TFT-LCD廢棄面板的資源化處理

李華琳，劉海龍，李文龍，張文富，張然，齊勤瑞

TFT-LCD廢棄面板的資源化處理

李華琳，劉海龍，李文龍，張文富，張然，齊勤瑞

（北京京東方顯示技術(shù)有限公司，北京 100176）

針對目前TFT-LCD行業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的電子垃圾，且在處理過程中普遍存在附加值低的問題，綜述了當前TFT-LCD行業(yè)中廢棄面板的資源化處理進展，詳述了偏光片的去除工藝、液晶的去除工藝、ITO膜的資源化處理和玻璃基板的資源化利用，并且分析了各個工藝的優(yōu)勢與不足。分析發(fā)現(xiàn)，當前大多處理工藝存在成本高、附加值低、易造成污染等問題，處理過程中，可依據(jù)廢棄物的實際狀態(tài)綜合分析，科學選擇適當?shù)墓に囘M行資源化處理。

廢棄面板；資源化處理；ITO膜；玻璃基板

薄膜晶體管液晶顯示器（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，簡稱TFT-LCD）已成為彩色平板顯示領(lǐng)域中的主流，而中國是液晶顯示屏的消費大國和生產(chǎn)大國，早在2015年，中國液晶產(chǎn)品的銷售份額就已遠超西歐和北美，在全球液晶市場中獨占鰲頭。隨著科學技術(shù)的不斷進步與創(chuàng)新，電子產(chǎn)品更新?lián)Q代加快，勢必會造成大量的廢棄電子產(chǎn)品被丟棄；另外，中國液晶屏的生產(chǎn)已逐步趨向于大尺寸化和大體量化，由于原材料或設備技術(shù)等種種原因，目前產(chǎn)品合格率還難以達到100%[1]。

據(jù)不完全統(tǒng)計，全球每年會產(chǎn)生約5億多噸的電子垃圾，而4億多噸將被運輸?shù)絹喼蓿渲械?0%又會被運輸?shù)街袊M行處理，如此多的電子垃圾，液晶顯示屏是其主要組成部分[2]。由此可知，對廢棄液晶面板進行資源化處理不僅是一種環(huán)境友好型行為，也是達成經(jīng)濟效益與社會效益的必由之路，意義重大。

本文調(diào)研了目前TFT-LCD行業(yè)中廢棄面板的資源化處理進展，并且分別對組成面板的偏光片、液晶、ITO膜和玻璃基板的資源化處理及利用進行了分析，以期為TFT-LCD行業(yè)進行電子垃圾處理時提供參考。

1 偏光片的去除工藝

偏光片作為TFT-LCD液晶顯示面板的重要組件之一，其是由偏光膜和保護膜構(gòu)成的一種復合膜[3]。偏光膜是由高聚物聚乙烯醇（PVA）作為基材，這種基板具有一定吸附性，與碘或一些具有二向色性的染料發(fā)生吸附構(gòu)成該偏光膜；保護膜主要由三醋酸纖維素（TAC）構(gòu)成[4]。

孫媛媛等[5]分別采用10%和15%的氫氧化鈉溶液對基板進行浸泡處理，去除偏光片，借助10%的氫氟酸去除TFT電極和金屬鍍膜等，最終得到干凈的基板。此法成本較低且工藝簡單，但不可避免地會產(chǎn)生化學藥劑的二次污染問題。劉志峰等[6]針對玻璃基板的資源化回收發(fā)明了特定的裝置與技術(shù)方法，該方法是采用一種磨削裝置將玻璃基板與膜層實現(xiàn)分離，并對磨屑進行收集，分離下來的玻璃基片分別經(jīng)過粉碎、化學藥劑浸泡、離心等操作，最終實現(xiàn)了偏光片的分離與回收。該方法成本較高，實現(xiàn)應用還有待進一步研究。LI等[7]基于以上研究，提出采用熱沖擊法對偏光膜進行分離，并最終確定工藝溫度應保持在230～240 ℃。該方法不可避免會產(chǎn)生廢氣，需要增加后續(xù)廢氣處理工序。

2 液晶的去除工藝

液晶多為各種有機物的混合物，如苯、氰基、氟、酯、環(huán)己基等芳香族聚合物，多具有毒性。隨著TFT-LCD行業(yè)的迅猛發(fā)展，液晶需求量與日俱增，2019年僅中國大陸地區(qū)液晶需求量已上升至266 t，占全球總需求量的40%[8]。如此龐大體量的液晶，如果沒有對廢棄液晶面板中的液晶進行有效處理，勢必會對地下水與土壤造成嚴重的污染與資源浪費，液晶的資源化處理具有極大的經(jīng)濟意義與環(huán)保意義。

