CN114367517B - 一种废弃光伏组件综合回收利用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废弃光伏组件综合回收利用的方法，本发明针对废弃光伏组件的组成，设计了本发明的方法综合回收方法，综合回收了六种增值化产品分别为：铝材、钢化玻璃、三氧化二铝、银单质、硅粉和氮化硅粉，实现了废弃光伏组件资源回收，而且本发明的回收方法简单可行，且环保本发明对光伏组件的各个有价组分进行增值化利用，得到的六种增值化产品，不仅满足回收利用要求，且经济效益显著。不仅满足回收利用要求，且经济效益显著。
Description
技术领域
本发明属于废弃光伏组件资源化技术领域，具体涉及一种废弃光伏组件综合回收利用的方法。
背景技术
太阳能是一种清洁、高效的可再生能源，太阳能的开发利用极大的解决了人类对于能源的需求和环境问题。光伏发电技术是目前人类利用太阳能最为有效、直接的方式，随着人类对能源问题越来越重视，太阳能光伏产业得到了世界各国的大力支持，光伏发电产业发展十分迅速。根据统计，预计到2030年，光伏发电将占到全球电力供应的10％以上；到2040年，将占到全球电力供应的20％；到21世纪末，将占到全球电力供应的60％。
光伏发电是通过太阳能光伏板来实现的，太阳能光伏板的使用寿命约为25年，随着光伏产业的迅速发展，废弃的太阳能光伏板也将越来越多。目前，最早服役的太阳能光伏板差不多已到报废年限，根据统计数据，预计到2020年，废弃的光伏组件已突破1000万吨；到2038年，将高达1900万吨；到2050年，全球会有将近7800万吨的报废光伏组件。如何有效处理和处置废弃的光伏组件，将是当下人类社会急需处理的问题。
废弃光伏组件中一般含65％的钢化玻璃、20％的铝边框、10％的接线盒、和5％的硅电池片，其中具有回收价值的部分有钢化玻璃、铝边框、硅电池片以及银、铝、铜、锡等金属，废弃光伏组件具有巨大的回收价值。目前对于废弃光伏组件的回收工艺还尚未成熟，不仅在一定程度上造成资源的极大浪费，同时也带来了很多环境问题。因此，如何有效回收废弃的光伏组件，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种废弃光伏组件综合回收利用的方法，解决目前废弃光伏组件的回收问题。
本发明的目的通过以下技术方案来实现；本发明这种废弃光伏组件综合回收利用的方法，包括以下步骤：
1)将废弃光伏组件进行机械拆解，分离出铝边框、接线盒和电池片；
2)对步骤1)中分离出的电池片进行热解处理，得到电池片混合物；
3)用泰勒标准筛对步骤2)中的电池片混合物进行筛析；得到大块玻璃、粗粒级混合物、中粒级混合物和细粒级混合物；大块玻璃直接进行回收；
4)将步骤3)中的粗粒级混合物、中粒级混合物和细粒级混合物分别进行粉碎，分别得到粉碎后的粗粒级混合物A1、中粒级混合物A2和细粒级混合物A3；对粉碎后的粗粒级混合物A1、中粒级混合物A2和细粒级混合物A3分别进行化学处理，回收铝、银和硅，其中：细粒级混合物A3回收处理后，得到的粉料，作为粉料B进入后续步骤；
5)将步骤4)中的粉料B进一步进行破碎，得到粉料C；将粉料C进行第一次高温处理，处理完毕，冷却至室温后，得到粉料D；将粉料D进行第二次高温处理，处理完毕，冷却至室温后，得到粉料E。
所述步骤1)中，铝边框拆解下来后直接作为铝材回收；电池片为仅拆除铝边框和接线盒的完整电池片。
