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研究生:陳妍伶
研究生(外文):Yan-Ling Chen
論文名稱:以具分散反萃取相支撐式液膜分離回收廢液晶面板內銦(In3+)離子之研究
論文名稱(外文):Separation and Recovery of In3+ Ions from discarded LCD by Supported Liquid Membrane with Strip Dispersion
指導教授:游勝傑
指導教授(外文):Sheng-Jie You
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:生物環境工程研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:117
中文關鍵詞:支撐式液膜、銦、萃取、二(2-乙基己基)磷酸
外文關鍵詞:supported liquid membraneindiumextractiondi-(2-ethylhexyl) phosphoric acid (D2EHPA)
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摘要
本研究使用具分散反萃取相支撐式液膜(Supported Liquid Membrane with Strip
Dispersion,SLMSD),利用中空纖維膜(hollow fiber module)以兩步驟程序回收與純
化濃縮廢液晶面板內之銦金屬。近年來液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)具有
重量輕、厚度薄、體積小且解析度高等優點,因此廣泛應用在各類光電產品中。銦錫氧
化物(Indium Tin oxide,ITO)為鍍濺於液晶面板表層之透明電極,其中稀有金屬銦之
價格近年來波動劇烈,且隨著廢棄液晶顯示器日益增多,故銦金屬之回收與純化濃縮所
帶來的經濟效益不容小覷。
根據全量分析結果顯示,廢液晶面板之銦金屬含量約 0.35-0.38mg In/g LCD,酸浸
結果受粒徑大小、固液比、酸液濃度與酸浸漬時間影響;實驗結果顯示,以粒徑 100 μm、
3N HCl 酸浸漬液、固液比 25g LCD/50 ml HCL 與反應時間 30 分鐘可以獲得最佳酸浸漬
結果,酸浸溶蝕效率約 70%。根據批次實驗結果,當萃取劑(D 2 EHPA)濃度由 0.05 M
上升至 0.25 M,銦離子的萃取效率由 50%上升至 98%,此外 2N HCl 可以有效將銦離子
從 D 2 EHPA 中與其他離子分離並反萃取至水相溶液中,整體回收率約 85%,濃縮程度約
4.5 倍。
本研究根據批次實驗結果設定 SLMSD 之最佳操作參數,酸浸漬液中的銦離子濃度
為140.9mg In/L,相當於0.28mg In/g LCD;銦離子回收濃度與回收效率隨反應時間上升,
但純度隨時間增加而下降。反應時間 5 分鐘至 60 分鐘,銦離子自酸浸漬液中的回收濃
度由 273.6mg In/L 提升至 709.8mg In/L,之後再下降至 614mg In/L、回收效率由 58.9%
上升至 98.7%,濃縮程度為 1.9 倍到 5 倍之間;銦離子之純度介於 71%至 21.2%之間。
在此操作條件下,本研究綜合銦離子之回收純度、濃縮程度以及回收效率,以操作 10
分鐘為最佳模場操作時間,回收純度為 71%、濃縮程度為 4 倍、回收效率為 81.3%。

Abstract

As a consequence of economically important and limited resource, material recovery has
received a great attention from researcher. This paper describes the feasibility to separate and
recover indium from different fraction of discarded LCD manufacture by a supported liquid
membrane with strip dispersion (SLMSD) technique. The experiments were divided into 3
steps as follows:

(i) Optimization of the operating parameters i.e. pH, contact time, particle size and
solid-liquid ratio (S/L) for solid extraction (leaching study).

(ii) Liquid-liquid batch extraction where the effects of acid extractant (di-ethylhexyl
phosphoric acid; D 2 EHPA), organic solvents Isopar-L and commercial diluent
modified 1 –dodecanol were investigated for the extraction performance of
indium.

(iii) Operation of the supported liquid membrane with strip dispersion (SLMSD).

The results indicate that the maximum indium contained in the LCD was around 0.35-0.38 mg
In/g solid. The performance of solid extraction was related to the particle size, S/L ratio, acid
concentration and contact time. The highest yield of indium extracted from LCD was 207
mg/L with the particle size of 100 um, S/L of 1 g of solid per 2 ml of 3NHCl under extraction
time of 60 min.

In the liquid-liquid extraction, indium extraction was strongly dependent on the concentration
of D 2 EHPA as increasing its concentration from 0.025 to 0.25 M, indium extraction increased
from 50% to 98%. At the concentration beyond this level, the extraction efficiency remained
constant. In addition, HCl was very efficient to separate indium from D 2 EHPA phase.

