一种从废旧太阳能板中回收金属和能源气体的方法技术

本发明专利技术公开了一种从废旧太阳能板中回收金属和能源气体的方法。本发明专利技术对废弃太阳能板进行真空热解处理，分离并回收废旧太阳能板中有机组分裂解得到的短链气体；采用真空冶金的方法将金属组分气化，并利用不同金属在真空条件下的沸点差异，通过温度梯度分级冷凝分离，从而得到各种金属单质。本发明专利技术实现了废旧太阳能板中各金属组分、有机组分和硅原料的高效精准分离回收，将废旧的太阳能板转化为高附加值、可二次利用的材料，而且工艺简单，能耗低，无二次污染物的排放，具有显著的经济效益和环境效益。

【技术实现步骤摘要】
一种从废旧太阳能板中回收金属和能源气体的方法
本专利技术涉及固体废弃物资源回收
，具体涉及一种从废旧太阳能板中回收金属和能源气体的方法。
技术介绍
随着石油和煤等传统能源逐渐枯竭，新能源技术得到了不断发展。作为最具备利用潜力的能源——太阳能，更是人类开发利用的重点。另一方面，太阳能的普及和利用可以大大减少CO2的排放，对于全球气候变化有着积极的影响。因此，太阳能产业近十年来得到了不断地发展，与此相应的，作为太阳能电池的太阳能板也得到了广泛的生产和应用，太阳能板模块的使用寿命一般为15到20年，虽然太阳能技术相关固体废弃物与传统能源产生的废弃物相比数量很少，但是当太阳能板使用寿命达到期限后，其废弃物的产量是不可忽视的一个问题。太阳能电板的结构由上到下主要包括合成树脂外膜、钢化玻璃、锡包铜导线、二氧化锡、铟、镓、锗等稀有金属、晶体硅、氧化锌和铝制底座，各组分之间用EVA(乙烯-乙酸乙酯共聚物)等有机粘合剂进行固定粘结，其中的铜、铟、镓、锗等金属都是属于较为稀有，并且比较贵重的金属，特别是铟、镓、锗在自然界是没有单质态的矿产，基本上都是以伴生的形态存在的，是非常珍贵的金属资源。因此，废旧太阳能板中金属的回收是非常有必要的，对于资源的可持续开采具有重要的意义。目前关于废旧太阳能板中金属的回收的报道还非常少，并且均是采用“浓酸溶解+化学浸出”的方法。CN103184338A提供了一种铜铟镓硒薄膜太阳能板回收方法，首先将太阳能板破碎，然后利用H2SO4和H2O2体系过滤浸出，然后通过P2O2、煤油、HCl、碱液进行萃取和浸出得到In、Se、Cu的氢氧化物溶液，然后通过电解和沉淀的方法得到金属Ga。此方法可以高效回收稀有金属，流程也比较简单，但是过程中会产生大量的酸碱、含有金属离子和氧化性较强的废水，处理难度大，不是一种绿色的回收方法。CN103199148A提供了一种从废旧薄膜太阳能电池中回收镓、铟、锗的方法，利用硫酸和硝酸混合氧化太阳能板破碎物，得到含有镓、铟、锗、镉、铜、锡、锌金属离子的第一分离液，通过调节pH沉淀分离铜、镉，然后加入锌、铝、镁的至少一种，调节pH置换出镓、铟、锗、锡并过滤得到金属混合滤渣，然后通过加入碱液溶解镓并电解得到金属镓，接下来将铟、锗金属固体加入酸液中溶解，通过P2O2和煤油体系、碱液进行反萃取、电解和沉淀，得到金属铟和氢氧化锗沉淀，通过焙烧还原方法得到金属锗。此方法同样可以回收到稀有金属，但是方法流程复杂，并且多次用到强酸、强碱等化工原料，过程中产生大量酸碱及重金属废水，不是一种绿色的回收方法，不适合用于工业生产。因此，为了高效地回收太阳能板中的金属资源，并尽量减少其在回收过程中对环境造成的伤害，急需一种高效、环保且便于推广的回收方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种从废旧太阳能板中回收金属和能源气体的方法，本专利技术的方法避免了现有方法中采用各式酸碱浸出而产生大量废水的问题，实现了废旧太阳能板中的金属分离和回收，且将太阳能板中的有机组分转化为二次能源再次利用，具有操作简单、高效回收、环境友好及资源节约的特点。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种从废旧太阳能板中回收金属和能源气体的方法，对废弃太阳能板进行真空热解处理，收集废旧太阳能板中有机组分裂解得到的气体；采用真空冶金的方法将金属组分气化，并利用不同金属在真空条件下的沸点差异，通过温度梯度分级冷凝分离，从而得到各种金属单质。上述技术方案采用真空加热的方式将有机组分以短链气体的形式从太阳能板分离出来，并采用钢瓶等装置进行收集；真空炉内只剩下无机组分，即金属和含硅材料，利用真空冶金的方法以及不同金属的冷凝温度的差异，将不同的金属组分冷凝分离在不同的加热温区。其中，真空加热结束后最高温度段剩余的残渣为太阳能板中的晶体硅及二氧化硅，可以作为硅原料进一步加工后再利用，太阳能板中的不同金属组分则分别在不同的冷凝温度段收集，不会导致金属组分混合，达到了精确分离的效果。本专利技术中真空热解分为两个阶段进行，第一阶段加热的温度低于400℃时，将废弃太阳能板中的有机组分裂解为长链重油、短链轻质油和短链气体；第二阶段加热的温度在400℃以上时，进一步将长链重油和短链轻质油裂解为短链气体。本专利技术中真空冶金包括以下步骤：升温使金属组分气化，且气态金属在真空泵的作用下从高温段向低温段移动，不同的气态金属在不同的冷凝温度段液化并停留在该冷凝位置。作为本专利技术所述的从废旧太阳能板中回收金属和能源气体的方法的优选实施方式，包括以下步骤：(1)对废旧太阳能板进行破碎处理，得到废弃物料；(2)将废弃物料放入多温区真空加热装置中，设置温度梯度；所述多温区真空加热装置沿炉体水平方向设有多个加热温区，废弃物料所在的加热温区的设定温度最高，通过不同加热温区的温度控制实现在炉体水平方向上呈现温度梯度降低；(3)利用真空泵对多温区真空加热装置进行抽真空处理，在真空条件下进行加热，并收集废旧太阳能板中有机组分裂解得到的短链气体，各加热温区升温至设定温度后，保温至各金属组分充分分离冷凝，停止加热；(4)自然冷却后，关闭真空泵，从各加热温区获得相应温度下冷凝得到的含硅原料或金属。上述技术方案中采用简单的剪切破碎太阳能板，将太阳能板破碎为便于加热的小块即可，破碎的主要作用是方便太阳能板均匀受热，以提高处理效率。作为本专利技术所述的从废旧太阳能板中回收金属和能源气体的方法的优选实施方式，所述步骤(2)中，任意一个加热温区的设定温度低于相邻的前一个加热温区的设定温度。更优选地，每个加热温区的区间长度为0.5m。作为本专利技术所述的从废旧太阳能板中回收金属和能源气体的方法的优选实施方式，所述多温区真空加热装置为多温区真空管式高温炉，可设置温度梯度，便于冷凝收集。作为本专利技术所述的从废旧太阳能板中回收金属和能源气体的方法的优选实施方式，所述步骤(3)中，开启加热前，多温区真空加热装置内的真空度低于10Pa。作为本专利技术所述的从废旧太阳能板中回收金属和能源气体的方法的优选实施方式，所述步骤(3)中，保温时间为3h。在加热过程中，真空压力会因为有机物裂解产生气体而发生变化，对金属的气化产生影响，在所有的有机气体被真空泵抽出之后，炉内真空压力需要回到低于10Pa，故采用时长较长的3h作为停留时间，根据太阳能板处理量的变化，可以适当调整停留时间，以达到节约能源的目的。作为本专利技术所述的从废旧太阳能板中回收金属和能源气体的方法的优选实施方式，所述步骤(3)中，保温过程中，多温区真空加热装置内的真空度低于1.0×10-2Pa。在加热过程中尽可能将真空度控制在更低的水平，根据理想气体的克劳修斯-克拉贝龙方程，真空压力越低，液体的沸点越低，这样可以设置更低的最高温度和更少的冷凝温度段，以达到简化设备和减少能耗的目的。作为本专利技术所述的从废旧太阳能板中回收金属和能源气体的方法的优选实施方式，所述加热温区的数量根据不同种类的太阳能板含有的金属种类来设置。作为本专利技术所述的从废旧太阳能板中回收金属和能源气体的方法的优选实施方式，各加热温区的设定温度根据太阳能板所需回收的金属在真空条件下的沸点来设置。上述技术方案中根据不同种类的太阳能板以及金属组分的差异，设置不同的加热温区的数量，采用不同的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从废旧太阳能板中回收金属和能源气体的方法，其特征在于，对废弃太阳能板进行真空热解处理，收集废旧太阳能板中有机组分裂解得到的短链气体；采用真空冶金的方法将金属组分气化，并利用不同金属在真空条件下的沸点差异，通过温度梯度分级冷凝分离，从而得到各种金属单质。