所述步骤2)中，热解处理在马弗炉或管式炉或热解炉中进行；热解起始温度为20～50℃，终止温度为450～600℃，保温时间为50～150min，升温速率为5～10℃/min；电池片混合物包括玻璃、汇流带和电池片。
所述步骤3)中，泰勒标准筛的目数依次为10目、20目和40目；筛析过程为干式筛析。
所述步骤4)中，粉碎采用剪切式破碎机(德国FRITSCH，Pulverisette 14)，剪切式破碎机转速为5000～8500r/min，三种混合物都分别粉碎至0.2mm以下。
所述步骤4)中的化学处理包括以下步骤：
4.1将粒级混合物A1、中粒级混合物A2和细粒级混合物A3分别置于氢氧化钠溶液中在设定温度下进行浸泡反应，反应完毕后，过滤，分别得到脱铝后的粉料A1’、A2’、A3’和含铝溶液；
4.2将步骤4.1中脱铝后的粉料A1’、A2’、A3’分别置于硝酸溶液中在设定温度下进行浸泡反应，反应完毕后，过滤，分别得到脱银的粉料A1”、A2”、A3”和含银溶液；A3”不再进行处理，即作为粉料B；
4.3将步骤4.2中的粉料A1”、A2”分别置于磷酸溶液中在设定温度下进行浸泡反应去除粉料中的氮化硅，反应完毕后，过滤，得到的粉料为高纯度的硅粉；
4.4向步骤4.1中获得含铝溶液中加入盐酸，调节溶液pH值为5.5～7.5，反应后得到氢氧化铝沉淀，对氢氧化铝沉淀进行煅烧即可得到三氧化二铝，完成铝的回收。
4.5向步骤4.2中获得的含银溶液中加入水合肼溶液，反应后可直接得到银单质，完成银的回收。
所述步骤4.1中，氢氧化钠溶液的质量浓度为10～60％；浸泡时混合物与氢氧化钠溶液的固液比为0.04～0.1g/mL；设定温度为20～90℃，浸泡反应时间为10～60min。
所述步骤4.2中，硝酸溶液的浓度为3～20mol/L，浸泡时粉料与硝酸溶液的固液比为0.05～0.1g/mL；设定温度为20～90℃，浸泡反应时间为20～80min。
所述步骤4.3中，磷酸的质量百分浓度为70～90％，浸泡时粉料与磷酸溶液的固液比为0.04～0.1g/mL；设定温度为100～400℃，浸泡反应时间为20～80min；得到的硅粉纯度大于90％。
所述步骤5)中，粉料B进行粉碎前先充分烘干，粉碎采用行星式球磨机(中国南京驰顺科技，QM-3SP2)，行星式球磨机公转转速为50～400r/min，自转转速为100～800r/min，粉碎时间为30～400min；第一次高温处理的具体步骤为：将粉料C置于刚玉坩埚中，接着在管式炉中(中国合肥科晶材料技术，GSL-1700X)，在氨气或氮气气氛下，以3～10℃/min升温速率升温至800～1200℃，保温1～6h，得到粉料D；第二次高温处理的具体步骤为：在管式炉中(中国合肥科晶材料技术，GSL-1700X)，在氮气气氛下将粉料D以1～3℃/min的升温速率升温至1000～1350℃，保温5～15h；得到粉料E，粉料E即为氮化硅粉；其中：第一次高温处理的起始温度为20～50℃，第二次高温处理的起始温度为20～50℃。
本发明的有益效果：1)本发明针对废弃光伏组件的组成，设计了本发明的方法综合回收方法，综合回收了六种增值化产品分别为：铝材、钢化玻璃、三氧化二铝、银单质、硅粉和氮化硅粉，实现了废弃光伏组件资源回收，而且本发明的回收方法简单可行，且环保。2)本发明对光伏组件的各个有价组分进行增值化利用，得到的六种增值化产品，不仅满足回收利用要求，且经济效益显著。不仅满足回收利用要求，且经济效益显著。
附图说明
图1为本发明所废弃光伏组件综合回收利用的方法的工艺流程图。
具体实施方式
