CN103978021A - 一种废晶体硅太阳能电池板拆解回收处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废晶体硅太阳能电池板拆解回收处理方法，可实现废晶体硅太阳能电池板的铝框、钢化玻璃、硅晶片、铝、银、铜分类回收。该方法采用热处理技术和化学方法相结合的方法实现废晶体硅太阳能电池板边框、玻璃回收和硅晶片分离，以及有价金属和硅晶片回收。不仅降低了回收处理难度，同时实现了尾气的无害化，防治二次污染，保护了环境；其中，碱浸处理和酸浸处理溶液循环利用，降低了试剂消耗，减少了废酸、废碱的产生量，降低末端废物处理费用。

Description

一种废晶体硅太阳能电池板拆解回收处理方法
技术领域
本发明属于固体废弃物处理领域，特别涉及一种废晶体硅太阳能电池板拆解实现资源分类回收的方法。
背景技术
从上世纪90年代，我国在一些领域建立了太阳能小型示范项目。2002年，国家用光伏解决无电乡的用电问题，光伏用量达到15.5MWp，推动了光伏产业的发展。自2005年以来，我国太阳能电池的生产量以每年100%的增长速率发展， 2007-2011年连续5年产量居世界第一。2011年太阳能电池产量超过20GW，超过全球总产量的50%。根据产业发展规划，2015年和2020年我国光伏***的累计安装容量分别达到20GW和50GW。
太阳能电池板的一般使用寿命为25年，超过使用寿命后，太阳能电池的转化效率会急剧下降，直至失效、报废。上世纪90年代安装的太阳能电池板将相继报废。虽然太阳能电池包括硅系太阳能电池、化合物半导体电池、有机半导体电池和纳米半导体电池。但早期的太阳能电池组件绝大部分是单晶硅和多晶硅电池组件。因此如何处理及从报废后的晶体硅太阳能电池板中回收资源需要值得关注。
晶体硅太阳能电池板由外边框、玻璃、封装材料、背板、接线盒和太阳能电池组成（见图1）。外边框材质一般为铝合金；电池正面的玻璃为低铁钢化玻璃；封装材料一般选用乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）；背板是聚氟乙烯复合膜（TPT），TPT有3层，中间一层为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，另外两层为聚氟乙烯（PVF，Tedlar膜）。将多个单电池片焊接组合在一起称为汇流带，用于连接各块电池片的正负极，汇流带为镀锡铜带。整个电池板的层压顺序从上到下为：钢化玻璃、EVA、电池、EVA和背板，层压完成后四周嵌入铝边框中，背部的接线盒与汇流带相接引出整块板的电流，形成一个完整的电池板。
太阳能电池板主要材料组成占比见表1.
          表1 太阳能电池板材料汇总表（kg/KWp）     （2012年）
材料 硅 银 铝 玻璃 铜 塑料
质量 3.101 0.03 12.771 54.721 0.451 17.091
由图1和表1可以看出，太阳能电池板中各组分赋存状态比较单一，铝框、铜、玻璃等成份具有一定的回收价值。基于太阳能电池板材料赋存状态，建立合理的拆解技术路线，不仅可以解决废太阳能电池板的处理处置问题，还可实现资源的高效清洁回收。
 发明内容
本发明的目的是提供一种废晶体硅太阳能电池板拆解回收处理方法，可实现废晶体硅太阳能电池板的铝框、钢化玻璃、硅晶片、铝、银、铜分类回收。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种废晶体硅太阳能电池板拆解回收处理方法，所述拆解回收处理方法包括以下步骤：
a、首先将废晶体硅太阳能电池板放入密闭加热设备中进行加热，高温下加热使铝合金框架、铜线、电池片和钢化玻璃能够完全分开，背板等塑料部分通过热处理化成灰烬，尾气经过焚烧炉焚烧处理后排空；待加热设备冷却后，分拣出铝合金框架、铜线及钢化玻璃回收利用；
