Bu tədqiqat, fotovoltaik silisium plakaların almaz məftillə kəsilməsi sırasında oluşan ince silisium atıklarının birbaşa alüminium-silisium alaşımına dönüştürülmesini araşdırır. Silisium kesim atığı parçacıklarının çevresinde təxminən 5 nm kalınlığında kesintisiz amorf SiO₂ tabakası bulunduğu belirlenmiştir. Bu oksid təbəqəsi yüksək sıcaklıkta birbirine bağlanarak erimiş silisium damlacıklarını içinde tutan oksigence zengin bir ağ oluşturmakta və metal ilə oksid fazlarının ayrılmasını zorlaştırmaktadır.

Tədqiqatçılar alüminium tozu ilə silisium kəsmə tullantısının homojen biçimde karıştırıldığı sistem ilə alüminiumun altta, atığın üstte bulunduğu qatlı sistemi karşılaştırmıştır. Karma sistemde 1500 °C’de silisium bərpa nisbəti %70,79 və blok ərinti məhsuldarlığı %69 kimi bildirilmişdir. Katmanlı sistemde ise 1500 °C və 60 dakikalık işlem sonunda silisium bərpa nisbətinın %88,77’ye, blok ərinti məhsuldarlığınin %95,35’e ulaştığı qeyd edilmişdir. Önerilen mekanizmaya göre alttaki erimiş alüminiumdan yükselen Al buharı, üstteki atık tabakasına nüfuz ederek SiO₂ ağını Al₂O₃ bakımından zengin və daha gevşek bir faza dönüştürmektedir. Serbest kalan silisium damlacıkları birleşmekte, yerçekimiyle aşağı inmekte və alttaki alüminium havuzunda Al-Si alaşımı oluşturmaktadır.

Tədqiqat gerçek ergitme və material karakterizasyonu deneylerine dayanmasına rağmen henüz hakim rəyindən keçməmişdir. Deneyler təxminən 8 g alüminium və 2 g silisium kəsmə tullantısı istifadə olunan laboratuvar ölçeğindedir. Üretilen alaşımların mexaniki özellikleri, oksid kapanımları, döküm performansı, enerji tüketimi, emisyonları, maliyeti və endüstriyel ölçeklenebilirliği değerlendirilmemiştir. Ayrıca raporlanan %88,77 geri kazanım değeri ilə makaledeki kütle tablosu və denklem kullanılarak hesaplanan dəyər arasında açıklanmayan bir sayısal uyumsuzluk bulunmaktadır.

Türkiyə baxımından qiymətləndirmə: Önerilen yöntem, fotovoltaik istehsal süreçlerinden kaynaklanan silisium kesim atıklarının alüminium döküm alaşımlarına dönüştürülmesi bakımından Türkiye’de kurulabilecek döngüsel istehsal sistemleri üçün araştırmaya dəyər bir yaklaşım sunmaktadır. Yöntem, silisiumu önce metalurjik sınıf silisiuma dönüştürüp daha sonra alaşımlama şeklindeki iki ayrı yüksək temperatur basamağını tek ergitme işleminde birleştirmeyi hedeflemektedir. Bununla birlikdə Türkiye’de uygulanabilirlik değerlendirmesi üçün yerel atıkların bileşimi, oksid kalınlığı, safsızlıkları və parçacık dağılımı belirlenmeli; pilot ölçekli fırın deneyleri, enerji və argon tüketimi, alüminium kaybı, cüruf miktarı, ərinti temizliği, mexaniki xüsusiyyətlər və ekonomik fizibilite bağımsız kimi incelenmelidir. Bu tədqiqatdan yöntemin Türkiye’de birbaşa aşağı maliyetli və ya endüstriyel ölçekte hazır olduğu sonucu çıkarılamaz.

Fotovoltaik silisium kəsmə tullantısı neden önemli bir kaynaktır?

Kristal silisium külçeler fotovoltaik hücrelerde kullanılacak ince plakalara dönüştürülürken elmas tellerle kesilmektedir. Çalışmada aktarılan verilere göre kesme sırasında kristal silisium külçenin təxminən %30–35’i çox ince parçacıklar hâlinde kesme sıvısına geçebilmektedir. Ortaya çıkan silisium kəsmə tullantısı, kısaca SCW, önemli miktarda silisium içermesine rağmen birbaşa kullanılabilecek temiz bir metal tozu değildir.

Atık; kristal silisium parçacıklarının yanında səth oksitleri, kesme işleminden gelen metalik safsızlıklar və kalıntı organik kesme sıvıları içerebilir. Atığın kontrolsüz biçimde uzaklaştırılması değerli silisiumun kaybedilmesinin yanı sıra ince parçacık, su və arazi kirliliği sorunlarına yol açabilir.

