發(fā)布時(shí)間：2020-11-09 07:29

　　 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和電子產(chǎn)品的頻繁更新,電子廢棄物已經(jīng)成為一類(lèi)增長(zhǎng)速度極快和處理難度極大的城市固廢。作為電子產(chǎn)品的核心,印刷電路板的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分復(fù)雜、金屬資源尤其是貴金屬含量豐富,因此,廢舊電路板(WPCBs)的回收處理一直備受關(guān)注�？上У氖�,目前WPCBs資源化技術(shù)存在著各種各樣的不足,如何既綠色友好、又高效全面地回收廢舊電路板尤其是其中的混合金屬是亟待解決的問(wèn)題。液-液相分離合金在凝固過(guò)程中會(huì)形成兩個(gè)互不混溶的液相,可以應(yīng)用于金屬提純與凈化。出于環(huán)境保護(hù)和資源利用兩方面的考慮,本文將液-液相分離過(guò)程與熱解(包括熱解爐熱解處理、熔融鹽熱解、超臨界水熱解)以及低溫堿性熔煉等方法結(jié)合,探索廢舊電路板綠色、高效、全面回收的新方法。主要的研究工作和結(jié)果如下:實(shí)驗(yàn)研究了手機(jī)WPCBs的熱解特性、熱解爐熱解產(chǎn)物以及工藝參數(shù)對(duì)熱解的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)有機(jī)物分解主要發(fā)生在460-790 K溫度范圍,主要分為三個(gè)階段:第一階段是弱鍵斷裂、活潑側(cè)基消除,第二階段是主鍵斷裂,第三階段是裂解產(chǎn)物再次反應(yīng)。熱解的液態(tài)產(chǎn)物主要成分是苯酚和苯酚衍生物,固態(tài)產(chǎn)物主要是玻璃纖維、焦炭和混合金屬。熔融鹽熱解可以利用共晶成分的NaOH-KOH同時(shí)去除WPCBs中的環(huán)氧樹(shù)脂和玻璃纖維,電路板失重率可達(dá)到40%以上,大部分熱解產(chǎn)物被熔融堿吸收。超臨界水熱解處理工藝中,熱解效果隨溫度、時(shí)間、水料比的增大而增加,添加鐵基非晶合金(Fe78Si8B14)促進(jìn)羥基自由基的產(chǎn)生,對(duì)有機(jī)物的降解起到催化作用。在后續(xù)研究中,我們選用相對(duì)簡(jiǎn)易、高效的熱解爐熱解對(duì)WPCBs進(jìn)行預(yù)處理。根據(jù)熱解WPCBs得到的混合金屬的成分,研究了 Fe-Cu-Pb三元合金的液-液相分離行為。(Fe0.4Cu0.6)72Pb28三元合金以?xún)纱我?液相分離為特征,均一熔體冷卻時(shí),首先發(fā)生第一次液-液相分離,L→L(Fe)+L(Cu,Pb),之后殘余的富(Cu,Pb)液相發(fā)生第二次液-液相分離,L'(Cu,Pb)→L(Cu)+L(Pb),最終形成富Fe、富Cu和富Pb相三區(qū)分離的結(jié)構(gòu)。建立了熱力學(xué)模型,計(jì)算了 Fe-Cu系和Cu-Pb系合金組元液態(tài)難混溶區(qū)域,預(yù)測(cè)了少量元素在分離主金屬中的選擇性分配。結(jié)果發(fā)現(xiàn),C可以作為Fe-Cu系合金的分離劑,A1可以作為Cu-Pb系合金的分離劑和捕集劑。