废弃液晶面板中有机物与铟的原位反应机理研究

The harmless treatment and indium (In) recycling of waste liquid crystal displays (LCD) is quite important to solve the waste LCD pollution and the indium resource shortage problem. In this study, based on the composition characteristics of waste LCD, the in-situ reaction of organic matters and indium in waste LCD will be studied. The carbon residue generated in the first stage (organics removing stage) will be used as the reductant to recycle indium in the same reaction system. Besides, the carbon generation mechanism will be illuminated, the reaction pathway of indium extract with carbon residue as the reductant to recycle indium is structured. Through building the in-situ reaction dynamical model, the substance transforming mechanism in the complex system of waste LCD is revealed, which can regulate and control the pyrolysis process as well as the indium recycling process. In this study, the “waste residue” can be transformed into “reaction raw material (reductant)”, and “organics removal stage” is integrated with “indium recycling stage”. Furthermore, organic pollutants are removed, and the indium is recycled in the closed-loop management system. This program can simplify the harmless treatment and recycling process route of waste LCD, which could provide fundamental basis as well as practical experience for recycling waste LCD environmentally and efficiently.

废弃液晶面板(LCD)的无害化处置和铟资源回收是消除废弃LCD环境污染、缓解铟资源供求矛盾的重要途径。本课题基于废弃LCD的组成特点，针对废弃LCD中有机物与铟的原位反应过程展开研究，拟将第一阶段(有机物去除阶段)热解过程中生成的炭残渣作为第二阶段(铟提取阶段)的还原剂，在同一反应体系内实现铟的原位提取。通过解析废弃LCD处理过程中有机物的产炭机制，构建热解炭作为还原剂的铟提取反应通路，建立废弃LCD复杂体系内原位提铟的动力学模型，揭示铟提取过程中各物质的微观反应机理，并以此为理论依据实现对热解及提铟过程的调控与优化。本课题在将“废渣”转变为“反应原料(还原剂)”的同时，又将“有机物去除”和“铟提取”两个过程有机结合，在闭环体系内实现了有机污染物的去除和金属铟的资源回收，简化了废弃LCD无害化处置和资源化回收的工艺路线，为绿色、高效的处置废弃LCD提供理论基础和实践经验。

近年来，作为显示终端市场的主流产品，液晶显示器的出货量及报废量逐年增长，与此同时，其核心组件液晶面板（LCD）结构复杂、集成度高，处理难度较大，其无害化处置及资源化利用已备受关注。为解决现有处置技术处理效率低、物料损耗率高的缺点，本研究提出了废弃LCD中有机物及铟的全组分回收工艺，利用微波萃取技术回收环保型无卤阻燃剂磷酸三苯酯（TPP）；对有机材料进行无氧热解，其中热解气/油与电石渣用于制备醋酸钙融雪剂，而热解炭作为还原剂对玻璃基板中的金属铟进行真空还原回收，最终建立废弃LCD微波萃取-无氧热解-真空还原联合处理工艺。. 利用微波萃取技术提取废弃LCD偏光膜中的TPP，在丙酮为萃取剂，优化条件下TPP提取率可达95.89 %。此外，对比了微波萃取、索氏提取和超声提取的提取效果，结果表明微波萃取在萃取时长、提取率等方面均具有显著优势。. 对微波萃取后的有机材料进行无氧热解处理，研究了有机材料的产炭机制，结果表明，产炭率主要受温度的影响，低温条件下，偏光膜的热解倾向于生成更多的残渣，随着温度上升，热解残渣中的挥发性组分不断分解，产炭率下降。优化工艺条件下炭残渣产率为28.68%。. 将废弃LCD有机材料热解过程中产生的未冷凝热解气/油直接通入废弃电石渣水溶液，制备环保型醋酸钙融雪剂。利用XRD、FTIR及SEM分析表征，反应产物与醋酸钙标准谱图吻合。. 将热解过程产生的热解炭作为还原剂对玻璃基板中的铟进行真空还原提取。首先，研究了氧化铟与热解炭还原反应的动力学过程，阐明还原过程的速率控制步骤。其次，考察碳源类型对废弃LCD提铟效果的影响，结果显示热解炭对铟的转化率可达99.63%，与活性炭效果相当，而焦炭效果最差。此外，结果显示热解过程中生成的残炭量足够将玻璃基板中的氧化铟还原，而无需其他处理和外加还原剂，较优条件下铟转化率可达99.92%，可实现铟的高效富集和纯化。. 以上研究成果为废弃LCD有机物和铟资源化处理提供理论基础和实践经验，为推进废弃LCD绿色、高效处理的工业化提供技术支持。