含锡电子废弃物气相化学传输法回收锡并制备二氧化锡粉体的基础研究

Tin is an indispensable raw material for the development of information industry. However, tin resources supply shortage has become the bottleneck of restricting the sustainable and healthy development of tin industry in China. Meanwhile, the annual output of e-waste in China is over 10 million tons, among which the tin content is nearly 100 thousand tons with a great value. But existing technology cannot meet the requirement of utilizing those resources economically, environmentally and efficiently. Hence, it’s significant to develop a new technology for the comprehensive utilization of e-wastes. The mixed metallic particles of e-waste will be used as research object in this project, targeting at the separation and recovery of tin. A new technology is put forward to directional control the phase transformation of tin and other metal components through multi-stage temperature and atmosphere field during the chemical vapor transport process. This project use multidisciplinary of principles and methods, including mineral processing, extractive metallurgy and high-temperature phase transformation, material synthesis, etc. The phase transformation and cooling crystallization of tin and tin oxides during the chemical vaper transport process would are investigated. Based on which, the theoretical basis and technology prototype of efficient recovery of tin and preparation of ultrafine powders from e-waste is established by the chemical vaper transport method. After completion of the project, a new theory and method for the green value-added processing and comprehensive utilization of tin from e-waste can be provided.

锡是信息产业发展不可或缺的重要原料，锡矿石资源短缺已成为限制我国锡工业可持续发展的瓶颈。与此同时，国内每年电子废弃物产生量高达一千万吨以上，其中锡含量接近十万吨，潜在极高的回收价值，但现有技术无法实现环保、经济、高效利用此类资源中的锡，开发电子废弃物中锡分离回收、增值加工新技术意义重大。本项目以含锡电子废弃物分离获得的混合金属粉体为研究对象，以分离回收锡为研究目标，结合化学气相传输的材料制备原理，提出了通过多段温度场、气氛场协同调控锡与其他金属组分定向转化、强化分离回收锡的技术思路。综合运用矿物加工、提取冶金、高温相变、材料合成等交叉学科原理和方法，重点研究金属锡及其氧化物在化学气相传输过程中的物相演化规律、冷凝结晶行为及调控机制，建立化学气相传输法分离回收锡、同步制备高附加值二氧化锡粉体的理论基础和技术原型，为电子废弃物资源的绿色增值加工和综合利用提供新理论和新方法。

锡是信息产业发展不可或缺的重要原料，锡资源短缺已成为限制我国锡工业发展的瓶颈。而国内电子废弃物年产排量达千万吨以上，锡含量接近十万吨，潜在极高的回收价值，但现有技术无法实现环保、经济、高效利用此类资源中的锡。本项目以含锡电子废弃物为研究对象，以分离回收锡为研究目标，结合化学气相传输的材料制备原理，通过研究控制气氛焙烧条件下，金属锡氧化挥发过程物相转变迁移行为、气相SnO冷凝析出、晶粒生长的控制机制，构建化学气相传输法分离回收锡的理论基础和技术原型。项目获得主要结论有：.①查明了线路板热解渣中主要金属组分氧化转化热力学行为。Sn可被O2气氛、CO-CO2气氛及SnO2固相等选择性氧化为SnO(g)并分离，其余元素以固相形式存在；SnO的氧化反应优先于歧化反应进行，可调控SnO-SnO2的定向转化避免歧化反应的影响。②揭示了控制气氛焙烧条件下金属锡氧化挥发行为及调控机制。O2气氛Sn易生成SnO2导致挥发率较低，其余元素全被氧化。CO-CO2气氛和SnO2固相体系下，Cu主要以单质存在。SnO(g)冷凝过程发生歧化反应，高温区生成的Sn微液滴和SnO2微粒导致其以异相形核生长方式析出SnO晶粒，歧化产物以液相Sn为生长点，并且团聚为球棒混杂物。0.01-1% O2 (1000 ℃以上) 条件下SnO(g)可完全氧化，600-900 ℃、1-10% O2条件下SnO(s)可完全氧化。SnO氧化动力学研究发现：O2高于1%，SnO的氧化反应符合化学反应模型；O2低于1%，则受三维扩散机制影响，随氧气浓度降低反应速率减缓。③开发了线路板热解渣渣梯级氧化法制备SnO2新工艺。1000-1200 ℃和1-10 vol.% O2的条件使SnO以气相形式发生氧化，直接析出纳米SnO2颗粒，转化率为100%。需调控SnO以气相形式氧化而获得均相SnO2。优化条件下SnO2综合转化率达92.7%，晶粒尺寸16.9 nm、纯度99.98%、比表面积144.5 m2/g、分散性优良，因大比表面积和表面氧缺陷而对乙醇与NO2表现出优异的气敏性能。.本项目开发的新技术对原料的适应性强，为产排量巨大的含锡电子废弃物高值化利用提供了新途径。