AIST thu hồi nguyên tố hiếm từ kính tấm pin mặt trời bị loại bỏ
2025/10/02 11:54
Viện Khoa học và Công nghệ Công nghiệp Tiên tiến Quốc gia Nhật Bản (AIST) thông báo ngày 29/9 rằng họ đã hợp tác với Tập đoàn Điện lực Chubu (Chubu Electric Power) để phát triển một quy trình xử lý nhẹ nhằm chiết xuất antimon (Sb) – một nguyên tố hiếm có mặt trong lớp kính phủ của tấm pin mặt trời.
Sơ đồ minh họa quy trình tái chế antimon (Sb) từ kính phủ của tấm pin mặt trời bằng xử lý thủy nhiệt. Mình giải thích nội dung tiếng Nhật trên hình:
-
太陽光パネルカバーガラス
→ Kính phủ của tấm pin mặt trời (chứa antimon). -
アンチモン (Sb) を含む
→ Có chứa antimon (Sb). -
Quy trình:
-
Kính phủ chứa Sb được nghiền thành bột.
-
Cho vào thiết bị xử lý thủy nhiệt → chiết xuất thành phần chứa Sb.
-
Kết quả thu được:
-
Sbの回収・再資源化 → Thu hồi và tái sử dụng antimon.
-
粉末状のガラス原料の回収・再資源化 → Thu hồi và tái sử dụng bột thủy tinh.
-
-
Kính phủ từ tấm pin mặt trời cũ → nghiền nhỏ → xử lý thủy nhiệt → tách Sb (antimon) và tái chế bột thủy tinh.
Antimon oxit (Sb₂O₃) được bổ sung vào lớp kính phủ để ngăn ngừa sự hình thành bọt khí trong quá trình sản xuất và cải thiện độ trong suốt. Do antimon là kim loại nặng và Nhật Bản chủ yếu phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu, rủi ro nguồn cung rất cao, vì vậy cần phát triển công nghệ tái chế.
đồ thị nhiễu xạ tia X (XRD). Dưới đây là phần dịch sang tiếng Việt của các nhãn:
-
Trục tung (Y): Cường độ nhiễu xạ (đơn vị tùy ý)
-
Trục hoành (X): Góc nhiễu xạ (độ)
Chú thích (bên phải, tương ứng với 3 đường cong):
-
6時間処理 → Xử lý 6 giờ (đường màu xanh dương)
-
1時間処理 → Xử lý 1 giờ (đường màu đỏ)
-
未処理ガラス粉末 → Bột thủy tinh chưa xử lý (đường màu xanh lá)
Đây là đồ thị XRD thể hiện sự thay đổi cấu trúc tinh thể (sự hình thành pha và mức độ kết tinh) của bột thủy tinh tùy thuộc vào thời gian xử lý (chưa xử lý, xử lý 1 giờ, và xử lý 6 giờ).
Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng nền tảng công nghệ tái chế kính phủ dùng cho các tấm pin mặt trời. Tuổi thọ trung bình của pin mặt trời khoảng 20–30 năm, và dự kiến vào cuối thập niên 2030 sẽ có lượng lớn kính phủ bị thải loại cùng với các tấm pin đã hết vòng đời.
Nhóm nghiên cứu đã tập trung vào công nghệ xử lý thủy nhiệt – một phương pháp tiết kiệm năng lượng và hiệu quả – để chiết xuất, tách và thu hồi antimon. Các mẫu kính phế thải được xử lý trong nhiều điều kiện thủy nhiệt khác nhau để tìm ra quy trình tối ưu cho chiết xuất antimon.
Trong thí nghiệm, kính phủ nghiền từ pin mặt trời đã qua sử dụng được trộn với nước trong bình kín, khuấy đều và xử lý thủy nhiệt trong 1–6 giờ ở nhiệt độ thấp hơn tiêu chuẩn của các bình áp lực thông thường. Sau đó, hỗn hợp bùn được tách thành pha lỏng và chất kết tủa (bột) bằng ly tâm. Hàm lượng antimon chiết xuất được đo bằng phân tích XRF, còn thành phần tinh thể được xác định bằng nhiễu xạ tia X (XRD).
Kết quả cho thấy tỷ lệ chiết xuất antimon tăng theo thời gian xử lý, đạt khoảng 80% sau 6 giờ. Phân tích XRD cũng xác nhận silic – thành phần chính của thủy tinh – đã kết tinh sau xử lý, trong khi antimon hòa tan vẫn tồn tại trong pha lỏng mà không bị giữ trong cấu trúc tinh thể.
Điều này chứng minh rằng xử lý thủy nhiệt có thể hòa tan và tách hiệu quả antimon từ kính trong điều kiện nhẹ nhàng, phù hợp để ứng dụng công nghiệp.
Trong giai đoạn tới, AIST sẽ tiếp tục nghiên cứu cơ chế chiết xuất để nâng cao hiệu quả, mở rộng quy mô phản ứng, tiến tới ứng dụng thực tế. Đồng thời, viện cũng đặt mục tiêu phát triển công nghệ tách, thu hồi và tái chế antimon từ dung dịch chiết xuất, cũng như tái sử dụng hiệu quả phần bột thủy tinh thu được.
