專利名稱：從含碲化鎘組件中回收碲的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從含碲化鎘組件中回收碲的方法。具體而言，本發(fā)明涉及從含有碲化鎘薄膜的光伏設(shè)備中回收碲的方法。
背景技術(shù)：
由于不可再生能源越來(lái)越稀缺，利用可持續(xù)的、清潔的、可循環(huán)利用的太陽(yáng)能的光伏設(shè)備，如碲化鎘太陽(yáng)能電池，越來(lái)越受到歡迎。因此， 從碲化鎘太陽(yáng)能電池廢料(例如用過(guò)的碲化鎘太陽(yáng)能電池以及制造碲化鎘太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的廢料)中回收碲也是一個(gè)熱議的話題。目前，回收方法主要包括壓碎碲化鎘太陽(yáng)能電池廢料、用無(wú)機(jī)強(qiáng)酸和/或氧化劑與壓碎的碲化鎘太陽(yáng)能電池廢料發(fā)生反應(yīng)、以及提取并分離碲和鎘等步驟。這些多個(gè)步驟通常使方法顯得十分復(fù)雜。此外，將碲化鎘太陽(yáng)能電池廢料壓碎，以從相對(duì)較大的玻璃/塑料體中回收重量小于總重的O. 05%的金屬材料，這樣做明顯不經(jīng)濟(jì)。進(jìn)而，碲化鎘太陽(yáng)能電池還含銅和鉻等材料，前述方法獲得的碲通常與銅和鉻等混雜，純度不高，需要更進(jìn)一步處理。因此，有必要開(kāi)發(fā)一種新的從含碲化鎘組件中回收高純度碲的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的從含碲化鎘組件中回收碲的方法。本發(fā)明涉及的從含碲化鎘組件中回收碲的方法，包括用第一電解質(zhì)溶液接觸所述含碲化鎘組件；用與第一電解質(zhì)溶液之間由陰離子交換膜間隔的第二電解質(zhì)溶液接觸相對(duì)電極；在所述含碲化鎘組件和所述相對(duì)電極之間施加電壓差，以使碲從所述含碲化鎘組件中移出并沉積在所述相對(duì)電極上。本發(fā)明所涉及的方法步驟少、簡(jiǎn)單、解決了現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)問(wèn)題，可以獲得高純度的回收碲。
具體實(shí)施例方式在下文中，將不會(huì)詳細(xì)描述眾所周知的細(xì)節(jié)，以避免因不必要的細(xì)節(jié)而使本發(fā)明
變得令人費(fèi)解。說(shuō)明書(shū)中的近似用語(yǔ)用來(lái)修飾數(shù)量，表示本發(fā)明并不限定于該具體數(shù)量，還包括與該數(shù)量接近的可接受的而不會(huì)導(dǎo)致相關(guān)基本功能的改變的修正的部分。相應(yīng)的，用“大約”、“約”等修飾一個(gè)數(shù)值，意為本發(fā)明不限于該精確數(shù)值。在某些例子中，近似用語(yǔ)可能對(duì)應(yīng)于測(cè)量數(shù)值的儀器的精度。本發(fā)明中所提及的數(shù)值包括從低到高一個(gè)單元一個(gè)單元增加的所有數(shù)值，此處假設(shè)任何較低值與較高值之間間隔至少兩個(gè)單元。舉例來(lái)說(shuō)，如果說(shuō)了一個(gè)組分的數(shù)量或一個(gè)工藝參數(shù)的值，比如，溫度，壓力，時(shí)間等等，是從I到90，20到80較佳，30到70最佳，是想表達(dá)15到85，22到68，43到51，30到32等數(shù)值都已經(jīng)明白的列舉在此說(shuō)明書(shū)中。對(duì)于小于I的數(shù)值，O. 0001,0. 001，O. 01或者O. I被認(rèn)為是比較適當(dāng)?shù)囊粋€(gè)單元。前述只是想要表達(dá)的特別示例，所有在列舉的最低到最高值之間的數(shù)值組合均被視為以類似方式清楚地列在本說(shuō)明書(shū)中。本發(fā)明中涉及的含碲化鎘組件可為可在任何用途中使用的任何組件。在一些實(shí)施例中，所述含碲化鎘組件是光伏設(shè)備(如太陽(yáng)能電池)使用后或者生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢料，所述光伏設(shè)備廢料含有碲化鎘薄膜和與碲化鎘薄膜相鄰的玻璃封裝層。本發(fā)明所涉及的方法還包括通過(guò)加熱所述光伏設(shè)備廢 料以融化碲化鎘薄膜與玻璃封裝層之間的粘性材料，去除玻璃封裝層，從而使碲化鎘薄膜在所述光伏設(shè)備廢料接觸所述電解質(zhì)溶液之前暴露出來(lái)，同時(shí)回收整塊玻璃封裝層。