TWI426171B - 太陽能板廢玻璃燒製成環保紅磚之方法及產品 - Google Patents

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Description

太陽能板廢玻璃燒製成環保紅磚之方法及產品
本發明係一種涉及於固體廢物處理，以及鋪設地面的紅磚的技術領域，尤指太陽能板廢棄物可以再利用而配合原有的黏土來製成紅磚。
按由全球面臨氣候變遷，造成暖化日益嚴重以及能源逐漸耗竭等問題，各國積極投入發展替代能源及綠色科技產業，其中運用太陽能來發電的綠色科技，是許多國家積極推動的方向，由於太陽能電池是將太陽能轉換成電能的裝置，需有陽光才能運作，太陽能電池與蓄電池串聯，將有陽光時所產生的電能先行儲存，以供無陽光時放電使用。使用中較沒有釋放二氧化碳等破壞生態環境問題，因而被視為未來重要新興能源。
一般而言，太陽能電池利用太陽光直接發電的光電半導體薄片，該薄片在接受太陽光等光線照射，即可輸出電壓及電流，而太陽能電池(又可稱晶片或是矽晶，分成非晶矽、多晶、單晶)在設計所需要的電流進行切割後焊接箔條導線，完成之後用箔條串聯成一組，再和強化玻璃層層疊置，並且進行真空封裝以製成稱太陽能板，而數個太陽能板組成方陣。
太陽能電池有分成薄膜太陽能電池，以及矽晶圓太陽能電池，根據行政院環保署公佈資料顯示，2007年國內市場約含3，998，295kg/y之太陽能板(太陽能板是組裝太陽能板廠商所製造之單晶矽、多晶矽及薄膜)，太陽能板廢棄量約191，186kg/y，其中廢薄膜類太陽能電池約8，603kg/y，廢矽晶類太陽能電池約171，111kg/y。薄膜類廢棄太陽能電池的玻璃矽含量高達(68.35%)，因此如何處理這些廢棄物，也是一項重要問題，發明人因此思考，如能將廢棄太陽能板廢玻璃資源化再利用，將可有效解決太陽能板廢玻璃之問題。
本發明者鑑於前述的問題，進而用心研究開發，因此本發明主要目的係在提供一種太陽能板廢玻璃燒製成環保紅磚之方法及產品，其主要是將廢棄太陽能板與黏土相互混練而以燒結方式而製成紅磚，使紅磚兼具環保及經濟之優點，更具有高抗磨性、低吸水率特點。
為了可達到前述的目的，本發明所運用的技術手段係在於提供一種太陽能板廢玻璃燒製成環保紅磚之方法，其係包含：一種太陽能板廢玻璃燒製成環保紅磚之方法，其係包含：一種太陽能板廢玻璃燒製成環保紅磚之方法，其係包含：備料：備料太陽能板廢玻璃以及黏土，該太陽能板廢玻璃是太陽能板製品製造時發生損毀及生命週期結束後所產生之廢棄物， 研磨成粉末：將太陽能板廢玻璃破碎並且研磨成太陽能板廢玻璃粉末，研磨控制粒徑細度範圍是300-1000m2 /kg；黏土混合研磨粉末：以太陽能板廢玻璃粉末佔1~50%的重量比例，將黏土與太陽能板廢玻璃粉末充分混合均勻；加壓成型：該混合均勻的太陽能板廢玻璃粉末與黏土，施以高壓而成型；燒結：加壓成型的成型體送入送入高溫爐加熱以構成燒結體，燒結燒結條件是加熱燒結溫度範圍在700-1000℃，紅磚成品：在完成燒結階段並自然冷卻之後即製成紅磚。
因此依據本發明的技術手段，本發明可以獲得的功效簡要說明如下所列：
1、本發明以廢棄太陽能板，作為製作紅磚之原料，未來將可有效減少每年所產生廢棄太陽能板玻璃，減少廢棄物的產生，提升太陽能板廢玻璃再利用資材化本發明開拓太陽能板廢玻的再利用途徑以及市場需求量，提高產品單位價值，建立具市場性的再生原料應用技術。
2、以太陽能板廢玻璃製成的粉末，與黏土混合，因而紅磚的成份包含了太陽能板廢玻璃粉末以及黏土，取代以往是純黏土的紅磚，因此本發明不僅藉由太陽能板廢玻璃來加強紅磚抗壓強度可達到1381kgf/cm2 。
3、本發明亦可減少紅磚瓷土的使用量，而以目前市面較常見尺寸之紅磚做經濟分析，在以太陽能板廢玻璃取代後之紅磚可節省30-50%之成本。
4、目前太陽能板廢玻璃為無害性廢棄物，其處理方式大多數仍以掩埋為主，因此如何將太陽能板廢玻璃減容、減量達到資源化在利用及創造有價之商品為目的，因此進一步研發新穎技術以資源化回收作為土木融合之紅磚原料。
