废旧LCD中铟的草酸反应器浸出工艺与扰动机制研究

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铟是一种宝贵的稀缺金属,在LCD显示屏的制造中得到了大量的应用。随着电子设备更新换代的不断加快,铟呈现出需求增长而储量下降的特点。因此,从废旧LCD显示屏中回收铟成为必然选择。本课题组在前期开展了黑曲霉菌发酵液浸出废旧LCD中铟的研究工作,明确了草酸为浸出作用有效组分。在此基础上,本课题通过自制操作简便的反应器装置,探索了反应器体系下草酸浸出废旧LCD中铟最佳的操作条件,分析了反应的动力学过程,明确了铟浓度在浸出液中的扰动根源,分析验证了其具体作用机制,并据此提出了一种浸出液中铟的高效富集和分离方法,得到以下结果:(1)自制操作简单的草酸反应器,考察了反应器体系下影响浸出率的主要因素,包括草酸浓度、ITO玻璃粉末投加量、温度、搅拌转速和粉末粒径。结果表明,最佳操作条件为:0.2 mol/L草酸、300 g/L ITO玻璃粉末投加量、90℃、500 rpm和<74μm,在该条件下,铟在10 min内被完全浸出,并于之后的20 min内保持浓度的稳定。浸出过程的总动力学方程可被描述为1-2/3η -(1-η)2/3=5.6614×10-52T22.5911C0.4231W0.3647t,表明温度是影响反应速率的最主要因素。相较于摇瓶体系,反应器体系同时实现了草酸浓度降低3/5、ITO玻璃粉末投加量扩大6倍、完全浸出时间缩短7/9以及更长的铟浓度稳定时间,极大的提高了草酸浸出废旧LCD显示屏中铟的经济和技术可行性。(2)通过分析对比不同条件的浸出过程,监测浸出过程各金属浓度变化,并利用金属氯盐、氯化铟和草酸溶液,模拟不同种类金属元素与铟共存时的浸出液环境,明确了扰动浸出液中铟浓度的关键元素。结果表明,在该体系中草酸亚铁的形成不会导致铟浓度的下降,而钙、钡、锶和镁均会由于形成草酸盐沉淀而导致铟的共沉淀,但锶和镁由于形成沉淀浓度阈值过高而不会在本体系中发生作用;钡在能力上远强于钙,但其在浸出液中的浓度及与草酸根离子结合能力上弱于钙,表现出总共沉淀造成铟损失的减少。(3)通过对沉淀产物的XRD、SEM-EDS、FTIR和BET等表征以及对共沉淀机制的验证,明确了草酸浸出液中钡对铟的共沉淀机制。据此提出了外源添加钡,增强共沉淀作用以从浸出液中分离富集铟的方法。结果表明,该共沉淀过程中既存在着混晶共沉淀作用,也存在着吸附共沉淀作用,其中吸附共沉淀为主要作用方式。向每升浸出液中添加1.52 g的氯化钡并反应10 min,99.37%的铟可被沉淀分离。沉淀产物中铟的相对含量达到14.55%,其品位相较于铟的自然矿物大大提升。
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