废弃液晶面板的真空热解机制及铟的提取

Waste liquid crystal display (LCD) panel contains liquid crystal, polarizer, glass substrate and rare noble indium, etc. Thereinto, organic component such as liquid crystal and polarizer can be separated and recovered through vacuum pyrolysis. This is because organic material has different pyrolytic characteristics under vacuum condition and has different pyrolytic products in different temperature range. Furthermore, the distillates can be separated and accumulated. In order to reveal the vacuum pyrolysis mechanism of organic component and build the kinetic models, its dynamics mechanism was studied. After that, indium which is sputtering to the glass substrate was extracted by chlorinated evaporation process, its thermodynamics and dynamics models were constructed. At last, the mechanism of chlorinated evaporation process for extracting indium was presented. This study provide a theoretical foundation for vacuum pyrolysis of waste LCD panels and chlorinated evaporation of indium, meanwhile, a green, pollution-free and high-efficiency novel method for recycling and reusing of waste LCD panels was established.

基于废弃液晶面板含有液晶、偏光片、玻璃基板和稀贵金属铟等主要成分，根据各种有机物在真空条件下具有不同热解特性，在不同的温度区间热解产物不同，及不同馏分在不同温度下可以相互分离的特点,可在真空条件下实现其有机物的热解分离与回收。研究废弃液晶面板中液晶、偏光片等有机成分的热解气化的热力学和动力学规律及机制，建立废弃液晶面板中液晶、偏光片等有机物在真空条件下的热解分离判据及模型,揭示废弃液晶面板中液晶和偏光片等真空热解分离回收机理。同时,采用氯化方法提取玻璃板上的稀贵金属铟，得出回收稀贵金属铟的氯化过程的热力学和动力学规律,建立氯化反应模型,揭示氯化过程提取铟的机理。为废弃液晶面板的真空热解－氯化提取铟的无害化处理与资源化提供理论依据，为废弃液晶面板的资源化回收和再利用提供绿色的、无污染的、高效的新方法。

基于废弃液晶面板含有液晶、偏光片、玻璃基板和金属铟等，研究了有机物的无氧常压热解（氮气热解）和真空热解机理及采用热解技术回收有机材料的方法。通过对真空碳还原和真空氯化冶金回收铟的研究，确定了运用真空氯化冶金技术回收金属铟方法，并揭示了真空氯化提取铟机理。取得以下研究成果：（1）在氮气热解条件下，偏光膜主要生成了热解油、热解气及热解炭，其中热解油的含量最高，主要成分为乙酸和磷酸三苯酯（TPP），热解气的主要成分为碳氢化合物，而热解炭的主要成分为碳。偏光膜的热解机理：偏光膜的主要组分三醋酸纤维素（CTA）在加热条件下首先生成聚合度较低的活性CTA，并继续分解为三醋酸葡萄糖，其中一部分三醋酸葡萄糖通过分子内脱水反应生成三醋酸甘露聚糖及其异构体，而大部分三醋酸葡萄糖经过一个六元环过渡态生成乙酸。热解温度为500 °C以上时，液晶去除率可达90 %以上，而反应时间对液晶去除率的影响较小。在温度为570 °C时，氮气流量6 L•min-1，反应物粒径0.5 mm，反应时间10 min的优化条件对液晶面板进行整体热解，经分析热解产物与偏光膜热解产物基本一致，可得到71.89 %的热解油，14.27 %的热解炭及13.84 %的热解气，并利用减压蒸馏法对热解油进行了初步的分离，分别得到了乙酸和TPP。（2）在真空热解条件下，加热终温300 °C，系统压力50 Pa，保温时间35 min，有机物的热解油产率为80.38 wt. %，热解气产率为5.64 wt. %，残碳产率为13.98 wt. %。真空热解机理为：偏光膜中的磷酸三苯酯在真空加热条件下几乎不会发生热解，而三醋酸纤维素的热解过程，主要是主链和单醋酸基团一侧的C-O键发生断裂和重组。.采用氯化铵为氯化剂，进行真空氯化提铟研究。结果表明，氯铟摩尔比为6时，铟的回收率才可以达到99.01 %。不同氯化气氛实验表明，真空条件可以使铟的回收率达到99.01 %，而锡的回收率只有20.36 %。在氯化铵添加量52.22 %，玻璃粉粒径小于0.19 mm，加热温度416°C条件下，铟的回收率可以达到99.98 %。氯化提铟机理为：真空环境下氧化铟可以与氯化铵分解出的氯化氢反应生成氯化铟，而氧化锡则不能生成氯化物离开加热区。利用此特点，可以在回收铟的同时，将锡留在玻璃粉中，达到铟锡分离的目的。