The operation of SLMSD was performed under the optimum condition obtained from the
batch experiment. The results indicate the indium contained in the feed was efficient to extract
in the hollow fiber membrane. The Indium in the recovery efficiency achieved 81.3%、the
concentration ratio achieved around 4 and the impurity less than 30% in 10 minutes operation
time. The results obtained from this experiment were in good agreement with the batch study.
This demonstrates the SLMSD has a potential use for material recovery.

目錄
摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 XII
第一章 前言 1
1.1. 研究緣起 1
1.2. 研究目的 3
1.3. 研究內容 4
第二章 文獻回顧 5
2.1. 稀有資源介紹 5
2.2. 資源回收現況 9
2.3. 銦的特性及應用 12
2.4. 國內外回收處理技術 16
2.5. 支撐式液態薄膜原理 22
2.5.1. 液液萃取 22
2.5.2. 萃取平衡因子 27
2.5.3. 液膜分離技術 29
2.5.4. 液膜型式 30
第三章 實驗步驟、材料與方法 36
3.1. 實驗步驟 36
3.1.1. 廢液晶面板之前處理 37
3.1.2. 物質分析 38
3.1.3. 酸浸溶蝕實驗 39
3.1.4. 批次搖瓶實驗 39
3.1.4.1. 溶劑萃取實驗 40
3.1.4.2. 反萃取實驗 40
3.1.5. 具分散反萃取相支撐式液膜實驗 41
3.1.6. 樣品濃度量測 44
3.2. 設備與儀器 45
3.3. 實驗藥品 47
第四章 結果討論 48
4.1. 廢液晶面板之前處理 48
4.2. 物質分析 50
4.3. 廢液晶面板酸浸溶蝕 58
4.3.1. 酸浸時間與鹽酸濃度對酸浸溶蝕的影響 58
4.3.2. 液晶對酸浸溶蝕的影響 62
4.3.3. 前版及後版之浸漬溶出率比較 63
4.3.4. 粒徑大小對酸浸溶蝕的影響 64
4.3.5. 固液比對酸浸溶蝕的影響 65
4.4. 回收並濃縮標準銦離子配置溶液之評估 67
4.4.1. 批次搖瓶式實驗 67
4.4.1.1. 溶劑萃取實驗 68
4.4.1.2. 反萃取實驗 72
4.4.2. 以具分散反萃取相支撐式液膜回收銦離子 73
4.5. 回收並濃縮廢液晶面板酸浸漬溶液之評估 76
4.5.1. 批次搖瓶式實驗 76
4.5.1.1. 溶劑萃取實驗 76
4.5.1.2. 反萃取實驗 86
4.5.2. 以具分散反萃取相支撐式液膜回收銦離子 94
第五章 結論與建議 99
5.1. 結論 99
5.2. 建議 100
參考文獻 101