以下将对本发明的实施例进行清楚、全面的描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。本发明实施例中的工艺流程如图1所示，具体步骤可见实施例。
实施例1
一种废弃光伏组件高效增值化利用的方法，包括以下步骤：
(1)机械拆解废弃光伏组件，分离出铝边框、接线盒和电池片，铝边框作为铝材回用，电池片继续做后续处理。
(2)将电池片放入管式炉中(中国合肥科晶材料技术，GSL-1700X)，在空气气氛下，以5℃/min的升温速率升至500℃，并在该温度下保温60min；得到电池片混合物；电池片混合物主要由玻璃、汇流带和电池片组成。
(3)用10目、20目和40目的泰勒标准筛对步骤(2)中的热解产物进行筛析，得到大块玻璃、粗粒级产品(A1)、中粒级产品(A2)和细粒级产品(A3)，大块玻璃直接作为产品回收，分别将A1、A2、A3采用7500r/min的剪式破碎机(德国FRITSCH，Pulverisette 14)粉碎至0.2mm以下。
(4)①在40℃温度条件下，按照固液比为0.04g/mL，分别将A1、A2、A3放入20wt％的氢氧化钠溶液，浸泡反应20min后，过滤，得到粉料A1’、A2’、A3’，3种浸泡液混合后得到含铝溶液。②在40℃温度条件下，按照固液比为0.05g/mL，将粉料A1’、A2’、A3’分别置于5mol/L的硝酸溶液中，浸泡反应50min后，过滤，得到粉料A1”、A2”、A3”，3种浸泡液混合后得到含银溶液。③在温度为220℃下，按照固液比为0.04g/mL分别将粉料A1”、A2”放入80wt％的磷酸溶液中，反应时间为40min，去除粉料中的氮化硅，过滤和干燥后，得到粉料A1”’和A2”’，其中：粉料A1”’中硅含量为98.14％，粉料A2”’中硅含量为98.79％；粉料A3”不进行处理，作为粉料B进入到后续步骤。④向含铝溶液中加入盐酸，调节溶液pH值为6.0，反应后得到氢氧化铝沉淀，对其进行煅烧得到三氧化二铝产品。⑤向含银溶液中加入水合肼溶液，反应后得到银单质。
(5)用公转转速为100r/min和自转转速为400r/min的行星式球磨机(中国南京驰顺科技，QM-3SP2)将粉料B粉碎至500目以下，得到粉料C。
(6)用刚玉坩埚盛放粉料C，并将其放入管式炉中(中国合肥科晶材料技术，GSL-1700X)，在氮气气氛下进行第一次高温处理；第一次高温处理起始温度为50℃，终止温度为1000℃，保温时间为6h，升温速率为5℃/min；高温处理结束后得到粉料D。
(7)用刚玉坩埚盛放粉料D，并将其放入管式炉中(中国合肥科晶材料技术，GSL-1700X)，在氮气气氛下进行第二次高温处理；第二次高温处理起始温度为50℃，终止温度为1300℃，保温时间为10h，升温速率为2℃/min；所用氮气纯度≥99％；高温处理结束后得到粉料E，粉料E即为氮化硅粉，纯度为97％。
本实施例中共处理废弃光伏组件5kg，回收铝边框0.9kg，大块玻璃3.38kg，硅粉0.14kg，氧化铝0.025kg，银单质0.023g，氮化硅0.0237kg。
实施例2
一种废弃光伏组件高效增值化利用的方法，包括以下步骤：
(1)机械拆解废弃光伏组件，分离出铝边框、接线盒和电池片，铝边框作为铝材回用，电池片继续做后续处理。
(2)将电池片放入管式炉中(中国合肥科晶材料技术，GSL-1700X)，在空气气氛下，以10℃/min的升温速率升至500℃，并在该温度下保温90min；得到电池片混合物；电池片混合物主要由玻璃、汇流带和电池片组成。
