廢硅電池片表面銀的回收

金懷東，蔣祥吉，周雪梅

（溫州瑞陽光伏材料有限公司， 浙江 溫州 325016）

日益嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境污染問題使可再生能源的研發(fā)迫在眉睫。太陽能儲(chǔ)量無限，且能夠清潔利用，是較為理想的可再生能源［1-2］。目前，在各類太陽能電池中，晶體硅太陽能電池因其轉(zhuǎn)換效率高、技術(shù)成熟且多晶硅價(jià)格較低而占據(jù)了較大的市場份額［3］。

晶體硅太陽能電池組件主要有光伏玻璃、硅電池片和背板等［4］。硅電池片主要由硅片、銀漿和鋁漿等組成，在硅電池片的生產(chǎn)過程或組件層壓過程中都會(huì)出現(xiàn)一定數(shù)量的碎片和不合格電池片。廢硅電池片處理不好不僅是一種浪費(fèi)，還會(huì)帶來環(huán)境污染。姜益群［5］研究了廢硅電池片表面金屬的去除和貴金屬的回收，采用金屬置換法得到貴金屬。黃繼承［6］和王寶仁等［7］采用氨-肼聯(lián)合還原法從廢鍍銀線中回收銀并制備硝酸銀。氨-肼聯(lián)合還原法比金屬置換法方便，且成本更低。

本工作采用氨-肼聯(lián)合還原法回收廢硅電池片上的銀，并優(yōu)化了回收的工藝條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

硝酸、鹽酸、質(zhì)量分?jǐn)?shù)5 0%的水合肼（N2H4·H2O）、氨水、氯化銀：分析純。

HH-S6型水浴鍋：金壇市岸頭良友實(shí)驗(yàn)儀器廠；6020型真空干燥箱：上海基瑋試驗(yàn)儀器設(shè)備有限公司；D8 Advance型 XRD儀：Bruker公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

用水將廢硅電池片清洗干凈，晾干。分別取18塊廢硅電池片（每塊10～12 g）置于燒杯中，加入100 mL硝酸，室溫下反應(yīng)一段時(shí)間后取出硅電池片，再向燒杯中加入一定量的蒸餾水，過濾后向溶液中加入過量的鹽酸，產(chǎn)生白色沉淀，過濾，將沉淀物烘干，得到氯化銀粉末。稱取2 g得到的氯化銀粉末，加入30 mL氨水溶解，用濾紙過濾后向溶液中加入一定量的水合肼，在一定溫度下反應(yīng)得到白色沉淀，傾除上清液，再放入烘箱中在110 ℃下烘干2 h，得到固體粉末銀。將固體粉末銀再次放入硝酸中溶解，過濾，加入過量鹽酸，得到白色沉淀，再加入一定量氨水溶解沉淀，加入一定量水合肼還原，得到提純的銀粉。

將從硝酸中取出的廢硅電池片重新浸入硝酸，重復(fù)上述步驟，浸取3次。

1.3 分析表征方法

采用XRD儀表征試樣粉末，CuKα靶（λ=0.154 06 nm），管電壓40 kV，管電流40 mA，掃描范圍10°～90°，標(biāo)準(zhǔn)α-Al2O3校正衍射峰。

2 結(jié)果與討論

2.1 硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對銀回收量的影響

在硝酸浸取時(shí)間為6 m i n、n（A g）∶n（N2H4）=1.0、水合肼還原反應(yīng)溫度為50 ℃的條件下，硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對銀回收量的影響見圖1。由圖1可見：硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，銀回收量為零；隨著硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，銀回收量逐漸增加；當(dāng)硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí)，銀回收量最大，為1.904 7g；當(dāng)硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)增加時(shí)，銀回收量又逐漸下降?？赡芤?yàn)闈庀跛岷拖∠跛岬姆磻?yīng)歷程不同［8］。本實(shí)驗(yàn)最佳硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%。

圖1 硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對銀回收量的影響

2.2 硝酸浸取時(shí)間對銀回收量的影響

在硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%、n（Ag）∶n（N2H4）=1.0、水合肼還原反應(yīng)溫度為50 ℃的條件下，硝酸浸取時(shí)間對銀回收量的影響見圖2。由圖2可見：隨硝酸浸取時(shí)間延長，銀回收量增加；硝酸浸取時(shí)間為6 min時(shí)，銀回收量已達(dá)1.790 6 g；再繼續(xù)增加硝酸浸取時(shí)間，銀回收量基本維持不變，故本實(shí)驗(yàn)最佳硝酸浸取時(shí)間為6 min。

