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(duì)目前TFT-LCD行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的電子垃圾，且在處理過(guò)程中普遍存在附加值低的問(wèn)題，綜述了當(dāng)前TFT-LCD行業(yè)中廢棄面板的資源化處理進(jìn)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(gè)工藝的優(yōu)勢(shì)與不足。分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前大多處理工藝存在成本高、附加值低、易造成污染等問(wèn)題，處理過(guò)程中，可依據(jù)廢棄物的實(shí)際狀態(tài)綜合分析，科學(xué)選擇適當(dāng)?shù)墓に囘M(jìn)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(jiǎn)稱TFT-LCD）已成為彩色平板顯示領(lǐng)域中的主流，而中國(guó)是液晶顯示屏的消費(fèi)大國(guó)和生產(chǎn)大國(guó)，早在2015年，中國(guó)液晶產(chǎn)品的銷售份額就已遠(yuǎn)超西歐和北美，在全球液晶市場(chǎng)中獨(dú)占鰲頭。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與創(chuàng)新，電子產(chǎn)品更新?lián)Q代加快，勢(shì)必會(huì)造成大量的廢棄電子產(chǎn)品被丟棄；另外，中國(guó)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(shè)備技術(shù)等種種原因，目前產(chǎn)品合格率還難以達(dá)到100%[1]。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球每年會(huì)產(chǎn)生約5億多噸的電子垃圾，而4億多噸將被運(yùn)輸?shù)絹喼?，其中?0%又會(huì)被運(yùn)輸?shù)街袊?guó)進(jìn)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(duì)廢棄液晶面板進(jìn)行資源化處理不僅是一種環(huán)境友好型行為，也是達(dá)成經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)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(jìn)展，并且分別對(duì)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(jìn)行了分析，以期為TFT-LCD行業(yè)進(jìn)行電子垃圾處理時(shí)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(hù)膜構(gòu)成的一種復(fù)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(hù)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(duì)基板進(jìn)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(jiǎn)單，但不可避免地會(huì)產(chǎn)生化學(xué)藥劑的二次污染問(wèn)題。劉志峰等[6]針對(duì)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(shí)現(xiàn)分離，并對(duì)磨屑進(jìn)行收集，分離下來(lái)的玻璃基片分別經(jīng)過(guò)粉碎、化學(xué)藥劑浸泡、離心等操作，最終實(shí)現(xiàn)了偏光片的分離與回收。該方法成本較高，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究。LI等[7]基于以上研究，提出采用熱沖擊法對(duì)偏光膜進(jìn)行分離，并最終確定工藝溫度應(yīng)保持在230～240 ℃。該方法不可避免會(huì)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(jī)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(guó)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(méi)有對(duì)廢棄液晶面板中的液晶進(jìn)行有效處理，勢(shì)必會(huì)對(duì)地下水與土壤造成嚴(yán)重的污染與資源浪費(fèi)，液晶的資源化處理具有極大的經(jīng)濟(jì)意義與環(huán)保意義。

目前國(guó)內(nèi)多采用丙酮對(duì)液晶基板進(jìn)行浸泡處理，待丙酮溶解液晶后，利用該二組分沸點(diǎn)差進(jìn)行蒸餾分離，分離后的液晶再采用焚燒處理。此法操作簡(jiǎn)單，但焚燒過(guò)程中會(huì)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(shì)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(duì)液晶進(jìn)行溶解，通過(guò)壓力控制分別對(duì)氣態(tài)CO2和液態(tài)的液晶進(jìn)行回收。該方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶和萃取劑的高效分離與回收，且無(wú)污染，但對(duì)設(shè)備要求較高，具體實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用還有待進(jìn)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(dǎo)體材料，由于具有高導(dǎo)電率、高可見(jiàn)光透過(guò)率，同時(shí)機(jī)械硬度和化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良的特點(diǎn)，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(jià)值的當(dāng)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(chǔ)備量極其有限，約占黃金儲(chǔ)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(duì)ITO的回收采用了熱處理方法，首先將基板進(jìn)行拆解，分解出液晶面板，對(duì)其采取機(jī)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?dú)獠⒓訜崽幚恚蛊浞纸?，?duì)加熱過(guò)程中產(chǎn)生的氣體進(jìn)行燃燒排放，剩余的殘?jiān)礊镮TO殘?jiān)?，?duì)之進(jìn)行回收。此法工藝簡(jiǎn)單，但對(duì)ITO尚未進(jìn)行根本性回收，仍需要后續(xù)工序繼續(xù)進(jìn)行。

LI等[7]提出采用酸溶解法（體積比，濃HCl∶濃HNO3∶ H2O=38∶4∶58）對(duì)ITO進(jìn)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(duì)回收方法進(jìn)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(duì)ITO進(jìn)行充分溶解，溶解液置于反應(yīng)器中，利用金屬銦的析出原理，向反應(yīng)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(wù)必大于銦粒子；待金屬粒子表面析出金屬銦或銦的合金時(shí)，采用剝離設(shè)備將其剝離實(shí)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(qiáng)酸體系大多具有高揮發(fā)性、強(qiáng)腐蝕性與吸入性危害，具體應(yīng)用時(shí)不可避免地存在潛在危險(xiǎn)。

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(wú)堿硅酸鋁，熱膨脹系數(shù)小，高耐熱性，化學(xué)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?xí)r，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(xiàng)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(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、開(kāi)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(shí)進(jìn)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(dá)到了80%，但能耗較大且粉塵較多，對(duì)環(huán)境構(gòu)成了威脅。

國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)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(duì)該種材料進(jìn)行孔隙率、吸水率、穩(wěn)固性等建筑材料指標(biāo)測(cè)評(píng)，結(jié)果均滿足美國(guó)材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語(yǔ)

TFT-LCD廢棄面板中可實(shí)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(dāng)中，以化學(xué)溶液浸泡法最為便捷高效。液晶的去除工藝中，國(guó)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(shí)現(xiàn)液晶與萃取劑的高效分離與回收，且無(wú)污染。ITO膜的資源化處理主要包括熱處理法與強(qiáng)酸溶解法，最終可實(shí)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(yīng)用于各種建筑材料。實(shí)際處理過(guò)程中，可依據(jù)廢棄物的實(shí)際狀態(tài)綜合分析，科學(xué)選擇適當(dāng)?shù)墓に囂幚?，力求兼具無(wú)害化與資源化。

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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(xué)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(yán)麗琴〕