Gabriel A. P. (a), Dias P. R. (a), Veit H. M.(a)
Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Av. Bento Gonçalves, 9500, Setor IV, Prédio 43426, 91509-900: Porto Alegre, RS, Brasil. Tel: 55 51 33089428 dijapg@hotmail.com
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Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Programa de Pós Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e Materiais – PPGE3M, Laboratório de Corrosão, Proteção e Reciclagem de Materiais - LACOR.
RESUMO
As telas de cristal líquido (LCD) estão presentes em diversos equipamentos eletroeletrônicos, como televisores, computadores, celulares, entre outros. Esta ampla aplicação das telas e a rápida substituição destes aparelhos por modelos mais novos e modernos vem causando um acúmulo de resíduos, além da perda de matérias primas. As telas de LCD são compostas resumidamente por duas camadas de vidro, entre as quais é colocado o cristal líquido, um fino filme viscoso. Nas camadas vítreas, é encontrado o elemento químico índio, presente na forma de óxido, cuja extração é o objetivo deste trabalho. Inicialmente, as amostras foram cominuídas em moinho de bolsas, durante 6 horas para se obter um pó. Estas amostras foram então lixiviadas para a extração do índio utilizando dois diferentes reagentes, água régia e ácido nítrico. Na lixiviação com água régia foi possível obter 170mg In/kg vidro, enquanto que na lixiviação com ácido nítrico obteve-se 420mg/kg.
Palavras-chave: Telas de LCD, Indío, Lixiviação
O termo resíduo eletrônico refere-se a todo o rejeito oriundo do descarte de aparelhos eletrônicos, tais como: televisores, computadores, aparelhos celulares, entre outros. Estes equipamentos são constituídos de um grande número de materiais, aumentando assim o problema maior em relação ao descarte incorreto; e também ao desperdício de metais com valor agregado presentes nesses equipamentos. A geração e o descarte de resíduos eletroeletrônicos vêm aumentando a cada ano, sendo que a maior parte desses resíduos ainda são descartados juntamente com o lixo doméstico.
Esses volumes podem ser ampliados a valores muito superiores, levando em consideração o aumento da demanda por esses tipos de equipamentos eletrônicos. O acelerado avanço tecnológico vem provocando a procura crescente por equipamentos mais modernos; gerando, em contrapartida, uma elevação na produção de resíduos eletrônicos. Essa produção visa atender a necessidade de substituição dos aparelhos em uso, fato que ocorre em um intervalo de tempo cada vez mais curto como consequência direta da obsolescência desses equipamentos (1,
2)
.
Hoje, os computadores/televisores possuem telas cada vez mais leves e finas e com imagem de melhor qualidade, fazendo com que os monitores do tipo CRT (Tubos de Raios Catódicos) sejam substituídos por telas de LCD (3). Comparando essas duas tecnologias, os monitores de LCD, além de mais leves e finos, apresentam maior economia de energia e não emitem radiação.
Na Fig. 1, pode-se observar monitores do tipo LCD. As telas de LCD, provenientes de monitores e televisores, são compostas por uma carcaça externa polimérica e por um substrato interno de vidro, além de placas de circuito impresso e um módulo de luz de fundo. O substrato de vidro é composto de duas lâminas de vidro, sendo que no seu exterior existem folhas poliméricas difusoras e polarizadoras e no seu interior existe o cristal líquido. Além disso, as faces internas dos vidros são revestidas com filmes funcionais chamados de óxido de índio-estanho (ITO) (4, 5).
O índio é um metal raro e valioso, e o seu principal uso é justamente como filmes de óxido de estanho-índio em telas de cristal líquido (LCDs) (6).
Embora os estudos sobre a recuperação de índio de resíduos de LCDs, está se tornando economicamente e ambientalmente justificada, o número de relatos na
Figura 1: Monitores de LCD
A quantidade de índio, presente na forma de óxido de índio e estanho (ITO), pode variar de acordo com o ano de fabricação do equipamento e também em função do método utilizado para a sua caracterização. Segundo Yang (8), a quantidade pode variar de 11 mg/kg até 250 mg/kg de índio no vidro.