目前國內(nèi)多采用丙酮對液晶基板進行浸泡處理，待丙酮溶解液晶后，利用該二組分沸點差進行蒸餾分離，分離后的液晶再采用焚燒處理。此法操作簡單，但焚燒過程中會產(chǎn)生CO、CO2、多環(huán)芳烴、二噁英、CH4和C2H6等具有毒性的污染性氣體，直接排放勢必造成污染，需增加煙氣處理裝置。

王玉琳等[9]采用萃取技術(shù)，將液晶基板置于萃取器中，以CO2作為萃取劑，CO2以超臨界狀態(tài)的流體形式對液晶進行溶解，通過壓力控制分別對氣態(tài)CO2和液態(tài)的液晶進行回收。該方法可實現(xiàn)對液晶和萃取劑的高效分離與回收，且無污染，但對設備要求較高，具體實現(xiàn)工業(yè)化應用還有待進一步研究。

3 ITO膜的資源化處理

ITO（氧化銦錫）是一種N型半導體材料，由于具有高導電率、高可見光透過率，同時機械硬度和化學穩(wěn)定性優(yōu)良的特點，因此成為液晶顯示面板中最常用的薄膜材料，也是關(guān)鍵材料之一。

ITO由90%的In2O3和10%的SnO2構(gòu)成，廢棄液晶面板的ITO膜中最具回收價值的當屬金屬銦（In），其在LCD中的占比約0.3‰[10]。由于金屬In的全球儲備量極其有限，約占黃金儲備量的1/6，因此，TFT-LCD行業(yè)中廢棄液晶面板中ITO膜的資源化處理前瞻性巨大。

郭玉文[11]對ITO的回收采用了熱處理方法，首先將基板進行拆解，分解出液晶面板，對其采取機械破碎，破碎至一定粒度的粉末后，置于密閉環(huán)境中引入氮氣并加熱處理，使其分解，對加熱過程中產(chǎn)生的氣體進行燃燒排放，剩余的殘渣即為ITO殘渣，對之進行回收。此法工藝簡單，但對ITO尚未進行根本性回收，仍需要后續(xù)工序繼續(xù)進行。

LI等[7]提出采用酸溶解法（體積比，濃HCl∶濃HNO3∶ H2O=38∶4∶58）對ITO進行溶解20～40 min，最終得到銦離子溶液。

村谷利明等[12]發(fā)明了一種回收ITO膜中金屬銦的裝置，并對回收方法進行了闡述。該發(fā)明同樣先將基板破碎至粒徑小于10 mm的碎屑，采用酸溶液對ITO進行充分溶解，溶解液置于反應器中，利用金屬銦的析出原理，向反應器內(nèi)添加粒徑大于10 mm的金屬粒子，該粒子的離子化傾向性務必大于銦粒子；待金屬粒子表面析出金屬銦或銦的合金時，采用剝離設備將其剝離實現(xiàn)回收。

綜上所述，酸溶液溶解法是目前分離ITO廣泛使用且高效的方法，由于所涉及的強酸體系大多具有高揮發(fā)性、強腐蝕性與吸入性危害，具體應用時不可避免地存在潛在危險。

4 玻璃基板的資源化利用

TFT-LCD行業(yè)所使用的玻璃基板，其材質(zhì)多為中性硼硅和無堿硅酸鋁，熱膨脹系數(shù)小，高耐熱性，化學穩(wěn)定性高。因此，該玻璃基板的回收利用有別于傳統(tǒng)的玻璃，方向多為加工資源化，如生產(chǎn)水泥、瓷磚以及混凝土時，采取添加20%～30%的廢棄玻璃基板，可以有效提高該種材料的各項建筑性能。

JEON等[13]向水泥中添加了10%的玻璃基板粉末與1%的Ca（OH）2后，水泥的抗壓強度、剪切強度、開裂彎矩與斷裂彎矩等物理特性均有明顯提高，但成分中玻璃基板的占有率低，難以消耗掉體量龐大的廢棄玻璃基板，附加值低。

郭宏偉等[14]采用碳酸鈣、硼砂、高錳酸鉀和玻璃基板同時進行粉磨，裝入模具后燒制成全新的泡沫玻璃，該方法中玻璃基板成分占比達到了80%，但能耗較大且粉塵較多，對環(huán)境構(gòu)成了威脅。