少量元素在主元素Fe、Cu和Pb中選擇性分配,Cr、Co、Ni、Si主要富集在富Fe相中,Zn和貴金屬Au、Ag富集在富Cu相中,低熔點(diǎn)金屬Bi、In、Cd、Sn主要富集在富Pb相中�；�于Fe-Cu-Pb合金液-液相分離行為和理論計(jì)算,設(shè)計(jì)了 WPCBs混合多金屬自組裝分級(jí)分離系統(tǒng)。在超重場(chǎng)中利用三層分離或者兩個(gè)兩層分離,將混合金屬分離為富Fe、富Cu和富Pb三種不同的金屬物料。Cr、Co、Si、Bi、In的回收率均超過(guò)90%,Ni、Cd的回收率超過(guò)80%,貴金屬Au、Ag的回收率分別達(dá)到95%和92%。研究了低溫堿性熔煉從混合金屬中分離兩性金屬,Al、Pb、Si、Sn和Zn的分離率為99.5%、81.6%、97.8%、88.4%和95.7%。利用Fe-Cu合金自組裝液-液分離回收低溫堿性熔煉之后的殘余金屬,發(fā)現(xiàn)Cr和Ni主要富集在富Fe物料中,幾乎所有的Au和Ag都富集在富Cu物料中,它們的回收率分別可以達(dá)到 95.6%、75.4%、98.1%和 99.8%。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類(lèi)】：X705
【部分圖文】：

?第１章緒論???種元器件以物理及化學(xué)方式聯(lián)結(jié)而組成的復(fù)雜的有機(jī)整體�？偟膩�(lái)說(shuō)，金屬和??塑料是電子廢棄物的主要組成材料，圖１．１給出了電子廢棄物的典型組成［５，６］，??可以看出金屬占主要部分，占總重量的一半以上（約占６０％），其中又以鋼鐵和??銅含量最同；其次是塑料（約占２０．６％）和玻璃（約占５．４％）。??ｆ。｜??一＿??Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ??圖１．１電子廢棄物的典型組成Ｗ??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ?ｉｎ?ＷＥＥＥ?問(wèn)??１．１．３電子廢棄物的特點(diǎn)??１．１．３．１高增長(zhǎng)性??隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，全球己經(jīng)進(jìn)入信息時(shí)代。電子工業(yè)快速發(fā)展，一方??面導(dǎo)致社會(huì)對(duì)電子消費(fèi)產(chǎn)品的需求在不斷增加，這些年來(lái)累積了大量的電子產(chǎn)??品；另一方面，電子產(chǎn)品更新?lián)Q代越來(lái)越快，其廢棄和淘汰的速度也越來(lái)越快。??因此，世界范圍內(nèi)面臨著大量電子產(chǎn)品廢棄的沖擊。根據(jù)Ｋｉｄｄｅｅ等人［７］的統(tǒng)計(jì)，??１９９７年至２００７年間，美國(guó)丟棄了?５億噸電腦；到２０１０年底，６．１億噸電腦在??曰本被淘汰。歐盟每年廢棄的電子產(chǎn)品高達(dá)６００－８００萬(wàn)噸，占城市垃圾的４％，??其中僅德國(guó)每年即可達(dá)１５０萬(wàn)噸［８］。據(jù)估計(jì)，全世界每年產(chǎn)生３０００－５０００萬(wàn)噸??ＷＥＥＥ［９］，而且仍以每年３％？５％的速度不斷增長(zhǎng)［１（）］，２０１６年全球共產(chǎn)生４４７０??萬(wàn)噸的電子廢棄物，與２０１５年相比增長(zhǎng)了?３．７％，如圖１．２所示［１｜】。??２??

