我国废旧液晶显示器处理现状分析

程成，王鹏程，韩文生，张承龙，白建峰，王景伟（.中国电器科学研究院有限公司，广东广州5075；.上海第二工业大学上海电子废弃物资源化协同创新中心，上海009）

我国废旧液晶显示器处理现状分析

程成1，2，王鹏程1，韩文生1，张承龙2，白建峰2，王景伟2
（1.中国电器科学研究院有限公司，广东广州510275；2.上海第二工业大学上海电子废弃物资源化协同创新中心，上海201209）

摘要：通过对我国废旧液晶显示器处理工艺的研究，分析了不同处理工艺的优势和缺点，对国内液晶显示器处理工艺的发展趋势做出了预测。

关键词：废旧液晶显示器；处理工艺；预测

随着信息技术的快速发展，液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）以其高清晰度、较好的成像效果、环保省电、轻薄及易携带等优点，被广泛用于电视、电脑、手机等电子产品中[1]。随着产品的更新换代，大量以液晶屏为输出设备的电子产品遭到淘汰，对其资源化、无害化处理变得尤为迫切。随着CRT显示器需求量的下降，液晶显示器的出货量将进一步增长，据预测，到2016年LCD的全球出货量可达到255×106台[2]。

根据资料可知[3]，液晶显示器主要由塑料外框、玻璃面板以及背光模组等主要部件构成，其中玻璃面板为核心部件之一，其中所含有的液晶和铟锡氧化物（ITO）是无害化和资源化的重点。液晶由于其优良的光电性能成为液晶显示屏中必不可少的材料，但由于液晶为高分子材料，泄露至环境难以生物降解，并且液晶还具有潜在的毒性和致癌性，是涉嫌危害人体健康的物质[4]，是无害化处理的重点之一。由于ITO电极较好的导电、透明性，已成为液晶显示器不可替代的重要组成部分，目前市场上70%的铟用于生产LCD的ITO电极[5]，在对废旧液晶显示设备的无害化、资源化处置过程中，液晶的无害化和稀贵金属铟的资源化处理已成为研究的热门。

1　液晶显示器结构及组成分析

液晶显示器的主要组成部分：前后塑料外壳，显示器件，控制器电路和底座[6]。液晶显示器的核心部件由液晶显示面板和背光源模组组成，液晶显示面板的主要结构包括玻璃基板（彩色滤光片基和薄膜电晶体片基）、彩色滤光膜、ITO膜（印刷电路板）、取向膜（配向膜）、偏光膜，以及液晶、衬垫和封胶材等，如图1所示。背光源模组则是由反射片、导光板、扩散片、棱镜片和背光源组成，背光源多为冷阴极管（CCFL）或发光二极管（LED），如图2所示[6]。

图2背光源模组示意图

经过拆解后的液晶显示器部件中金属、塑料等都可作为废品直接回收，而作为输出单元的液晶显示面板由于含有液晶、ITO等需对其进行无害化后方可再

2　废旧液晶显示器无害化资源化处理方法

相关资料显示，对废旧液晶显示器进行无害化、资源化处理时，主要有以下步骤：拆解[8-10]、液晶回收[11-14]、铟的回收利用[15-18]和玻璃的资源化利用[19-28]等。其中核心技术包括液晶显示器外壳的半自动无害化拆解、液晶的提取、玻璃面板偏光膜、保护膜的分离、稀贵金属铟的提纯和玻璃的资源化。液晶显示器近10多年里在国内取得了快速发展，与液晶显示器回收处理相关的研究也相继开展，相关学者也有专利、文献等探讨了液晶显示器的无害化、资源化回收利用工艺技术。

2.1液晶面板的无害化拆解

陈镱夫[29]研究了一种液晶面板拆解的工艺，该方法通过定位液晶显示器的边缘，对显示器边缘进行裁切，从而实现含液晶的玻璃面板与背光源模组的分离，本发明的特点是运用机械自动化裁边装置，通过对缝隙处的切割，使得显示器不同成分得以分离，由于采用机械化，方便高效，比传统方法节省了近10倍的时间。

