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研究生:廖靖華
研究生(外文):Ching-Hua Liao
論文名稱:廢螢光粉之資源回收、浸漬模擬、生命週期評估與碳排放
論文名稱(外文):Resource Recovery, Leaching Modeling, Life Cycle Assessment and Carbon Emission of Waste Fluorescent Powder
指導教授:李清華李清華引用關係
指導教授(外文):Ching-Hwa Lee
口試委員:方信雄林凱隆林明德許志雄李清華
口試委員(外文):Shing-Shyong FangKae-Long LinMin-Der LinChi-Shiung HsiChing-Hwa Lee
口試日期:2014-07-16
學位類別:博士
校院名稱:大葉大學
系所名稱:環境工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:環境工程學類
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:280
中文關鍵詞:螢光粉廢棄物資源回收浸漬模式生命週期碳排放
外文關鍵詞:fluorescent powderwasteEuropiumYttriumresourcerecoverymodelinglife cycle assessmentcarbon emission
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因廢螢光粉中含有價銪、釔稀土資源,本研究乃進行廢螢光粉中銪、釔資源回收之研究,同時根據各項銪、釔浸漬溶蝕實驗數據,利用SPSS軟體來發展廢螢光粉中銪、釔浸漬溶蝕之預測模式,另本研究亦針對所獲得之最佳廢螢光粉回收處理流程,以Simapro軟體,來進行廢螢光粉於各處置階段之生命週期評估與碳排放研究。
本研究成果顯示,廢螢光粉經硫酸浸漬後,可達成100%之銪、釔浸漬回收率。此含銪、釔硫酸浸漬液經晶析後,可獲得高純度之八水硫酸釔產品。另本研究所發展建立之最佳銪、釔浸漬溶蝕模式為:銪浸漬回收率=85.967×硫酸濃度^0.028×溫度^0.052×時間^0.022×固液比^0.03,釔浸漬回收率=0.487×硫酸濃度^0.001×溫度^1.264×時間^0.186×固液比^0.07。另根據最佳廢螢光粉回收處理流程,本研究進行各處置方案(以每次處置3g為一功能單位)之生命週期評估與碳排放計算結果顯示,各處置方案之環境衝擊值大小依序為焚化(1.69 E-5Pt)>掩埋(3.18 E-9Pt)>回收(-0.00569Pt),由上可知,本研究所研發之最佳廢螢光粉回收處理流程,具有正面之環境效益。另本研究根據我國電力碳排放係數(0.532 kgCO2 eq/度)與Simapro軟體之IPCC 2001 GWP100a方法,所計算出之各處置方案碳排放大小依序為:回收(0.629 kg CO2 eq)>焚化(0.0104 kg CO2 eq)>掩埋(1.59 E-6 kg CO2 eq)。

Waste fluorescent powder contains valuable rare earth elements of Europium(Eu) and Yttrium(Y). In this study, we recovered Eu and Y from the waste fluorescent powder by hydrometallurical processes. This study also focused on the development of leaching modeling in order to predict leaching conditions for the leaching recovery of Eu and Y from waste fluorescent powder by SPSS software. The final proposed recycling process was applied to the Simapro software to analyze the life cycle assessment and carbon emission of waste fluorescent powder in the disposal phase.
According to this study, the leaching recovery of Eu and Y from waste fluorescent powder could achieve 100% by sulfuric acid as the leaching reagent and high purity Yttrium could obtained as Yttrium sulfate octahydrate by crystallization process. The developed optimal leaching modeling results for Eu and Y were 85.967× (sulfuric acid Conc.)^0.028× (Temp.)^0.052× (time)^0.022× (solid/liquid rario)^0.03 and 0.487× (sulfuric acid Conc.)^0.001× (Temp.)^1.264× (time)^0.186× (solid/liquid rario)^0.07, respectively. The life cycle assessment (function unit of 3g/treatment) result reveals that the environmental impacts for incineration, landfill, recycling of waste fluorescent powder are 1.69 E-5 Pt, 3.18 E-9 Pt, -0.00569 Pt, respectively. Therefore the above recycling process devloped in this study has positive environmental benefits. Carbon emission was estimated by using Simapro IPCC 2001 GWP100a method with Taiwan’s electricity coefficient (0.532 kg CO2 eq/degree) at each disposal phase and the result was as follows: recycling (0.629 kg CO2 eq)> incineration (0.0104 kg CO2 eq)> landfill (1.59 E-6 kg CO2 eq).