【技术特征摘要】
1.一种从废旧太阳能板中回收金属和能源气体的方法，其特征在于，对废弃太阳能板进行真空热解处理，收集废旧太阳能板中有机组分裂解得到的短链气体；采用真空冶金的方法将金属组分气化，并利用不同金属在真空条件下的沸点差异，通过温度梯度分级冷凝分离，从而得到各种金属单质。2.根据权利要求1所述的从废旧太阳能板中回收金属和能源气体的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对废旧太阳能板进行破碎处理，得到废弃物料；(2)将废弃物料放入多温区真空加热装置中，设置温度梯度；所述多温区真空加热装置沿炉体水平方向设有多个加热温区，废弃物料所在的加热温区的设定温度最高，通过不同加热温区的温度控制实现在炉体水平方向上呈现温度梯度降低；(3)利用真空泵对多温区真空加热装置进行抽真空处理，在真空条件下进行加热，并收集废旧太阳能板中有机组分裂解得到的短链气体，各加热温区升温至设定温度后，保温至各金属组分充分分离冷凝，停止加热；(4)自然冷却后，关闭真空泵，从各加热温区获得相应温度下冷凝得到的含硅原料或金属。3.根据权利要求2所述的从废旧太阳能板中回收金属和能源气体的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，任意一个加热温区的设定温度低于相邻的前一个加热温区的设定温度。4.根据权利要求2所述的从废旧太阳能板中回收金属和能源气体的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，开启加热前，多温区真空加热装置内的真空度低于...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮菊俊，黄哲，秦保家，仇荣亮，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44