废旧液晶屏再利用研究进展

邓梅玲，李笑芝，曾静，杜彬，胡嘉琦

（1. 中国电器科学研究院股份有限公司，广东广州 510300；2. 合肥工业大学，安徽合肥 230009）

电子信息技术产业作为世界上发展最快的产业之一，在人类社会的发展和文明的进步方面做了巨大的贡献。但随着电子产品更新换代的速度越来越快，电子废弃物的数量也急剧增长。联合国2020年7月发布的《2020年全球电子废弃物监测》报告[1]显示，2019年全球共产生5 360 万t 的电子废弃物，达到人均7.3 kg，5年内增长了21%。报告预测，到2030年全球电子废弃物将达到7 400 万t。2019年间仅有17.4%的电子垃圾被有效回收，其余部分均直接采取非法倾倒或转移，进入垃圾焚烧厂、垃圾填埋场等粗暴式处置。其中占比较大的电视、电脑、智能手机等都属于液晶产品。以手机为例，在信息爆炸的今天，智能手机已经成为人们不可或缺的消费品，尽管手机的技术使用寿命约有10年，但由于大量消费者频繁更换手机，导致手机的实际使用寿命大大降低，只有1～2年[2]。

一方面，废旧液晶屏中含有有害的液晶和重金属，若直接填埋处理会造成严重的土壤污染，甚至危害人类健康；另一方面，废旧液晶屏中含有高价值金属铟等可用资源[3]。近些年来，废旧液晶屏所带来的能源、资源和环境的矛盾日益突出，对其进行回收的必要性和再利用的价值也日益显露，废旧液晶屏的再利用可以达到环保和经济的双重效果[4]。为此国内外学者对废旧液晶屏的再利用工艺展开广泛研究。

1 废旧液晶屏中的可再利用资源及回收前预处理

液晶屏主要由液晶、稀贵金属铟、玻璃基板和偏光片等重要材料组成。液晶是LCD 面板中必不可少的材料，存在于两块ITO 玻璃之间，厚度约为0.5～0.6 mm，浓度为0.6 mg/cm2左右，约占液晶面板质量的0.25%[5]；金属铟属于稀缺资源，由此许多国家把铟作为重要的战略资源进行储藏；玻璃基板大多使用高品质无碱硼硅玻璃, 这种玻璃具有较强的的热稳定性和化学稳定性，具有较好的热膨胀系数、轻薄化和强度等性能[6]，有较高的回收价值。此外，偏光片是一种有机材料，正常条件下很难自然降解，如果不能有效处理也会导致严重的环境污染。

鉴于大部分废旧液晶屏来自于市场上淘汰的液晶电视、液晶电脑、平板电脑、智能手机以及企业生产的液晶面板次品，因此一些废旧液晶屏具有完好的功能和结构，其回收再利用前必须经过预处理，包括分类、拆解、破碎等。对于一些结构及功能无损的液晶屏可以进行降级重用，Sawanishi 等[7]通过实验表明如果能有效地收集废旧手机，集中进行人工拆卸后出售回收的部件或产品，液晶屏的重用是有利可图的。而对于一些无法整体重用的液晶屏，只能通过资源回收来达到再利用的目的。Ferella 等[8]在废旧液晶屏的再利用处理前，制定了拆装工艺流程，确定了最佳拆装工艺及其顺序。并研究了铟、玻璃和有机材料的不同回收方式。Zhang 等[9]为实现废旧液晶面板的高效、环保回收，提出了一套完整的工艺流程，对废旧液晶面板中的偏光片、玻璃基片、液晶和金属铟等有价值材料进行分离回收。

