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Erste Ergebnisse aus Forschungsverbund

Recyclinglösung für Indium aus LCD-Bildschirmen

Noch gibt es kein großtechnisches Verfahren, um Indium aus LCD-Bildschirmen zurückzugewinnen. Ein Forschungsverbund hat nun ein mehrstufiges Verfahren mit mechanischer Aufbereitung, Laugung und Aufkonzentration getestet. Die Ergebnisse sind vielversprechend.

Indium ist eines der Metalle, das man als kritisches Metall bezeichnet, weil sein Aufkommen begrenzt ist und seine beschränkte Verfügbarkeit das wirtschaftliche Wachstum hemmen könnte. Indium wird vor allem für Indium-Zinn-Oxid verwendet, einem durchsichtigen Halbleiter, der unter anderem in LCD-Bildschirmen eingesetzt wird. Doch während der Markt für LCD-Fernseher stetig größer wird und damit auch der Bedarf an Indium zunimmt, tritt das Recycling auf der Stelle.

indium„Trotz der weiten Verbreitung der LCD-Technik existiert bisher kein großtechnisch umgesetztes Verfahren, um das Indium aus gebrauchten Displays zurückzugewinnen“, betonte Kai Rasenack von der TU Clausthal Ende März auf der Berliner Recycling- und Rohstoffkonferenz. Derzeit wird fast das gesamte Indium aus Zinkerzen gewonnen. Die Gewinnung ist somit unmittelbar abhängig von der Produktion des Zinks als Hauptmetall. Im Jahr 2012 wurden weltweit etwa 670 Tonnen Indium gewonnen, erklärte Rasenack, die Recyclingrate indes liege unter einem Prozent.

Die TU hat deshalb mit den Kooperationspartnern Electrorecycling GmbH, Umicore und ENE EcologyNet Europe  GmbH ein neues Verfahren getestet. Dabei wurde nicht nur das Verfahren der Indium-Rückgewinnung untersucht, sondern auch die Sammlung und Entfrachtung der Bildschirme durch Entfernung der quecksilberhaltigen Hintergrundbeleuchtung untersucht. Auch die Verwertung aller entstehenden Stoffströme wurde miteinbezogen.

LCD-Bildschirme bestehen aus einem Kunststoffgehäuse, einer Trägerstruktur und Elektronik. Darüber hinaus bestehe der Bildschirm aus der Bild gebenden Einheit, die wiederum aus einer Hintergrundbeleuchtung (derzeit zumeist Leuchtstofflampen), verschiedenen Streuscheiben und dem eigentlichen LCD-Panel bestehe, erklärte Rasenack. Das LCD-Panel wiederum baue sich aus mehreren Schichten auf. Ausgehend von der Beleuchtung sind dies:

  • Polarisationsfilter aus Kunststoff
  • Glasmatrix
  • ITO-Schicht
  • Lackschicht
  • Flüssigkristalle
  • Lackschicht
  • ITO-Schicht
  • Farbfilter
  • Glasmatrix
  • Polarisationsschicht

Der Polarisationsfilter, die Glasmatrix, ggf. der Farbfilter sowie die ITO-Schicht und die Lackschicht bildeten jeweils einen festen Verbund.

Untersuchungen hätten gezeigt, dass das Indium in einer Konzentration zwischen 80 bis 300 ppm im Panel vorliege, erläuterte Rasenack. Der Mittelwert liege bei etwa 170 ppm, dies entspreche etwa 0,7 g/m2 Bildschirmfläche. Der Kunststoffanteil, gebunden an die Polarisationsfilter betrage etwa 15 Prozent.

Wirtschaftliches Recycling ist möglich

Wie der Wissenschaftler weiter erklärte, ergeben sich die technischen Herausforderungen vor allem aus der Zusammensetzung der bildgebenden Einheit und der nötigen Produktqualität. Die größte Hürde sei hier die relativ geringe Konzentration des Indiums im Ausgangsmaterial. Für eine effiziente Weiterverwertung in einem metallurgischen Gewinnungsprozess des Indiums müsse dieses von einer Ausgangskonzentration von etwa 170 ppm auf einen hohen Prozentbereich aufkonzentriert werden.

Dazu haben die Forschungspartner ein mehrstufiges Verfahren angewandt, das Prozessstufen der mechanischen Aufbereitung, der Laugung und der Aufkonzentration zur Erzeugung eines metallurgisch effizient verwertbaren Indium-Konzentrats umfasst. Nach der Vordemonatage des Panels erfolgt in der ersten Stufe ein mechanischer Aufschluss sowie die Abtrennung von Störstoffen. Hierbei werde eine gezielte Zerkleinerung des Materials und eine Sortierung vorgenommen, erklärte Rasenack.

Hierbei würden Kunststoff-reiche/ Indium-arme und Kunststoff-arme/Indium-reiche Vorkonzentrate erzeugt. Das Indium-reiche Vorkonzentrat werde anschließend einer Laugung zugeführt. Bei diesem Schritt werde die ITO-Schicht aufgelöst und das Indium in Lösung gebracht. Ein zentrales Ziel der Verfahrensentwicklung sei ein möglichst geringer Laugemitteleinsatz bei gleichzeitig effektiver Laugung sowie die Schaffung möglichst guter Voraussetzungen für die nachfolgende Aufkonzentration des Indiums aus der Lösung über Ionenaustausch.

Das gelöste Indium werde mittels geeigneter Ionentauscher-Harze aus der Lösung extrahiert, erklärte Rasenack. Angestrebt werde eine möglichst hohe Beladung des Ionenaustauschers bei gleichzeitig vollständiger Extraktion aus der Lauge. Im Anschluss werde zunächst ein Scrubbing zur Entfernung parallel adsorbierter Störstoffe durchgeführt. Abschließend erfolge die Rückgewinnung des Indiums vom Ionentauscher-Harz durch Stripping-Schritte.

Die bisherigen Ergebnisse der Untersuchungen zeigten, dass es möglich sei, Indium effektiv von der Glasmatrix zu lösen und anschließend aufzukonzentrieren, hob Rasenack hervor. Zudem sei es möglich, die Prozesssäure im Kreislauf zu führen, so dass der Nettoeinsatz relativ gering sei und so ein wirtschaftliches Recycling des Indiums möglich werde.

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