b、经上述步骤a热处理后的电池片在室温下，用碱液浸泡，待碱液与电池片表面的铝浆完全反应之后，得到去铝电池片，将去铝电池片取出，得到含铝碱液；
所述含铝碱液可重复多次利用，含铝碱液可用于制备聚铝酸钠产品；
c、上述步骤b碱浸处理后的去铝电池片经清洗后，用酸溶液浸泡，将电池片表面的Ag浸出，得到去银电池片，将所述去银电池片取出，得到含银酸液；
所述酸液经重复多次利用后待Ag浓度高达500mg/L时，加入过量盐酸得到氯化银沉淀，再用锌粉还原得到银粉，对Ag进行回收利用；
d、上述步骤c酸浸处理后的去银电池片，表面仍覆盖有蓝色氮化硅防反射层，加入氢氟酸溶液（HF溶液），待反应完全后时，得到去氮化硅的电池片；电池片经过清洗后得到纯净的硅晶片，经过多晶硅铸锭机铸锭，得到所述的多晶硅锭。
进一步的，步骤b中所述碱溶液为NaOH溶液，其质量浓度为20%~40%。
进一步的，步骤c中所述酸溶液为HNO3溶液，其摩尔浓度为5~10mol/L。
 本发明相比现有技术的有益效果是：
1、本发明所述方法提高了产品的附加值：高温热解后可一步得到铝合金框架、镀锡铜线和钢化玻璃，可直接分类回收，回收物质附加值提高；
2、全面分类回收金属和硅晶片：电池片的碱浸处理和酸浸处理分别实现了铝和银两种金属的分类回收，经HF溶液和清洗又可得到纯净的硅晶片；
3、降低了回收处理难度：通过一次热解得到可直接回收利用的铝框、钢化玻璃和铜线，然后针对电池片进行逐级处理，回收工序简单，操作方便可行；
4、尾气无害化：对高温热处理过程产生的尾气进行焚烧处理，防治二次污染，保护了环境；
5、减少了试剂消耗：碱浸处理和酸浸处理溶液循环利用，降低了试剂消耗，减少了废酸、废碱的产生量，降低末端废物处理费用；
6、本发明所述方法采用热处理技术和化学方法相结合的方法实现废晶体硅太阳能电池板边框、玻璃回收和硅晶片分离，以及有价金属和硅晶片回收。
 下面结合附图和实施案例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1晶体硅太阳能电池板平面图；
图2是废晶体硅太阳能电池板拆解技术路线图。
 具体实施方式
实施例1
一种废晶体硅太阳能电池板拆解回收处理方法，所述拆解回收处理方法包括以下步骤：
a、首先将废晶体硅太阳能电池板放入密闭加热设备中进行加热，高温下加热使铝合金框架、铜线、电池片和钢化玻璃能够完全分开，背板等塑料部分通过热处理化成灰烬，尾气经过焚烧炉焚烧处理后排空；待加热设备冷却后，分拣出铝合金框架、铜线及钢化玻璃回收利用；
b、经上述步骤a热处理后的电池片在室温下，用碱液浸泡，待碱液与电池片表面的铝浆完全反应之后，得到去铝电池片，将去铝电池片取出，得到含铝碱液；
c、上述步骤b碱浸处理后的去铝电池片经清洗后，用酸溶液浸泡，将电池片表面的Ag浸出，得到去银电池片，将所述去银电池片取出，得到含银酸液；
d、上述步骤c酸浸处理后的去银电池片，表面仍覆盖有蓝色氮化硅防反射层，加入HF溶液，待反应完全后时，得到去氮化硅的电池片；电池片经过超纯水清洗3次后得到纯净的硅晶片，经多晶硅铸锭机铸锭，得到多晶硅锭。
进一步的，步骤b中所述碱溶液为NaOH溶液，其质量浓度为20%~40%。
进一步的，步骤c中所述酸溶液为HNO3溶液，其摩尔浓度为5~10mol/L。
进一步的，步骤b中所述含铝碱液可重复多次利用，含铝碱液可用于制备聚铝酸钠产品。
进一步的，步骤c中所述酸液经重复多次利用后待Ag浓度高达500mg/L时，加入过量盐酸得到氯化银沉淀，再用锌粉还原得到银粉。