Geleneksel geri kazanım yaklaşımında kesim atığından önce metalurjik sınıf silisium üretilmekte, ardından bu silisium alüminiumla ikinci bir ergitme işleminde alaşımlanmaktadır. İncelenen tədqiqat, bu iki yüksək temperatur adımını tek bir Al-SCW ergitme işleminde birleştirmeyi amaçlamaktadır.

Tədqiqatın əsas sualı nədir?

Araştırmanın əsas sorusu, silisium parçacıklarının çevresindeki kesintisiz SiO₂ tabakasının ergitme sırasında nasıl dönüştüğü və oksigenin metalik Al-Si fazından nasıl ayrıldığıdır.

Tədqiqat xüsusilə şu sorulara yanıt aramaktadır:

• Oksigen, başlangıçtaki silisium kəsmə tullantısında hangi kimyasal və yapısal biçimde bulunmaktadır?
• Alüminium və atığın başlangıçtaki mekânsal düzeni ərinti oluşumunu nasıl etkilemektedir?
• Karma və katmanlı yükleme düzenlerinde silisium ilə oksigen hangi fazlarda toplanmaktadır?
• SiO₂ tabakası, Al-Si damlacıklarının birleşmesini və metal-cüruf ayrımını nasıl engellemektedir?
• Alüminium buharı, oksid ağının parçalanmasında nasıl bir rol oynayabilir?

Silisium kesim atığındaki oksigen hangi biçimde bulunmaktadır?

Tədqiqatçılar atığın oksigen içeriğini XRD, FT-IR, XPS, SEM və TEM yöntemleriyle incelemiştir. XRD deseninde belirgin kristal oksid pikleri görülmemiş, algılanan kristal piklerin silisiuma ait olduğu bildirilmişdir. Buna karşılık FT-IR spektrumunda Si-O-Si bağlarının titreşimlerine karşılık gelen bantlar belirlenmiştir.

XPS analizi oksigenin SiO₂ və daha aşağı oksidasyon derecelerine sahip SiO_x biçimlerinde bulunduğunu göstermiştir. Bu nəticələr oksid fazının büyük ölçüde amorf olması nedeniyle XRD’de belirgin bir kristal faz kimi algılanmamasıyla uyumludur.

Şekil 2’deki SEM görüntüsünde atığın çoğunlukla ince, düzensiz və levhamsı parçacıklardan oluştuğu görülür. Parçacık boyutlarının büyük bölümü 0–2 µm aralığında yoğunlaşmıştır. Tek bir parçacığın TEM görüntüsünde ise kristal silisium çekirdeğini çevreleyen təxminən 5 nm kalınlığında amorf SiO₂ tabakası göstərilmişdir.

SiO2 tabakası ərinti oluşumunu neden zorlaştırmaktadır?

Oksid tabakası yalnız alüminium ilə silisiumun birbaşa temasını engelleyen ince bir səth filmi değildir. Yüksək sıcaklıkta komşu parçacıkların yumuşamış SiO₂ tabakaları birbirleriyle birleşerek üç boyutlu və kesintisiz bir oksigence zengin ağ oluşturabilmektedir.

Silisium çekirdekleri eridiğinde oluşan sıvı Si damlacıkları bu viskoz oksid ağı içinde tutulmaktadır. Tədqiqatçılar bu durumu, damlacıkların kendi yerçekimiyle birleşmesini və aşağı doğru hareket etmesini önleyen fiziksel bir kilitleme mekanizması kimi tanımlamaktadır.

Saf silisium kəsmə tullantısının 1500 °C’de 120 dakika tutulduğu nəzarət deneyinde bile silisium geri kazanımının yalnız təxminən %60–70 aralığında kaldığı bildirilmişdir. SEM-EDS görüntülerinde sıvılaşmış silisium bölgelerinin sürekli Si-O bakımından zengin bir matris içinde hapsolduğu göstərilmişdir. Bununla birlikdə bu nəzarət deneylerine ait tekrar sayısı, ortalama və hata aralığı verilmemiştir.

Deneyde hangi hammaddeler istifadə edilmişdir?

Silisium kesim atığı Çin’in Jiangsu bölgesindeki Haobo Co., Ltd. tarafından sağlanmıştır. Kütlece %99,85 saflığındaki ticari alüminium tozu Boyu Metal Co., Ltd. tarafından temin edilmiştir. Atık, ergitme öncesinde kalıntı organik kesme sıvılarını uzaklaştırmak amacıyla etil alkolle yıkanmıştır.

Her deneyde silisium kəsmə tullantısı miktarı, alüminium tozu kütlesinin %20’si olacak şekilde hazırlanmışdır. Tablo 4’te verilen təcrübə kütleleri təxminən 8,0 g Al və 2,0 g SCW düzeyindedir.

Materiallar bölümünde hidroflorik asit və grafit tozu da listelenmiştir. Lakin yüklenen sürümde bu iki malzemenin təcrübə akışında nerede və hangi amaçla kullanıldığı açıqlanmamışdır.

