Variant Study of Dry Beneficiation Methods for PV Module Cell Fractions

Die globale Nachfrage nach sauberer Energie hat den Ausbau der Solar-Photovoltaik (PV) sowohl im privaten als auch im industriellen Bereich stark vorangetrieben. Angesichts einer begrenzten Lebensdauer von 20-30 Jahren wird die Entstehung von PV-Abfällen ohne ein geeignetes End-of-Life-Management (EoL) zunehmend zu einem erheblichen Umweltproblem. Aufgrund der derzeit noch geringen Abfallmengen entscheiden sich einige Länder für illegale Exporte, da die konventionelle thermische Aufbereitung sehr energieintensiv ist und hydrometallurgische Verfahren erhebliche Mengen an Prozessabwässern erzeugen, die einer weiteren Behandlung bedürfen. Die vorliegende Arbeit untersucht die Entwicklung eines kostengünstigen, energieeffizienten und vereinfachten mehrstufigen trockenen Aufbereitungsverfahrens zur Rückgewinnung von Silizium und Edelmetallen aus ausgedienten kristallinen Silizium- (c-Si) PV-Modulen. Die Methodik kombiniert eine gezielte Zerkleinerung mit anschließender elektrostatischer Separation mittels eines Hamos Corona Trommelseparators (CDS). Die Stabmühle wurde für die Oberflächenabrasion des Glases bei 69 U/min, 400 Umdrehungen und einer Aufgabekorngröße von 2/25 mm konzipiert. Die Sekundärzerkleinerung erfolgte mit einer Hammermühle bei 1800 U/min und einem 10-mm-Rost. Die elektrostatischen Trennversuche wurden nach einem 23 -Vollfaktoriellen Versuchsplan mit den Faktoren Spannung, Trommeldrehzahl und Position des Elektrodenspalters durchgeführt. Die Untersuchungen erfolgten in den Korngrößenklassen 0,1/0,71 mm und 0,71/1,6 mm. Die Größenklassierung diente der Bewertung des besten Verfahrensansatzes für die siliziumreiche Feinfraktion sowie die gröbere, metallreiche Fraktion. Zur Bestimmung der Trenneffizienz der kombinierten Betriebsparameter wurden die Proben sowohl einer Schweremedientrennung als auch einer RFA-Analyse (Röntgenfluoreszenzanalyse) unterzogen. Die optimale Betriebsbedingung für die Fraktion 0,1/0,71 mm lag bei 30 kV, 58 U/min und einer Elektrodenspaltposition von 70 °, wobei eine Rückgewinnung von über 80 % für die Glas-, Silizium- und Metallfraktionen (Cu, Zn und Ag) bei einem Siliziumgehalt von etwa 53 % erreicht wurde. Die Ergebnisse der gröberen Fraktion zeigten hingegen, dass für diese eine separate Optimierung der elektrostatischen Separation erforderlich ist.Diese Studie unterstreicht das Potenzial einer gezielt abgestimmten Kombination aus größenkontrollierter Zerkleinerung und elektrostatischer Separation als effektiven Recyclingansatz für c-Si-PV-Abfälle.