В данном проекте предлагается исследование физико-химических закономерностей извлечения индия и олова из стёкол дисплеев электронных устройств (мониторы, планшеты, смартфоны). Под стёклами в данном случае подразумеваются стеклянные подложки, между которыми располагается слой жидких кристаллов.
Ежегодно в мире накапливаются миллионы тонн отходов в виде различных электронных устройств. Данные отходы представляют собой ценный ресурс для производства пластиков и металлов. В России и мире достаточно полно происходит утилизация ломов, содержащих черные, цветные и благородные металлы. Переработка отслуживших свой срок мониторов ограничивается утилизацией плат, а содержащиеся в дисплеях индий и олово остаются непереработанными. Последнее связано с малым содержанием в них ценных компонентов (индий, олово). Например, содержание индия в стеклах мониторов составляет всего 100-350 мг/кг, что сопоставимо с содержанием индия в рудном сырье – в богатых индийсодержащих цинковых концентратах. Захоронение и складирование данного вида отхода представляет большую экологическую угрозу за-за содержащихся в них тяжелых цветных металлов.
По нашему мнению, большой научный интерес представляет вопрос комплексной утилизации дисплеев (LCD-мониторы, OLED-мониторы) с выделением индия и олова, а также с получением стёкол, пригодных для использования в строительной и металлургической промышленностях. Индий и олово в дисплеях находятся в виде тонкого слоя смеси оксидов (indium tin oxide, ITO) на поверхности стекла. Ряд работ зарубежных специалистов и проведенные нами предварительные исследования показали, что извлечение индия и олова из дисплеев осложняется непостоянством содержания металлов на разных участках монитора. Другой сложностью, возникающей при утилизации мониторов, является их многокомпонентность: к одной из сторон стекла прикреплен слой поляризатора, который создает трудности при дроблении и измельчении стекла.
Предлагаемая нами схема переработки стёкол дисплеев включает в себя стадии предварительной подготовки (разборка, отмывка и дезинтеграция), выщелачивания в кислотах, сорбции и цементационного восстановления индия и олова.
В рамках проекта планируется изучение кинетики выщелачивания индия и олова из стекол дисплеев, в том числе без предварительного измельчения, что позволит избежать энергозатратной стадии дезинтеграции. Планируется исследование влияния различных типов растворителей (серная, соляная, метансульфоновая кислоты) и ультразвуковой обработки на полноту и селективность извлечения индия и олова из растворов, а также на последующую стадию сорбции. Впервые будут исследованы физико-химические закономерности поведения оксидов индия и олова в метансульфоновой кислоте. Будут получены новые сведения о совместном влиянии используемой кислоты и ультразвуковой обработки на кинетику и особенности механизмов растворения изучаемых оксидов.
При изучении сорбции из растворов выщелачивания основной задачей будет разделение индия и олова, а также концентрирование растворов. В рамках проекта впервые будут исследованы особенности сорбции индия и олова из растворов выщелачивания на монтмориллоните, модифицированном ди-2-этилгексилфосфорной кислотой (Д2ЭГФК) (реагент «Экозоль»). Данный сорбент показал высокую эффективность при извлечении и концентрировании индия из сернокислых растворов. В данной работе впервые будет исследована возможность применения модифицированного монтмориллонита в солянокислых средах и в растворах органической кислоты (метансульфоновой кислоты) с целью концентрирования растворов по индию. Конечной стадией предлагаемого проекта будет исследование кинетических особенностей выделения индия и олова в металлический продукт цементацией на алюминии или цинке.
На основе полученных данных будут разработаны новые научно-обоснованные процессы переработки индий- и оловосодержащих стекол, обеспечивающие высокие показатели технико-экономической эффективности и экологичности производства при внедрении полученных теоретических и экспериментальных результатов в реальном секторе экономики.
Ожидаемые результаты:
1.В рамках проекта будут получены новые данные о влиянии различных растворителей (серная, соляная и метансульфоновая кислоты), ультразвуковой обработки, параметров выщелачивания (продолжительность, температура, плотность пульпы) на физико-химические закономерности выщелачивания индия и олова из измельченных и неизмельченных стекол дисплеев. Проведенные эксперименты позволят установить кинетические особенности и механизмы растворения оксидов индия и олова, а также оптимальные условия выщелачивания измельченных и неизмельченных стекол.
2. Будут получены общие кинетические уравнения и кинетические модели для процессов выщелачивания оксидов индия и олова из стекол дисплеев в различных растворителях с учётом ультразвукового воздействия, которые позволят сформулировать научно-обоснованный механизм растворения оксидов металлов.
3.Также будут установлены новые закономерности сорбции ионов индия и олова на монтмориллоните, модифицированном Д2ЭГФК, из растворов выщелачивания различного состава (концентрация кислоты и металлов). Будет установлена емкость сорбента по индию и олову при их выделении из различных растворителей, определены оптимальные реагенты для селективной десорбции индия и олова. Данные о кинетике сорбции металлов позволят установить механизм взаимодействия металлов с сорбентом. Совокупность полученных данных позволит предложить оптимальные условия проведения сорбции ионов индия и олова на модифицированном монтмориллоните.
4.Будут выявлены физико-химические закономерности цементации ионов индия и олова на различных металлах (цинк, алюминий) при различных параметрах процесса (температура, продолжительность, расход металла-цементатора, скорость перемешивания), а также их влияние на качество получаемых осадков (крупность и морфология частиц).