5、本發明之紅磚，由於太陽能板廢玻璃含大量的SiO2 ，其具備的助熔效果可在遇高溫燒結時，形成黏滯流而填補孔隙，因此組織緻密化提高，使本發明之紅磚吸水率因為孔隙縮小而有效降低，因此符合土木建築用一級磚的規範。
6、本發明的紅磚包含有太陽能板廢玻璃成份，透過研磨、燒結的製程而使紅磚表面更為緻密，具有高抗磨性，因此磨耗量低，抗磨性高。
本發明係一種太陽能板廢玻璃燒製成環保紅磚之方法及產品，請配合參看第一圖，其係為製法流程圖，顯示製法流程依序是：備料(10)：準備紅磚的原料是太陽能板廢玻璃以及黏土。本發明所指太陽能板廢玻璃是指太陽能板製品製造時發生損毀及生命週期結束後所產生之廢棄物，從附件一、 二來說明本發明使用原料的特性，其中附件一的表1為環保紅磚原料之物理特性，由圖表可得知黏土之pH值為6.97，細度為839.6m2 /kg，比重為2.01kg/m3 ；太陽能板廢玻璃之pH值為10.64，細度為300m2 /kg，比重為2.40kg/m3 。而附件一的表2是本發明運用為紅磚原料之XRF化學組成分析結果，結果顯示黏土及太陽能板廢玻璃均以SiO2 為主，且該太陽能板廢玻璃之成分組成包括含量由高而低之二氧化矽(SiO2 )、氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)、三氧化硫(SO3 )、三氧化二鋁(Al2 O3 )、氧化鐵(Fe2 O3 )及氧化鉀(K2 O)，所以太陽能板廢玻璃可與黏土相容，而環保紅磚原料之重金屬總量及TCLP試驗結果如附件一的表3所示，由表3得知紅磚原料中之Zn含量最高，含量高達375mg/kg左右，Ni與Pb含量次之，分別為73.80mg/kg與59.52mg/kg。縱使在原料中添加本發明的太陽能板廢玻璃，也不會造成重金屬含量超過法定值，如附件一的表3 TCLP試驗結果所示，所有運用於本發明的紅磚各項成份，其重金屬皆不會超過法規之限制值，對環境無危害之疑慮。而再配合附件二有關XRD分析結果，本發明環保紅磚之礦物晶相是以石英為主。
研磨成粉末(11)：將太陽能板廢玻璃破碎並且研磨成太陽能板廢玻璃粉末，透過球磨機研磨控制粒徑細度範圍是300-1000m2 /kg之粉末。
黏土混合研磨粉末(12)：以太陽能板廢玻璃粉末佔 1~50%的重量比例，將黏土與太陽能板廢玻璃粉末充分混合均勻。
加壓成型(13)：將前述混合均勻的粉末與黏土，透過油壓機械，將前述太陽能板廢玻璃粉末，施以在20-150kgf/cm2 壓力下成型，並且待其乾燥。
燒結(14)：本發明是將前述加壓成型的成型體，送入高溫爐加熱以構成燒結體，而高溫爐的窯燒氣氛環境可以是供氧或是厭氧狀態，本發明燒結燒結條件如下所列：加熱燒結溫度範圍--700-1000℃
燒結最高溫持溫時間--是6-10小時
加熱速率範圍--5~10℃/min
在燒結之後，並在高溫爐內自然冷卻至室溫。
紅磚成品(15)：當燒結體在完成燒結階段並自然冷卻之後即製成紅磚，請配合第七圖所示，即是依照本發明方法製成紅磚成品示意圖，形狀、大小都不在限定條件內，本發明的紅磚(20)顯示黏土(21)混合有研磨成粉末的太陽能板廢玻璃粉末(25)，而配合第二、七圖所示，以太陽能板廢玻璃粉末(25)與黏土(21)混合所製成的紅磚，由第二圖可知，本發明紅磚(20)之抗壓強度隨取代量提升及溫度提升而逐漸增加。
第二、三、七圖顯示本發明紅磚(20)之吸水率，於第二、三圖可得知在燒結溫度為700-1000℃皆可符合國家標準(CNS)382 R2002之規範，一級磚標準(吸水率10%以下，抗壓強度300kgf/cm2 以上)，證明太陽能板廢玻璃燒 結體可作為一般建築用磚使用，達到可供利用之建築用磚材料。其中，第二圖顯示本發明製法製得之紅磚(20)具有200至1400kgf /cm2 之抗壓強度。
第四圖是本發明紅磚(20)之磨耗量，由此可知，紅磚(20)透過燒結流程得知，其磨耗量隨燒結溫度增加而降低。當燒結溫度逐漸升高，磨耗量逐漸下降，結果顯示，表面結構越緻密，燒結體之磨耗量越低。在燒結過程中，燒結體表面之黏滯流燒結現象令封閉燒結體內部密閉孔細及減少表面開放孔隙大小，增進是體緻密化效果，提昇紅磚(20)之機械強度。