İki farklı hammadde yükleme yöntemi nasıl tasarlanmıştır?

Karma yükleme sistemi

İşlenmiş silisium kəsmə tullantısı ilə alüminium tozu üç saat boyunca bilyalı değirmende homojenleştirilmiştir. Öğütme ortamı ilə material arasındaki kütle nisbəti 4:1 kimi belirlenmiştir. Hazırlanan karışım korundum krozeye yerleştirilmiştir.

Mikroyapı və faz ayrışması deneylerinin bir bölümünde homojen karışım 300 MPa təzyiq altında soğuk izostatik preslemeyle yoğun bir blok hâline getirilmiş və ardından farklı temperatur və sürelerde ergitilmiştir.

Katmanlı yükleme sistemi

Katmanlı düzende alüminium tozu korundum krozenin altına, silisium kəsmə tullantısı ise alüminiumun üzerine yerleştirilmiştir. Başlangıçta iki material mexaniki kimi karıştırılmamıştır.

Hazırlanan krozeler tüp fırına alınmış, temperatur dakikada 5 °C hızla yükseltilmiş və deneyler argon atmosferinde yürütülmüştür. Ürünler işlemden sonra fırınla birlikdə oda sıcaklığına kadar soğutulmuştur.

Karma və qatlı sistemlerin genel sonuçları

Karma sistem aşağı sıcaklıklarda daha erken ərinti oluşumu sağlamıştır. Alüminium və atık parçacıkları başlangıçta birbaşa temas ettiği üçün alüminotermik dönüşüm və silisiumun sıvı alüminiuma geçişi daha aşağı sıcaklıklarda başlayabilmiştir.

Katmanlı sistem 1000 və 1200 °C’de belirgin ərinti oluşumu göstermemiştir. Lakin temperatur 1500 °C’ye ulaştığında qarışıq sistemden daha yüksək blok ərinti məhsuldarlığı və silisium geri kazanımı elde edilmiştir. İki sistem arasındaki bildirilen silisium geri kazanım farkı 17,98 yüzde puandır.

Makaledeki “anlamlı derecede daha yüksək” ifadesi istatistiksel bir test sonucuna dayanmamaktadır. Nümunə tekrarları, hata çubukları, standart sapma və ya p değeri verilmediğinden nəticələr sayısal fark kimi değerlendirilmelidir.

Metalurjik sınıf silisium kontrolü ne göstermiştir?

Tədqiqatçılar oksid təbəqəsinın etkisini göstermek amacıyla silisium kəsmə tullantısı yerine metalurjik sınıf silisium tozu istifadə olunan bir nəzarət deneyi gerçekleştirmiştir. Metalurjik sınıf silisium ilə alüminium 1500 °C’de ergitildiğinde hem karma hem de katmanlı düzende düzgün yüzeyli tek bir metal havuzu oluşmuş və üstte belirgin katı cüruf tabakası görülmemiştir.

Bu gözlem, silisium kəsmə tullantısındaki amorf SiO₂ tabakasının basit Al-Si alaşımlama işlemini kimyasal indirgeme və çoxfazalı ayrılma gerektiren daha karmaşık bir sürece dönüştürdüğünü dəstəkləyir.

Karma sistemde ərinti və cüruf nasıl ibarətdir?

Karma sistemde alüminium və oksid kaplı silisium parçacıkları başlangıçtan itibaren yakın temas hâlindedir. Alüminium eridiğinde SiO₂ kabukla birbaşa reaksiyona girmekte, oksigen Al₂O₃ bakımından zengin bir faza aktarılmakta və serbest kalan silisium sıvı alüminium içinde çözünmektedir.

Aşağı temperatur aşamasında metalik Al-Si bölgeleri ilə oksigence zengin koyu fazlar birbirine dağılmış durumdadır. Temperatur arttığında silisiumun alüminium parçacıklarının içine yayılması ilerlemekte və Al₂O₃ bakımından zengin faz daha belirgin hâle gelmektedir.

Daha yüksək sıcaklıkta küçük Al-Si damlacıkları birleşerek daha büyük metalik bölgeler oluşturmakta; katı və ya yarı katı Al₂O₃ parçacıkları ise metalik damlacıkların arasına və dışına doğru itilmektedir. Bu süreç metal fazının büyümesini sağlasa da başlangıçtaki çox ince və homojen dağılım nedeniyle tam metal-cüruf ayrımı gerçekleşmemektedir.

Karma sistemde sıcaklığın etkisi

Şekil 4’te aşağı sıcaklıkta birbirine dağılmış Al, Si və oksigence zengin bölgeler; daha yüksək sıcaklıklarda ise büyüyen metalik fazlar və biriken oksid bölgeleri gösterilmektedir.