(3)用10目、20目和40目的泰勒标准筛对步骤(2)中的热解产物进行筛析，得到大块玻璃、粗粒级产品(A1)、中粒级产品(A2)和细粒级产品(A3)，大块玻璃直接作为产品回收，分别将A1、A2、A3采用6000r/min的剪式破碎机(德国FRITSCH，Pulverisette 14)粉碎至0.2mm以下。
(4)①在40℃温度条件下，按照固液比为0.07g/mL，分别将A1、A2、A3放入15wt％的氢氧化钠溶液，浸泡反应30min后，过滤，得到粉料A1’、A2’、A3’，3种浸泡液混合后得到含铝溶液。②在40℃温度条件下，按照固液比为0.05g/mL，将粉料A1’、A2’、A3’分别置于4mol/L的硝酸溶液中，浸泡反应60min后，过滤，得到粉料A1”、A2”、A3”，3种浸泡液混合后得到含银溶液。③在温度为260℃下，按照固液比为0.06g/mL分别将粉料A1”、A2”放入85wt％的磷酸溶液中，反应时间为30min，去除粉料中的氮化硅，过滤和干燥后，得到粉料A1”’和A2”’，其中：粉料A1”’中硅含量为97.74％，粉料A2”’中硅含量为98.71％；粉料A3”不进行处理，作为粉料B进入到后续步骤。④向含铝溶液中加入盐酸，调节溶液pH值为7.0，反应后得到氢氧化铝沉淀，对其进行煅烧得到三氧化二铝产品。⑤向含银溶液中加入水合肼溶液，反应后得到银单质。
(5)用公转转速为110r/min和自转转速为420r/min的行星式球磨机(中国南京驰顺科技，QM-3SP2)将粉料B粉碎至500目以下，得到粉料C。
(6)用刚玉坩埚盛放粉料C，并将其放入管式炉中(中国合肥科晶材料技术，GSL-1700X)，在氮气气氛下进行第一次高温处理；第一次高温处理起始温度为50℃，终止温度为1050℃，保温时间为6h，升温速率为5℃/min；高温处理结束后得到粉料D。
(7)用刚玉坩埚盛放粉料D，并将其放入管式炉中(中国合肥科晶材料技术，GSL-1700X)，在氮气气氛下进行第二次高温处理；第二次高温处理起始温度为50℃，终止温度为1350℃，保温时间为10h，升温速率为2℃/min；所用氮气纯度≥99％；高温处理结束后得到粉料E，粉料E即为氮化硅粉，纯度为97％。
本实施例中共处理废弃光伏组件5kg，回收铝边框0.9kg，大块玻璃3.34kg，硅粉0.15kg，氧化铝0.023kg，银单质0.024g，氮化硅0.024kg。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的构思下，利用本发明说明书内容所作的任何修改、替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种废弃光伏组件综合回收利用的方法，包括以下步骤：
1）将废弃光伏组件进行机械拆解，分离出铝边框、接线盒和电池片；
2）对步骤1）中分离出的电池片进行热解处理，得到电池片混合物；
3）用泰勒标准筛对步骤2）中的电池片混合物进行筛析；得到大块玻璃、粗粒级混合物、中粒级混合物和细粒级混合物；大块玻璃直接进行回收；
4）将步骤3）中的粗粒级混合物、中粒级混合物和细粒级混合物分别进行粉碎，分别得到粉碎后的粗粒级混合物A1、中粒级混合物A2和细粒级混合物A3；对粉碎后的粗粒级混合物A1、中粒级混合物A2和细粒级混合物A3分别进行化学处理，回收铝、银和硅，其中：细粒级混合物A3回收处理后，得到的粉料，作为粉料B进入后续步骤；
5）将步骤4）中的粉料B进一步进行破碎，得到粉料C；将粉料C进行第一次高温处理，处理完毕，冷却至室温后，得到粉料D；将粉料D进行第二次高温处理，处理完毕，冷却至室温后，得到粉料E；
