CARACTERIZAÇÃO DE TELAS DE LCD: EXTRAÇÃO DE ÍNDIO
Adjanara Preis Gabriel – [email protected]
Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Escola de Engenharia - Departamento de Materiais
LACOR - Laboratório de Corrosão, Proteção e Reciclagem de Materiais
Av. Bento Gonçalves, 9500; Setor IV Prédio 74; Campus do Vale - Bairro Agronomia
CEP: 91509-900 Porto Alegre - RS - Brasil.
Hugo Marcelo Veit – [email protected]
Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Escola de Engenharia - Departamento de Materiais
LACOR - Laboratório de Corrosão, Proteção e Reciclagem de Materiais
Ruth Marlene Campomanes Santana – [email protected]
Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Escola de Engenharia - Departamento de Materiais
LAPOL - Laboratório de Corrosão, Proteção e Reciclagem de Materiais
Resumo: A frequência com que as pessoas substituem seus aparelhos eletroeletrônicos por outros mais modernos está cada
vez maior, e associado ao ritmo frenético dos lançamentos tecnológicos traz a tona o problema da reciclagem e do descarte
correto. A reciclagem de resíduos de equipamentos elétricos e eletrônicos envolve uma ampla gama de técnicas e processos
visando diferentes materiais, ou seja, diferentes metais, polímeros e cerâmicos. As telas de LCD (liquid crystal display) já
estão passando pelos primeiros ciclos de substituição, e com isso vem gerando um volume muito grande de materiais. As
telas de LCD são compostas por polímeros, metais e cerâmicos. Visando caracterizar os materiais presentes, especialmente
o índio, foram coletados diversos monitores, de diversas marcas, danificados ou obsoletos. Inicialmente foi realizada a
desmontagem manual das telas, seguida por uma moagem da parte vítrea. No material cominuído foi realizada uma análise
granulométrica seguida de lixiviação com ácidos para obtenção de valores da extração do índio. Os resultados mostraram
que, na lixiviação com água régia, é possível extrair índio das telas de LCD.
Palavras-chave: Reciclagem, Telas de LCD, Lixiviação, Índio.
CHARACTERIZATION OF LCD SCREENS: EXTRACTION OF INDIUM
Abstract: The frequency that people replace their electronic appliances by others, more modern, is increasing, and
associated with the permanent technological releases brings up the issue of recycling and proper disposal. The recycling of
electric and electronic equipment waste involves a wide range of techniques and processes to different materials, ie, different
metals, polymers and ceramics. LCD screens (liquid crystal display) are already undergoing a first replacement, and it is
generating a very large volume of material. The LCD screens are composed of polymers, metals and ceramics. In order to
characterize the materials present, especially the indium, several monitors, of various brands, damaged or obsolete, were
collected. Initially, the manual disassembly of screens, followed by a milling of glass part was performed. In the material
comminuted, a particle size analysis was performed, followed by a acid leaching to obtain the extraction of indium. The
results showed that the leaching with aqua regia, it is possible to extract indium from LCD screens.
Keywords: Recycling, LCD Screens, Leaching, Indium.
1. INTRODUÇÃO
Dentre os setores mais promissores da indústria está o setor de equipamentos eletroeletrônicos. Os estudos e os
aperfeiçoamentos dos meios de informação vêm crescendo ao longo dos anos. Vivemos na era tecnológica, com
equipamentos cada dia mais modernos. Hoje, os computadores estão com as telas cada vez mais finas e mais flexíveis, e os
monitores CRT (Tubos de Raios Catódicos) estão sendo substituídos por telas de LCD (Figura 1). Nos últimos anos, tem
ocorrido um enorme aumento na produção e venda de dispositivos eletrônicos com telas planas, resultando em um rápido
aumento na demanda de metais não usuais, como o índio. As telas de cristal líquido têm sido desenvolvidas nas últimas
décadas com o objetivo de substituir as telas CRT, principal tecnologia até então. Os monitores de LCD são mais leves e
finos, apresentam maior economia de energia e não emitem radiação, comparados com às telas de tubo de raios catódicos. A
partir do desenvolvimento dos transistores de película fina, houve o surgimento de novos tipos de monitores. O LCD é a
principal aplicação desta tecnologia sendo formado a partir de duas peças de vidro polarizado ligado a polímeros preenchido
com cristal líquido.