• Təxminən 700 °C: Al-Si içeren açık gri metal bölgeler ilə çevrelerinde oksigence zengin koyu fazlar görülmüştür. Silisyumun bir bölümü henüz alüminiumla tamamen alaşımlanmamıştır.
• Təxminən 800 °C: Silisyumun alüminium parçacıkları içine daha düzenli yayıldığı, oksigence zengin fazın ise çoğunlukla Al və O içerdiği belirlenmiştir.
• Daha yüksək temperatur: Metalik damlacıkların birleşerek daha büyük bölgeler oluşturduğu və Al₂O₃ fazını ayrı bölgelerde topladığı görülmüştür.

Bu deneylerin kesin en yüksək sıcaklığı kaynak içinde tutarlı değildir. Bölüm metni 700, 800 və 1000 °C’den söz ederken Şekil 4 açıklamasında üçüncü koşul 900 °C kimi verilmişdir. Bu nedenle üçüncü mikroyapı görüntüsünün 900 və ya 1000 °C’ye ait olduğu yüklenen sürümden kesin kimi belirlenememektedir.

Karma sistemde bekletme süresinin etkisi

Bir, 20 və 40 dakikalık bekletme sürelerinin karşılaştırıldığı görüntülerde süre uzadıkça metalik Al-Si fazının hacmi büyümüş, oksigence zengin faz ilə metalik faz daha belirgin biçimde ayrılmıştır. Silisium sürekli kimi alüminium matrisine geçerken yerinde oluşan Al₂O₃ fazı ayrı bölgelerde toplanmıştır.

Bu deneylerin sıcaklığı konusunda da kaynak içinde uyumsuzluk bulunmaktadır. Açıklayıcı metin deneylerin 1000 °C’de yapıldığını belirtirken Şekil 5 başlığı 900 °C yazmaktadır.

Katmanlı sistemde neden daha farklı bir mekanizma ibarətdir?

Katmanlı düzende sıvı alüminium krozenin altında, silisium kəsmə tullantısı ise üstte bulunmaktadır. Bu nedenle başlangıçta iki qat arasında yaygın bir sıvı temas yoktur. Tədqiqatçılar, yüksək sıcaklıktaki alüminiumun oluşturduğu Al buharının üstteki gözenekli atık tabakasına doğru hareket ettiğini öne sürmektedir.

Üst tabakada Al bulunması; 1440 °C’de alınan numunelerde silisiumca zengin büyük parçacıkların yüzeyinde küçük Al parçacıklarının və Al-O bakımından zengin döküntülerin görülmesiyle desteklenmiştir. Araştırmacılara göre gaz hâlindeki Al, parçacıkların amorf SiO₂ kabuğuyla gaz-katı alüminotermik reaksiyona girerek kesintisiz oksid ağını parçalamaktadır.

Bu açıklama SEM-EDS, XRD və ürün morfolojisine dayanan bir mekanizma yorumudur. Al buharının miktarı, basıncı, akısı və ya atık tabakası içindeki hareketi birbaşa gaz fazı ölçümleriyle izlenmemiştir.

Katmanlı sistemde gözlenen beş aşamalı dönüşüm

1. Üst atık tabakasının sinterlenmesi: Gevşek silisium kəsmə tullantısı, temperatur yükselirken daha yoğun və kahverengi bir blok hâline gelmiştir.
2. Silisium damlacıklarının yüzeye çıkması: Təxminən 1460 °C’den itibaren sinterlenmiş bloğun yüzeyinde küçük küresel damlacıklar görülmüştür.
3. Damlacıkların büyümesi: Temperatur 1485–1500 °C’ye yükseldikçe yüzeydeki küresel damlacıkların hacmi və sayısı artmışdır.
4. Al-Si alaşımı oluşumu və birleşme: Başlangıçta saf Si kimi tanımlanan damlacıklar, Al buharı və ya yoğunlaşan sıvı Al ilə etkileşerek Al-Si damlacıklarına dönüşmüş və birbirleriyle birleşmiştir.
5. Yerçekimiyle çökelme: Yeterince büyüyen damlacıklar gevşemiş Al₂O₃ bakımından zengin üst tabakadan geçerek krozenin altındaki Al-Si metal havuzuna düşmüştür.

Şekil 6’daki temperatur və süre dizisi bu beş aşamanın farklı numunelerdeki makroskobik görünümünü sunmaktadır. Bu nedenle süreç, tek bir numunenin fırın içinde kesintisiz və gerçek zamanlı görüntülenmesinden ziyade farklı koşullarda durdurulan deneylerin bir araya getirilmesiyle yeniden oluşturulmuştur.

1440 °C’de üst tabakada hangi fazlar bulunmuştur?

1440 °C’deki kahverengi sinterlenmiş üst ürün, təxminən 100–200 µm boyutlu düzensiz büyük parçacıklar ilə bunlara yapışmış küçük küresel parçacıklardan yaranmışdır.

Üst atık tabakası ilə alt alüminium havuzu birbaşa karışmadığı hâlde üst üründe Al belirlenmesi, alüminiumun buhar və ya yoğunlaşmış damlacıklar biçiminde yukarı taşınabileceği yorumunun əsas dayanaklarından biridir.

