜管上安裝管道除鐵器,在物料處于半失重狀態(tài)下,更容易將鐵吸除,以碎玻璃為例,吸除前后通過化驗分析比較Fe2O3相差達(dá)110ppm。在輸送皮帶機適當(dāng)位置的上方安裝懸掛式除鐵器,除去料層上部的鐵;小功率皮帶機的頭輪可采用電磁滾筒,除去料層下部的鐵。 碎玻璃磨損下來的鐵基本都在細(xì)粉當(dāng)中,可以增加一套篩分系統(tǒng),對篩下來的細(xì)粉除鐵后再投入使用。
5 、結(jié)語
某項目改造前成品玻璃中的Fe2O3與各種原料中的Fe2O3加權(quán)值和相比增加了400~500ppm,而改造后只增加了不到40ppm,效果明顯。改造后玻璃的透光率和透熱率都達(dá)到了92%以上,產(chǎn)品附加值大幅提高,大部分出口國外,市場供不應(yīng)求。在防鐵方面,除碎玻璃外,應(yīng)盡量采用類似UHMWPE等高分子材料,雖然復(fù)合耐磨合金板的耐磨性、穩(wěn)定性強,但其含鉻、鎳、鉬等對玻璃有害的元素;另外其成本很高(是普通鋼材的7倍以上),且安裝及附材費用也很高。 除要防鐵外,與物料接觸的部分盡量不用含鎳的材料(安裝UHMWPE板時用的不銹鋼螺栓和壓板),以免造成玻璃在后期鋼化時和鋼化后自爆。