Produção e caracterização de ligas Al-Si obtidas a partir de resíduos da reciclagem de painéis solares

Abstract

Com a expansão do uso da energia fotovoltaica (FV) ao redor do mundo, a reciclagem dos painéis FV se torna um desafio. Diante deste cenário, diversas pesquisas científicas são executadas visando a reciclagem dos materiais de valor deste resíduo. Neste contexto, foi desenvolvido um método de separação de material rico em silício, com foco na eficiência energética e minimizando o uso de solventes ambientalmente nocivos, e o uso deste material, em conjunto com as molduras de Al, como matérias primas secundárias para a produção de ligas de alumínio. A metodologia envolveu etapas de desmontagem, delaminação do vidro, polímeros e cobre e a produção das ligas de Al. Em paralelo, o comportamento do silício reciclagem foi comparado com o silício metálico comercial, usado tradicionalmente para adicionar silício às ligas de alumínio. Em todas as etapas utilizou-se de técnicas de caracterização por FRX, DRX, MEV/EDS e metalografia. Os resultados obtidos demonstraram que o método de delaminação com fio quente estudado se mostrou eficiente na separação do vidro (equivalente a aproximadamente 80% em massa material). O método de delaminação química mostrou melhores resultados com concentração de 25% em massa de NaOH, gerando frações ricas em Si em período de menos de duas horas. Na etapa de fusão das ligas, a variação de massa de Si reciclado adicionado mostrou comportamento linear em relação ao teor de silício contido na liga produzida, o que indica reprodutibilidade do processo. Também se verificou, através de análises em FRX e microscopia ótica, equivalência entre o uso do silício reciclado e o silício metálico comercial, em termos de composição química e microestrutura. Análise química da escória formada mostrou presença de prata, metal precioso que também pode ser reciclado.

With the expansion of photovoltaic (PV) energy use worldwide, the recycling of PV panels has become a challenge. In this scenario, various scientific studies have been conducted to recover valuable materials from this waste. In this context, a method was developed for the separation of silicon-rich material, focusing on energy efficiency while minimizing the use of environmentally harmful solvents, and utilizing this material, together with aluminum frames, as secondary raw materials for aluminum alloy production. The methodology involved steps such as disassembly, delamination of glass, polymers, and copper, and the production of aluminum alloys. In parallel, the behavior of the recovered silicon was compared with commercial metallurgical-grade silicon, traditionally used to add silicon to aluminum alloys. In all stages, characterization techniques such as XRF, XRD, SEM/EDS, and metallography were employed. The obtained results demonstrated that the studied hot-wire delamination method was efficient in separating glass (equivalent to approximately 80% of the material by mass). The chemical delamination method showed better results with a 25% NaOH concentration by mass, generating silicon-rich fractions in less than two hours. During the alloy melting stage, the variation in the mass of recycled silicon added showed a linear behavior in relation to the silicon content in the produced alloy, indicating process reproducibility. Additionally, through XRF analysis and optical microscopy, equivalence was verified between the use of recovered silicon and commercial metallurgical-grade silicon in terms of chemical composition and microstructure. Chemical analysis of the formed slag revealed the presence of silver, a precious metal that can also be recovered in future studies.