郭玉文，刘景洋[30]等提出了一种液晶显示器的拆解工艺，该方法通过在拆解生产线上拆解处理，将液晶显示器拆解成为各个零部件，再将最小化的各器件分类回收。该方法并未给出具体的技术工艺。

清华大学李金惠等[31]在液晶显示器拆解工艺方面的思路为，将液晶显示器送入半密闭拆解台中拆除含荧光灯光管，该装置可防止荧光灯管意外破裂汞蒸气的泄露，通过四边的吸风装置提高汞泄露后的处理能力，在该装置中可拆卸得到金属保护框架等材料和液晶面板。该方法在拆解过程中的污染防控设施较完善，有利于实现液晶显示器的无害化拆解。

上海新金桥环保李英顺等[32]提出一种自动综合拆解废旧液晶显示器的方法，该方法提供一种废液晶显示器自动综合拆解处理系统，拆解后可分离显示器中的各部件，处理过程中二次污染小。

2.2偏光膜的去除

台湾秦文隆[33]采用分段加热方法去除偏光膜，经过不同温度加热，粘附在玻璃表面的高分子膜焦化并脱离玻璃，搓磨后即可去除。该方法所使用的加热方式会产生有害气体，不利于处理过程二次污染防控。

南京大学郑正等[34]研究一种除膜方法，具体为将拆除下的完整的液晶玻璃面板用有机溶剂如丙酮、氯仿、苯、甲苯或二甲苯中等，或用无机酸液，或用碱液浸泡除去偏光膜，其中无机酸液或碱液在50～90℃条件下浸泡，浸泡时间为3～8 h，有机溶剂在常温下浸泡，浸泡至脱去偏光膜为准。所使用的湿法在处理成本上值得考虑，但在处理效率上需进一步提升。

李金惠等[31]在脱膜方面所采取的处理方法为，用热冲击的方法去除偏光膜，具体为先将基板放入高温炉，炉内为真空，在炉膛温度190～250℃的条件下处理，恒温处理5～15 min，对表面呈起泡、脆化状态的液晶玻璃面板，用硬毛刷刷脱。该方法处理过程中虽然不会外排有害气体，但对处理后的偏光片采用毛刷刷脱不利于构成工业自动化生产线。

郭玉文等[35]研究一种除去偏光膜的方法，该方法将废液晶显示器中含有液晶的玻璃基板破碎后，利用惰性气体氮气充当保护气体，加热分解处理，产生的有机气体在高温条件下充分燃烧处理后无害化排放，热分解产生的残渣回收利用。该方法热解和燃烧两步同时进行，避免了处理过程中可能出现的二次污染，但处理成本较高。

王耀斌[36]采用的方法为，借助外部作用力将两层基板分离，撕掉玻璃表面的保护膜，将下层基板浸泡于一定浓度NaOH溶液中，持续浸泡60～130 min，加热至沸腾，同时用光学金相显微镜观察玻璃基板表面，对玻璃基板表面仍有残留的，在常温下用浓度为10%的氢氟酸浸泡8～31 min后即可去除。用该种工艺简单、成本低廉的方法处理得到的干净的玻璃板可作为其他产品的直接原材料。该处理方法对玻璃基板整板处理，以及为处理后的玻璃基板提供了一个好的回收销路。

2.3液晶的回收

秦文隆[33]回收液晶的方法是，将液晶玻璃面板切割分开，放置在不同温度加热炉中，分别通有保护气体加热不同时间，其中第一段加热作用使液晶蒸发成气体，再利用触媒使气体排出。

郑正等[34]提出的一种回收液晶的方法为，对脱去偏光膜的整块玻璃面板用无机酸浸泡后打开两块玻璃面板，用丙酮等有机溶剂洗去液晶，可对含液晶的有机液进行蒸馏，有机溶剂再次利用，液晶焚烧处理。

李金惠等[31]研究一种回收液晶的工艺为，经热冲击预处理的基板玻璃，用锤式破碎机粉碎至5～15 mm碎片，在常温下，用洗洁精作为清洗剂，在20～60 kHz，功率40～80 W的超声条件下，清洗5～15 min，溶解液晶。

