專利名稱：從含碲化鎘組件中回收碲的方法
技術領域：
本發明涉及一種從含碲化鎘組件中回收碲的方法。具體而言，本發明涉及從含有碲化鎘薄膜的光伏設備中回收碲的方法。
背景技術：
由于不可再生能源越來越稀缺，利用可持續的、清潔的、可循環利用的太陽能的光伏設備，如碲化鎘太陽能電池，越來越受到歡迎。因此， 從碲化鎘太陽能電池廢料(例如用過的碲化鎘太陽能電池以及制造碲化鎘太陽能電池產生的廢料)中回收碲也是一個熱議的話題。目前，回收方法主要包括壓碎碲化鎘太陽能電池廢料、用無機強酸和/或氧化劑與壓碎的碲化鎘太陽能電池廢料發生反應、以及提取并分離碲和鎘等步驟。這些多個步驟通常使方法顯得十分復雜。此外，將碲化鎘太陽能電池廢料壓碎，以從相對較大的玻璃/塑料體中回收重量小于總重的O. 05%的金屬材料，這樣做明顯不經濟。進而，碲化鎘太陽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，需要更進一步處理。因此，有必要開發一種新的從含碲化鎘組件中回收高純度碲的方法。

發明內容
本發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，包括用第一電解質溶液接觸所述含碲化鎘組件；用與第一電解質溶液之間由陰離子交換膜間隔的第二電解質溶液接觸相對電極；在所述含碲化鎘組件和所述相對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電極上。本發明所涉及的方法步驟少、簡單、解決了現有技術的技術問題，可以獲得高純度的回收碲。
具體實施例方式在下文中，將不會詳細描述眾所周知的細節，以避免因不必要的細節而使本發明
變得令人費解。說明書中的近似用語用來修飾數量，表示本發明并不限定于該具體數量，還包括與該數量接近的可接受的而不會導致相關基本功能的改變的修正的部分。相應的，用“大約”、“約”等修飾一個數值，意為本發明不限于該精確數值。在某些例子中，近似用語可能對應于測量數值的儀器的精度。本發明中所提及的數值包括從低到高一個單元一個單元增加的所有數值，此處假設任何較低值與較高值之間間隔至少兩個單元。舉例來說，如果說了一個組分的數量或一個工藝參數的值，比如，溫度，壓力，時間等等，是從I到90，20到80較佳，30到70最佳，是想表達15到85，22到68，43到51，30到32等數值都已經明白的列舉在此說明書中。對于小于I的數值，O. 0001,0. 001，O. 01或者O. I被認為是比較適當的一個單元。前述只是想要表達的特別示例，所有在列舉的最低到最高值之間的數值組合均被視為以類似方式清楚地列在本說明書中。本發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。在一些實施例中，所述含碲化鎘組件是光伏設備(如太陽能電池)使用后或者生產中產生的廢料，所述光伏設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。本發明所涉及的方法還包括通過加熱所述光伏設備廢 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備廢料接觸所述電解質溶液之前暴露出來，同時回收整塊玻璃封裝層。本發明涉及的第一和第二電解質溶液可相同也可不同。第一和第二電解質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。在一些實施例中，所述第一和第二電解質溶液本身可只傳導電流但不發生電化學反應。本發明涉及的相對電極可以用任何適合制作用于電解液中電極的導電材料制成。例如，相對電極可以含有鉬、石墨、銅、鋁、碲、鐵中的至少一種。相對電極也可為合金，例如鉬/鐵合金等。本發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單向通過的陰離子交換膜，其可通過如在無紡布兩面涂布陰離子交換樹脂之類的方法制備，也可通過商業渠道購得，市場上的商品示例如美國紐約州通用電氣公司提供的AR 204陰離子交換膜和美國新澤西州的膜國際公司(Membranes International Inc.)提供的AMI-7001陰離子交換膜。當在所述組件和相對電極間施加所述電壓差時，所述組件和相對電極上發生的電解反應可包括在所述組件上CdTe-6e>50!T— Cd2++HTe03>2H20在相對電極上HTe(V+4e>2H20— Te+50F2H20+2e — H2+20H從而，總反應可為CdTe+2H20— Te+Cd2++H2+20r由上可見，在電解過程中，碲化鎘從所述組件上遷徙，進入第一電解質溶液中以Cd2+和HTeO3-形式存在。因為陰離子交換膜的選擇性，從所述組件上遷徙的陽離子如Cd2+留在第一電解質溶液中，而碲以陰離子形態(HTeCV)通過陰離子交換膜進入到陰離子交換膜的另一側的第二電解質溶液中以沉積在相對電極上，由此得到的沉積層中碲的純度相對較聞。