本实施例中所述的各原料均为市场上出售的常规产品，本实施例中采用的设备也均为市场上出售的常规产品。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上的优选化方案，提供了废晶体硅太阳能电池板拆解回收处理方法。本实施例中与实施例1相同的部分，请参照实施例1中公开的内容进行理解，实施例1公开的内容也应当作为本实施例的内容，此处不作重复描述。
所述拆解回收处理方法包括以下步骤：
a、首先将废晶体硅太阳能电池板放入密闭加热设备（RX3系列-18KW箱式回火电阻炉）中进行加热，最终温度540℃，加热时间3h，使铝合金框架、铜线、电池片和钢化玻璃能够完全分开，背板等塑料部分通过热处理化成灰烬，尾气经过焚烧炉焚烧处理后排空。待加热设备冷却后，分拣出铝合金框架、铜线及钢化玻璃回收利用。
b、热处理后的电池片在室温下，用浓度30%NaOH过量碱液浸泡45min左右，待碱液与电池片表面的铝浆完全反应之后，将去铝后的电池片取出，得到含铝碱液。由于碱液浓度高，铝量低，因此碱液可用来重复多次浸提，多次利用后的含铝碱液可用于制备聚铝酸钠产品，得到回收利用。
c、碱浸处理后的去铝电池片经清洗后，用浓度为7mol/L HNO3溶液浸泡40min左右，将电池片表面的Ag浸出，将去银后的电池片取出，得到含银酸液，酸液经重复多次利用后待Ag浓度高时，对Ag进行回收利用，得到含银产品。
d、酸浸处理后的去银电池片，表面仍覆盖有蓝色氮化硅防反射层，加入10%的HF溶液，20min左右，待蓝色完全退去，没有气泡产生时，得到去氮化硅的电池片。电池片经过超纯水清洗3次后得到纯净的硅晶片，经多晶硅铸锭机铸锭得到多晶硅锭。

Claims (7)

1.一种废晶体硅太阳能电池板拆解回收处理方法，其特征在于，所述拆解回收处理方法包括以下步骤：
a、首先将废晶体硅太阳能电池板放入密闭加热设备中进行加热，高温下加热使铝合金框架、铜线、电池片和钢化玻璃能够完全分开，背板等塑料部分通过热处理化成灰烬，尾气经过焚烧炉焚烧处理后排空；待加热设备冷却后，分拣出铝合金框架、铜线及钢化玻璃回收利用；
b、经上述步骤a热处理后的电池片在室温下，用碱液浸泡，待碱液与电池片表面的铝浆完全反应之后，得到去铝电池片，将去铝电池片取出，得到含铝碱液；
c、上述步骤b碱浸处理后的去铝电池片经清洗后，用酸溶液浸泡，将电池片表面的Ag浸出，得到去银电池片，将所述去银电池片取出，得到含银酸液；
d、上述步骤c酸浸处理后的去银电池片，表面仍覆盖有蓝色氮化硅防反射层，加入HF溶液，待反应完全后时，得到去氮化硅的电池片；电池片经过清洗后得到纯净的硅晶片。
2.根据权利要求1所述的废晶体硅太阳能电池板拆解回收处理方法，其特征在于，步骤b中所述碱溶液为NaOH溶液，其质量浓度为20%~40%。
3.根据权利要求1所述的废晶体硅太阳能电池板拆解回收处理方法，其特征在于，步骤c中所述酸溶液为HNO3溶液，其摩尔浓度为5~10mol/L。
4.根据权利要求1所述的废晶体硅太阳能电池板拆解回收处理方法，其特征在于，步骤b中所述含铝碱液可重复多次利用，含铝碱液可用于制备聚铝酸钠产品。
5.根据权利要求1所述的废晶体硅太阳能电池板拆解回收处理方法，其特征在于，步骤c中所述酸液经重复多次利用后待Ag浓度高时，对Ag进行回收利用。
6.根据权利要求5所述的废晶体硅太阳能电池板拆解回收处理方法，其特征在于，所述Ag的回收方法是，当所述Ag浓度高达500mg/L时，加入过量盐酸得到氯化银沉淀，再用锌粉还原得到银粉。
7.根据权利要求1所述的废晶体硅太阳能电池板拆解回收处理方法，其特征在于，步骤d中最终得到的硅晶片经过多晶硅铸锭机铸锭，得到所述的多晶硅锭。
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