Figura 1: Telas de LCD
Todos os anos milhões de novos dispositivos estão sendo vendidos, ocasionando assim uma grande quantidade
de resíduo eletroeletrônico. As telas de LCD (Display de Cristal Líquido) começaram muito cedo a serem substituídas,
tornando assim obsoletas ou inutilizáveis. Devido ao fato dos painéis de LCD estarem sendo cada vez mais utilizados nos
eletroeletrônicos, a quantidade de resíduos tem aumentado rapidamente (LIM E SCHOENUNG, 2010; VIROLAINEN et al.
2011). Diante de dados tão preocupantes é crescente o número de empresas preocupadas com o descarte correto de aparelhos
eletrônicos (celulares, baterias, computadores, televisores, câmaras digitais e outros) para evitar danos à saúde e ao meio
ambiente.
Parte destes equipamentos eletroeletrônicos apresentam componentes tóxicos, podendo causar danos ao meio
ambiente e a população; e apresentam também materiais nobres e raros que quando não reciclados, correm o risco de
desaparecer nas próximas gerações.
O mecanismo básico do funcionamento de uma tela de LCD é dada a partir do bloqueio da iluminação
proveniente da parte de trás da tela. Uma luz de fundo passa pelo primeiro vidro polarizado, ao mesmo tempo, correntes
elétricas fazem com que as moléculas de cristal líquido se alinhem para formar as variações de luz que passam para o
segundo vidro polarizado e assim ocorre a formação das cores e das imagens. Os monitores de LCD são compostos por uma
tela de LCD, partes poliméricas e placas de circuito impresso (PCI) que são componentes de composição muito heterogênea,
sendo 70% da sua massa composta de frações não metálicas como epóxi, fibra de vidro e outros materiais e 30%
correspondem a metais como cobre, chumbo, ferro, níquel, ouro e prata (MURUGAN et al. (2008); VEIT, 2001).
Um display de cristal líquido é um painel fino usado para exibir informações por via eletrônica, como texto,
imagens e vídeos. Seu uso inclui monitores para computadores, televisores, painéis de instrumentos e outros
dispositivos, Segundo Juchneski (2013), A estrutura básica da tela de LCD pode ser observada na Figura 2. Onde nos itens de
1 a 6 são mostrados os diversos componentes que compõem a tela. O item 1 ilustra o filme polarizador na vertical, o item 2
uma das camadas de vidro com ITO (Indium tin oxide), o item 3 o cristal líquido, o item 4 a camada de vidro com ITO, o
item 5 o filme polarizador na horizontal e o item 6 a folha difusora.
Figura 2: Estrutura da Tela de LCD.
O índio é um metal raro e valioso, utilizado principalmente como filmes de óxido de estanho-índio (84% em
2007) em telas de cristal líquido (LCDs) (VIROLAINEM et al., 2011). O índio encontra-se sob a forma de óxido de índio e
estanho (ITO) depositado sobre a superfície. A quantidade de índio também varia de acordo com o ano de fabricação. A
quantidade de índio sobre a tela pode variar de 11 mg/kg até 250 mg/kg no vidro. Além disso, o tipo de lixiviante utilizado
para extrair o índio depositado sobre o vidro (EDTA, água régia e outros) também influencia a quantidade de índio
encontrado (YANG et al., 2013).
Mais de 80% do índio produzido no mundo é utilizado na forma de óxido de índio e estanho (ITO) em
revestimentos de telas de cristais líquidos (LCD) (PARK et al., 2009). O ITO é um revestimento de liga sinterizado, que
contém uma grande porção de óxido de índio (90%) e uma pequena porção de óxido de estanho (10%). O ITO é um material
com boa transparência e um bom condutor, sendo uma parte importante em um transistor de película fina, utilizados em tela
de cristal líquido para computadores pessoais, telefones celulares e telas de televisão (CHOU e HUANG, 2009; LIU et al.,
2009).
2. MATERIAIS E MÉTODOS
Inicialmente foram coletados duas (2) telas de LCD, danificadas ou obsoletas, de diferentes marcas e ano de
fabricação. Após essa coleta, essas telas foram separadas por marca e ano de fabricação, conforme Tabela 1, e em seguida,
pesadas e desmontadas manualmente para realizar a segregação dos componentes. Percebe-se que as telas possuem pequenas
variações no peso, pois algumas telas possuem maior carcaça polimérica que outras. As telas foram separadas em duas partes,
carcaça juntamente com componentes poliméricos, e a tela de cristal líquido propriamente dita (contendo o vidro, filmes
polarizadores e o cristal líquido). Na Figura 2 é possível verificar os componentes que foram separados da tela de LCD.