圖2 硝酸浸取時(shí)間對銀回收量的影響

2.3 水合肼還原反應(yīng)溫度對銀回收量的影響

在硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%、硝酸浸取時(shí)間為6 min、n（Ag）∶n（N2H4）=1.0的條件下，水合肼還原反應(yīng)溫度對銀回收量的影響見圖3。由圖3可見：當(dāng)水合肼還原反應(yīng)溫度為30 ℃時(shí)，銀回收量較少，可能是由于溶液中的氯化銀是以懸浮的固體狀態(tài)存在的， 溫度低時(shí)反應(yīng)速率?。?］；當(dāng)水合肼還原反應(yīng)溫度為50 ℃時(shí)， 銀回收量有較大幅度的提高；當(dāng)水合肼還原反應(yīng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，銀回收量略有提高，考慮到節(jié)省能源和避免較高還原反應(yīng)溫度下反應(yīng)后期反應(yīng)劇烈造成銀的沸溢，故本實(shí)驗(yàn)最佳水合肼還原反應(yīng)溫度為50 ℃。

圖3 水合肼還原反應(yīng)溫度對銀回收量的影響

2.4 n（Ag）∶n（N2H4）對銀回收量的影響

在硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%、硝酸浸取時(shí)間為6 min、水合肼還原反應(yīng)溫度為50 ℃的條件下，n（Ag）∶n（N2H4）對銀回收量的影響見圖4。由圖4可見：隨n（Ag）∶n（N2H4）增大，銀回收量增加；當(dāng)n（Ag）∶n（N2H4）為0.5時(shí)，銀回收量最大；繼續(xù)增大n（Ag）∶n（N2H4），銀回收量降低。本實(shí)驗(yàn)最佳n（Ag）∶n（N2H4）為0.5。

圖4 n（Ag）∶n（N2H4）對銀回收量的影響

2.5 浸取次數(shù)對銀回收量的影響

在硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%、硝酸浸取時(shí)間為6 min、n（Ag）∶n（N2H4）=0.5、水合肼還原反應(yīng)溫度為50℃的條件下，對廢硅電池片進(jìn)行了3次浸取，第1次浸取后得到銀的質(zhì)量為1.825 1 g；第2次浸取后得到銀的質(zhì)量為0.105 1 g；第3次浸取后得到銀的質(zhì)量趨近于零?？梢姡?次浸取就可以去除廢硅電池片上絕大部分的金屬，最多2次浸取就可以將廢硅電池片上的金屬去除干凈。浸取前（a）后（b）廢硅電池片的照片見圖5。由圖5可見，浸取后電極和扎線的銀漿殘留很少，表明銀的去除效果很好。

圖5 浸取前（a）后（b）廢硅電池片的照片

2.6 回收銀粉的XRD分析

回收銀粉的XRD譜圖見圖6。由圖6可見：回收銀粉的XRD譜圖上各衍射峰的位置分別與金屬銀標(biāo)準(zhǔn)卡片［9］一致，說明得到的粉體是銀粉；各衍射峰強(qiáng)度較高，表明產(chǎn)品結(jié)晶性能良好；XRD譜圖上沒有出現(xiàn)其他物質(zhì)的衍射峰，說明該方法回收的銀粉純度較高。由圖6還可以看出，提純后回收銀粉的XRD譜圖和未提純回收銀粉的譜圖一致，說明未提純的回收銀粉純度已經(jīng)很高，無需提純。

圖6 回收銀粉的XRD譜圖

3 結(jié)論

a）采用氨-肼聯(lián)合還原法回收廢硅電池片上的銀，最佳的回收工藝條件為：室溫下采用硝酸2次浸取，其中硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%，硝酸浸取時(shí)間6 min；氯化銀粉體用氨水和水合肼還原，n（Ag）∶n（N2H4）=0.5，水合肼還原反應(yīng)溫度50 ℃。

b）回收的銀粉純度很高，結(jié)晶性較好，無需提純。

［1］ 鄧太平，毛文行，尹傳強(qiáng)，等. 太陽能多晶硅錠中夾雜的物相與分布特性［J］. 材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，26（3）：449-452.

［2］ Eungkyu L，Jaemin K，Changsoon K. Polymer tandem photovoltaic cells with molecularly intimate interfaces achieved by a thin-film transfer technique［J］. Sol Energy Mater Sol Cells，2012，105：1-5.

［3］ 吳建榮，楊佳榮. 太陽電池多晶硅硅錠生長技術(shù)［C］//第4屆長三角論壇——能源科技分論壇論文集. 臺(tái)州：中國能源研究會(huì)，2007：40-42.

［4］ 王瑤. 單晶硅太陽能電池生產(chǎn)工藝的研究［D］. 湖南：湖南大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，2010.

［5］ 姜益群. 硅廢棄片表面金屬的去除和貴金屬銀鉑金的回收方法：中國，CN1851016A［P］. 2006-06-12.

［6］ 黃繼承. 從廢鍍銀線中回收銀并制備硝酸銀［J］. 再生資源研究，1996，6：30-31.

［7］ 王寶仁，龐永倩. 銀量法含銀廢液的回收［J］. 河北化工，2007，30（12）：73-74.

［8］ 趙飛，韓守禮，賀小塘，等. 用銀廢料生產(chǎn)試劑級硝酸銀的工藝［J］. 貴金屬，2010，31（4）：20-23.

［9］ 江成軍，張振忠，趙芳霞，等.化學(xué)還原法回收銀電鍍廢液中的銀［J］. 化工環(huán)保，2010，30（1）：69 -71.