电子废弃物中稀贵金属的超临界流体回收方法与机理研究

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稀贵金属是电子废弃物资源化的主要经济驱动力之一。传统的稀贵金属回收技术(火法冶金、湿法冶金和生物冶金)存在易产生有毒有害烟气,步骤繁琐、有机试剂毒性大,菌种难培养、回收周期长的缺点。本研究以典型电子废弃物(废弃线路板,废弃陶瓷电容器和废旧锂电池)中的稀贵金属钯(Pd)和锂(Li)为主要研究对象,采用环境友好型的超临界流体技术实现了电子废弃物中稀贵金属Pd和Li的资源化,阐明了稀贵金属在不同超临界流体中的溶解和浸出机理,构建了超临界流体技术回收稀贵金属的绿色体系,为电子废弃物中稀贵金属的回收提供了快捷、高效和环保的新途径。本研究主要结论如下:  (1)研究了超临界水氧化法(SCWO)深度富集废弃线路板中Pd(0)的方法,阐明了溴化环氧树脂降解和Pd(0)的富集机理。研究发现NaOH/H2O2修饰后的SCWO系统可将溴化环氧树脂彻底降解为长链烃类(CnH2n+2),CO2,H2O和NaBr。反应过程中,H2O2产生的HO·和HO2·引发了中间产物苯酚的氧化开环降解,提高了主要金属Cu的氧化程度,增强了Pd(0)的富集效率。NaOH通过亲核取代反应和消去反应提高了溴化环氧树脂在SCWO系统中的脱溴效率,并促进了主要元素Cu,Al和Ca向水合物或化合物的转变,同时引发的水汽置换反应和碱硅反应均不同程度地提高了NaOH/H2O2修饰的SCWO系统对Pd(0)的富集效率。  (2)研究了超临界二氧化碳(SC-CO2)络合萃取废弃陶瓷电容器中Pd(Ⅱ)的方法,阐明了Pd(Ⅱ)在SC-CO2中与不同类型络合剂(Cyanex272、LIX84I和Cyanex302)的配位机理。研究发现废弃电容器中的Pd(0)可采用酸浸出-萃取剂络合的方法萃取。机理研究显示含中心S原子的萃取剂Cyanex302对Pd(Ⅱ)的萃取效率大大优于中心原子为O的萃取剂Cyanex272和中心原子为N的萃取剂LIX84I。分子杂化轨道理论表明Pd(Ⅱ)可以与Cyanex302的中心S原子形成π*键,这极大增强了所形成的中性络合物Pd(Ⅱ)-Cyanex302在SC-CO2中的溶解度和稳定性。  (3)开发了SC-CO2直接萃取废弃线路板中Pd(0)的工艺。研究发现含钯富集体中的Pd(0)先被KI-I2组合利用氧化络合反应转化为碘络阴离子[PdI3]ˉ,随后PdI3]ˉ与共溶剂丙酮通过电荷吸引力形成可溶于SC-CO2的含钯中性络合物[(CH3COCH3)nH][PdI3]。该工艺无需利用酸造液将Pd(0)转化为Pd(Ⅱ),一步即可完成Pd(0)的萃取回收。相比传统贵金属回收工艺,利用SC-CO2作为溶剂回收废弃线路板中的Pd(0),具有回收步骤简洁、环境负荷小和不产生有机废液的优势。  (4)开发了亚/超临界水共处理废旧锂电池和废弃聚氯乙烯的工艺。利用废弃聚氯乙烯在亚/超临界水中脱氯产生的盐酸作为酸源,同步将锂电池正极材料锂钴酸中的金属锂和钴进行浸出。XRD、SEM-EDS和GC-MS表征表明废弃聚氯乙烯中的有机氯经过亚/超临界水共处理成功转化为金属锂和钴的无机氯配体,整个水热共处理过程无含氯有机物产生。该工艺可为废旧锂电池和废弃聚氯乙烯的无害化处理与资源化提供新的技术手段和回收方法。
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