1460–1500 °C arasında damlacıklar nasıl değişmiştir?

1460 və 1485 °C’de yüzeye çıkan küresel damlacıkların EDS analizinde təxminən %100 Si kimi tanımlandığı bildirilmişdir. Bu aşamada oksid ağından serbest kalan elementel silisium yüzeyde ayrı damlacıklar oluşturmuştur.

1500 °C’de 30 dakika bekletilen ürünlerde ise küresel parçacıklar yalnız Si değil, Al və Si içeren ərinti damlacıkları hâline gelmiştir. Tədqiqatçılar bu değişimi, artan Al buharının silisium damlacıkları tarafından soğurulması və ya yoğunlaşmış sıvı Al ilə yerel alaşımlama gerçekleşmesiyle açıklamaktadır.

Bekletme süresi 40 dakikaya və üzerine çıktığında büyüyen ərinti damlacıkları üstteki gözenekli oksid kalıntısından geçerek alt metal havuzuna çökelmiştir. Üst tabakanın XRD analizinde yüksək miktarda Al₂O₃ yanında az miktarda Al və Si pikleri de görülmüştür. Bu artık Al və Si, cüruf ağı içinde tutulmuş küçük metal parçacıklarına bağlanmıştır.

Katmanlı sistemde kütle aktarımı nasıl ilerlemiştir?

Temperatur və süre arttıkça üst kalıntı kütlesinin azalması, alt metal havuzunun kütlesinin və silisium içeriğinin ise genel kimi artması; silisiumun üst atık tabakasından alt metal fazına taşındığını dəstəkləyir.

Alaşımdaki Si nisbəti 40 dakikada %16,05 ilə en yüksək düzeye ulaşmış, 60 dakikada %15,64’e gerilemiştir. Buna rağmen alt ərinti kütlesi arttığı üçün toplam geri kazanılan silisium miktarı yüksək kalmıştır.

Silisium geri kazanımı nasıl hesaplanmıştır?

Çalışmada silisium bərpa nisbəti şu bağıntıyla tanımlanmıştır:

\[ R(\mathrm{Si}) = \frac{M_{\mathrm{alloy}}\,[\mathrm{Si}]_{\mathrm{alloy}}}{M_{\mathrm{SCW}}\,w(\mathrm{Si})} \]

Burada:

• R(Si): Silisium bərpa nisbətidır.
• M_alloy: Altta elde edilen alaşımın kütlesidir.
• [Si]_alloy: Alt alaşımdaki silisiumun kütle kesridir.
• M_SCW: Başlangıçta istifadə olunan silisium kəsmə tullantısının kütlesidir.
• w(Si): Başlangıç atığındaki elementel silisiumun kütle kesridir.

Alüminium kaybı nasıl hesaplanmıştır?

Alüminium kayıp nisbəti şu bağıntıyla verilmişdir:

\[ L(\mathrm{Al}) = \frac{M_{\mathrm{Al}}-M_{\mathrm{alloy}}\left(1-[\mathrm{Si}]_{\mathrm{alloy}}\right)}{M_{\mathrm{Al}}} \]

Burada M_Al başlangıç alüminium kütlesini, diğer terimler ise alt alaşımın kütlesini və silisium oranını ifade etmektedir.

Çalışmada alüminium kaybının ısıtma aşamasında önce arttığı, 1500 °C’ye ulaşıldığında %7,24’e çıktığı və 60 dakikalık bekletmenin sonunda %2,09’a gerilediği bildirilmişdir. İlk artış, alüminiumun buharlaşarak üst tabakadaki SiO₂ ilə reaksiyona girmesine; sonraki düşüş ise oluşan Al-Si damlacıklarının alt metal havuzuna geri dönmesine bağlanmıştır.

Silisium geri kazanım hesabındaki sayısal uyumsuzluk

Makalenin özeti, nəticə bölümü və genel karşılaştırma tablosu qatlı sistem üçün %88,77 silisium geri kazanımı bildirmektedir. Lakin Tablo 4’te 1500 °C və 60 dakika üçün verilen 9,296 g ərinti kütlesi, %15,64 ərinti silisiumu, 2,003 g başlangıç atığı və metinde belirtilen %79,79 elementel Si nisbəti yukarıdaki denklemde kullanıldığında təxminən %90,97 sonucuna ulaşılmaktadır.

Bu fark; tabloda yuvarlatılmış değerlerin kullanılmasından, geri kazanım hesabında farklı bir başlangıç Si oranının esas alınmasından və ya raporlama hatasından kaynaklanabilir. Yüklenen sürüm bu farkı açıklamadığından %88,77 değeri çalışmanın raporladığı nəticə kimi aktarılmalı, fakat hesaplanabilirlik sorunu göz önünde bulundurulmalıdır.

