真空碳还原回收废旧液晶显示面板中的铟

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液晶显示器(LCD)被广泛用做电子电气设备的显示终端,但由于生命周期短,更新换代快,报废数量与日俱增。废旧LCD面板中含有金属铟,且含量可与铟矿媲美。从废物的安全处理与资源回收的角度看,安全有效地从废旧LCD面板中回收铟将成为铟的重要来源和发展循环经济的重要手段。目前,对废旧LCD面板进行回收利用的方法主要有酸浸出和氯化法,但由于这两种回收方法存在着回收过程中产生挥发性气体、处理时间长和温度高等问题,目前还处于实验室阶段,没有获得工程应用。为了从废旧LCD面板中回收铟,需研发环境友好、高效的新技术。为此,本文研究真空碳还原法回收废旧LCD面板中的铟。首先,对氧化铟真空碳还原反应的热力学和动力学进行分析,并对氧化铟粉末进行了真空碳还原实验,得出氧化铟真空碳还原法回收金属铟的工艺参数,及各因素对铟回收率的影响规律。在此基础上,对废旧LCD面板玻璃粉进行了真空碳还原回收金属铟。氧化铟的真空碳还原热力学和动力学分析及计算结果表明:常压条件下,还原反应较难进行,真空度的提升和温度的增加均有利于还原反应的进行;在同一温度下,金属铟和金属锡的饱和蒸气压存在差异,且前者远大于后者;反应温度为1123~1173K时,还原反应处于化学反应控制阶段,温度升为1223K时,还原反应处于化学反应和扩散传质共同控制阶段,反应的表观活化能为160kJ/mol。氧化铟粉末真空碳还原实验表明:一定条件下,反应温度、真空度和碳添加量的增加均有利于铟回收率的提高;通过单因素的L9(34)正交试验研究,得出真空度对铟回收率的影响最大,其次是温度,再是碳添加量,最后是时间,最佳工艺条件为1223K的温度、1Pa的真空度、30wt%的碳添加量和30min的反应时间,铟回收率达93wt%;对还原产物进行XRD分析,得到冷凝区的主要物质为金属铟和氧化铟粉末,由于两者的冷凝位置不同,因此可对其分别回收,回收的金属铟纯度近100%。通过氧化铟的真空碳还原实验,确定了反应温度为1223K和真空度为1Pa,在此基础上对LCD玻璃粉进行了真空碳还原反应实验,研究了玻璃粒径和碳添加及反应时间对铟回收率的影响,结果表明:研究范围内,玻璃粉粒径的减小和碳添加量的增加均有利于铟回收率的提高;反应30min后,时间的延长不会对铟回收率造成太大的影响;锡对铟产物的影响较小;粒级为-0.3mm,真空度为1Pa,温度为1223K,碳添加量为30wt%和反应时间为30min时,铟回收率高于90wt%。本文研究结果表明真空碳还原法可以实现从LCD面板中回收铟,并且处理过程中无二次污染产生,这为安全环保的处理废旧LCD面板提供了思路,并为其减量化和资源化提供了理论及实验基础。
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