Em seguida, as amostras foram separadas para a realização da moagem. Primeiramente, foi separada uma tela,
que foi fragmentada manualmente em pedaços menores para que pudesse entrar no recipiente do moinho, e em seguida, toda
parte da tela (460g) foi colocado para moer. Essa amostra foi chamada de amostra 1. Como as telas possuem um filme
polimérico (polarizadores) entre a camada de vidro, uma das telas foi quebrada manualmente, e deixado por 24hrs em contato
com propanona (Acetona), para que essa parte polimérica se dissolvesse. A amostra onde foi retirado a parte polimérica foi
chamada de amostra 2. Segundo Burt (1984), a acetona é usada como diluente e também para retirar o solvente dos produtos
separados. Uma vez que acetona é miscível em água, os líquidos orgânicos (cristal líquido) também poderiam ser
recuperados das soluções por decantação da água. Foi feito essa diluição com Acetona somente em uma das telas, para fazer
uma melhor comparação dos resultados.
As telas foram moídas separadamente em um moinho de bolas da marca Servitech modelo CT-242, obtendo um
pó. Para a moagem, foram controlados os tempos, sendo que a cada 2hrs era retirado uma parte do material, totalizando 6hrs
de moagem.
Amostra
1
2
Tabela 1:
Marca Peso Total
A
4,3kg
B
4,0kg
Peso Tela
0,46kg
0,37kg
A Figura 3 mostra a tela de LCD desmontada.
(a)
(b)
(c)
Figura 3: Tela de LCD desmontada: (a) vidro (b) componentes poliméricos (c) carcaça.
A cada 2 horas de moagem foi realizado uma análise granulométrica por Difração de Luz a Laser (CILAS
1180), totalizando 6 horas de moagem. Na Figura 4, é possível ver o material obtido com a moagem.
Figura 4: Material Moído
Em seguida, foi realizado análise por Fluorescência de Raio X (FRX) em um espectrômetro de marca Shimadzu,
modelo XRF 1180, para verificar a existência do elemento índio no pó obtido pela moagem. A fluorencência de Raios X
utiliza sinais de Raios X para excitar os elementos individuais presentes em uma amostra desconhecida. Cada elemento emite
seus Raios X característicos (fluorescentes) que são detectados e analisados qualitativa e quantitativamente em software
específico (FLORES, 2012).
Com o pó obtido do material moído, foi separado 10 gramas para as análises por lixiviação. Primeiramente
foram selecionadas as amostras a serem analisadas, e em seguida, o reagente que iria lixiviar as amostras. Pela análise
granulométrica foi possível perceber que, em 6 horas de moagem, o material obteve um tamanho de partícula muito
semelhante entre as duas amostras, então, as amostras a serem lixiviadas foram somente as obtidas com 6 horas de moagem.
Ensaios de lixiviação foram realizados, a fim de tentar recuperar o índio encontrado nas telas. Lixiviação é o
processo de extração de uma substância presente em componentes sólidos através da sua dissolução num líquido. Para a
lixiviação foi utilizado como reagente Água Régia, que é uma mistura de ácido nítrico e ácido clorídrico concentrados,
geralmente utilizados na proporção de 1 para 3. O ácido foi agitado num agitador mecânico por 6 horas, numa temperatura de
aproximadamente 22°C. Para o ensaio, foi separado 10 gramas do material, num total de 100ml do ácido. As concentrações
dos metais nas lixiviações foram determinadas usando ICP OES. Os resultados das lixiviações foram analisados por
Espectrometria óptica com Plasma indutivamente acoplado (ICP OES). O teor de metal foi quantificado através da calibração
dos padrões externos.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na Figura 5 é possível perceber os diferentes tamanhos de granulometria encontrado, comparando 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 o resultado final é bem próximo, ou seja, não importando se a membrana polimérica foi
previamente removida do vidro ou não.
.
Figura 5: Análise granulométrica
Na Tabela 2, estão descritos os principais elementos obtidos pelo ensaio de FRX, onde podemos perceber que
não foi encontrado o elemento índio. Os elementos encontrados fazem parte da formulação para a obtenção do vidro. Os
principais componentes que podem ser encontrados usualmente em vidros são: sílica (SiO2), sódio (Na2SO4), cálcio (CaO),
magnésio (MgO), alumina (Al2O3) e potássio (K2O) (CEBRACE, 2014).
A não detecção do índio no ensaio de FRX não significa que ele não esteja presente, mas que provavelmente a
sua quantidade é muito pequena, não sendo detectada pela técnica.
