微波辅助强化条件下废弃PVC与LCD分段热解提取InCl3材料的基础研究

Safe disposal of solid waste has become an important issue of the resource and environment sustainable development .This topic use HCl as chlorinating agent which is produced by a static bed pyrolysis of waste PVC, and reaction with LCD of the second segment to realize the selective evaporation of InCl3 through the discharge of microwave-assisted metal. Through theoretical calculation and experimental study, ascertain the metal discharging mechanism in microwave field ;Research the heating characteristics, catalytic mechanism and reforming of the volatile products of organic - inorganic carbon thermal complex system in the reaction field (such as: Al2O3 - SiO2 - Fe2O3 - In2O3 - C) ;Analyze reaction system of thermodynamics and kinetics. On that basis, ascertain to achieve the optimization conditions of InCl3’s maximum selectivity volatilization.This will bring a new way to treat the waste LCD and PVC effectively , as well as provides basic theory support for microwave-assisted discharge of metal and chloride metallurgical process of complex multiphase system.

固体废物的安全处理处置已成为资源与环境领域以及可待续发展的重要问题。本课题通过一段固定床热解废弃PVC产生HCl作为氯化剂，与第二段LCD粉末协同微波辅助金属放电强化实现InCl3的选择性挥发。通过理论计算和实验研究，探明微波场中金属的放电机制；研究该反应场中有机-无机碳热复杂体系（如：Al2O3-SiO2- Fe2O3- In2O3-C）的热效应特征、催化作用机理以及挥发产物的重整提质作用；解析反应体系的热力学与动力学，在此基础上探明实现InCl3最大选择性挥发的优化条件。这将为废弃LCD及PVC有效处理开发一条新的途径，同时也为微波辅助金属放电氯化冶金处理复杂多相体系提供基础理论支撑。

液晶显示器（LCD）和聚氯乙烯（PVC）塑料的大量废弃已成为资源与环境领域的重要问题。本文采用氯化冶金技术，通过两类废弃物协同反应将液晶显示器中金属铟氯化生成铟的氯化物，进而通过挥发冷凝得到铟的氯化物。.本文以PVC热解产生HCl气体作为氯化剂，两段热解提取LCD粉末中的铟。因此，为了提高氧化铟的相对含量、提高氯化反应效率，首先对LCD粉末进行硅铝脱除实验。实验结果表明脱除硅铝氧化物的最佳工艺条件为：液固比为90:2（ml/g）、反应温度为95℃、反应时间为2.0h、碱度为0.56（g/ml）。在此条件下SiO2的脱除率为80.88%、Al2O3的脱除率为 83.30%、SiO2和Al2O3总脱除率为81.30%。脱除硅铝后LCD粉末中氧化铟的含量为0.25%，铟相对含量提高到原来的5倍。.为了在理论上论证该方法的可行性，对PVC与LCD粉末两段热解提铟反应进行热力学分析。分析结果表明：最终可能收集到的产物有InCl3、InCl、InCl2。最后进行PVC与LCD粉末两段热解提铟实验。首先以氮气为载气在高纯氧化铟中提取铟。结果表明：在PVC作为氯化剂的条件下，铟回收率较高可达99.36%。产物通过X射线衍射仪（XRD）进行分析，结果表明：生成物中主要成分为InCl3和InCl。然后采用脱硅后LCD粉末进行实验，结果表明：在氯铟比为11:1、PVC热解温度为400℃、氯化温度为500℃、载气流量为0.1L/min、反应时间为45min的条件下，铟的回收率为97.89%，氯化氢的利用率为69.53%。主要产物为InCl3和InCl。此结果与热力学分析结果吻合。.利用COMSOL Multiphysics仿真软件，以现有微波反应器为研究对象，对微波碳热氯化提铟过程进行数值模拟。结果表明，本次仿真目标腔体内电场分布不均匀，有四个电场强度较高的区域，且均不在腔体的中心位置。当样品位于腔体的中心，受到不均匀加热。微波输入功率越大，样品内部温差越大。升温的热源项主要是微波加热，其次才是内部导热。.本研究结果表明PVC与LCD两段热解提取LCD中金属铟的方法可行，可以达到较高的回收效率，同时实现了“以废治废、变废为宝”的目地。