封面內頁
簽名頁
中文摘要 iii
ABSTRACT iv
誌謝 v
目錄 vi
圖目錄 x
表目錄 xviii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的 3
第二章 文獻回顧 5
2.1 螢光粉之特性與廢棄量 5
2.2 銪、釔金屬之介紹 7
2.3 廢螢光粉之相關回收及處理方式 8
2.4 濕法冶金之介紹 12
2.4.1 前處理 13
2.4.2 浸漬溶蝕 13
2.4.3 固液分離 15
2.4.4 pH值調整 16
2.4.5 純化回收 18
2.5 浸漬溶出之模擬 21
2.6 生命週期評估與Simapro軟體介紹 23
2.6.1 生命週期評估之介紹 23
2.6.2 生命週期評估工具Simapro軟體介紹 25
2.7 碳排放之介紹 28
第三章 研究方法與設備 51
3.1 廢螢光粉之收集 51
3.2 成分分析之研究 52
3.2.1 金屬全含量分析 52
3.2.2 水分、灰分與可燃分分析 54
3.2.3 比重分析 55
3.2.4 SEM/EDS與XRD分析 56
3.3 浸漬溶蝕之研究 57
3.4 銪、釔金屬浸漬回收率預測模式之發展 58
3.5 pH調整之研究 66
3.6 純化回收之研究 66
3.6.1 沉澱回收 67
3.6.2 置換回收 67
3.6.3 晶析回收 68
3.5.4 還原回收 68
3.7 最佳廢螢光粉回收處理流程之研擬 68
3.8 銪釔離子分離機制研究 69
3.9 生命週期評估研究 71
3.10 碳排放研究 72
第四章 結果與討論 89
4.1 樣品收集與成分分析 89
4.1.1銪、釔全含量分析 90
4.1.2 三成份分析 91
4.1.3 比重分析 91
4.1.4 SEM/EDS與XRD分析 91
4.2 浸漬溶蝕 92
4.2.1 27℃下不同浸漬劑之選擇 92
4.2.1.1 鹽酸之浸漬溶蝕 93
4.2.1.2 硫酸之浸漬溶蝕 95
4.2.1.3 硝酸之浸漬溶蝕 97
4.2.1.4 氫氧化鈉之浸漬溶蝕 99
4.2.2 70℃下不同浸漬劑之選擇 101
4.2.2.1 鹽酸之浸漬溶蝕 102
4.2.2.2 硫酸之浸漬溶蝕 104
4.2.2.3 硝酸之浸漬溶蝕 106
4.2.2.4 氫氧化鈉之浸漬溶蝕 108
4.2.3 固液比之選擇 110
4.2.3.1 1N鹽酸之固液比 110
4.2.3.2 1N硫酸之固液比 112
4.2.3.3 1N硝酸之固液比 114
4.2.4 最佳浸漬溶蝕條件之選擇 116
4.3 硫酸浸漬溶蝕模式之建立 117
4.3.1 硫酸浸漬溶蝕條件之探討 117
4.3.2 模式1之建立 121
4.3.3 模式2之建立 124
4.3.4 模式3之建立 127
4.3.5 模式4之建立 130
4.3.6 模式5之建立 133
4.3.7 模式6之建立 135
4.3.8 模式7之建立 138
4.3.9 最佳硫酸浸漬溶蝕模式之探討 141
4.4 pH調整結果 143
4.5 純化回收結果 146
4.5.1 沉澱純化回收結果 146
4.5.2 置換純化回收結果 150
4.5.3 還原純化回收結果 151
4.5.4 晶析純化回收結果 155
4.6 整合性資源回收技術與流程彙整 155
4.7 銪釔離子分離機制探討 156
4.8 生命週期評估結果 164
4.8.1盤查結果 165
4.8.2環境衝擊評估結果 167
4.9 碳排放結果 171
第五章 結論與建議 267
5.1 結論 267
5.2 建議 270
參考文獻 271

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