本發(fā)明涉及的第一和第二電解質(zhì)溶液可相同也可不同。第一和第二電解質(zhì)溶液可以是純水或任何合適的離子溶液，例如包括下述溶液中的至少一種氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液、硫酸鈉溶液、硫酸鉀溶液、硫酸鋰溶液、N- 丁基吡啶四氟硼酸鹽、N-乙基溴化吡啶、4-甲脒基氯化吡唆、3-甲脒基氯化吡唆、I-丙酮基氯化吡啶以及I-氨基碘代吡啶。在一些實(shí)施例中，所述第一和第二電解質(zhì)溶液本身可只傳導(dǎo)電流但不發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。本發(fā)明涉及的相對(duì)電極可以用任何適合制作用于電解液中電極的導(dǎo)電材料制成。例如，相對(duì)電極可以含有鉬、石墨、銅、鋁、碲、鐵中的至少一種。相對(duì)電極也可為合金，例如鉬/鐵合金等。本發(fā)明涉及的陰離子交換膜可為任何只允許或主要允許陰離子從其一側(cè)單向通過(guò)的陰離子交換膜，其可通過(guò)如在無(wú)紡布兩面涂布陰離子交換樹(shù)脂之類的方法制備，也可通過(guò)商業(yè)渠道購(gòu)得，市場(chǎng)上的商品示例如美國(guó)紐約州通用電氣公司提供的AR 204陰離子交換膜和美國(guó)新澤西州的膜國(guó)際公司(Membranes International Inc.)提供的AMI-7001陰離子交換膜。當(dāng)在所述組件和相對(duì)電極間施加所述電壓差時(shí)，所述組件和相對(duì)電極上發(fā)生的電解反應(yīng)可包括在所述組件上CdTe-6e>50!T— Cd2++HTe03>2H20在相對(duì)電極上HTe(V+4e>2H20— Te+50F2H20+2e — H2+20H從而，總反應(yīng)可為CdTe+2H20— Te+Cd2++H2+20r由上可見(jiàn)，在電解過(guò)程中，碲化鎘從所述組件上遷徙，進(jìn)入第一電解質(zhì)溶液中以Cd2+和HTeO3-形式存在。因?yàn)殛庪x子交換膜的選擇性，從所述組件上遷徙的陽(yáng)離子如Cd2+留在第一電解質(zhì)溶液中，而碲以陰離子形態(tài)(HTeCV)通過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入到陰離子交換膜的另一側(cè)的第二電解質(zhì)溶液中以沉積在相對(duì)電極上，由此得到的沉積層中碲的純度相對(duì)較聞。碲沉積完成后，相對(duì)電極可直接應(yīng)用，也可把相對(duì)電極進(jìn)一步處理，以收集碲。例如，將相對(duì)電極置于硝酸溶液中，從而將沉積的碲溶解于硝酸溶液中，或者用物理的方法將其剝離下來(lái)，如用刮刀刮下來(lái)。在所述組件和相對(duì)電極間施加的電壓差足以弓丨發(fā)和維持電解的進(jìn)行，在一些實(shí)施例中，所述電壓差約為2伏。電解可在室溫、大氣壓和中性pH值環(huán)境中進(jìn)行。也可以通過(guò)改變溫度、氣壓、電壓差和pH值來(lái)對(duì)電解的速度和程度進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，升高溫度以加快反應(yīng)速度并縮短反應(yīng)時(shí)間。另一方面，因?yàn)闅溲趸k的溶解度很低，鎘從組件中移出后可從電解質(zhì)溶液中以氫氧化鎘形式沉淀析出。實(shí)驗(yàn)示例以下實(shí)驗(yàn)例子可以為本領(lǐng)域中具有一般技能的人實(shí)施該發(fā)明提供參考。但是，這些例子并不用于限制權(quán)利要求的范圍。下述實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的儀器上進(jìn)行。
實(shí)驗(yàn)中用CHI電化學(xué)工作站(來(lái)自于上海辰華儀器有限公司)來(lái)施加電壓差。硫酸鈉水溶液來(lái)自上海國(guó)藥集團(tuán)有限公司，濃度均為O. 2摩爾/升。將締化鎘薄膜太陽(yáng)能電池板(來(lái)自美國(guó)第一太陽(yáng)能公司(First Solar, Inc.),型號(hào)FS-272，72. 5W)切成寬度為2厘米、長(zhǎng)度為10厘米的數(shù)塊。切塊以后，在450°C加熱這些碲化鎘電池板片10分鐘，以融化碲化鎘薄膜與玻璃封裝層之間的粘結(jié)材料，從而去除玻璃封裝層，使碲化鎘薄膜暴露出來(lái)。例I將陰離子交換膜(AR204，從美國(guó)紐約州通用電氣公司獲得)置于一反應(yīng)容器中以將反應(yīng)容器中的空間分隔成陰離子交換膜兩側(cè)的第一和第二隔間?？