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废线路板矿浆电解资源化过程分形生长机理研究

易小霞  
【摘要】:废线路板(Waste Printed Circuit Boards,WPCBs)是一种典型的电子废弃物,蕴含巨大的经济价值。矿浆电解资源化回收WPCBs过程中,阴极板处金属沉积物出现了枝晶生长现象。枝晶生长是典型的非线性生长现象,对于矿浆电解资源化过程具有较大影响。因此深入研究揭示WPCBs矿浆电解资源化过程中的非平衡非线性行为机制,是WPCBs矿浆电解资源化的核心。本课题从点、线、面三个理论方面探索金属电沉积过程的分形生长规律;采用计算机模拟,结合改进的DLA模型模拟点、面电极电沉积过程;最后将两者结合起来,应用于矿浆电解体系中,初步探索矿浆电解体系中金属沉积产物的分形生长规律。得到的主要结论如下:1.点电极电沉积:随电压增大,电流初始值从0.0047 A增加至0.0235 A,沉积产物形貌由开放型向致密型转变,分形维数从1.348减小至1.083。随硫酸铜浓度增大,电流初始值从0.0051 A增大至0.0224 A,沉积产物形貌变化与电压相反,分形维数从1.129增大至1.529。加入十二烷基硫酸钠(SDS)、明胶(gelatin)及盐酸(hydrochloric acid)三种添加剂后沉积产物皆出现枝晶状晶型。模拟结果与实际电沉积结果较为一致,修正的模型可用。2.线电极电沉积:随电压增大,电流初始值从0.1364 A增大至0.5463 A;随硫酸铜浓度增大,电流初始值从0.1658 A增大至0.6509 A。SDS、明胶、盐酸三种添加剂有抑制枝晶状结构生成的作用。3.面电极电沉积:随电压增大,电流终值从0.9168 A增大至5.9845 A;随硫酸铜浓度增大,电流终值从0.4557 A增大至3.3256 A。随电压和硫酸铜浓度增大,沉积产物形貌出现明显的枝晶结构。明胶对产物形貌影响最为明显。XRD与XPS分析表明添加剂的加入一定程度上改变了沉积产物的物相组成和化学状态。模拟结果与实际电沉积结果较为一致,修正的模型可用。4.矿浆电解资源化回收:四种生长条件下,金属沉积产物物相都以单晶铜及铜的氧化物晶型为主。产物表面的铜主要以铜的氧化物存在。SDS的加入使金属晶体结构变得松散,枝晶状晶型减少;明胶和盐酸的加入都使金属晶体结构变得更加致密,区别在于前者促进了更加细小的枝晶状晶型生成,后者以小颗粒团聚物居多。


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