格林美公司许开华等[37]研究了一种回收液晶的工艺，将废弃的液晶显示器拆解，再去除偏光片，机械方法打开玻璃基板，在超声波条件下，用有机溶剂搅拌溶解液晶，所使用的有机溶剂为丙酮、乙醚、乙醇中的一种，最后分离得到清洗干净的玻璃片和含液晶的有机溶剂，蒸馏有机溶剂收集液晶。

合肥工业大学王玉琳等[38]研究了一种新型回收液晶工艺，将玻璃基板放置在密闭的萃取器中，通入萃取剂二氧化碳，通过条件控制，使萃取剂二氧化碳达到超临界流体状态，以超临界状态的二氧化碳流体使玻璃基板上的液晶充分溶解，再通过降低压力使溶有液晶的超临界流体进入密闭的分离器，实现气、液体的分离，再分别收集气态的二氧化碳和液态的液晶。

2.4铟的提取

李金惠等[31]用酸液提取铟，具体操作是，将已经清洗干净的玻璃片放入酸液中，所用混酸液为：35%～ 50%浓盐酸（38%，体积分数）、3%～10%浓硝酸（69%，体积分数）和37%～58%水的混合物，酸清洗时间为20～40 min，得到含铟溶液。

秦文隆[33]通过不同处理温度分段加热，使已经脱附的高分子材料碳化，将未燃尽的残渣进行回收。该方法只是将富含铟的粉末进行收集，但并未对铟的分离提纯给出具体的建议。

许开华等[37]通过机械刮磨实现ITO膜与基板的分离，得到含有铟锡氧化物的镀层，处理干净基板用于制取微晶玻璃，得到的镀层与硫酸铁混合后，于500～ 600℃焙烧1～3 h，然后用60～99℃的水浸出，过滤后的滤液用还原剂还原后，用锌粉、铝粉或铁粉置换铟，滤渣用硫酸溶解过滤得到二氧化锡。

长虹电器潘晓勇等[39]运用离子交换树脂实现对铟的回收和提纯，具体方法为，将液晶玻璃面板破碎至粒径范围为20～120目，用硫酸浸玻璃粉末，添加硫酸用量5%～15%（质量分数）的二氧化锰作为催化剂，浸出后的溶液用强酸性阳离子交换树脂柱进行四级以上逆流吸附，达到饱和后用盐酸或硫酸在常温下将树脂浸泡30～50 h，得到富含金属铟离子溶液。再调节pH值，用锌板置换滤液中的铟，置换时间为8～20 h，在锌板表面得到纯度为99%的海绵状粗铟，电解得到纯度达99.99%的纯铟。

上海交通大学许振明等[40]研究的一种工艺所采用的方法是，首先真空热解液晶玻璃面板冷凝后得到其中的有机组分，同时得到其他油气和玻璃板，然后破碎玻璃板，粒径约为1 mm，根据玻璃的质量加入反应物氯化铵，通常按玻璃粉质量50%的比例加入氯化铵，反应得到铟产品，得到的氯化铟纯度达到99%以上，铟回收率达到90%以上。

合肥工业大学刘志峰等[41]采用一种机械方法实现ITO膜与玻璃基板的分离，具体方法为，分离出液晶显示屏后，采取机械手切割将LCD双层基板破开，清洗后得到两块洁净玻璃面板，将玻璃板铟锡氧化层所在面朝上放置在水平传送带上，经过装置磨削轮的下方时，由磨削轮对面板上的膜层进行磨削，使膜层与玻璃基板分离，收集得到膜层膜屑。此发明也只是对含有ITO材料进行收集，而未指出其分离提纯的方法。

潘晓勇等[42]研究了一种铟回收的方法，将除去膜的玻璃面板破碎至5～200 mm的块状玻璃，再用硫酸溶液在25～50℃条件下浸泡2～8 h。将浸泡后的溶液过滤后调节pH值至1.0～2.0，用P204和磺化煤油作为萃取剂离心萃取，再用盐酸反萃，通过活泼金属置换，使铟的回收率可达90%以上。

赵科湘[43]采用一种用树脂螯合的方法回收铟，具体操作为，将液晶玻璃面板粉碎后，用质盐酸、硫酸或硝酸溶液在30～80℃的条件下浸泡40～60 min，浸泡后过滤，调节pH值至1.5～2.5，静置沉淀再次过滤得滤液，用胺基膦酸螯合树脂吸附其中的+3价铟离子，吸附了In3+的胺基膦酸螯合树脂用浓度为2～4 mol/L盐酸溶液进行脱附，得到含3价铟离子的溶液，铟离子的回收率达到90%以上。