Karma və qatlı sistemlerde oksigenin izlediği yollar

Karma sistem

1. Alüminium eriyerek oksid kaplı Si parçacıklarıyla birbaşa temas eder.
2. SiO₂ kabuk yerinde Al₂O₃ bakımından zengin faza dönüşür.
3. Serbest kalan Si, sıvı Al içinde çözünerek Al-Si damlacıkları oluşturur.
4. Damlacıklar birleşirken Al₂O₃ metal fazının dışına doğru itilir.
5. Başlangıçtaki ince və dağınık yapı tam cüruf-metal ayrımını sınırlar.

Katmanlı sistem

1. Alttaki Al eriyerek metal havuzu oluşturur, üstteki atık sinterlenir.
2. Al buharı üstteki gözenekli atık tabakasına ilerler.
3. Al buharı amorf SiO₂ ağını Al₂O₃ bakımından zengin daha gevşek bir yapıya dönüştürür.
4. Serbest kalan Si erir, damlacıklar hâlinde birleşir və büyür.
5. Büyüyen Si və ya Al-Si damlacıkları yerçekimiyle alt metal havuzuna iner.
6. Silisium alttaki metal fazında, oksigen ise üstteki oksid kalıntısında yoğunlaşır.

Şekil 12, iki sistem arasındaki əsas farkı görsel kimi özetlemektedir. Karma düzende metal və oksid fazları aynı hacim içinde dağınık kimi oluşurken katmanlı düzende metal ilə oksid fazı başlangıç geometrisinin de etkisiyle krozenin farklı bölgelerinde toplanmaktadır.

Tədqiqatın güclü tərəfləri nelerdir?

• Fotovoltaik silisium kəsmə tullantısı gerçek bir ikincil hammadde kimi istifadə edilmişdir.
• Karma və katmanlı yükleme düzenleri aynı əsas hammadde oranıyla müqayisə edilmişdir.
• Atığın oksid təbəqəsi XRD, FT-IR, XPS, SEM və TEM gibi tamamlayıcı yöntemlerle araşdırılmışdır.
• Təxminən 5 nm kalınlığındaki amorf SiO₂ kabuk birbaşa TEM görüntüsüyle göstərilmişdir.
• Temperatur və bekletme süresine bağlı makroskobik və mikroskobik dönüşüm izlenmiştir.
• Saf silisium kəsmə tullantısı və metalurjik sınıf silisium istifadə olunan nəzarət karşılaştırmaları yapılmıştır.
• Al, Si və O dağılımları SEM-EDS haritalarıyla değerlendirilmiştir.
• Üst oksid kalıntısı ilə alt metal havuzunun kütleleri ayrı ayrı ölçülmüştür.
• Katmanlı sistem üçün beş aşamalı dönüşüm və faz ayrışma modeli geliştirilmiştir.

Tədqiqatın əsas məhdudiyyətləri nelerdir?

• Tədqiqat hakem değerlendirmesinden geçmemiş bir preprinttir.
• Deneyler təxminən 10 g toplam şarj istifadə olunan laboratuvar ölçeğindedir.
• Çoğu koşul üçün bağımsız təcrübə tekrarları və deneyler arası değişkenlik verilmemiştir.
• Ortalama, standart sapma, güven aralığı və ya istatistiksel anlamlılık testi yoxdur.
• Yalnız tek bir silisium kəsmə tullantısı kaynağı və tek bir əsas SCW/Al nisbəti araşdırılmışdır.
• Farklı parçacık boyutları, oksid kalınlıkları və safsızlık profilleri karşılaştırılmamıştır.
• Al buharı oluşumu və atık tabakası içindeki taşınımı birbaşa ölçülmemiştir.
• Gaz fazındaki Al miktarı, buhar basıncı və kütle aktarım hızı belirlenmemiştir.
• Üretilen Al-Si alaşımının tam kimyəvi tərkibi və metalik safsızlıkları ayrıntılı kimi hesabat verilməmişdir.
• Alaşımdaki Al₂O₃ kapanımları, gözeneklilik və metal temizliği ölçülmemiştir.
• Mikroyapı, birincil Si morfolojisi, tane boyutu və katılaşma yapısı ayrıntılı kimi incelenmemiştir.
• Çekme dayanımı, sertlik, yorulma, aşınma və ya dökülebilirlik deneyleri yapılmamıştır.
• Korundum kroze ilə ürün arasındaki olası etkileşim değerlendirilmemiştir.
• Argon tüketimi, enerji gereksinimi, cüruf miktarı və proses emisyonları hesaplanmamıştır.
• Tekno-ekonomik analiz və ya yaşam döngüsü değerlendirmesi yapılmamıştır.
• Endüstriyel sürekli fırın və ya pilot ölçekli doğrulama yoxdur.

