【光伏组件回收】JCP: 静电分离回收废结晶硅光伏板机械破碎后回收硅—Jiayan Li

文摘 2024-12-25 18:31 北京

【论文链接】

https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.137908

【作者单位】

大连理工大学等

【论文摘要】

光伏（PV）市场始于2000年，首批使用寿命为20-30年的晶体硅（c-Si）光伏组件即将退役。从废弃的晶体硅光伏组件中回收硅对于资源再利用和环境保护至关重要。静电分离是一种无污染且成本较低的技术，可用于从晶体硅光伏组件机械破碎产物中回收硅。本研究中，首先对废弃的晶体硅光伏组件进行机械破碎预处理，产物分为块状物和混合粉末两部分。通过酸洗和X射线荧光测试发现，破碎后的晶体硅光伏废弃物中，质量分数为82.8%的硅分布在混合粉末中，该混合粉末通过静电分离进行回收。本研究探讨了粉末粒度、直流电源电压和滚筒转速对硅回收效果的影响。静电分离回收硅的最佳粉末粒度为0.30-0.45毫米，在此粒度下，当滚筒转速为30转/分钟、电压为15千伏时，分离效果最好，硅的比例达到91.0%，硅的回收率为48.9%。本研究为从废弃晶体硅光伏组件中回收硅提供了一种新选择，该选择具有更大的工业化回收潜力。

【实验方法】

实验方法：

静电分离技术被用于从混合粉末中富集硅材料。基于我们之前的研究，为了在静电电极上产生电晕放电，所需施加的电压必须超过14.82千伏。然而，过高的电压会引发火花放电，这会扭曲电场并损坏电源。因此，本实验所使用的电压范围设定为15–22千伏。同时，滚筒的转速直接影响施加在颗粒上的离心力。根据实验条件，实施了20–60转/分钟的转速范围。首先研究了粒度对硅回收的影响。列出了六种不同粒度的粉末，在电压为18千伏、转速为30转/分钟、电晕电极角度为95°的条件下进行了静电分离实验。此外，还研究了电压和转速对硅回收的影响。每次实验使用20克的进料。通过调节电压电源和转速电源来调整实验参数。分离后，从每个收集盒中回收产物，分别称重，并计算硅的比例和回收率。每组实验重复三次。为避免潮湿空气对实验结果的影响，实验需在干燥条件下进行。

【图文摘取】

【主要结论】

本研究提出了一种结合机械破碎和静电分离技术，从晶体硅（c-Si）光伏组件中回收硅的清洁、高效且低成本的方法。经过机械破碎后，82.8%质量分数的硅被粉碎成粉末，并通过静电分离进行回收。其中，粒度为0.30–0.45毫米（F3）的粉末是静电分离的最佳粒度。在电压为15千伏、转速为30转/分钟的条件下，静电分离效果最佳，此时硅的比例为91.0%，硅的收集率为48.9%。这些结果表明，机械破碎与静电分离相结合是从废弃晶体硅光伏组件中回收硅的一种有前景的方法。该方法既经济又环保，因为它不产生有害气体或液体废物，并可能为工业化提供指导。然而，本研究中获得的硅回收率相对较低。为了提高硅的回收率，在调整电晕电极角度、进料速度和收集盒小型化设计方面仍有很大的研究潜力。此外，静电分离对粒度具有选择性，但在机械破碎过程中控制粒度具有挑战性。因此，研究人员可以更加关注研究光伏组件机械破碎过程中的粒度控制，以提高硅的回收率并最大限度地减少有价值组分的损失。同时，可以尝试将废旧印刷电路板回收中使用的双辊式静电分离设备的设计理念应用于从晶体硅光伏组件中回收硅，以扩大可用于分离的合格粒度范围。

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