Desta forma, o objetivo deste trabalho é caracterizar e desenvolver um sistema de reciclagem eficiente, e encontrar condições ideais para lixiviação do índio com água régia e ácido nítrico.
MATERIAIS E MÉTODOS
Neste trabalho foram utilizadas duas telas de monitores, de diferentes marcas e ano de fabricação, conforme Tab. 1. Percebe-se que os monitores possuem pequenas variações no peso, pois alguns possuem maior carcaça polimérica que outros. Esses monitores foram coletados em empresas de assistências técnicas. Após essa coleta, os monitores foram pesados e desmontados manualmente para realizar a segregação dos componentes. Foram separados basicamente em três partes: tela de cristal líquido (contendo o vidro, o cristal líquido e os filmes polarizadores), carcaça polimérica e as placas de circuito impresso, conforme visto na Fig. 2.
Tabela 1: Pesos das amostras coletadas. Amostra Marca Peso Total Peso Tela
1 A 4,3kg 0,46kg
(a) (b) (c) (d)
Figura 2: Monitores de LCD desmontados: (a) tela (b) folhas poliméricas (c) carcaça polimérica (d) placa de circuito impresso.
Em seguida, as amostras foram separadas para a realização da moagem. Primeiramente, as telas (amostras 1 e 2) foram fragmentadas manualmente em pedaços menores para que pudesse entrar no recipiente do moinho. Como as telas possuem um filme polimérico (filmes polarizadores) colados na superfície do vidro, uma das telas (amostra 2) foi deixada por 24horas em contado com Acetona, para dissolver essa parte polimérica.
As telas foram moídas separadamente em um moinho de bolas da marca Servitech, obtendo um pó. Na Fig. 3, é possível ver o material obtido com a moagem. Durante a moagem foram controlados os tempos, sendo que a cada 2hrs era retirado uma parte do material. O tempo total foi de 6hrs de moagem.
Figura 3: Material Moído obtido na moagem
Com o material cominuído foram realizados ensaios de lixiviação, a fim de estudar a extração do índio encontrado nas telas.
Para a lixiviação foi utilizado primeiramente como reagente a água régia, que é uma mistura de ácido nítrico e ácido clorídrico concentrados, utilizados na proporção
ácido. Em seguida, foi utilizado para a lixiviação o ácido nítrico. Também foi agitado mecanicamente por 4 horas, numa temperatura de 100°C. A relação sólido líquido também foi de 1/100. Neste ensaio foi utilizada apenas a amostra que possuía preliminarmente o filme polimérico aderido na sua superfície.
Os resultados das lixiviações foram analisados por espectrometria de emissão óptica (ICP OES). O teor de metal foi quantificado através da calibração dos padrões externos.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados obtidos na primeira etapa, cominuição, estão apresentados na Fig.4. É possível perceber a variação nos tamanhos de granulometria quando comparado com o tempo de moagem. Percebemos que em 2 horas de moagem, a amostra que não possuía o filme polimérico (amostra 2) obteve uma granulometria mais fina num intervalo menor de tempo. Isso pode ocorrer devido ao filme polimérico atrapalhar um pouco a moagem. Percebemos também que após 4 horas de moagem o resultado manteve-se bem próximo, ou seja, não importando se a membrana polimérica foi previamente removida do vidro ou não. O material final apresentou granulometria de aproximadamente 5µm para ambas amostras.
. Figura 4: Análise granulométrica
Com relação aos ensaios de lixiviação, os resultados estão apresentados nas tabelas 2 e 3. Primeiramente foi utilizado a água régia como reagente lixiviante. A amostra 1 apresentou o melhor resultado de extração do índio, obtendo 170 mg de índio/kg de vidro. Este valor é compatível ao encontrado por Yang (8), que usou a mesma relação sólido/líquido e encontrou 200mg de índio/kg de vidro.
Tabela 2: Resultado da lixiviação com água régia. Amostra 1 Amostra 2
170mg/kg 140mg/kg
Em seguida, foi utilizado o ácido nítrico para a lixiviação. Segundo Yang (8), nas experiências com lixiviação, o índio começa a lixiviar a partir de 4 horas de moagem. Ele também observou que utilizando ácido nítrico com 6M, as películas poliméricas presentes nas telas de LCD foram parcialmente degradas e não influenciaram nos resultados.