2 废旧液晶屏资源再利用研究现状

2.1 玻璃基板再利用

废旧液晶屏的玻璃基板经过拆解、破碎或清洗分离等工艺处理后，再利用途径良多。不仅可以直接重用，加工后还可用于建筑材料、锂电池材料等。许振明等[10]对含铟玻璃基板进行破碎处理，使破碎玻璃粉径小于1.00 mm。孙媛媛等[11]对含树脂黑色矩阵膜的上层玻璃基板直接用10%的氢氧化钠溶液加热处理可得到干净的玻璃基板，对含铬黑矩阵膜的玻璃基板先用15%的氢氧化钠溶液加热处理去除偏光片，再用10%的氢氟酸浸泡处理去除金属镀膜和TFT 电极等，可以较快得到干净的玻璃基板。王玉琳等[12]在碱性溶液或酸性溶液的作用下，辅助以超声振动，可得到干净无损的玻璃基板。

2.2 偏光片再利用

偏光片是液晶屏中最重要的功能薄膜之一，主要由三醋酸纤维素（CTA）和聚乙烯醇（PVA）组成。它一般通过胶粘剂粘接、热压等方式与玻璃基板结合，去除以偏光片为主的有机材料是废旧液晶屏再资源化利用的前置条件[13]。若直接采用焚烧方式处理不仅会造成资源浪费，还会产生环境污染。多数研究者直接采用有机溶剂浸泡或机械剥离的方式去除，聂耳等[14]在实验室条件下比较了5 种不同有机溶剂对偏光片去除的影响，结果表明丙酮溶液的去除效果最佳。刘志峰等[15]利用物理磨削的方法实现液晶屏玻璃基板与偏光片的分离，随后对磨屑进行收集并采用丙酮溶液进一步处理，实现了玻璃基板与偏光片的有效分离。Li 等[16]通过热冲击方法使偏光片软化，并通过手工剥离的方式去除，文中提到在230～240 ℃时效果较好且不会产生有害气体。但这浸泡法和机械剥离只做到了去除偏光片，不能对其再利用。目前，直接对偏光片的再资源化方法主要集中在高温热解和水热降解等方面。Wang等[17]采用热解工艺去除废弃液晶屏的偏光片，并对热解产物中的有价物质乙酸和磷酸三苯酯（TPP）进行分离和回收。白岚等[18]、Zhuang 等[19]采用水热处理技术回收液晶屏中的偏光片，在水热条件下生产乙酸，研究了反应温度、反应时间和过氧化氢供给量对乙酸产率的影响。

2.3 液晶再利用

液晶面板中的液晶是包含多种化学成分的混合物，通常有10～25 种化合物，由苯、氰基、氟、酯、环己基等芳香型聚合物组成[20]。在世界范围内，大约500 t/a的液晶被用于生产LCD 面板。它的需求量惊人，具有潜在的毒性，如果处理不当，会造成严重的环境污染。因此，如何无害化处理或集中回收再利用市场上大量废旧液晶屏中的液晶变得尤为迫切。目前的液晶回收处理方法主要有有机溶剂提取法、热解法和超临界流体萃取法。

在有机溶剂提取回收液晶方面，郑剑平[21]总结了有机溶剂的种类及其沸点、不挥发物含量等特性，提出了利用多套功能独立的回收系统，进行溶剂差异化再生的思路和方法，实现有机溶剂的再生循环，提高有机溶剂提取液晶的经济效益。

在热解法回收液晶方面，王瑞雪等[22]研究分析了热解温度、氮气流量及固相停留时间对液晶去除率的影响，以实现在最优条件下达到废旧液晶屏中液晶材料的无害化处理。Chen 等[23]采用真空热解法从废弃液晶屏中去除液晶，真空环境促进了热解过程中产物的挥发和内部扩散，从而减弱了再聚合的二次反应。因此，真空热解可能消耗更少的能量，所获得的液晶更为纯净。

在超临界流体萃取法回收液晶方面，Zhu 等[24]提出了利用超临界CO2流体技术从高价值的废弃液晶屏中回收液晶的方法。结果表明，超临界二氧化碳流体技术可使液晶回收率达到90%，液晶纯度高、回收率高。

