废旧CRT显示器玻璃高温自蔓延反应特性及机理研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王昱 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2012-05 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 朱建新 |
| 关键词 | 废旧阴极射线管 高温自蔓延 PbO 纳米颗粒 致密化 宏观动力学 Waste cathode-ray tubes (CRT) Self-propagating high-temperature synthesis (SHS) PbO nanoparticles Densification Macrodynamics |
| 其他题名 | Characteristic and mechanism of self-propagating process for treatment of waste CRT glass |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 中文摘要 | 随着电子信息科学技术日新月异的发展，大量电视机和电脑显示器进入报废 阶段，废弃的阴极射线管（CRT）逐渐成为电子废物中的重要组成部分。由于CRT中含有大量铅、钡等有毒有害重金属，如果处理处置不当，一旦进入环境，将对水源、土壤产生难以估计的危害并危及人类的身体健康。废旧CRT 的处理与处置已成为电子废物处理处置中的关键问题之一。根据我国《电子废物污染环境防治管理办法》的规定，阴极射线管（CRT）属于电子类危险废物。废旧CRT 的处理选择的技术和工艺路线应当符合国家产业政策和电子废物拆解利用处置环境保护技术规范和管理要求。 CRT 玻璃中铅的分离和回收技术是目前CRT 资源化和再生利用的热点和难 点。研究表明，铅在CRT 玻璃中扮演着网络中间体的角色，其PbO3 多面体被SiO4四面体紧紧地包裹而构成连续的三维网状结构。CRT 的玻璃态稳定结构对铅的分离造成了困难。目前国内外的研究技术包括火法冶金工艺、超临界水热技术、超声波辅助法以及机械化学铅提取法。但是以上CRT 铅分离技术存在着处理温度高、反应时间长、耗能大等缺点，严重限制了这些技术的工业化应用。因此，迫切需要开发新型环保高效低耗的废旧CRT 处理技术，以推进电子废物污染控制的进程。 将高温自蔓延反应的原理应用于废旧CRT 的处理，不但可以回收CRT 中的铅，而且可以生成高性能的玻璃陶瓷，为废旧CRT 的无害化和资源化提供了一条新的途径。本文的研究目标是以废旧CRT 玻璃为研究对象，探讨CRT 高温自蔓延无害化处理并高效回收重金属铅的可行性，初步研究了固体残余物的加压致密化技术，并以此为基础探索铅分离的可能机制以及CRT 高温自蔓延反应的宏观动力学。主要研究成果如下： 1）通过计算Fe2O3-Mg-CRT 体系中可能发生化学反应的吉布斯自由能可知，该高温自蔓延体系可能发生二次反应，首先是方程3Mg + Fe2O3 = 3MgO + 2Fe 发生反应，生成的MgO 可能与CRT 中的SiO2 进一步发生反应生成Mg2SiO4 或者MgSiO3；对Fe2O3-Mg 体系的绝热温度计算结果表明即使在添加一定的CRT 稀释剂的情况下也能满足Tad ≥ 1800 K 的自蔓延自我维持判据，在相同T0 条件下，随着CRT 加入量的增加，Tad 均呈降低趋势，在CRT 加入量为70%条件下，若要使体系发生自蔓延反应，可将初始反应温度T0 提高到600 K。 2）CRT 高温自蔓延制备纳米PbO 的实验研究表明：使用单位质量的Fe2O3和Mg 自蔓延剂最多可以处理约1.5 倍质量的CRT 废物；高温自蔓延燃烧速率及最高燃烧温度随着反应初始混合物种CRT 含量的增加呈减少趋势；采用高温自蔓延技术可以实现CRT 玻璃铅的高效分离，生成并回收纳米PbO，该分离过程主要是在高温自蔓延反应过程中挥发并快速冷凝完成的，具有工艺简单和生产效率高的优点。 3）CRT 高温自蔓延反应后固体残余物的加压致密化研究结果表明：加压致密化后试样表面孔洞明显改善，孔洞的尺寸大幅度减小，试样表面也较之前平整；高温自蔓延可以实现废旧CRT 的高效无害化，处理后固体残余物的重金属毒性浸出浓度从原始CRT 的72.5 mg/L 降低到0.02~0.18 mg/L；加压致密化后的铅浸出浓度在0~0.047 mg/L，较加压致密化前略有下降；加压致密化后，固体残余物的抗压强度从未致密化的25.19 MPa 提高到145.42~163.17 MPa，并且随着致密化压力的升高，固体残余物的抗压强度呈增大趋势，其抗压强度满足卫生填埋或者再生利用要求。 4）CRT 高温自蔓延反应宏观动力学研究结果表明：初始混合物中不同CRT 配比对Fe2O3-Mg-CRT 体系自蔓延产物的物相组成影响不大，其主要物相为 Mg2SiO4、MgO、Fe；所得试样微观组织是由金属相和陶瓷相构成，金属相主要由Fe 组成，陶瓷相主要是Mg2SiO4 和MgO，MgO 则以陶粒形式镶嵌于Mg2SiO4 主基体表面上；自蔓延反应开始于CRT 和Mg 熔化，在1278 K 以前所发生的反应，放出的热量较少，反应微弱，当温度达到1278 K 以后，反应放出大量热，Fe2O3-Mg-CRT 体系开始大量反应。 |
| 公开日期 | 2014-05-09 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/7207]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境纳米材料实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王昱. 废旧CRT显示器玻璃高温自蔓延反应特性及机理研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2012. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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