Tabela 3: Resultado da lixiviação com ácido nítrico. Amostra 1
423,6 mg/kg
Este resultado demonstra uma extração superior à encontrada para a água régia. Uma das razões para esta diferença pode ser a temperatura do ensaio de lixiviação, onde para o ácido nítrico foi utilizado 100ºC e para a água régia foi a temperatura ambiente. Além disso, o resultado para o ácido nítrico também é superior ao citado por Yang (8). Essas diferenças podem estar presentes devido a variação do tipo de telas de LCD utilizadas em cada trabalho e a grande heterogeneidade destes tipos de resíduos.
CONCLUSÕES
Inicialmente pode-se concluir que monitores do tipo LCD possuem em sua composição diferentes materiais e diferentes formas de união/adesão entre eles, o que dificulta o desenvolvimento de processos de reciclagem uniformes.
de 4 horas de moagem, o material começa a ter granulometrias muito semelhantes, ou seja, a etapa de remoção com acetona do filme polimérico previamente aderido ao vidro não é necessária.
No ensaio de lixiviação com a água régia, foi possível extrair o ITO das telas de LCD. Nesta extração foi possível obter 170mg de índio /kg de vidro. Este resultado é compatível com dados da literatura.
No ensaio de lixiviação com o ácido nítrico, os resultados de extração do ITO das telas de LCD foram mais elevados do que da água régia e da literatura, alcançando cerca de 420 mg de índio/kg de vidro.
Outros ensaios de lixiviação com outros reagentes (HCl, H2SO4, EDTA e NTA)
estão sendo realizados a fim de ampliar os resultados obtidos.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem a CAPES e ao CNPq pelo apoio financeiro.
REFERÊNCIAS
1
SANTOS, F.H.S. Resíduos de origem eletrônica. Rio de Janeiro: CETEM/MCT, 2010.
2
DODBIBA G., NAGAI H., WANG L.P., OKAYA K., FUJITA T. Leaching of indium from obsolete liquid crystal displays: Comparing grinding with electrical disintegration in context of LCA. Waste Management 32 (2012) 1937–1944.
3
FAN C.S., LI K.C. Production of insulating glass ceramics from thin film transistor-liquid crystal display (TFT-LCD) waste glass and calcium fluoride sludge. Journal of Cleaner Production 57 (2013) 335e341.
4
LI J., GAO AS., DUAN H., LIU L. Recovery of valuable materials from waste liquid crystal display panel. Waste Management 29 (2009) 2033–2039.
5
ALFANTAZI A.M., MOSKALYK R.R., Processing of indium: A review. Miner. Eng. 16 (2003) 687–694.
6
VIROLAINEN S., IBANA D., PAATERO E. Recovery of indium from indium tin oxide by solvent extraction. Hydrometallurgy 107 (2011) No 1-2. 56–61.
7
PARK Y.S., SATO W., GRAUSE G., KAMEDA T., YOSHIOKA T. Recovery of indium from In2O3 and liquid crystal display powder via a chloride volatilization process using polyvinyl chloride. Thermochim. Acta 493 (2009) 105–108.
8
YANG J., RETEGAN T., EKBERG C. Indium recovery from discarded LCD panel glass by solvent extraction. Hydrometallurgy 137 (2013) 68–77.
INDIUM EXTRACTION FROM LCD SCREENS
ABSTRACT
The liquid crystal displays (LCD) are present in several electronic equipment such as televisions, computers, mobile phones, among others. This wide application of screens and quick replacement of these devices by newer and modern models has been causing a great waste generation, and loss of raw materials. LCD displays are composed of two glass layers, between which is placed the liquid crystal, a thin viscous film. In the glass layers, is found the indium element present in the oxide form, whose extraction is the objective of this work. Initially, the samples were comminuted in balls mill for 6 hours to obtain a powder. After, these samples were leached for indium extraction using two different leaching: aqua regia and nitric acid. In the aqua regia leaching was possible to obtain 170mg of In/kg glass, while the nitric acid leaching extracted 420mg of In/kg glass.