3　废旧液晶显示器处理的发展趋势

目前，国内在废旧液晶显示器的回收处理方面取得了积极进展，所采用的处理工艺趋于高效化、自动化、处理成本低、环境效益明显、副产品效益明显等方向发展。

（1）面对日益增多的废弃液晶显示器，高效处理电子废弃物显得尤为重要。当前，研究者开发出的工艺流程在处理效率上做了较多的优化，在某些处理环节的自动化大大加快了废弃物的处理效率。随着人工智能在电子废弃物处理领域的广泛应用，将自动化、半自动化引入液晶显示器处理的工艺流程，液晶显示器的处理效率、效果将得到进一步提升。

（2）工程处理中成本预算对工艺流程的推广起到至关重要的作用。研究者研发的处理设备由于引进或者处理成本过高而不能得到应用，在液晶显示器的处理工艺研发中，研究人员通过成本较低的处理原料，同时对某些原料、试剂可再生循环使用，大大增强了处理设备的竞争力。

（3）运用湿法处理废旧液晶显示器的过程中会产生大量的偏光膜、处理干净的玻璃片或粉末，已有研究者通过利用这些副产品处理加工生产其他材料。如通过对偏光膜水解产酸，将玻璃粉末用于建材的制备等。该方向已引起了研究者的注意。

4　结语

国内液晶显示器产业发展目前已走向成熟阶段，相应的废弃液晶显示器的处理研究也取得了长足进展。面对液晶显示器危害性与资源性的双重属性，将废弃液晶显示器对环境、对人体的危害有效控制，同时对其资源进行充分挖掘产生可观的经济效益，实现三大效益的有机统一，对国内废旧液晶显示器回收处理的发展意义重大。

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中图分类号：X705

文献标志码：A

文章编号：1674-0912（2016）02-0030-05

基金项目：广东省战略新兴产业项目（2012A032300017）；国家自然基金项目（51474146）；上海市自然基金项目（14ZR1416900）；校重点学科建设项目（XXKYS1404）；校研究生基金项目（A30NH1513016）

作者简介：程成（1991-），男，安徽人，硕士研究生，研究方向：固体废物资源化。次回收利用。据研究，液晶作为面板必不可少的材料，灌注在两块玻璃基板缝隙间，通过封胶密封防止外泄。液晶填充在玻璃基板间的厚度约在0.5～0.6 mm，用量基本在0.6 mg/cm2，其质量约占整个液晶面板的0.25%[7]。由于各个厂家生产液晶的规格并非统一标准，资源化后回收的液晶经过检测，难以再次作为液晶显示器的生产原料，但其性能可满足较为低端的电子产品的要求。ITO由于其极佳的导电性和透明性，广泛应用于液晶显示器的生产，全球约70%的铟都用于生产ITO，铟已成为液晶显示器中不可或缺的元素，液晶显示器中，铟含量高于0.03%，业界认为，铟含量高于0.002%的原料就具有较好回收价值[5]。作为液晶盒主要组成的两块玻璃基板约占液晶盒质量的99%以上，平均质量约为380 g，该种玻璃的主要去向主要为通过添加剂用于建筑材料的生产，如防火墙等，或用于工程填充材料，在该方向都有很多工程应用实例。

收稿日期（2016－01－11）

Analysis on the treatment situation of waste LCDs in China

CHENG Cheng1，2，WANG Pengcheng1，HAN Wensheng1，ZHANG Chenglong2，BAI Jianfeng2，WANG Jingwei2
（1.China National Electric Apparatus Institute,Guangzhou 510275,China；2.Shanghai Collaborative Innovation Centre for WEEE Recycling Shanghai Second Politechnic University,Shanghai 201209,China）

Abstract:According to the research on the treatment technologies of waste LCDs(Liquid Crystal Displays),this paper analyses the advantages and shortcomings among different methods,then forecasts the tendency of the treatment ways on waste LCDs.

Keywords:waste LCD;disposing methods;forecast