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Extraction de l’indium à partir des écrans à cristaux liquides (LCD) d’ordinateurs par un procédé hydrométallurgique.

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Moutiy, El Houssaine (2019). Extraction de l’indium à partir des écrans à cristaux liquides (LCD) d’ordinateurs par un procédé hydrométallurgique. Mémoire. Québec, Maîtrise en sciences de l'eau, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 108 p.

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Résumé

En raison de ses performances semi-conductrices et optoélectroniques, l'indium (In) est l'un des métaux les plus couramment utilisés dans l'industrie électrique et électronique. Par conséquent, la recherche de sources secondaires pour accroître la production d'indium semble cruciale pour garantir la continuité des marchés électrique et électronique, où des milliers de nouveaux gadgets sont produits chaque année et vendus en grandes quantités. Parmi les sources secondaires riches en indium, nous pouvons citer les écrans d'affichage à cristaux liquides (LCD), qui peuvent contenir jusqu'à 0,03% d’indium ou 0,7 g d'indium par mètre carré sous forme d'oxyde d'indium-étain (ITO). L'ITO est un revêtement d'alliage fritté qui contient une grande partie d'oxyde d'indium (90%) et une petite partie d'oxyde d'étain (10%). Ce projet de recherche vise à optimiser un procédé hydrométallurgique permettant de récupérer efficacement l’indium présent dans les écrans LCD usagés, tout en minimisant les coûts d'exploitation. Après le démantèlement, le déchiquetage et le broyage des écrans LCD d'ordinateurs, la concentration d’indium dans les différentes composantes des écrans (c'est-à-dire l’écran noir, le verre et le film polymère) a été déterminée. La lixiviation de l’indium à partir d'échantillons composites (taille des particules inférieure à 4 mm) d’écrans LCD broyés a également été étudiée. L’influence de plusieurs paramètres expérimentaux, tels que les solides totaux (10 - 50%), la température (20 - 80°C), la concentration d'acide sulfurique (H₂SO₄) (0,2 – 2 N) et le temps de réaction (15 min – 6 h), a été étudiée afin de déterminer les conditions optimales en termes d'efficacité d’extraction de l’indium. L'acide sulfurique a été choisi pour la lixiviation non seulement pour son efficacité, mais aussi pour son faible coût (acide le moins cher). Les conditions optimales ont été déterminées à l’aide d’une méthodologie de plan d’expériences en surface de réponse de type Box-Behnken. Les conditions optimales de solubilisation de l’indium à partir d’écrans LCD broyés étaient une teneur en solides de 50% (p/v), une concentration d'acide (H₂SO₄) de 0,4 N, une vitesse d'agitation de 250 rotations par minute (rpm) et un temps de lixiviation de 30 min à une température de 70°C. L’efficacité de solubilisation de l'indium prédite par le modèle Box-Behnken était de 89,7%. Les essais expérimentaux de validation du modèle réalisés en triplicata ont montré un rendement de solubilisation de 99,5 ± 9,7% de l'indium présent dans les écrans LCD. Une étude technico-économique a également été réalisée afin d’évaluer les coûts d’exploitation du procédé hydrométallurgique.

Abstract

Due to its semiconductor and optoelectronic performance, indium (In) is one of the most commonly used metals in the electrical and electronics industry. Therefore, the identification of secondary sources to increase indium production seems crucial to ensure the continuity of the electrical and electronic markets, where thousands of new gadgets are produced each year and sold in large quantities. Indium-rich secondary sources include liquid crystal display (LCD) displays, which can contain up to 0.03% indium or 0.7 g indium per square meter as an oxide indium-tin (ITO). ITO is a sintered alloy coating that contains a large portion of indium oxide (90%) and a small portion of tin oxide (10%). This research project aims to optimize a hydrometallurgical process to efficiently recover the indium present in used LCD screens, while minimizing operating costs. After the dismantling, shredding and grinding of computer LCD screens, the indium concentration in the various components of the screens (i.e. the black screen, the glass and the polymer film) was determined . The leaching of indium from composite samples (particle size less than 4 mm) of crushed LCD screens was also studied. The influence of several experimental parameters, such as total solids (10 - 50%), temperature (20 - 80°C), sulfuric acid concentration (H₂SO₄) (0.2 – 2 N) and reaction time (15 min – 6 h) was studied to determine the optimal conditions in terms of indium extraction efficiency. Sulfuric acid was chosen for leaching not only for its low cost (the cheapest acid), but also for its effectiveness. Optimal conditions were determined using an experimental design methodology using the Box-Behnken methodology. The optimum conditions for solubilization of indium from crushed LCD screens were a solids content of 50% (w/v), an acid concentration (H₂SO₄) of 0.4 N, a stirring speed of 250 rotations per minute (rpm) and a leaching time of 30 min at a temperature of 70°C. The solubilization efficiency of indium predicted by the Box-Behnken model was 89.7%. Triplicate experimental validation tests of the model showed a solubilization efficiency of 99.5 ± 9.7% of the indium present in the LCD screens. A technical-economic study was also conducted to evaluate the operating costs of the hydrometallurgical process.

Type de document: Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Blais, Jean-François
Co-directeurs de mémoire/thèse: Coudert, Lucie
Mots-clés libres: écran LCD; indium; extraction; solubilisation; optimisation; lixiviation chimique; LCD screen; indium; solubilization; optimization; chemical leaching
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 16 sept. 2020 14:48
Dernière modification: 16 sept. 2020 14:48
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/10367

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