Indium Recovery from Waste LCD through Integration of Hydrometallurgical Technology
- 주제(키워드) Indium , LCD , Hydrometallurgy , Recovery , Circular economy
- 주제(DDC) 621.042
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 박은덕
- 발행년도 2024
- 학위수여년월 2024. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000033301
- 본문언어 영어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
Indium is a resource of great industrial importance but is considered a critical metal due to concerns about supply imbalance. It is primarily obtained as a by-product of zinc mining and refining processes and is widely used in various industries including electronics, automobile, and aerospace. With the growth of these industries, demand for indium is also rising. Recovering indium from waste LCDs allows for the recycling of valuable resources and can reduce environmental pollution caused by the production and disposal of primary indium resources. Additionally, by establishing an efficient recycling system, a more stable and sustainable supply of indium can be secured, enabling a response to fluctuating market prices and potential supply disruptions. For the recovery of indium from waste LCDs, developments have primarily focused on hydrometallurgical processes due to their advantages, such as relatively low energy consumption, eco-friendliness, high selectivity, and applicability to low-concentration raw materials. To commercialize technologies for indium recovery from waste LCDs, the efficiency of traditional recycling processes must necessarily be enhanced. This thesis investigates the recovery of indium using hydrometallurgical technology to efficiently recycle indium from LCD waste panels. Since LCD waste panels contain many types of metals in addition to indium, the leaching and separation/purification of the four major metals (tin, aluminum, copper, and strontium) contained in LCD waste panels and the iron added during the pre-treatment process were also considered. Research in this area includes pre-treatment of waste LCD panels, metal leaching, and separation/purification of indium and major metals using solvent extraction methods. At each stage, process efficiency was tested according to various variables and optimization conditions were derived. In the pre-treatment study, waste LCD panels were crushed using a mechanical method. For beneficiation of waste LCD panels, shredders, cut crushers, and ball mill technologies were applied sequentially. The crushed panels were classified into 3 grades based on size, after which characterization and leaching efficiency evaluation were performed. Moreover, dissolution by acid of the metals on the glass surface was confirmed after panel crushing. Leaching study was conducted to maximize the solubilization of indium from glass cullet recovered by crushing the LCD panel of a flat panel display for an industrial application of the leaching process. In the leaching tests, various factors were investigated to improve the leaching efficiency of indium. Finally, the LCD waste was repeatedly leached seven times using the reuse method of hydrochloric acid leaching solution to concentrate the indium to 646 ppm. In the extraction step, pH extraction isotherms of Cyanex 272, D2EHPA, and PC88A was investigated. Afterwards, extraction of six metals was performed based on pH extraction characteristics experiments. Stripping efficiency experiments were carried out subsequently, using different acid and base agents depending on their concentrations. Based on the outcomes of the extraction and stripping experiments, a strategy for separating/refining six metals in the solvent extraction process was proposed. Indium and other metals can be effectively recovered from waste LCD panels by sequentially using pre-treatment, leaching, and solvent extraction technologies. The optimization technology for each process performed in this study can be applied to the development of an industrial process for recycling valuable metals from waste LCD panels.
