Μέθοδοι επεξεργασίας για την ανάκτηση ινδίου σε οθόνες υγρών κρυστάλλων από απόβλητα ηλεκτρονικού εξοπλισμού

Διπλωματική εργασία που υποβλήθηκε στο τμήμα του ΜΗΠΕΡ του Πολ. Κρήτης για την πλήρωση των προϋποθέσεων λήψης του πτυχίου Summarization: In recent years, CRTs (cathode Ray Tube) have been replaced by LCDs (liquid crystal displays). The increasing production of LCDs causes a major concern regarding their management after the end of their lifespan. Recently, the interest of the scientific community is focused on critical metals contained in waste LCDs aiming at secondary production through recovery activities. As critical metals are defined the elements that present economic and strategic importance to the global economy and have a high risk associated with their supply. Also, their extraction constitutes an economically and environmentally costly process. Indium is a critical metal, which is widely used in LCDs. The aim of this study is focused on development and comparison of different pre-treatment methods in waste LCD monitors towards indium recovery. In the first step, manual dismantling, shredding and removal of liquid crystals using solvents were carried out. Then, the following pre-treatment methods were performed: mechanical crushing, sieving, gravimetric separation, pyrolysis, thermal shock, and combinations of them. The efficiency of these methods was evaluated based on indium pre-concentration. The pre-concentration yield was determined taking into account the concentration of indium (mg/kg) in pre-treated fraction, as well as the mass of the pre-treated fraction to the initial indium concentration and the initial mass of LCD used (%). Thus, the fate of indium and its losses during the pre-treatment of LCD screens were thoroughly investigated. The results obtained showed that mechanical pre-treatment followed by sieving leads to fractions enriched in indium. However, during mechanical crushing, there are high indium losses (dust, etc.). The gravimetric method was not effective as agglomeration between particles was observed. Therefore, the most effective method was the thermal shock at a temperature of 200 oC with a pre-concentration yield of 60,5%, followed by pyrolysis which resulted in 53,9% pre-concentration yield. Περίληψη: Τα τελευταία χρόνια οι οθόνες καθοδικού σωλήνα (Cathode Ray Tube) έχουν αντικατασταθεί από τις οθόνες υγρών κρυστάλλων (Liquid crystal displays, LCDs). Η αύξηση των LCDs προκαλεί έντονη ανησυχία αναφορικά με τη διαχείρισή τους όταν επέλθει το τέλος του κύκλου ζωής τους. Πρόσφατα το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας επικεντρώνεται στα κρίσιμα μέταλλα, που εμπεριέχονται στις οθόνες, με σκοπό τη δευτερογενή παραγωγή τους μέσω διεργασιών ανάκτησης. Ως κρίσιμα μέταλλα ορίζονται τα στοιχεία, που παρουσιάζουν οικονομική και στρατηγική σημασία για την παγκόσμια οικονομία και έχουν υψηλό κίνδυνο αναφορικά με την προσφορά τους, ενώ η εξόρυξή τους αποτελεί μια οικονομικά και περιβαλλοντικά κοστοβόρα διαδικασία. Το ίνδιο αποτελεί ένα κρίσιμο μέταλλο, το οποίο απαντάται κατά κόρον σε οθόνες LCDs. Το αντικείμενο της παρούσας εργασίας επικεντρώνεται στην ανάπτυξη και τη σύγκριση διαφορετικών μεθόδων προ-επεξεργασίας σε απόβλητες οθόνες LCD με σκοπό την ανάκτηση ινδίου. Σε πρώτο στάδιο, πραγματοποιήθηκε χειρονακτική αποσυναρμολόγηση, τεμαχισμός και απομάκρυνση των υγρών κρυστάλλων με χρήση διαλυτικών μέσων υποβοηθούμενη από ανάδευση ή υπερήχους. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκαν οι ακόλουθες μέθοδοι προ-επεξεργασίας: μηχανική θραύση, κοσκίνιση, βαρυτομετρικός διαχωρισμός, πυρόλυση, θερμικό σοκ, και συνδυασμός αυτών, προκειμένου να παραχθεί ένα κλάσμα εμπλουτισμένο σε ίνδιο. Οι μέθοδοι συγκρίθηκαν ως προς την απόδοσή τους στην προ-συγκέντρωση του ινδίου. Η απόδοση προσδιορίστηκε με βάση τη συγκέντρωση του ινδίου (mg/kg) στο προ-επεξεργασμένο κλάσμα, λαμβάνοντας υπόψη τη μάζα του υλικού μετά την προ-επεξεργασία ως προς την αρχική συγκέντρωση του ινδίου και την αρχική μάζα του δείγματος (%). Κατ’ αυτόν τον τρόπο προέκυψαν συμπεράσματα όσον αφορά την τύχη του ινδίου και τις απώλειές του κατά την προ-επεξεργασία των LCD οθονών. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν, έδειξαν ότι η μηχανική προ-επεξεργασία ακολουθούμενη από κοσκίνιση οδηγεί σε κοκκομετρικά κλάσματα εμπλουτισμένα σε ίνδιο. Ωστόσο, κατά τη μηχανική επεξεργασία υπάρχουν μεγάλες απώλειες ινδίου (σκόνη, τρίμματα κλπ.). Η βαρυτομετρική μέθοδος δεν ήταν αποτελεσματική, καθώς παρατηρήθηκε το φαινόμενο της συσσωμάτωσης μεταξύ των κόκκων. Ως εκ τούτου, ως πιο αποτελεσματική μέθοδος αναδείχτηκε το θερμικό σοκ σε θερμοκρασία 200 oC με απόδοση προ-συγκέντρωσης 60,5%, ακολουθούμενη από την πυρόλυση με απόδοση προ-συγκέντρωσης 53,9%.