?第１章緒論???４８００，???？??§?４５００?－??１３ｊｉｉｉｉ，ｉ．ｉ??２０１３?２０１４?２０１５?２０１６?２０１７Ｅ??Ｙｅａｒｓ??圖１．２?２０１３－２０１７年全球電子垃圾產(chǎn)量走勢(shì)圖［｜１］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｈｅ?ｔｒｅｎｄ?ｏｆ?ｇｌｏｂａｌ?ＷＥＥＥ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ｆｒｏｍ?２０１３?ｔｏ?２０１７?［ｌｌ］??我國(guó)面臨的情況尤其嚴(yán)峻，作為世界上最大的電子產(chǎn)品制造基地，以及經(jīng)??濟(jì)騰飛的人口大國(guó)，我國(guó)的電子產(chǎn)品尤其是手機(jī)和電腦的消費(fèi)量增長(zhǎng)快速�！吨�??國(guó)廢棄電器電子產(chǎn)品回收處理及綜合利用行業(yè)白皮書(shū)２０１７》［１２］顯示，我國(guó)電子??產(chǎn)品的消費(fèi)量逐年遞增，如圖１．３所示。其中，彩色電視機(jī)的居民保有量為５．４??億臺(tái)，電冰箱為４．３億臺(tái)，洗衣機(jī)為４．１億臺(tái)，房間空調(diào)器為３．９億臺(tái)，吸排油??煙機(jī)為２．２億臺(tái)，熱水器為３．７億臺(tái)，微型計(jì)算機(jī)為２．５億臺(tái)，移動(dòng)電話為１１．１??億臺(tái)。??１２００００??１０００００?，?’??／?彩色電視機(jī)??８０００Ｃ?，，?＋黑白電娜??／?電冰箱??／／?—洗衣機(jī)??６００００?贏?房間空讕器??？?＋兩型計(jì)算機(jī)??一移動(dòng)電話??４００００?－－固定電話??ｙ－?吸油煙機(jī)??—??°＃＆Ｓ？８ＳＳ８ＳＳＳＳ８?８￣Ｓ?５?３?３?５?Ｓ?Ｓ?ｓ??圖１．３我國(guó)電子產(chǎn)品的居民保有量（萬(wàn)臺(tái)）［１２］??Ｆｉｇ．?１．３?Ｒｅｓｉｄｅｎｔｓ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ?ｐｒｏｄｕｃｔｓ?ｉｎ?Ｃｈｉｎａ?（ｍｉｌｌｉｏｎ）［１２］??３??

?第１章緒論???４８００，???？??§?４５００?－??１３ｊｉｉｉｉ，ｉ．ｉ??２０１３?２０１４?２０１５?２０１６?２０１７Ｅ??Ｙｅａｒｓ??圖１．２?２０１３－２０１７年全球電子垃圾產(chǎn)量走勢(shì)圖［｜１］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｈｅ?ｔｒｅｎｄ?ｏｆ?ｇｌｏｂａｌ?ＷＥＥＥ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ｆｒｏｍ?２０１３?ｔｏ?２０１７?［ｌｌ］??我國(guó)面臨的情況尤其嚴(yán)峻，作為世界上最大的電子產(chǎn)品制造基地，以及經(jīng)??濟(jì)騰飛的人口大國(guó)，我國(guó)的電子產(chǎn)品尤其是手機(jī)和電腦的消費(fèi)量增長(zhǎng)快速�！吨�??國(guó)廢棄電器電子產(chǎn)品回收處理及綜合利用行業(yè)白皮書(shū)２０１７》［１２］顯示，我國(guó)電子??產(chǎn)品的消費(fèi)量逐年遞增，如圖１．３所示。其中，彩色電視機(jī)的居民保有量為５．４??億臺(tái)，電冰箱為４．３億臺(tái)，洗衣機(jī)為４．１億臺(tái)，房間空調(diào)器為３．９億臺(tái)，吸排油??煙機(jī)為２．２億臺(tái)，熱水器為３．７億臺(tái)，微型計(jì)算機(jī)為２．５億臺(tái)，移動(dòng)電話為１１．１??億臺(tái)。??１２００００??１０００００?，?’??／?彩色電視機(jī)??８０００Ｃ?，，?＋黑白電娜??／?電冰箱??／／?—洗衣機(jī)??６００００?贏?房間空讕器??？?＋兩型計(jì)算機(jī)??一移動(dòng)電話??４００００?－－固定電話??ｙ－?吸油煙機(jī)??—??°＃＆Ｓ？８ＳＳ８ＳＳＳＳ８?８￣Ｓ?５?３?３?５?Ｓ?Ｓ?ｓ??圖１．３我國(guó)電子產(chǎn)品的居民保有量（萬(wàn)臺(tái)）［１２］??Ｆｉｇ．?１．３?Ｒｅｓｉｄｅｎｔｓ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ?ｐｒｏｄｕｃｔｓ?ｉｎ?Ｃｈｉｎａ?（ｍｉｌｌｉｏｎ）［１２］??３??
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