TFT-LCD废弃面板的资源化处理

李华琳，刘海龙，李文龙，张文富，张然，齐勤瑞

TFT-LCD废弃面板的资源化处理

李华琳，刘海龙，李文龙，张文富，张然，齐勤瑞

（北京京东方显示技术有限公司，北京 100176）

针对目前TFT-LCD行业生产过程中产生大量的电子垃圾，且在处理过程中普遍存在附加值低的问题，综述了当前TFT-LCD行业中废弃面板的资源化处理进展，详述了偏光片的去除工艺、液晶的去除工艺、ITO膜的资源化处理和玻璃基板的资源化利用，并且分析了各个工艺的优势与不足。分析发现，当前大多处理工艺存在成本高、附加值低、易造成污染等问题，处理过程中，可依据废弃物的实际状态综合分析，科学选择适当的工艺进行资源化处理。

废弃面板；资源化处理；ITO膜；玻璃基板

薄膜晶体管液晶显示器（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，简称TFT-LCD）已成为彩色平板显示领域中的主流，而中国是液晶显示屏的消费大国和生产大国，早在2015年，中国液晶产品的销售份额就已远超西欧和北美，在全球液晶市场中独占鳌头。随着科学技术的不断进步与创新，电子产品更新换代加快，势必会造成大量的废弃电子产品被丢弃；另外，中国液晶屏的生产已逐步趋向于大尺寸化和大体量化，由于原材料或设备技术等种种原因，目前产品合格率还难以达到100%[1]。

据不完全统计，全球每年会产生约5亿多吨的电子垃圾，而4亿多吨将被运输到亚洲，其中的90%又会被运输到中国进行处理，如此多的电子垃圾，液晶显示屏是其主要组成部分[2]。由此可知，对废弃液晶面板进行资源化处理不仅是一种环境友好型行为，也是达成经济效益与社会效益的必由之路，意义重大。

本文调研了目前TFT-LCD行业中废弃面板的资源化处理进展，并且分别对组成面板的偏光片、液晶、ITO膜和玻璃基板的资源化处理及利用进行了分析，以期为TFT-LCD行业进行电子垃圾处理时提供参考。

1 偏光片的去除工艺

偏光片作为TFT-LCD液晶显示面板的重要组件之一，其是由偏光膜和保护膜构成的一种复合膜[3]。偏光膜是由高聚物聚乙烯醇（PVA）作为基材，这种基板具有一定吸附性，与碘或一些具有二向色性的染料发生吸附构成该偏光膜；保护膜主要由三醋酸纤维素（TAC）构成[4]。

孙媛媛等[5]分别采用10%和15%的氢氧化钠溶液对基板进行浸泡处理，去除偏光片，借助10%的氢氟酸去除TFT电极和金属镀膜等，最终得到干净的基板。此法成本较低且工艺简单，但不可避免地会产生化学药剂的二次污染问题。刘志峰等[6]针对玻璃基板的资源化回收发明了特定的装置与技术方法，该方法是采用一种磨削装置将玻璃基板与膜层实现分离，并对磨屑进行收集，分离下来的玻璃基片分别经过粉碎、化学药剂浸泡、离心等操作，最终实现了偏光片的分离与回收。该方法成本较高，实现应用还有待进一步研究。LI等[7]基于以上研究，提出采用热冲击法对偏光膜进行分离，并最终确定工艺温度应保持在230～240 ℃。该方法不可避免会产生废气，需要增加后续废气处理工序。

2 液晶的去除工艺

液晶多为各种有机物的混合物，如苯、氰基、氟、酯、环己基等芳香族聚合物，多具有毒性。随着TFT-LCD行业的迅猛发展，液晶需求量与日俱增，2019年仅中国大陆地区液晶需求量已上升至266 t，占全球总需求量的40%[8]。如此庞大体量的液晶，如果没有对废弃液晶面板中的液晶进行有效处理，势必会对地下水与土壤造成严重的污染与资源浪费，液晶的资源化处理具有极大的经济意义与环保意义。

目前国内多采用丙酮对液晶基板进行浸泡处理，待丙酮溶解液晶后，利用该二组分沸点差进行蒸馏分离，分离后的液晶再采用焚烧处理。此法操作简单，但焚烧过程中会产生CO、CO2、多环芳烃、二噁英、CH4和C2H6等具有毒性的污染性气体，直接排放势必造成污染，需增加烟气处理装置。