Tabela 2: Elementos encontrados no ensaio de FRX
Amostras Amostra 1 Amostra 2
68,58 %
74,73 %
SiO2
12,93 %
14,09 %
Al2O3
7,36 %
6,66 %
CaO
1,45 %
1,13 %
As2O3
1,13 %
0,88 %
SrO
0,41 %
0,95 %
K2O
Para a lixiviação, primeiramente foi utilizado o reagente Água régia. O resultado pode ser visto conforme Tabela
3. A amostra 1 apresentou o melhor resultado de extração do índio, obtendo 170 mg de índio/kg de vidro. Para Yang, 2013,
na relação sólido/líquido igual a 0,1g/ml, a concentração do índio será de 20mg/l, isso é equivalente a 200mg/kg de vidro.
Tabela 3: Resultado da lixiviação por Água Régia
Amostra 1 Amostra 2
170mg/kg
140mg/kg
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Foi possível verificar que os monitores de LCD são equipamentos extremamente heterogêneos em relação aos
materiais presentes. Através da desmontagem manual, percebe-se que os monitores possuem as carcaças poliméricas, as
placas de circuito impresso e as telas. As telas são produzidas em um formato de “sanduiche” contendo lâminas de vidro,
filmes poliméricos e o cristal líquido. Além disso, depositado na superfície do vidro, encontra-se o ITO contendo teores
significativos de índio.
Após a moagem da tela e a análise de distribuição granulométrica feita das partículas obtidas, foi possível
perceber que, depois 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.
A análise por FRX mostrou que o vidro utilizado nas telas de LCD contém componentes usuais dos vidros, não
sendo possível afirmar tratar-se de um tipo de vidro especial. Nesta análise, não foi possível detectar a presença do índio,
provavelmente devido a pequena quantidade deste elemento.
Porém, no ensaio de lixiviação foi possível extrair o ITO das telas de LCD com a Água Régia. Nesta extração
foi possível obter 170mg/kg de índio. Este resultado é compatível com dados da literatura. Novos ensaios de lixiviação,
variando parâmetros e também reagentes deverão ser realizados a fim de ampliar os resultados obtidos e desta forma poder
estabelecer uma rota viável técnica e economicamente para recuperação de índio.
Agradecimentos
Os autores agradecem a CAPES e ao CNPq pelo apoio financeiro.
5. REFERÊNCIAS E CITAÇÕES
BURT, R.O.; MILLS, C. (1984) Gravity Concentration Technology. Amsterdam, Elsevier. c1984.
CEBRACE.
Citação
de
referências
e
documentos
eletrônicos.
<http://www.cebrace.com.br/v2/vidro/composicao-quimica> Acesso em: 12 mar. 2014.
Disponível
em:
CHOU, W.L., HUANG, Y.H. Electrochemical removal of indium ions from aqueous solution using iron electrodes.
Journal of Hazardous Materials 172 (2009) 46–53.
FLORES, A.B.H. Design, território e tecnologia 3D na preservação cultural em suporte material sustentável: Estudo
de caso do monumento “o laçador”. Porto Alegre, 177 p., Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Rio Grande
do Sul.
HASEGAWA H., RAHMAN I.M.M., EGAWA Y., SAWAI H., BEGUM Z.A., MAKI T., MIZUTANI S. Recovery of
indium from end-of-life liquid-crystal display panels using aminopolycarboxylate chelants with the aid of
mechanochemical treatment. Microchemical Journal 106 (2013) 289–294.
JUCHNESKI, N. C. F. Monitores de LCD: Caracterização dos materiais e processamento mecânicos das placas de
circuito impresso. Porto Alegre, 103 p., 2013. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Rio Grande do Sul.
LIM S.-R., AND SCHOENUNG J.M. Human Health and Ecological Toxicity Potentials from Waste Electronic Devices
with Flat Panel Displays. Journal of Hazardous Materials 177 (1-3) (2010) 251-259.
MURUGAN, R., V.; BHARAT, S., DESHPANDE, A., P.; VARUGHESE, S.; HARIDOSS, P. (2008). Milling and
separation of the multi-component printed circuit
board materials and the analysis of elutriation based on a single particle model. In: Powder Technology. 183 (2008)
169-176.
PARK, K.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. Thermochimica Acta 493, (2009)
105–108.
VEIT, H. M. Emprego do processamento mecânico na reciclagem de sucata de placas de circuito impresso. Porto
Alegre, 96p., 2001. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Rio Grande do Sul.
VIROLAINEN S., IBANA D., PAATERO E. Recovery of indium from indium tin oxide by solvent extraction.
Hydrometallurgy 107 (2011) No 1-2. 56–61.
YANG J., RETEGAN T., EKBERG C. Indium recovery from discarded LCD panel glass by solvent extraction.
Hydrometallurgy 137 (2013) 68–77.