碲沉積完成后，相對電極可直接應用，也可把相對電極進一步處理，以收集碲。例如，將相對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，如用刮刀刮下來。在所述組件和相對電極間施加的電壓差足以弓丨發和維持電解的進行，在一些實施例中，所述電壓差約為2伏。電解可在室溫、大氣壓和中性pH值環境中進行。也可以通過改變溫度、氣壓、電壓差和pH值來對電解的速度和程度進行調節。例如，升高溫度以加快反應速度并縮短反應時間。另一方面，因為氫氧化鎘的溶解度很低，鎘從組件中移出后可從電解質溶液中以氫氧化鎘形式沉淀析出。實驗示例以下實驗例子可以為本領域中具有一般技能的人實施該發明提供參考。但是，這些例子并不用于限制權利要求的范圍。下述實驗在實驗室規模的儀器上進行。
實驗中用CHI電化學工作站(來自于上海辰華儀器有限公司)來施加電壓差。硫酸鈉水溶液來自上海國藥集團有限公司，濃度均為O. 2摩爾/升。將締化鎘薄膜太陽能電池板(來自美國第一太陽能公司(First Solar, Inc.),型號FS-272，72. 5W)切成寬度為2厘米、長度為10厘米的數塊。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材料，從而去除玻璃封裝層，使碲化鎘薄膜暴露出來。例I將陰離子交換膜(AR204，從美國紐約州通用電氣公司獲得)置于一反應容器中以將反應容器中的空間分隔成陰離子交換膜兩側的第一和第二隔間。總量約100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溶液。將已經去除玻璃封裝層的碲化鎘太陽能電池板片放入第一隔間以作為一個電極與第一電解質溶液接觸。將寬度為2厘米、長度為10厘米的鉬箔放入第二隔間，作為相對電極與第二電解質溶液接觸。用CHI電化學工作站在碲化鎘太陽能電池板片和鉬箔之間施加約為2伏的電壓差，促使電解反應發生，即碲從碲化鎘薄膜中移出并沉積在鉬箔上。實驗過程中可以發現，隨著電解反應的進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，再置于來自上海國藥集團有限公司的硝酸溶液(O. lmol/L,20毫升)以溶解電解過程中沉積產生的薄膜層。對鉬箔取出后的兩個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)進行分析，所得數據列于下表I。因為碲化鎘太陽能電池板上的導電金屬涂層中含有的鉻和銅也可能溶解于第一電解質溶液，并進入第二隔間沉積于相對電極上，故對硝酸溶液中鉻和銅的濃度也用光電感耦合等離子體-發射光譜法(ICP-OES)分析儀進行了分析，結果列于下表I。表I
權利要求
1.從含碲化鎘組件中回收碲的方法，包括用第一電解質溶液接觸所述含碲化鎘組件；用與第一電解質溶液之間由陰離子交換膜間隔的第二電解質溶液接觸相對電極；在所述含碲化鎘組件和所述相對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電極上。
2.如權利要求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備，并含有與碲化鎘薄膜相鄰的玻璃封裝層。
4.如權利要求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溶液接觸所述光伏設備之前，加熱所述光伏設備以除去玻璃封裝層，并使碲化鎘薄膜暴露出來。
5.如權利要求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電極與硝酸溶液接觸以溶解相對電極上沉積的碲。
6.如權利要求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溶液與所述第二電解質溶液成分相同。
7.如權利要求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溶液包含硫酸鈉。
8.如權利要求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能電池模組。
10.如權利要求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，包括用第一電解質溶液接觸所述含碲化鎘組件；用與第一電解質溶液之間由陰離子交換膜間隔的第二電解質溶液接觸相對電極；在所述含碲化鎘組件和所述相對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電極上。
文檔編號C25B1/00GK102953080SQ20111025051
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月29日 優先權日2011年8月29日
發明者張呈乾, 黃群健, 張俊剛, 孫永偉 申請人:通用電氣公司