關于液晶面板行業生產設備清洗項目環保問題的探討

張麗梅 劉宇

摘要：文本對液晶面板生產行業的下游清洗企業的清洗膜層、清洗工藝、污染物產排情況和治理措施進行了介紹，并對該類企業項目生產過程中的若干環保問題進行了探討。

關鍵詞：液晶面板行業;清洗;環保問題

中圖分類號：X78? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）07-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.07.032

Abstract：This paper introduce the cleaning film，process，pollutant production and discharge、Control measures of equipment cleaning industry in LCD panel industry，and discuss problems of Environmental issues.

Keywords：LCD panel industry;Clean;Environmental issues

1 液晶面板生產行業現狀及其設備清洗的必要性

二十一世紀是信息時代，新型顯示技術是電子信息行業的支撐產業之一。液晶顯示面板在整個電子信息產業鏈當中處于高端位置，也是計算機以及移動通信中斷等數字化產品當中較為關鍵的部件[1]，因此涌現出了多家從事液晶面板生產的企業。液晶面板根據不同的材質和制造技術主要分為薄膜晶體管液晶顯示器（TFT-LCD）、有機發光二極管（OLED）、有源矩陣有機發光二極體面板（AMOLED）等多種形式。這些面板生產工序基本分為陣列制程、彩膜制程、成盒制程、模組組裝。

上述生產工藝中的關鍵設備，如物理氣象沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）、刻蝕（ETCH）、蒸鍍、旋涂等工藝設備在長期使用中，設備腔室內表面將濺射或反應生成的膜層達到一定厚度后，將會影響正常生產，需要委托第三方清洗干凈后再返回企業再循環使用。如何高效的將半導體器件表面清潔干凈并達到相應的使用標準，已經成為了現階段半導體制造過程中需要及時解決的問題[2]。

2 設備膜層介紹及清洗工藝

某從事該清洗行業的企業涉及到膜層按照清洗對象的不同，分為PVD設備內腔室的膜層（鋁膜、銅膜、氧化鈦膜）、CVD設備內腔室膜層（二氧化硅膜、氧化鈦膜）、刻蝕設備內腔室膜層（氧化鈦、有機物、二氧化硅）、蒸鍍設備內腔室膜層（有機物、氟化鋰、銀）等。根據這些膜層的理化性質及設備基材的不同，清洗方式分為物理清洗和化學清洗，其中化學清洗按照藥劑成分的不同分為有機清洗、酸洗、堿洗，具體介紹如下：

設備部件采用浸泡式置于清洗液中浸泡清洗，設備部件表面的膜層將會與清洗液發生化學反應，去除設備部件表面膜層，取出再用純水清洗干凈，達到洗凈的目的。藥劑浸泡清洗過程中將會發生各種化學反應，具體介紹如下：

氫氧化鉀清洗：氫氧化鉀與鋁膜發生反應生成偏鋁酸鉀，偏鋁酸鉀溶于水中，反應方程式為：

氨水+雙氧水清洗：氨水作為堿性環境，增強了雙氧水的氧化性，雙氧水與氮化鈦反應生成Ti（OH）4膠體，Ti（OH）4體與氨水絡合成為絮狀沉淀，反應方程式為：

硝氟酸清洗：SiO2溶解在硝氟酸溶液中，在硝酸加強氧化的作用下，SiO2與氫氟酸生成四氟化硅，化學反應過程如下：

氫氧化鈉清洗：設備部件上殘留的光刻膠主要成分為樹脂、溶劑，為酸性物質。氫氧化鈉為強氧化物質，具有腐蝕性，可與酸性的光刻膠發生反應，使光刻膠從泵件表面剝離而達到清洗的目的。

有機溶劑清洗：NMP和丙酮均為極性溶劑，能溶解大部分極性的有機物。因此設備部件表面的有機發光材料可溶解于NMP中，光刻膠可溶解于丙酮中。

3 清洗工藝的污染物產生情況及治理工藝

3.1 廢水污染物的產生情況及治理工藝

由于清洗膜層包括金屬膜、有機物膜，清洗的藥劑有酸堿試劑及有機試劑，因此清洗過程中產生的廢水按照種類不同分為有機廢水和無機廢水。有機廢水中含有較多的有機物呈懸浮狀，因此COD、BOD、SS含量均較高。無機廢水中除水質呈弱酸性或弱堿性外，還含有大量的金屬物質，如Ag、Cu，此外SS較高，但水中的COD和BOD的濃度較有機廢水更低。根據水質不同，應采取廢水分類分質處理的原則。

有機廢水處理：有機溶劑NMP和丙酮作為清洗液清洗后含有雜質，需先經蒸餾回收后，再與其他有機廢水一同進入有機廢水處理系統處理，以減輕污水站處理負荷。該有機廢水處理系統包括前混凝沉淀、高錳酸鉀酸鉀氧化處理、進一步混凝氣浮、終端過濾系統四道工序。經處理后的有機廢水可達《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）三級標準。

無機廢水處理：無機廢水中涉及貴重金屬銅和銀，需要回收預處理。含銅的物理清洗廢水中的銅呈顆粒狀，可直接通過物理沉淀回收，再排入綜合廢水處理系統。化學清洗廢水中的銀則需通過投加鹽酸產生氯化銀沉淀回收銀后，再排入綜合廢水處理系統。含氨廢水也需要預處理，采用次氯酸鈉氧化法將氨水反應生成氮氣去除大部分氨氮后排排入綜合廢水處理系統。含氟綜合廢水處理系統采用氯化鈣絮凝沉淀法去除廢水中各種懸浮物和氟化物。經處理后的無機廢水可達《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）三級標準。