Kaynak içindeki raporlama sorunları

• Şekil 4’ün üçüncü sıcaklığı bölüm metninde 1000 °C, şekil açıklamasında 900 °C kimi verilmişdir.
• Şekil 5’teki bekletme deneyleri metinde 1000 °C, şekil açıklamasında 900 °C kimi göstərilmişdir.
• Tablo 2’nin sütun başlıklarında nokta numaraları yinelenmiş və hangi noktanın hangi sıcaklığa ait olduğu yeterince açık düzenlenmemiştir.
• Materiallar listesinde bulunan hidroflorik asit və grafit tozunun deneydeki rolü açıqlanmamışdır.
• FT-IR və XPS kullanıldığı hâlde bu cihazların modeli və ölçmə koşulları yöntem bölümünde verilmemiştir.
• Saf SCW kontrolünde bildirilen %60–70 geri kazanım aralığına ait təcrübə sayısı və ham nəticələr sunulmamıştır.
• Raporlanan %88,77 silisium geri kazanımı, Tablo 4 və belirtilen başlangıç Si oranıyla tam kimi yeniden üretilememektedir.
• “Aşağı maliyetli” və “kısa prosesli” ifadelerini doğrulayan maliyet və ya enerji karşılaştırması yapılmamıştır.

Tədqiqat hangi sonuçları dəstəkləyir?

• Silisium kesim atığı parçacıklarının yüzeyinde təxminən 5 nm kalınlığında amorf SiO₂ tabakası bulunmaktadır.
• Bu oksid təbəqəsi yüksək sıcaklıkta birleşerek Si damlacıklarının ayrılmasını zorlaştıran oksigence zengin bir ağ oluşturabilmektedir.
• Alüminium, oksigeni SiO₂ fazından Al₂O₃ bakımından zengin faza aktarabilmektedir.
• Karma sistemde ərinti oluşumu qatlı sisteme göre daha aşağı sıcaklıkta başlamıştır.
• Katmanlı sistem 1500 °C’de qarışıq sistemden daha yüksək blok ərinti məhsuldarlığı və raporlanan Si geri kazanımı sağlamıştır.
• Katmanlı düzende Si alt metal havuzunda, oksigen ise üst oksid kalıntısında yoğunlaşmıştır.
• Alüminyumun üst atık tabakasına taşınması, SiO₂ ağının parçalanmasıyla ilişkilidir.
• Bekletme süresi arttıkça üst kalıntı kütlesi azalmış və alt ərinti havuzu büyümüştür.

Tədqiqat hangi sonuçları sübut etmir?

• Yöntemin endüstriyel ölçekte aynı bərpa nisbətinı sağlayacağını sübut etmir.
• Üretilen alaşımın ticari döküm Al-Si alaşımı standartlarını karşıladığını göstermemektedir.
• Alaşımların mexaniki özelliklerinin ticari ürünlere eşit olduğunu sübut etmir.
• Katmanlı yöntemin mevcut geri kazanım teknolojilerinden daha aşağı maliyetli olduğunu göstermemektedir.
• Toplam enerji tüketiminin iki aşamalı endüstriyel süreçten daha aşağı olduğunu hesaplamamaktadır.
• Al buharının tek və ya baskın oksid parçalama mekanizması olduğunu birbaşa gaz fazı ölçümleriyle sübut etmir.
• Atıktaki bütün silisium və oksigenin tamamen ayrıldığını göstermemektedir.
• Prosesin çevresel etkisinin mevcut yöntemlerden daha aşağı olduğunu yaşam döngüsü verileriyle doğrulamamaktadır.

Tədqiqatın metodu və nəticələri

Eksperimental yöntem özeti

Istifadə olunan karakterizasyon yöntemleri

Təcrübə değişkenleri

• Başlangıç yükleme geometrisi: Karma və ya katmanlı.
• Ergitme sıcaklığı: Farklı deneylerde 700–1500 °C.
• Bekletme süresi: Bir dakikadan 120 dakikaya kadar değişen süreler.
• Alt metal fazı: Alüminium bulunan sistem və ya saf SCW kontrolü.
• Silisium kaynağı: SCW və ya metalurjik sınıf Si kontrolü.
• Əsas çıktılar: Blok ərinti verimi, Si geri kazanımı, Al kaybı, üst kalıntı kütlesi, alt ərinti kütlesi və element dağılımı.