國立臺灣大學LIU等[15]將質(zhì)量比為1∶1的玻璃基板粉末與氟化鈣混合，隨后將混合物在1 200 ℃的高溫環(huán)境下融合60 min，最后對該種材料進行孔隙率、吸水率、穩(wěn)固性等建筑材料指標測評，結(jié)果均滿足美國材料實驗協(xié)會的標準。

5 結(jié)語

TFT-LCD廢棄面板中可實現(xiàn)資源化處理的部分主要包括偏光片、液晶、ITO膜與。偏光片的去除工藝當中，以化學溶液浸泡法最為便捷高效。液晶的去除工藝中，國內(nèi)多采用丙酮浸泡法與蒸餾法組合工藝，CO2超臨界狀態(tài)萃取法可實現(xiàn)液晶與萃取劑的高效分離與回收，且無污染。ITO膜的資源化處理主要包括熱處理法與強酸溶解法，最終可實現(xiàn)稀散金屬銦的高效提純。玻璃基板因其固有的特性，被廣泛應用于各種建筑材料。實際處理過程中，可依據(jù)廢棄物的實際狀態(tài)綜合分析，科學選擇適當?shù)墓に囂幚恚η蠹婢邿o害化與資源化。

［1］張宇平.廢棄電器電子產(chǎn)品處理過程中的重要問題［J］.市場，2010（8）：20-22.

［2］莊緒寧，賀文智，李光明，等.廢液晶顯示屏的環(huán)境風險與資源化策略［J］.環(huán)境污染與防治，2010，32（5）：97-100.

［3］彭艷.LCD的偏光片工藝技術(shù)［J］.現(xiàn)代顯示，2005（6）：58-61.

［4］文尚勝，莫文貞，文斐，等.薄膜晶體管液晶顯示器用偏光片技術(shù)研究進展［J］.半導體光電，2007，28（6）：751-756.

［5］孫媛媛，李龍珠，唐惠東，等.液晶顯示器玻璃基板回收工藝［J］.環(huán)境工程學報，2013，7（4）：1541-1544.

［6］劉志峰，趙凱，王玉琳，等.一種廢舊液晶顯示器的 玻璃面板產(chǎn)業(yè)化回收方法及裝置：中國，CN201310282499.5［P］.2013-10-02.

［7］LI J H，GAO S，DUAN H B，et al.Recovery of valuable materials from waste liquid crystal display panel［J］.Waste Management，2009，29（7）：2033-2039.

［8］汪源源，曹悅，賀文智，等.廢液晶顯示面板的資源環(huán)境問題與對策［J］.上海節(jié)能，2018（10）：776-784.

［9］王玉琳，朱虎兵，宋守許，等.廢棄液晶顯示屏中液晶回收的方法及系統(tǒng)：中國，CN201110311620.3［P］. 2012-06-20.

［10］ROCCHETTI L，AMATO A，F(xiàn)ONTI V，et al. Cross- current leaching of indium from end-of-life LCD panels［J］.Waste Management，2015（42）：180-187.

［11］郭玉文.一種廢棄液晶顯示屏無害化熱處理方法：中國，200910223247.9［P］.2010-06-09.

［12］村谷利明，本馬隆道，前背戶智晴，等.從廢棄液晶顯示器中的銦的回收方法及其裝置：中國，CN101133172［P］. 2008-02-27.

［13］JEON S H，MIN K S，SOH Y S，et al.The characteristics of p.h.c pile using admixture by waste TFT-LCD glass powder［J］.Journal of the Korean Ceramic Society，2010，47（5）：419-425.

［14］郭宏偉，翟鵬，高淑雅，等.利用廢液晶顯示器玻璃生產(chǎn)泡沫玻璃的制備方法：中國，CN200810018092.0［P］.2008-11-05.

［15］LIU W T，LI K C.Application of reutilization technology to waste from liquid crystal display（LCD）industry［J］.Journal of Environmental Science and Health，Part A：Toxic/Hazardous Substances and Environmental Engineering，2010，45（5）：579-586.

X76

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.038

2095－6835（2019）20－0090－02

李華琳（1989—），男，河北廊坊人，碩士學位，工程師，從事液晶面板行業(yè)生產(chǎn)制造與技術(shù)探究工作。

〔編輯：嚴麗琴〕