2.4 金属铟再利用

铟不仅是所有工业发达国家的能源科技关键金属，而且对绿色能源和低碳经济至关重要。废弃液晶屏中回收铟的工艺有萃取法、真空氯化分离和真空碳还原等方法[3]。

在萃取法方面，氧化铟锡浸出中使用的盐酸、硝酸和硫酸的浓度会影响铟和锡的选择性提取。使用合适的酸的比例和浓度以及足够的提取时间可以最大化铟的回收率[25]。Gabriel 等[26]在4 mol/L HNO3，60 ℃，4 h的条件下，铟的萃取率可达87%，在6 mol/L HCl，60 ℃，4 h 的条件下，铟的萃取率可达99.3%，在0.5 mol/L H2SO4，无加热，2 h 的条件下，铟的萃取率可达98.2%。Song 等[27]采用简单的酸浸和两步电沉积法分离铟，在1 mol/L H2SO4，70 ℃，1 h 条件下，铟的回收率达到99.25%，对浸出溶液进行两步电沉积，铟的沉积纯度超过99%。

在真空碳还原法方面，He 等[28]在1 223 k，1 Pa，加炭量为30%，且反应时间为0.5 h 条件下，铟转化率可达90%。王燕萍等[29]将热解炭作为还原剂回收玻璃基板中的铟，在1 208 K，1 Pa，加炭量40%，且反应时间0.5 h 的条件下，铟转化率可达99.63%。

在真空氯化分离法方面，马恩等[30]在400 ℃，10 min，粗真空（0.09 MPa）和足够的NH4Cl 条件下，回收了纯氯化铟，铟的回收率为98.02%，氯化铟的纯度为99.50%。Zhang 等[31]将PVC 中的Cl 与LCD 中的铟结合，主要以InCl3的形式再生，在优化条件下，铟的回收率超过98%。

3 分析与讨论

主要以液晶屏各有价资源再利用的相关文献为基础，对国内液晶屏再利用的研究现状进行系统的综述，分别以废旧液晶屏的各有价资源为主题，从偏光片再利用、液晶再利用、玻璃基板再利用、金属铟再利用等方面进行了分类阐述。涉及文献的梳理统计如表1所示。

表1 废旧液晶屏有价资源再利用文献分类

由表1 可以看出废旧液晶屏再利用研究的相关成果较为丰富，一些方法已经在相关企业得到了较为广泛的应用。目前废旧液晶屏处理围绕分类回收、处理有价值材料展开，按照“先去除有机材料，再回收资源”的处理理念，进行有机物、玻璃和金属材料的资源回收。液晶屏产品的全生命周期再利用流程如图1 所示。

图1 液晶屏产品的再利用流程

随着人们环境保护和资源节约意识的不断加强，对废旧液晶屏再利用处理技术提出了更高的要求。目前的再利用技术主要存在以下不足。

3.1 市场上的液晶屏产品多种多样，回收的废旧液晶屏尺寸种类繁多，所以废旧液晶屏回收前的预处理多以人工处理为主，可以从智能化、自动化角度加以改进，按尺寸、型号、产品类型等区分开来，剔除有毒、有害组件和回收高值组件。

3.2 目前对废旧液晶屏中单个有价资源的回收工艺流程已较为成熟，但对整个废旧液晶屏中多种有价资源的回收还不够完善，工艺流程较为复杂。所以需要建立完整的液晶屏有价资源的回收再利用总体流程并简化工艺步骤，形成废旧液晶屏有价资源的精细化回收和高值化利用体系适应不同类型的液晶屏，为实现废旧液晶屏回收大规模、产业化发展奠定基础。

3.3 随着研究的不断深入，废旧液晶屏不同有价组件的回收工艺越来越多，但多数处于实验室理论阶段，如何将这些理论转化为生产力，就需要一套科学客观的评价方法来界定这些工艺流程是否具有实际应用价值。例如，从经济因素、环境因素、社会因素三方面建立废旧液晶屏回收工艺的评价指标体系，对不同的回收工艺进行综合评价。