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《清华大学》 2014年
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典型电子废物部件中有色金属回收机理及技术研究

曾现来  
【摘要】:电子废物成为全球产生量增长最快的固体废物,并且由于直接产生于人类消费过程,含有丰富的有色金属等有价材料和潜在的重金属、持久性有机污染物等环境风险,已经成为环境领域关注的焦点之一。资源化利用成为解决电子废物问题、促进有色金属产业持续发展的最有效途径。而电路板和锂离子电池是为消费电子优化电路分布、提供电源供应最典型的部件,其中这些部件中元器件的剥离、正极材料的分离以及其深度资源化是电子废物资源化技术研究的核心与关键。 为了评价电子废物及其部件可回收性,根据材料的赋存和结合特征,建立了材料品位分级方法,并结合信息论统计熵原理,构建了电子废物可回收性和处理难度评估模型,结果表明,与其他电子废物相比,废电路板和废锂离子电池是主要可回收性较低、处理难度较大的电子废物部件。二者的结构均为热凝固结合,考虑方便回收利用,选择水溶性离子液体作为传热介质,基于热传导的傅里叶定律,理论分析和实验验证了拆解废电路板、回收焊锡的工艺参数,以及分离废锂离子电池铝箔和正极材料的工艺过程。当加热温度、停留时间和转子转速分别达到250℃、12min和45rpm时,废电路板的焊锡回收率超过90%;对于废锂离子电池,当加热温度、停留时间和搅拌速度分别达到180℃、25min和300rpm,铝箔的分离回收率和品位将达到99%和95%。 对于废锂离子电池处理过程产生的钴酸锂残渣,利用草酸浸提回收钴、锂金属可有效缩短传统的回收过程。当控制停留时间150min,加热温度为95℃,固液比为15g/L,转子转速为400rpm时,钴和锂的平均浸提回收率分别为97%和98%。研究还发现,草酸溶液浸提钴酸锂残渣属于液-固相非催化反应,相比膜扩散,草酸浸提钴酸锂材料的过程主要受其中化学反应控制。研究还得出了草酸与含有金属铝、铁等的钴酸锂材料发生反应的顺序和条件,这为选择性回收钴、锂金属找到了理论基础。 本论文建立的电子废物可回收性评价模型将为电子废物的回收处理及管理提供借鉴和指导。研究开发的离子液体拆解剥离电子废物部件、草酸浸提钴酸锂材料,回收焊锡、铝、钴、锂等有色金属的新工艺,为废电路板、废锂离子电池的资源化问题的解决提供了技术依据和理论支撑。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:X705

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