Resumen de Recuperación de elementos de condensadores electrolíticos y placas solares de kesterita
En esta investigación se ha realizado el reciclaje de los condensadores electrolíticos presentes en las placas de circuito impreso, para la recuperación de tántalo. A su vez, se ha procedido al reciclaje de placas fotovoltaicas de kesterita (Cu2ZnSn(S,Se)4) para la obtención de sus elementos constituyentes y, de los diferentes componentes de las celdas. Este trabajo se ha enmarcado en el proyecto Horizonte 2020 STARCELL (Advances strategies for substitution of critical raw materials in photovoltaics) H2020-NMBP-03-2016-720907, como necesidad de desarrollar la economía circular en el proceso de fabricación y uso de las celdas fotovoltaicas.
Respecto a la recuperación de tántalo, el proceso reciclaje de los condensadores electrolíticos consta de dos pasos principales. En primer lugar, se obtuvo el núcleo de tántalo mediante varios tratamientos químicos. La carcasa se eliminó mediante disolución con ácido sulfúrico y los terminales metálicos se trataron con ácido nítrico, también para su disolución. Una vez aislados los núcleos de tántalo, se detectó una capa superficial de óxido de manganeso que se disolvió con una disolución acuosa de peróxido de hidrógeno acidificada con ácido sulfúrico. Se estudiaron varios métodos de molienda, desde un proceso manual con martillo hasta métodos automatizados como un molino de anillos concéntricos, molino eléctrico, molino criogénico, y un molino de bolas industrial. El polvo obtenido de tántalo de purificó mediante la disolución de óxido de manganeso con la disolución utilizada anteriormente de peróxido de hidrógeno. El proceso posee un rendimiento del 83% y se obtuvo tántalo del 99.4% de pureza.
El reciclaje de las placas solares se abordó en primer lugar sobre el fotoabsorbente de kesterita sintetizado en el laboratorio para su posterior verificación en muestras reales procedentes de celdas de kesterita. En primer lugar, se estudió la obtención de dióxido de selenio mediante tratamiento térmico en mufla, horno de fundición de laboratorio y horno tubular, obteniéndose el resultado más satisfactorio con este último. El condensado de selenio se redujo mediante diferentes procesos como el método de Riley, así como con zinc, cloruro de estaño y con el reductor que proporcionó mejor rendimiento y pureza; el ácido ascórbico. El resto de metales (cobre, zinc y estaño), también se oxidaron durante el tratamiento térmico de la kesterita durante la obtención de selenio. El primer óxido en ser separado fue el de estaño por su insolubilidad en ácido clorhídrico, y una vez separado se redujo con carbón a alta temperatura. El cobre y el zinc se encontraban disueltos en ácido clorhídrico y su separación se logró mediante adición de zinc para la reducción y precipitación de cobre. Por último, el zinc se obtuvo mediante un proceso electroquímico para su reducción y obtención como polvo. El proceso se validó en muestras de celdas reales en dos tipos de sustratos: vidrio y acero inoxidable. En primer lugar se retiró el encapsulante de plástico de forma manual tras un tratamiento térmico y a continuación el proceso de reciclaje difirió según el tipo de sustrato de las celdas. En las celdas de vidrio, el fotoabsorbente de kesterita se obtuvo por tratamiento con ácido clorhídrico de las celdas, dado que las capas frontales (sulfuro de cadmio, óxido de zinc, óxido de indio y estaño e indio) se disolvieron, el molibdeno se mantuvo depositado sobre el sustrato de vidrio y la kesterita quedó insoluble, suspendida en disolución. La disolución resultante de las capas frontales en ácido clorhídrico se trató con zinc para la reducción y recuperación de indio metal con un 98.5% de pureza. El molibdeno se trató con ácido nítrico para su oxidación y precipitación, del 99.8% de pureza, obteniéndose a la vez el sustrato de vidrio listo para su reutilización. El proceso desarrollado sobre kesterita sintética se aplicó sobre la muestra de kesterita real, obteniéndose el cobre, zinc, estaño y selenio con rendimientos del 94%, 98%, 99% y 86% y purezas del 79.7%, 97.9%, 98.1% y 99.4% respectivamente. En las celdas de acero inoxidable la kesterita se obtuvo mediante un proceso de pulido y el molibdeno por tratamiento con ácido nítrico, ya que estas celdas no contenían capas frontales. El sustrato también se obtuvo listo para su reutilización y el molibdeno oxidado poseía una pureza del 96.6%. El proceso de recuperación de los elementos constituyentes de kesterita se aplicó de la misma forma, proporcionando cobre, zinc, estaño y selenio con rendimientos del 96%, 93%, 89% y 89% y purezas del 79.8%, 97.4%, 93.4% y 99.2%, respectivamente.
Dado que la investigación se realizó en vistas a una futura industrialización, se realizó un estudio económico comparando los beneficios que proporcionarían el reciclaje de 1000 placas solares de 1 m2 de ambos sustratos y el coste que conllevaría. Mientras que el reciclaje de las celdas de kesterita en sustrato de acero inoxidable mostraron un balance negativo de 3791.86€, el reciclaje de la misma cantidad de placas en sustrato de vidrio proporcionaría un beneficio de 4403.81 €, gracias a procesos automatizados y a la recuperación del indio presente únicamente en estas últimas.