偭考s100毫升的硫酸鈉溶液倒入第一和第二隔間以分別作為初始成分相同的第一和第二電解質(zhì)溶液。將已經(jīng)去除玻璃封裝層的碲化鎘太陽(yáng)能電池板片放入第一隔間以作為一個(gè)電極與第一電解質(zhì)溶液接觸。將寬度為2厘米、長(zhǎng)度為10厘米的鉬箔放入第二隔間，作為相對(duì)電極與第二電解質(zhì)溶液接觸。用CHI電化學(xué)工作站在碲化鎘太陽(yáng)能電池板片和鉬箔之間施加約為2伏的電壓差，促使電解反應(yīng)發(fā)生，即碲從碲化鎘薄膜中移出并沉積在鉬箔上。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)，隨著電解反應(yīng)的進(jìn)行鉬箔的顏色變成黑色。將改變顏色的鉬箔取出，用去離子水沖洗，再置于來(lái)自上海國(guó)藥集團(tuán)有限公司的硝酸溶液(O. lmol/L,20毫升)以溶解電解過(guò)程中沉積產(chǎn)生的薄膜層。對(duì)鉬箔取出后的兩個(gè)隔間中以及硝酸溶液中碲和鎘的濃度使用光電感耦合等離子體-發(fā)射光譜法(ICP-OES)分析儀(Spectix) CirosCCD，斯派克分析儀器有限公司，克里夫斯，德國(guó))進(jìn)行分析，所得數(shù)據(jù)列于下表I。因?yàn)轫诨k太陽(yáng)能電池板上的導(dǎo)電金屬涂層中含有的鉻和銅也可能溶解于第一電解質(zhì)溶液，并進(jìn)入第二隔間沉積于相對(duì)電極上，故對(duì)硝酸溶液中鉻和銅的濃度也用光電感耦合等離子體-發(fā)射光譜法(ICP-OES)分析儀進(jìn)行了分析，結(jié)果列于下表I。表I
權(quán)利要求
1.從含碲化鎘組件中回收碲的方法，包括用第一電解質(zhì)溶液接觸所述含碲化鎘組件；用與第一電解質(zhì)溶液之間由陰離子交換膜間隔的第二電解質(zhì)溶液接觸相對(duì)電極；在所述含碲化鎘組件和所述相對(duì)電極之間施加電壓差，以使碲從所述含碲化鎘組件中移出并沉積在所述相對(duì)電極上。
2.如權(quán)利要求I所述的從含碲化鎘組件中回收碲的方法，其特征在于所述含碲化鎘組件含有碲化鎘薄膜。
3.如權(quán)利要求2所述的從含碲化鎘組件中回收碲的方法，其特征在于所述含碲化鎘組件是光伏設(shè)備，并含有與碲化鎘薄膜相鄰的玻璃封裝層。
4.如權(quán)利要求3所述的從含碲化鎘組件中回收碲的方法，其特征在于還包括在用第一電解質(zhì)溶液接觸所述光伏設(shè)備之前，加熱所述光伏設(shè)備以除去玻璃封裝層，并使碲化鎘薄膜暴露出來(lái)。
5.如權(quán)利要求I所述的從含碲化鎘組件中回收碲的方法，其特征在于還包括將所述相對(duì)電極與硝酸溶液接觸以溶解相對(duì)電極上沉積的碲。
6.如權(quán)利要求I所述的從含碲化鎘組件中回收碲的方法，其特征在于所述第一電解質(zhì)溶液與所述第二電解質(zhì)溶液成分相同。
7.如權(quán)利要求6所述的從含碲化鎘組件中回收碲的方法，其特征在于所述第一電解質(zhì)溶液包含硫酸鈉。
8.如權(quán)利要求6所述的從含碲化鎘組件中回收碲的方法，其特征在于所述第一電解質(zhì)溶液包含氫氧化鈉、氫氧化鉀、硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鋰、N- 丁基吡啶四氟硼酸鹽、N-乙基溴化吡唆、4-甲脒基氯化吡唆、3-甲脒基氯化吡唆、I-丙酮基氯化吡唳以及I-氨基碘代吡啶中的至少一種。
9.如權(quán)利要求I所述的從含碲化鎘組件中回收碲的方法，其特征在于所述含碲化鎘組件為包含碲化鎘薄膜的太陽(yáng)能電池模組。
10.如權(quán)利要求I所述的從含碲化鎘組件中回收碲的方法，其特征在于所述電壓差約為2伏。
11.如權(quán)利要求I所述的從含碲化鎘組件中回收碲的方法，其特征在于所述相對(duì)電極包 含鉬、石墨、銅、鋁、鐵和碲中的至少一種。
全文摘要
從含碲化鎘組件中回收碲的方法，包括用第一電解質(zhì)溶液接觸所述含碲化鎘組件；用與第一電解質(zhì)溶液之間由陰離子交換膜間隔的第二電解質(zhì)溶液接觸相對(duì)電極；在所述含碲化鎘組件和所述相對(duì)電極之間施加電壓差，以使碲從所述含碲化鎘組件中移出并沉積在所述相對(duì)電極上。
文檔編號(hào)C25B1/00GK102953080SQ20111025051
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者張呈乾, 黃群健, 張俊剛, 孫永偉 申請(qǐng)人:通用電氣公司