含銀廢水回收銀系統反應方程式：

含氨廢水預處理系統反應方程式：

含氟廢水綜合處理系統反應方程式：

廢水處理后的排放濃度與標準值對比如下：

3.2 廢氣污染物的產生情況及治理工藝

清洗藥劑涉及酸、堿、有機溶劑，因此產生的廢氣包括酸性廢氣（含氫氟酸、硝酸）、堿性廢氣（氨氣）、有機廢氣（含丙酮和NMP），此外還有反應過程中生成的氮氧化物。

酸性廢氣處理系統（含氮氧化物）：采用四級串聯的堿噴淋反應塔處理，反應塔第一級凈化塔，溶液采用NaOH+NaClO2，通過NaClO2把廢氣中低價態的氮氧化成﹢4價態的二氧化氮，二氧化氮極易溶于水形成硝酸，同時硝酸和塔內的氫氧化鈉發生中和反應，降低廢氣的pH值;然后進入第二級凈化塔和第三級凈化塔，溶液采用 NaOH+Na2S，Na2S把所有高價態的氮全部還原成氮氣;最后進入第四級凈化塔，溶液采用 NaOH+NaClO，通過NaClO與硫化氫發生中和反應生成硫酸、硫酸與氫氧化鈉發生中和反應;最后達標排入大氣。該套處理系統對該企業的酸性廢氣（含氮氧化物）處理效率可達90%以上。反應機理如下：

第一級塔內藥水：NaOH+NaClO2;

氧化反應：NaClO2 + NO → NO2↑+ NaClO

NO2 + H2O → HNO3 + NO↑

HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O

第二級塔內藥水：NaOH + NaS;

還原反應：NO2 + NO + NaS + H2O → N2↑+H2S↑+ NaNO3

第三級塔內藥水：NaOH+NaS;

還原處理：NO2 + NO + NaS + H2O → N2↑+H2S↑+ NaNO3

第四級塔內藥水：NaOH+NaClO。

中和反應：H2S+NaClO → H2SO4 +H2O+NaCl

H2SO4 +2NaOH →Na2SO4 +2H2O

堿性廢氣處理系統：堿性廢氣（氨氣）先進入第一只塔內進行酸堿中和反應，同時氨氣被水吸收后和硫酸反應生成穩定的硫酸銨鹽;廢氣進入第二只塔內時，使用氫氧化鈉中和廢氣中可能含有的硫酸。該套處理系統對該企業的堿性廢氣處理效率可達90%以上。反應機理如下：

第一級塔內藥水：H2SO4;

中和反應：NH3 + H2SO4 → NH4HSO4

第二級塔內藥水：NaOH。（中和處理）

中和反應：H2SO4 + NaOH → Na2SO4 +H2O

有機廢氣處理系統：因廢氣中的丙酮和NMP均易溶于水，因此先經水洗塔吸附大量的丙酮和NMP后，再進入UV光解裝置在紫外光的照射下將有機物分解成CO2和水，最后再經活性炭纖維網吸附殘留的有機物。該套處理系統對該企業的有機廢氣處理效率可達90%以上。

廢氣處理后的排放濃度與標準值對比如下：

3.3 清洗工序污染物產排情況統計

該企業清洗過程中廢氣污染物和廢水污染物產生量、削減量、排放量如下：

4 清洗工序中有關環保問題的探討

液晶面板行業設備清洗企業清洗的部件膜層涉及到有機物膜、普通膜層和重金屬膜層等多種膜層。膜層種類繁多、成分復雜，部分膜層帶有重金屬及難處理的有機物，加之清洗過程中將會使用多種酸、堿、有機溶劑等，因此產生的廢水和廢氣中污染物也種類繁多、成分復雜。企業應對進廠部件上的膜層先進行詳細的物理和化學檢測，確定清楚膜層的成分、性質和厚度之后，再有針對性的采取相應的清洗工藝。同時，清洗過程中產生的酸堿廢氣應按照環保要求采取分類收集、分類處理的原則，有機廢氣應根據產生濃度、風量選擇合適的處理工藝，確保處理過程中的廢氣能滿足地方排放標準和國家排放標準。清洗過程中產生的廢水同樣要注意分類分質處理，并應高度注意辨別水中是否有第一類污染物，若涉及第一類污染物應采取合理的處理工藝處理，確保車間或車間處理設施排放口濃度達標排放。

5 結論

液晶面板行業設備清洗企業作為新興行業，可有效延長液晶面板生產企業關鍵生產設備的使用壽命，大大降低液晶面板生產企業的運行成本，有利于衍生信息產業的下游產業鏈，帶動區域的經濟發展，具有良好的經濟效益、社會效益和環境效益。但是，清洗過程中不可避免的會產生廢水、廢氣等污染物，但只要嚴格按照環保要求選擇合理的處理方式和處理工藝，確保各項污染物的合理處置和達標排放，不會對環境產生不利影響。此外，各級環境保護部門在日常工作中，應尤其注意監管，確保液晶面板行業在良好的經濟效益、社會效益的基礎上，也帶來良好的環境效益。

參考文獻

[1]龔耕.國內液晶顯示面板行業發展中存在的問題及解決對策[J].中國高新技術企業，2016（32）：6-9.

[2]袁文勛，張海兵，邢開璞.半導體制造中清洗技術的研究新進展闡述.科技創新與應用，2016（28）：69-71.

收稿日期：2019-05-31

作者簡介：張麗梅（1984-），注冊環境影響評價工程師，研究方向為環境影響評價。