Estudo de uma rota de reciclagem de módulos fotovoltaicos através de processamento mecânico e hidrometalurgia

Abstract

Nos últimos anos, a busca por alternativas para a geração de energia tem se intensificado e, dentre as diversas alternativas, se destaca a energia solar. Esta opção ganhou notoriedade devido à sua abundância e seu baixo impacto ambiental, principalmente quando comparada com as fontes tradicionais de geração de energia. Para isso, se utilizam os painéis solares, os quais são capazes de capturar e converter a energia solar em eletricidade. Porém, é importante considerar que os painéis solares apresentam uma vida útil que varia entre 20 e 25 anos, fazendo com que os painéis que estão em funcionamento atualmente sejam substituídos, resultando em uma quantidade significativa de resíduo. Para minimizar isso, é necessário mitigar os impactos ambientais e reduzir custos de produção, e uma maneira de fazer isso é através da reciclagem desses materiais, que é uma área que merece muita atenção. A maior parte dos painéis fotovoltaicos presentes no mercado são à base de silício juntamente com outros metais, cerâmicas e polímeros. Este estudo foi conduzido para caracterizar os materiais presentes em painéis solares de silício policristalino através de métodos como fluorescência de raios-x e espectroscopia de emissão ótica e então foi realizada uma investigação sobre uma rota para concentrar e extrair prata e silício cristalino presente nos módulos, envolvendo etapas como cominuição, separação granulométrica, separação eletrostática e lixiviação ácida. A rota mais promissora incluiu a remoção da moldura de alumínio de forma manual, moagem do resíduo, seleção da granulometria inferior a 0,5 mm, separação eletrostática e lixiviação da fração condutora com ácido sulfúrico + peróxido de hidrogênio seguido de lixiviação com ácido fluorídrico. Essa abordagem demonstrou a capacidade de concentrar 87,7 % de prata e 91% de silício cristalino presente nos módulos.

In recent years, the search for alternatives in energy generation has intensified, and among the various options, solar energy stands out. This choice has gained prominence due to its abundance and low environmental impact, especially when compared to traditional sources of energy generation. To achieve this, solar panels are employed, capable of capturing and converting solar energy into electricity. However, it's crucial to consider that solar panels have a lifespan ranging from 20 to 25 years, leading to the replacement of currently operational panels, resulting in a significant amount of waste. To mitigate this, it's necessary to address environmental impacts and reduce production costs, and one way to achieve this is through the recycling of these materials, an area that warrants significant attention. The majority of photovoltaic panels available in the market are silicon-based, along with other metals, ceramics, and polymers. This study was conducted to characterize the materials present in polycrystalline silicon solar panels, utilizing methods such as X-ray fluorescence and optical emission spectroscopy and then, an investigation was carried out to explore routes for concentrating and extracting silver and crystalline silicon present in the modules, involving processes like comminution, particle size separation, electrostatic separation and acid leaching. The most promising route encompassed manual removal of the aluminum frame, grinding of the residue, selecting the fraction with a particle size less than 0.5 mm, electrostatic separation and leaching of conductive fraction with sulfuric acid with hydrogen peroxide followed by hydrofluoric acid. This approach demonstrated the capability to concentrate 87.7% of silver and 91% of crystalline silicon present in the modules.