第五圖是本發明紅磚(20)之抗折強度發展圖，結果顯示，抗折強度隨溫度、太陽能板廢玻璃粉末(25)分佈量的變化而強度越強。而配合第三、六圖對照來顯示紅磚(20)之孔隙率，孔隙率越小則吸水度越低。
而附件三是本發明製成的紅磚在不同溫度及不同取代量之SEM，由圖面可發現，隨著溫度的上升與太陽能板廢玻璃取代量(即太陽能板廢玻璃粉末混合於紅磚的分佈量)增加，紅磚之緻密性越高。
上述實施例僅為例示性說明本發明之技術及其功效，而非用於限制本發明。任何熟於此項技術人士均可在不違背本發明之技術原理及精神的情況下，對上述實施例進行修改及變化，因此本發明之權利保護範圍應如後所述之申請專利範圍所列。
 《本發明》
(10)．．．備料
(11)．．．研磨成粉末
(12)．．．黏土混合研磨粉末
(13)．．．加壓成型
(14)．．．燒結
(15)．．．紅磚成品
(20)．．．紅磚
(21)．．．黏土
(25)．．．太陽能板廢玻璃粉末
(一)圖式部分
第一圖係本發明較佳實施例之方塊流程圖。
第二圖係本發明較佳實施例之紅磚之抗壓強度表。
第三圖係本發明較佳實施例之紅磚之吸水率圖表。
第四圖係本發明較佳實施例之紅磚之磨耗量圖表。
第五圖係本發明較佳實施例之紅磚之抗折能力圖表。
第六圖係本發明較佳實施例之紅磚之孔隙率表。
第七圖係本發明較佳實施例之產品剖面放大示意圖。
附件一：太陽能板廢玻璃的組成分析以及重金屬情況顯示表。
附件二：本發明紅磚的XRD圖譜。
附件三：製成紅磚實體的SEM照片。
(10)．．．備料
(11)．．．研磨成粉末
(12)．．．黏土混合研磨粉末
(13)．．．加壓成型
(14)．．．燒結
(15)．．．紅磚成品

Claims (4)

  1. 一種太陽能板廢玻璃燒製成環保紅磚之方法，其係包含：備料：備料太陽能板廢玻璃以及黏土，該太陽能板廢玻璃是太陽能板製品製造時發生損毀及生命週期結束後所產生之廢棄物，該太陽能板廢玻璃之成分組成包括含量由高而低之二氧化矽(SiO2 )、氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)、三氧化硫(SO3 )、三氧化二鋁(Al2 O3 )、氧化鐵(Fe2 O3 )及氧化鉀(K2 O)；研磨成粉末：將太陽能板廢玻璃破碎並且研磨成太陽能板廢玻璃粉末，研磨控制粒徑細度範圍是300-1000m2 /kg；黏土混合研磨粉末：以太陽能板廢玻璃粉末佔1~50%的重量比例，將黏土與太陽能板廢玻璃粉末充分混合均勻；加壓成型：該混合均勻的太陽能板廢玻璃粉末與黏土，施以高壓而成型；燒結：加壓成型的成型體送入送入高溫爐加熱以構成燒結體，燒結條件是加熱燒結溫度範圍在700-1000℃，紅磚成品：在完成燒結階段並自然冷卻之後即製成紅磚。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能板廢玻璃燒製成環保紅磚之方法，所述燒結流程中，高溫爐的窯燒氣氛環境可以是供氧或是厭氧狀態。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能板廢玻璃燒製成環保紅磚之方法，所述燒結流程中，燒結最高溫持溫時間是6-10小時，加熱速率是5-10℃/min。
  4. 一種運用申請專利範圍第1項所述之太陽能板廢玻璃燒製成紅磚之方法製成的產品，其以佔產品重量比例1~50%之太陽能板廢玻璃粉末與黏土混合，經700~1000℃燒結製成一紅磚，且該紅磚具有200至1400kgf /cm2 之抗壓強度，其中，該太陽能板廢玻璃粉末是指太陽能板發生損毀及生命週期結束後所產生之太陽能板廢棄玻璃經研磨形成的粉末，且該太陽能板廢玻璃之成分組成包括含量由高而低之二氧化矽(SiO2 )、氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)、三氧化硫(SO3 )、三氧化二鋁(Al2 O3 )、氧化鐵(Fe2 O3 )及氧化鉀(K2 O)。
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