more초록/요약
인듐은 산업적으로 매우 중요한 자원이지만, 향후 수급불균형이 우려되는 위기금속으로써 주로 아연 채광 및 정제 공정의 부산물로 얻어진다. 인듐은 현재 전자, 자동차, 항공 우주 등의 다양한 산업 분야에서 널리 사용되도 있다. 이러한 산업의 발전에 따라 인듐에 대한 수요도 증가하고 있다. 폐 LCD로부터 인듐을 회수하면 귀중한 자원을 재활용하고, 인듐 1차 자원의 생산과 폐기물의 처리 과정에서 유발되는 환경오염을 저감 할 수 있다. 또한 효율적인 재활용 시스템을 구축함으로써 보다 안정적이고 지속가능한 인듐 공급망을 확보하여 변동하는 시장 가격과 잠재적인 공급 중단에 대응할 수 있다. 폐 LCD에서 인듐의 회수 공정은 상대적으로 낮은 에너지 소비, 환경친화적, 높은 선택성의 장점이 있으며, 낮은 농도의 원료에 적용이 가능한 습식제련 기술 위주로 개발되고 있다. 폐 LCD로부터 인듐의 회수 기술의 상용화 공정 개발을 위해서는 전통적인 재활용 공정의 효율 향상이 요구된다. 본 논문에서는 폐 LCD 패널에서 인듐을 효과적으로 재활용하기 위해 습식제련 기술을 연구하였다. LCD 폐 패널에는 인듐 이외에도 많은 종류의 금속이 포함되어 있기 때문에 LCD 폐 폐널에 함유된 주요 4가지 금속(주석, 알루미늄, 구리, 스트론튬)과 전처리 과정에서 혼입되는 철의 침출 및 분리/정제도 고려하였다. 습식제련 기술의 연구에는 LCD 폐 패널의 전처리, 금속 침출, 용매 추출 방법을 이용한 인듐과 주요 금속의 분리/정제가 단계가 포함된다. 각 단계에서는 다양한 변수에 따른 공정 효율성을 테스트하고, 최적화 조건을 도출하였다. 전처리 연구에서는 LCD 폐 패널을 기계적인 방법을 이용하여 파쇄하였다. LCD 폐 패널의 선광을 위해 파쇄기, 컷 파쇄기, 볼밀 기술을 순차적으로 적용하였으며, 파쇄된 패널을 크기에 따라 3등급으로 분류한 후 등급별 특성을 분석하고 침출 효율 평가를 실시하였다. 추가로 패널 분쇄 후 유리 표면의 금속이 산에 의해 용해되는 것을 확인하였다. 평판 디스플레이의 LCD 패널을 파쇄하여 회수된 유리로부터 인듐의 용해를 극대화를 위한 침출 연구를 수행하였다. 침출 실험에서는 인듐의 침출 효율을 향상시키기 위해 다양한 요인(무기산의 종류 및 산도, 침출 온도, 펄프 밀도, 산화제)을 조사했다. 마지막으로 염산 침출액의 재사용을 통해 7회 반복 침출하여 인듐을 646 ppm까지 농축시켰다. 추출 단계에서는 bis(2,4,4-trimethylpentyl) phosphinic acid (Cyanex 272), di-(2-ethylhexyl) phosphoric acid (D2EHPA), 2-ethylhexylphosphonic acid mono-2 ethylhexylether (PC88A)의 pH 추출 특성을 조사하였다. 이후 pH 추출 특성 실험 결과를 기반으로 6가지 금속의 추출을 실시하였다. 금속별 추출 후, 서로 다양한 산과 염기의 역추출제를 사용하여 금속의 탈거 실험을 수행하였다. 각 금속의 추출 및 탈거 실험 결과를 바탕으로 염산 침출액에서 용매추출 기술을 이용한 여섯 가지 금속의 효율적인 분리/정제 전략을 제안하였다. 결론적으로 인듐과 기타 금속(주석, 철, 알루미늄, 구리, 스트론튬)은 전처리, 침출, 용매추출 기술을 통해 LCD 폐 패널로부터 효과적으로 회수할 수 있다. 본 연구에서 수행된 공정별 최적화 기술은 LCD 폐 패널에서 유가금속을 회수하는 산업적 규모의 공정 개발에 적용될 수 있다.
more목차
CHAPTER Ⅰ. Introduction 1
1. Necessity for Research 1
2. Leaching Reaction Kinetics 12
3. Indium Leaching Mechanism 20
4. Solvent Extraction chemistry 24
CHAPTER Ⅱ. Literature Review 30
1. Hydrometallurgical Technology 30
2. Pyrometallurgical Technology · 48
CHAPTER Ⅲ. Beneficiation and Classification of Waste LCD Panels 50
1. Introduction 50
2. Materials and Methods 52
3. Result and Discussion 58
4. Conclusion 74
CHAPTER Ⅳ. Dissolution of Metals from Waste LCD Panels 75
1. Introduction 75
2. Materials and Methods 77
3. Result and Discussion 79
4. Conclusion 96
CHAPTER Ⅴ. Separation and Purification of Indium 97
1. Introduction 97
2. Materials and Methods 98
3. Result and Discussion 101
4. Conclusion 124
SUMMARY 126
Reference 128