Ana sayısal nəticələr

• SCW’de elementel Si içeriği təxminən %79,79 kimi bildirilmişdir.
• Silisium oksid içeriği təxminən %15,43 kimi bildirilmişdir.
• Si parçacıklarını çevreleyen amorf SiO₂ tabakası təxminən 5 nm kalınlığındadır.
• Karma sistemde 1200 °C’de silisium geri kazanımı %54,98 olmuştur.
• Karma sistemde 1500 °C’de silisium geri kazanımı %70,79 olmuştur.
• Katmanlı sistemde 1500 °C’de raporlanan silisium geri kazanımı %88,77 olmuştur.
• Katmanlı sistemde blok ərinti məhsuldarlığı %95,35 kimi verilmişdir.
• Katmanlı sistemde üst kalıntı kütlesi 1,940 g’dan 0,623 g’a düşmüştür.
• Alt ərinti kütlesi 8,006 g’dan 9,296 g’a yükselmiştir.
• Alt alaşımın Si içeriği 1440 °C’de %0,484 iken 1500 °C və 40 dakikada %16,05 olmuştur.
• Al kaybı 1500 °C’ye ulaşma aşamasında %7,24’e çıkmış, 60 dakika sonunda %2,09’a gerilemiştir.
• Saf SCW kontrolünde 1500 °C və 120 dakikada bildirilen en yüksək Si geri kazanımı təxminən %60–70 aralığında kalmıştır.

Statistik qiymətləndirmə

Çalışmada eksperimental tekrar sayıları düzenli biçimde verilmemiş; nəticələr üçün standart sapma, standart hata, güven aralığı, hata çubuğu, varyans analizi və ya p değeri sunulmamıştır. Bu nedenle %88,77 ilə %70,79 arasındaki fark təcrübə koşullarında belirlenen sayısal bir farktır; istatistiksel anlamlılık sonucu değildir.

Çalışmanın sunduğu mekanizma, farklı temperatur və sürelerde alınan makroskobik örnekler, SEM-EDS element dağılımları, XRD fazları və kütle değişimleri arasındaki tutarlılığa əsaslanır. Al buharı taşınımı və damlacık çökelmesi gibi bazı süreçler birbaşa və gerçek zamanlı kimi ölçülmemiş, gözlenen ürünlerden hareketle yorumlanmıştır.

Mənbə və metod qeydi

Çalışmanın tam özgün adı: Oxygen Migration and Multi-Phase Separation Mechanism for One-Step Synthesis of Al-Si Alloys from Photovoltaic Silicon Cutting Waste

Müəlliflər və düzgün sıralama: Donghui Wei, Kaiyang Liu, Xinpeng Liu, Tianding Li, Penghui Guo, Xiangdong Xing

Eş birinci müəllif və ya eş katkı: Eş birinci müəllif ya da eş katkı bilgisi yoxdur.

Məsul müəlliflar: Penghui Guo və Xiangdong Xing

İnstitusional bağlılıqlar:

• School of Metallurgical Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, Çin
• Guangxi Beibu Gulf New Materials Co., Ltd., Beihai 536017, Çin — Kaiyang Liu’nun ikinci institusional bağlantısı

ORCID: Yüklenen sürümde yazarların ORCID bilgileri yer almamaktadır.

DOI:10.2139/ssrn.7195523

Dergi: Hakemli bir dergide yayımlanmamıştır.

Özgün dergi yayınevi: Yoxdur.

Yayım platforması: SSRN

Yayım tarihi: 28 Temmuz 2026

Mənbə növü: Eksperimental metalurji, atık geri kazanımı və faz dönüşümü araştırması içeren preprint

Hakimlik vəziyyəti: Tədqiqat hakim rəyindən keçməmişdir. Yüklenen sürümün her sayfasında preprintin hakemli olmadığına ilişkin uyarı bulunmaktadır.

Resmî yayım bağlantısı:SSRN resmî preprint sayfası

Maliyyələşdirmə: Çalışmada National Natural Science Foundation of China 52504370, Shaanxi Provincial Natural Science Basic Research Program 2025JC-YBQN-516 və Jiayuguan City Science and Technology Bureau 24-02 projelerinin desteği qeyd edilmişdir.

Bu Türkçe makale, yüklenen çalışmanın metni, təcrübə şeması, XRD, FT-IR və XPS sonuçları, TEM və SEM görüntüleri, EDS element haritaları, makroskobik kroze fotoğrafları, dört tablosu, iki kütle aktarım denklemi, saf SCW və metalurjik silisium nəzarət deneyleri ilə önerilen mekanizma şeması incelenerek hazırlanmışdır. Bilimsel içerik yalnız yüklenen çalışmaya dayandırılmış; dış kaynaklar yalnız SSRN kaydının tarihi, DOI’si və bibliyografik kimliğinin doğrulanması amacıyla istifadə edilmişdir.

Çalışmanın başlıca sınırlılıkları; henüz hakemli olmaması, laboratuvar ölçeği, təcrübə tekrarlarının və istatistiksel belirsizliğin verilmemesi, Al buharı taşınımının birbaşa ölçülmemesi, alaşımın mexaniki və döküm özelliklerinin incelenmemesi, enerji-maliyet analizinin bulunmaması və bazı sıcaklıklar ilə geri kazanım hesaplarında kaynak içi tutarsızlıklar bulunmasıdır. Nəticələr umut verici bir mekanizma və laboratuvar düzeyinde geri kazanım yaklaşımı sunmakta; endüstriyel uygulanabilirliği tek başına sübut etmir.