硅及其他污染物对光伏玻璃回收熔融过程的影响机制研究

本文聚焦光伏(PV)玻璃回收中的熔融工艺瓶颈，通过高温实验与热力学计算揭示了硅(Si)等污染物对玻璃组分氧化还原反应的调控机制。研究发现Si会优先还原硫氧化物(SOx)和锑氧化物(Sb2O3)，导致玻璃变色（黄/灰色）及缺陷形成，为PV玻璃高值化回收（如建筑板材/瓶罐玻璃）的污染控制提供了关键理论依据。

　　

Highlight

当光伏(PV)面板回收玻璃被电池硅污染时，硅可能在熔融过程中还原玻璃组分氧化物。本研究通过高温处理含硅试剂的PV玻璃，结合X射线衍射(XRD)分析和化学热力学计算，揭示了硅与玻璃中锑氧化物(Sb₂O₃)等组分的氧化还原机制。

样品与评估

实验采用来自多晶硅型PV面板的废玻璃，经氧化铝研钵粉碎后筛选1 mm以下颗粒。添加硅(Si)、铝(Al)、铜(Cu)等PV面板常见污染元素的试剂粉末，在1300°C进行热处理。

化学分析

如表1所示，PV玻璃与建筑板材玻璃同属钠钙硅酸盐玻璃，但PV玻璃含微量Sb₂O₃（建筑玻璃不含），且缺乏K₂O组分。

热重分析(TGA)

图1显示各试剂的热行为：铜(Cu)、锡(Sn)、碳(C)在高温下氧化增重，而铝(Al)和硅(Si)因形成保护性氧化层呈现特殊失重曲线。

化学热力学计算

图11的吉布斯自由能(ΔG°)分析表明，在700-1300°C范围内，硅(Si)可优先还原硫(S)和锑(Sb)的氧化物。理论计算与实验观察到的玻璃黄变（硫还原）和灰化（锑还原）现象高度吻合。

结论

添加1%铜(Cu)使玻璃蓝变，铝(Al)和硅(Si)导致灰化。0.1%硅(Si)即可通过还原硫氧化物引发黄变，过量硅会进一步还原Sb₂O₃并残留单质硅。研究证实硅污染是PV玻璃熔融回收中缺陷形成的关键因素。