圖目錄
圖1. 1研究架構 4
圖2. 1稀有資源的可使用年限 7
圖2. 2 年應回收廢棄物回收處理稽核認證量 11
圖2. 3近十年銦年平均價格之變動趨勢 13
圖2. 4面板需求面積成長預測 15
圖2. 5稀有資源回收技術 19
圖2. 6乳化式液滴 31
圖2. 7支撐式液態薄膜 32
圖2. 8平板式液態薄膜 34
圖2. 9螺旋式管柱式液態薄膜 34
圖2. 10中空纖維膜組 34
圖2. 11具分散反萃取相支撐式液膜 35
圖3. 1實驗步驟 36
圖3. 2液晶面板組成構造圖 38
圖3. 3具分散反萃取相支撐式液態薄膜之流程示意圖 43
圖3. 4具分散反萃取相支撐式液膜之萃取原理 43
圖4. 1前處理結果比較 49
圖4. 2 ITO玻璃粉末之物質分析 51
圖4. 3 ITO玻璃粉末之主要金屬比例分析 52
圖4. 4液晶螢幕後板之30分鐘粒徑分布曲線(30分鐘,300rpm) 53
圖4. 5液晶螢幕前板之粒徑分布曲線(30分鐘,350rpm) 53
圖4. 6液晶螢幕前板之粒徑分布曲線(30分鐘,400rpm) 54
圖4. 7液晶螢幕後板之粒徑分布曲線(90分鐘,300rpm) 55
圖4. 8液晶螢幕後板之粒徑分布曲線(120分鐘,300rpm) 55
圖4. 9液晶螢幕前板之粒徑分布曲線(90分鐘,300rpm) 56
圖4. 10液晶螢幕前板之粒徑分布曲線(120分鐘,300rpm) 56
圖4. 11液晶螢幕粒徑分布曲線比較圖 57
圖4. 12三種6N無機酸對ITO面板之溶蝕結果比較 59
圖4. 13主要金屬之酸浸溶蝕效率比較 61
圖4. 14有無液晶對銦金屬溶出量之影響 62
圖4. 15 ITO面板前板與後板之銦溶出量 63
圖4. 16不同粒徑之銦金屬溶出量 64
圖4. 17固液比10 g/50 ml之各金屬溶出比例 66
圖4. 18固液比25g/50 ml之各金屬溶出比例 66
圖4. 19標準銦離子配置溶液之濃度與萃取率關係 68
圖4. 20銦離子配置溶液之pH值與萃取率之關係 69
圖4. 21銦離子配置溶液之萃取劑濃度與萃取率之關係 70
圖4. 22銦離子配置溶液之反應時間與萃取率之關係 71
圖4. 23銦離子配置溶液之反萃取萃餘液濃度 72
圖4. 24銦離子進料液濃度及反萃取液濃度與時間之關係 74
圖4. 25銦離子進料液濃度及反萃取液濃度與時間之關係 74
圖4. 26銦離子進料液濃度及反萃取液濃度與時間之關係 75
圖4. 27不含修飾劑之0.025 M D2EHPA溶劑萃取實驗 78
圖4. 28不含修飾劑之0.1M D2EHPA溶劑萃取實驗 78
圖4. 29不含修飾劑之0.25M D2EHPA溶劑萃取實驗 79
圖4. 32溶劑萃取實驗中生成之第三相 80
圖4. 31含修飾劑之0.025M D2EHPA溶劑萃取實驗 81
圖4. 34含修飾劑之0.01 M D2EHPA溶劑萃取實驗 81
圖4. 35含修飾劑之0.25 M D2EHPA溶劑萃取實驗 82
圖4. 34萃取率與反應時間之關係 84
圖4. 35最佳參數下之溶劑萃取各金屬比例 85
圖4. 36硫酸溶液2N之回收率 87
圖4. 37硫酸溶液4N之回收率 87
圖4. 38硫酸溶液6N之回收率 88
圖4. 39硝酸溶液2N之回收率 89
圖4. 40硝酸溶液4N之回收率 89
圖4. 41硝酸溶液6N之回收率 90
圖4. 42鹽酸溶液2N之回收率 91
圖4. 43鹽酸溶液4N之回收率 91
圖4. 44鹽酸溶液6N之回收率 92
圖4. 45最佳參數下之反萃取各金屬比例 93
圖4. 46 反萃取5分鐘後金屬離子比例 95
圖4. 47反萃取10分鐘後金屬離子比例 96
圖4. 48反萃取20分鐘後金屬離子比例 96
圖4. 49 反萃取30分鐘後金屬離子比例 96
圖4. 50 反萃取40分鐘後金屬離子比例 97
圖4. 51 反萃取50分鐘後金屬離子比例 97
圖4. 52反萃取60分鐘後金屬離子比例 97
圖4. 53 廢LCD酸浸漬液回收效率 98

表目錄
表2. 1資源年均價格與主要用途 8
表2. 2環保署目前公告應回收項目 10
表2. 3列舉應回收項目物品類所含金屬 11
表2. 4銦的物化性質 13
表2. 5含金屬銦之應回收項目初步分離流程 16
表2. 6銦金屬之回收與濃縮技術 20
表4. 1 ITO玻璃粉末之各主要金屬總量 51
表4. 2銦與其他四種金屬之酸浸溶蝕效率 60
表4. 3酸浸溶蝕之ITO玻璃粉末主要金屬濃度 65
表4. 4 酸浸溶蝕之ITO玻璃粉末主要金屬總量 66
表4. 5萃取至有機相之ITO玻璃粉末主要金屬總量 85
表4. 6反應時間60分鐘時反萃取液內主要金屬濃度 93
表4. 7 銦離子與各金屬之濃度與總量關係 95
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