Reciclagem de LED: recuperação de gálio por rota hidrometalúrgica.

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Vinhal, Jonathan Tenório
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Gálio; Gallium; Hidrometalurgia; Hydrometallurgy; LED; Mineração urbana; Reciclagem; Recycling; Urban mining
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-08032024-102952/

Os LEDs (Light Emitting Diodes) são dispositivos essenciais em diversas tecnologias, como lâmpadas, smartphones, televisores e telas. Ao longo dos anos, para suprir a demanda, observou-se uma alta na produção dos LEDs e por consequência um aumento na geração do resíduo. O resíduo de LED é uma fonte com potencial para a recuperação de metais críticos como o Ga. A literatura tem reportado a extração do metal principalmente a partir do semicondutor GaN, e ignorado a sua presença em outras fases e componentes do LED. Dessa forma, este trabalho teve como objetivo propor uma rota hidrometalúrgica para a recuperação do gálio a partir dos dispositivos LED. Para isso, buscou-se avaliar e otimizar as etapas de extração e purificação do metal. O desenvolvimento desse trabalho ocorreu através da caracterização dos dispositivos, ensaios preliminares de lixiviação com pré-tratamento químico e térmico, lixiviação, purificação com resinas de troca iônica, precipitação e calcinação. Observou-se na caracterização, que o LED BQ (branco quente) possui maior concentração de Ce, Ga e Y frente aos modelos BF (branco frio) e VER (vermelho). No modelo BQ, além do Ga no material semicondutor (GaN e InGaN), observou-se o metal nas partículas de material luminescente (Y3Al3Ga2O12:Ce), também conhecidas como fósforo. Ademais, foi observado no modelo branco quente um maior número de partículas de fósforo, justificando os maiores teores de Ce, Ga, e Y. Por essa razão, o dispositivo BQ foi selecionado para o estudo de recuperação do Ga. O pré-tratamento térmico utilizando NaOH como fundente se destacou em relação a máxima extração do metal. Isso porque a estrutura cristalina dos fósforos foi atacada pelo fundente, formando a fase lixiviável NaGaO2. A relação LED/NaOH no pré-tratamento foi a variável avaliada que mais influenciou no processo de lixiviação do Ga. Assim, a extração ótima do Ga ocorreu com o pré-tratamento dos dispositivos na relação LED/NaOH de 1/1,5, 500°C e 3h, seguido da lixiviação com água na relação S/L de 1/5, 4h, e 25°C. O processo extraiu 87,5±2,7% de Ga. Na purificação, o Ga foi concentrado e separado dos principais contaminantes (Al, Si e Sn) utilizando resina de grupo funcional amidoxima. Por fim, o metal foi precipitado na forma de Ga(OH)3 e calcinado para a obtenção de Ga2O3 com 95% de pureza. A recuperação global de Ga pela rota proposta foi de 84%.