王玉琳等[9]采用萃取技术，将液晶基板置于萃取器中，以CO2作为萃取剂，CO2以超临界状态的流体形式对液晶进行溶解，通过压力控制分别对气态CO2和液态的液晶进行回收。该方法可实现对液晶和萃取剂的高效分离与回收，且无污染，但对设备要求较高，具体实现工业化应用还有待进一步研究。

3 ITO膜的资源化处理

ITO（氧化铟锡）是一种N型半导体材料，由于具有高导电率、高可见光透过率，同时机械硬度和化学稳定性优良的特点，因此成为液晶显示面板中最常用的薄膜材料，也是关键材料之一。

ITO由90%的In2O3和10%的SnO2构成，废弃液晶面板的ITO膜中最具回收价值的当属金属铟（In），其在LCD中的占比约0.3‰[10]。由于金属In的全球储备量极其有限，约占黄金储备量的1/6，因此，TFT-LCD行业中废弃液晶面板中ITO膜的资源化处理前瞻性巨大。

郭玉文[11]对ITO的回收采用了热处理方法，首先将基板进行拆解，分解出液晶面板，对其采取机械破碎，破碎至一定粒度的粉末后，置于密闭环境中引入氮气并加热处理，使其分解，对加热过程中产生的气体进行燃烧排放，剩余的残渣即为ITO残渣，对之进行回收。此法工艺简单，但对ITO尚未进行根本性回收，仍需要后续工序继续进行。

LI等[7]提出采用酸溶解法（体积比，浓HCl∶浓HNO3∶ H2O=38∶4∶58）对ITO进行溶解20～40 min，最终得到铟离子溶液。

村谷利明等[12]发明了一种回收ITO膜中金属铟的装置，并对回收方法进行了阐述。该发明同样先将基板破碎至粒径小于10 mm的碎屑，采用酸溶液对ITO进行充分溶解，溶解液置于反应器中，利用金属铟的析出原理，向反应器内添加粒径大于10 mm的金属粒子，该粒子的离子化倾向性务必大于铟粒子；待金属粒子表面析出金属铟或铟的合金时，采用剥离设备将其剥离实现回收。

综上所述，酸溶液溶解法是目前分离ITO广泛使用且高效的方法，由于所涉及的强酸体系大多具有高挥发性、强腐蚀性与吸入性危害，具体应用时不可避免地存在潜在危险。

4 玻璃基板的资源化利用

TFT-LCD行业所使用的玻璃基板，其材质多为中性硼硅和无碱硅酸铝，热膨胀系数小，高耐热性，化学稳定性高。因此，该玻璃基板的回收利用有别于传统的玻璃，方向多为加工资源化，如生产水泥、瓷砖以及混凝土时，采取添加20%～30%的废弃玻璃基板，可以有效提高该种材料的各项建筑性能。

JEON等[13]向水泥中添加了10%的玻璃基板粉末与1%的Ca（OH）2后，水泥的抗压强度、剪切强度、开裂弯矩与断裂弯矩等物理特性均有明显提高，但成分中玻璃基板的占有率低，难以消耗掉体量庞大的废弃玻璃基板，附加值低。

郭宏伟等[14]采用碳酸钙、硼砂、高锰酸钾和玻璃基板同时进行粉磨，装入模具后烧制成全新的泡沫玻璃，该方法中玻璃基板成分占比达到了80%，但能耗较大且粉尘较多，对环境构成了威胁。

国立台湾大学LIU等[15]将质量比为1∶1的玻璃基板粉末与氟化钙混合，随后将混合物在1 200 ℃的高温环境下融合60 min，最后对该种材料进行孔隙率、吸水率、稳固性等建筑材料指标测评，结果均满足美国材料实验协会的标准。

5 结语

TFT-LCD废弃面板中可实现资源化处理的部分主要包括偏光片、液晶、ITO膜与。偏光片的去除工艺当中，以化学溶液浸泡法最为便捷高效。液晶的去除工艺中，国内多采用丙酮浸泡法与蒸馏法组合工艺，CO2超临界状态萃取法可实现液晶与萃取剂的高效分离与回收，且无污染。ITO膜的资源化处理主要包括热处理法与强酸溶解法，最终可实现稀散金属铟的高效提纯。玻璃基板因其固有的特性，被广泛应用于各种建筑材料。实际处理过程中，可依据废弃物的实际状态综合分析，科学选择适当的工艺处理，力求兼具无害化与资源化。

［1］张宇平.废弃电器电子产品处理过程中的重要问题［J］.市场，2010（8）：20-22.

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X76

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.038

2095－6835（2019）20－0090－02

李华琳（1989—），男，河北廊坊人，硕士学位，工程师，从事液晶面板行业生产制造与技术探究工作。

〔编辑：严丽琴〕