磷酸介质中铜铟镓硒废料（CIGS）的绿色循环回收新策略

《Separation and Purification Technology》：Preferential separation and recovery of gallium and indium from spent copper indium gallium diselenide (CIGS) in a phosphate-based single medium

本文提出了一种在单一磷酸（H3PO4）介质中从废弃铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池焙烧渣（MOS）中优先分离并回收镓（Ga）、铟（In）和铜（Cu）的绿色新工艺。该工艺通过高温焙烧（1000?°C）实现硒（Se）的高效脱除（>99%），并利用磷酸浸出（4?mol/L, 85?°C）使Cu、In、Ga浸出率均超95%。创新性地通过稀释（1:1）并升温（100?°C）促使In/Ga以磷酸盐（GaPO4·2H2O, InPO4）形式共沉淀（效率>93%），无需中和剂，残留Cu通过溶剂萃取回收，实现了近零二次废物排放，为光伏产业废弃物的绿色循环处理提供了新思路。

　　

Highlight

高效硒脱除与MOS转化：在1000?°C下焙烧废弃CIGS材料3小时，实现了超过99%的硒（Se）挥发脱除，将原始的CuIn_0.7Ga_0.3Se₂转化为以InGaCuO₄、Cu₂In₂O₅和In₂O₃为主的混合氧化物（MOS），为后续的选择性浸出奠定了坚实基础。

热力学分析

为了探究在磷酸（H₃PO₄）溶液中浸出性能和沉淀顺序的可行性，我们首先对In³⁺-Ga³⁺-Cu²⁺-H₃PO₄体系进行了热力学研究。该体系中各组分的初始浓度为：[P]_i = 0.51 mol/L, [Cu]_i = 0.31 mol/L, [Ga]_i = 0.13 mol/L, [In]_i = 0.17 mol/L。

如图2(a)所示，当pH值低于0.64时，体系中没有固体沉淀生成，这表明在此条件下可以实现MOS的高效浸出。随着pH值的升高，理论上可以实现GaPO₄（pH 0.64）、InPO₄（pH 1.38）和Cu(OH)₂（pH 4.77）的顺序沉淀，这为后续的分步分离提供了理论依据。

结论

在这项工作中，我们开发了一种使用单一磷酸（H₃PO₄）介质从废弃CIGS太阳能电池中绿色回收Cu、In、Ga和Se的新工艺，该工艺产生的废水和残渣极少，几乎实现了二次废物的零排放。