所述步骤4）中的化学处理包括以下步骤：
4.1将粒级混合物A1、中粒级混合物A2和细粒级混合物A3分别置于氢氧化钠溶液中在设定温度下进行浸泡反应，反应完毕后，过滤，分别得到脱铝后的粉料A1’、A2’、A3’和含铝溶液；
4.2将步骤4.1中脱铝后的粉料A1’、A2’、A3’分别置于硝酸溶液中在设定温度下进行浸泡反应，反应完毕后，过滤，分别得到脱银的粉料A1’’、A2’’、A3’’和含银溶液；A3’’不再进行处理，即作为粉料B；
4.3将步骤4.2中的粉料A1’’、A2’’ 分别置于磷酸溶液中在设定温度下进行浸泡反应去除粉料中的氮化硅，反应完毕后，过滤，得到的粉料为高纯度的硅粉；
4.4向步骤4.1中获得含铝溶液中加入盐酸，调节溶液pH值为5.5~7.5，反应后得到氢氧化铝沉淀，对氢氧化铝沉淀进行煅烧即可得到三氧化二铝，完成铝的回收；
4.5向步骤4.2中获得的含银溶液中加入水合肼溶液，反应后可直接得到银单质，完成银的回收；
所述步骤4.3中，磷酸的质量百分浓度为70~90%，浸泡时粉料与磷酸溶液的固液比为0.04~0.1g/mL；设定温度为100~400℃，浸泡反应时间为20~80min；得到的硅粉纯度大于90%；
所述步骤5）中，粉料B进行粉碎前先充分烘干，粉碎采用行星式球磨机，行星式球磨机公转转速为50~400r/min，自转转速为100~800r/min，粉碎时间为30~400min；第一次高温处理的具体步骤为：将粉料C置于刚玉坩埚中，接着在管式炉中，在氨气或氮气气氛下，以3~10℃/min升温速率升温至800~1200℃，保温1~6h，得到粉料D；第二次高温处理的具体步骤为：在管式炉中，在氮气气氛下将粉料D以1 ~3℃/min的升温速率升温至1000~1350℃，保温5~15h；得到粉料E，粉料E即为氮化硅粉；其中：第一次高温处理的起始温度为20~50℃，第二次高温处理的起始温度为20~50℃。
2.根据权利要求1所述的废弃光伏组件综合回收利用的方法，其特征在于，所述步骤1）中，铝边框拆解下来后直接作为铝材回收；电池片为仅拆除铝边框和接线盒的完整电池片。
3.根据权利要求1所述的废弃光伏组件综合回收利用的方法，其特征在于，所述步骤2）中，热解处理在马弗炉或管式炉或热解炉中进行；热解起始温度为20~50℃，终止温度为450~600℃，保温时间为50~150min，升温速率为5~10℃/min；电池片混合物包括玻璃、汇流带和电池片。
4.根据权利要求1所述的废弃光伏组件综合回收利用的方法，其特征在于，所述步骤3）中，泰勒标准筛的目数依次为10目、20目和40目；筛析过程为干式筛析。
5.根据权利要求1所述的废弃光伏组件综合回收利用的方法，其特征在于，所述步骤4）中，粉碎采用剪切式破碎机，剪切式破碎机转速为5000~8500r/min，三种混合物都分别粉碎至0.2mm以下。
6.根据权利要求1所述的废弃光伏组件综合回收利用的方法，其特征在于，所述步骤4.1中，氢氧化钠溶液的质量浓度为10~60%；浸泡时混合物与氢氧化钠溶液的固液比为0.04~0.1g/mL；设定温度为20~90℃，浸泡反应时间为10~60min。
7.根据权利要求1所述的废弃光伏组件综合回收利用的方法，其特征在于，所述步骤4.2中，硝酸溶液的浓度为3~20mol/L，浸泡时粉料与硝酸溶液的固液比为0.05~0.1g/mL；设定温度为20~90℃，浸泡反应时间为20~80min。
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