Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/49484
Type: Tese
Title: Resíduos de lâmpadas de LED : desmonte, caracterização e desempenho da integração de lixiviação, precipitação e ultrafiltração na recuperação de metais
Other Titles: LED lamps waste: disassembly, characterization and performance of the integration of leaching, precipitation and ultrafiltration in metal recovery
Authors: Raquel Annoni
First Advisor: Liséte Celina Lange
First Co-advisor: Míriam Cristina Santos Amaral
First Referee: Eduardo Coutinho de Paula
Second Referee: Marcelo Borges Mansur
Third Referee: Denise Crocce Romano Espinosa
metadata.dc.contributor.referee4: Lucilaine Valéria de Souza Santos
Abstract: Devido à presença de metais de interesse econômico nas lâmpadas de LED e também à escassez de estudos detalhados que possibilitem a reciclagem dessas lâmpadas, o presente trabalho teve como objetivo avaliar o desmonte, a caracterização desse resíduo e as formas de recuperação de metais, principalmente Ga, Au e In por meio de técnicas de lixiviação e de processos de separação por membranas (PSMs). As etapas metodológicas propostas foram as seguintes: desmonte das lâmpadas, preparo e caracterização das amostras, ensaios de lixiviação, em um primeiro momento realizados em shaker e, após, conduzidos em reator, e, por fim, ensaios de ultrafiltração (UF) assistida por precipitação. Para avaliação do desmonte, lâmpadas de LED de cor branca, descartadas após uso em iluminação de ambientes, foram desmontadas manualmente, seus componentes foram agrupados em função do tipo de material e posteriormente pesados. O tempo médio avaliado para desmonte de lâmpadas variou entre 1 e 7 minutos por lâmpada por pessoa, a depender do modelo de lâmpada. Na etapa de preparo das fitas e placas-suporte de LED, foram avaliadas 2 rotas de processamento mecânico, em que as placas-suporte de LED foram processadas por meio de guilhotina, moinho de barras e peneiramento (rota A), ou por soprador térmico e moinho de panelas (rota B). As amostras de placas-suporte de LED obtidas foram caracterizadas quanto a sua composição química qualitativamente via FRX e DRX e quantitativamente via ICP-AES e ICP-MS. As fases minerais presentes foram avaliadas pela técnica de MEV/EDS. As concentrações de Ga encontradas no resíduo foram 0,004% e 0,002%, processados pelas rotas A e B, respectivamente. Nos ensaios de lixiviação, na primeira etapa, o HCl foi o ácido que apresentou melhor desempenho na lixiviação do Ga, comparado ao H2SO4 e ao HNO3. Nas melhores condições avaliadas, 79,1% do Ga, 26,9% Cu, 71,4% Al, 38,8% Fe, 47,2% In e 7,4% Au foram solubilizados em solução de 4 mol/L de HCl, 200 rpm, 25oC, a partir da amostra obtida pela rota A. Para avaliar o comportamento do Ga e, posteriormente, a interação com outros metais em meio ácido, foram realizados ensaios preliminares de UF com solução sintética ácida contendo somente o Ga, que apontaram, primeiramente, recuperações de 87,7% em pH 4 e, em etapa posterior, uma recuperação de 93,8% Ga, 15,0% Al, 40,0% Cu e 99,6% Fe, em pH 3,0, a partir de uma solução sintética contendo Al, Ga, Fe e Cu. Em uma terceira etapa de UF aplicada ao lixiviado real, a melhor condição verificada foi sob pressão de 20 psi, em membrana Milipore 10 kDa, 25oC, pH 2,5, em que foram recuperados 47,3% Ga, 26,3% Al, 16,4% Cu e 50,5% In. Os resultados apontam para uma combinação de técnicas de desmonte manual, de lixiviação ácida em temperatura ambiente e de UF auxiliada por precipitação que possibilitam a solubilização e a concentração de metais a partir de lâmpadas de LED. As técnicas usadas apresentam vantagens de baixo gasto energético, por serem realizadas à pressão e à temperatura ambiente, e podem integrar uma rota de recuperação de metais a partir desses resíduos.
Abstract: Considering the metals of interest in LED lamps and also the lack of detailed studies that allow the recycling of these lamps, the present work aims to evaluate the disassembly, the characterization of this residue and to evaluate ways of recovering Ga, Au and In using leaching techniques and membrane separation processes (MSPs). The proposed methodological steps were as follows: dismantling the lamps, preparing and characterizing the samples, leaching tests, firstly performed in a shaker and then conducted in a reactor, and finally ultrafiltration (UF) assays assisted by precipitation. To assess the disassembly, white LED lamps dumped after they use for lighting were manually disassembled, their components were grouped according to the type of material and then weighed. The average time taken to disassemble lamps varied between 1 and 7 minutes per lamp per person, depending on the lamp model. At the stage of preparation of the LED support strips and plates, two mechanical processing routes were evaluated, in which the LED support plates were processed by means of guillotine, bar mill and sieving (route A) or by thermal blower and mill pans (route B). The samples of LED support plates were characterized according to their chemical composition qualitatively via FRX and DRX and quantitatively via ICP-AES and ICP-MS. The mineral phases were evaluated by SEM/EDS technique. The concentrations of Ga found in the residue were 0.004% and 0.002%, processed by routes A and B, respectively. At the leaching tests, at the first stage, HCl was the acid that showed the best performance leaching Ga, compared to H2SO4 and HNO3. At best evaluated conditions, 79.1% of Ga, 26.9% Cu, 71.4% Al, 38.8% Fe, 47.2% In and 7.4% Au were solubilized in a 4 mol/L HCl solution, 200 rpm, 25oC, from the sample obtained by route A. In order to evaluate the behavior of Ga and, subsequently, the interaction with other metals in acid medium, preliminary UF tests were carried out with an acid synthetic solution containing only Ga, which pointed out, firstly, retention of 87.7% at pH 4 and at a next stage, a retention of 93.8% Ga, 15.0% Al, 40.0% Cu and 99.6% Fe, at pH 3.0, from a synthetic solution containing Al, Ga, Fe and Cu. At a third stage of UF applied to the real leachate, the best condition found was under pressure of 20 psi, using Milipore 10 kDa membrane, 25oC, pH 2.5, and the retentions were 47.3% Ga, 26.3% Al, 16.4% Cu and 50.5% In. The results point to a combination of techniques of manual disassembly, acid leaching at room temperature and UF associated with precipitation that allow solubilization and concentration of metals from LED lamps. The used techniques have advantages of low energy expenditure, as they are carried out at ambient pressure and temperature, and can integrate a metal recovery route from these residues.
Subject: Engenharia sanitária
Meio ambiente
Gálio
Lâmpadas de LED
Lixiviação ácida
Ultrafiltração
Metais - Reaproveitamento
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/49484
Issue Date: 8-May-2020
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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Tese Raquel Annoni revisada 31 agosto 2022.pdfRESÍDUOS DE LÂMPADAS DE LED: DESMONTE, CARACTERIZAÇÃO E DESEMPENHO DA INTEGRAÇÃO DE LIXIVIAÇÃO, PRECIPITAÇÃO E ULTRAFILTRAÇÃO NA RECUPERAÇÃO DE METAIS5.95 MBAdobe PDFView/Open


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