从废液晶显示器中回收铟

回收废旧液晶显示器中的铟摘要作为位于元素周期表第三主族最广泛运用的元素，铟因为它自身的半导性和光电性能吸引了越来越多的关注。随着铟矿的减少；作为一种次级资源，大量的废LCD开始被有意识的收集起来。ITO薄材作为液晶显示器中的主要功能片段，它的消耗占到了世界铟产品的70%以上。因此，回收废旧液晶显示器中的铟是很有必要的。为了妥善的从废旧电子电器的液晶显示器中回收铟，我们已经对此进行了一系列的研究。在本文中，介绍了铟的主要特性以及废液晶显示器的废弃物管理状况，并且重点关注了铟回收再利用的高新技术。此外，对一些联合回收工序，我们也作出了评估。更甚，在已有的工艺技术基础上，对有发展前景的技术和在废液晶显示器整个处理工艺的提高上也给出了一些建议。关键词：回收、铟、废液晶显示屏目录1、绪论----------------------------------------------------------------------------------------------------2、从废旧LCD中提取铟的工艺---------------------------------------------------------------2.1、废LCD的预处理-------------------------------------------------------------------------2.1.1、拆解--------------------------------------------------------------------------------2.1.2、废液晶板预处理----------------------------------------------------------------2.1.3、破碎--------------------------------------------------------------------------------2.2、从ITO玻璃种浸出铟-------------------------------------------------------------------2.3、铟的分离-----------------------------------------------------------------------------------2.3.1、真空氯化分离-------------------------------------------------------------------2.3.2、真空碳化还原-------------------------------------------------------------------2.3.3、溶剂提取分离-------------------------------------------------------------------2.3.4、交换树脂分离-------------------------------------------------------------------2.3.5、生物冶金--------------------------------------------------------------------------3、废旧LCD中回收铟的联合工艺的典型案例---------------------------------------3.1、真空高温分解和真空氯化相联合-------------------------------------------------3.2、利用活性金属酸置换精炼的非破碎性浸出的预处理工艺-----------------3.3、夏普公司关于液晶面板中铟回收的典例----------------------------------------4、结论与展望----------------------------------------------------------------------------------------致谢------------------------------------------------------------------------------------------------引用------------------------------------------------------------------------------------------------1、绪论铟作为元素周期表中第三主族的稀有金属之一，通常都被用来人工合成各种具有优良的半导性和光电性能的复合物。因此，铟在高新技术领域得到了广泛使用。尤其是，大约70%的铟被用来生产ITO靶材，ITO靶材是一种由质量比9:1的三氧化二铟和二氧化锡组成的铟-锡合金。透明的ITO靶材作为LCD中一种重要的未加工材料被应用于计算机、笔记本电脑、手机、电视等电子电气设备。如今，铟作为一种战略性资源，被欧盟委员会归类于一种关键资源。同时，美国在二十世纪九十年代开始将铟作为国家战略储备并停止生产，事实上，作为一种相当有限的资源，据估计世界地表铟储备是16000吨，此外在地壳中还有少量的铟，但仅有50-200磅，只有黄金储量的六分之一。事实上，铟没有自己独有的矿石，它主要来自于生产铅、锌的副产品。闪锌矿和黄铜矿是两种常见的铟矿石来源，铟的浓度仅仅只在10-20毫克/千克。此外，如图一所示，铟主要分布在中国、俄罗斯和加拿大。如图2所示，中国是铟的主要产地之一，日本、加拿大、韩国等国也有相对较少的产出。随着中国铟冶金技术的高速发展，在近些年里中国占据了全球铟消费总量一半以上的供应。然而，由于缺少铟矿石资源，日本利用二次铟资源生产了大量的铟。在近几年有数百万的LCD电子设备被生产并销售。这就导致了铟消费的大幅度增长。与此同时，也给铟的储备带来了一定的挑战。因此，在最近几年，铟金属市场呈现出供不应求的态势。铟矿石的提取精炼技术已经得到了良好的发展，其中不乏通过酸浸、溶剂提取、活性金属置换以及电解精炼来生产高纯度的铟。当下，为减轻自然资源的消耗，从次级资源中回收铟的方法变得尤为重要。此外，如图三，通过回收一些含铟废品来实现铟的循环利用。现在有大约一半的铟来自于次级资源。废弃ITO靶材就是最有发展前景的次级资源之一，并已经被广泛研究。因为大约70%的ITO在磁控溅射过程中被废弃。此外，铟的其他放置在设备中的潜在二级资源，诸如蚀刻废料都被回收利用。然而，LCD面板中的含铟并没有得到回收。据金属学报显示，去年铟的价格相比2014年上升的26%。不幸的是，基于数据分析报告的显示，以目前铟的消费量，地壳中的铟储备将在2025年耗尽。由于铟的短缺和价格上涨，开发从废弃LCD中回收铟的技术势在必行。近来，LCD以其体积小、质量高等优势占据了显示器市场的大部分份额。自2010年以来，全球每年平均有超过两亿的液晶电视出售。统计数据显示，平板电脑和笔记本电脑的销售量与电视相仿。而液晶电视的平均寿命是三到五年，电脑和手机的使用寿命甚至更短。不难预见，冗余的废弃液晶显示器将成为主要的废弃电子电器。液晶显示器可以分为几个部分组成。如图四，包括其主要功能部分-LCD面板、印刷电路板、背光灯以及金属边框。事实上，在这些液晶显示器的组件当中有一些有害物质，例如：冷阴极荧光灯中的汞在早些时候就作为光源应用于LCD。此外，它还包含10-25种有机化合物，如：联苯、环己烷和氰氟化合物、溴、氯，等等。据报道，其中部分物质有害人体健康。应对LCD面板中的高浓度铟予以更多的关注。因此，没有进行适当处理而丢弃的废旧LCD会对人类健康和环境造成重大威胁。而对液晶显示器的常规处理办法就是焚烧或者填埋。而这两种方法都没有考虑到这些难以生物降解的污染物会排放到大气中，导致温室效应和第二类水污染。因此，应采取适当的方法液晶电子设备组件中所包含的有害物资，并有效的提取其中有价值的材料。自2000年以来，陆续开展了一系列废弃LCD的相关处理研究，主要针对安全处理和回收有价材料方面，例如玻璃衬底中有85wt%的LCD板材，而且液晶十分昂贵并具有一定的危险性。然而，现今并没有铟回收的进一步研究。与此同时。一些大型的LCD设备生产商开始探索回收LCD中的铟，但是，从工厂的实地考察来看，欧洲并没有建立起系统的LCD铟回收。事实上，一项联合国环境规划署的调查表明废弃LCD中铟的回收率不足1%。一方面，废LCD与含铟矿石相比是一种潜在的资源。作为铟最重要的载体矿物，铟在闪锌矿中的含量在1ppm-100ppm，而在LCD中却达到了250ppm。据报道，未加工材料中的铟含量在0.002%，通常情况下LCD中的铟含量超过了0.003%。另一方面，LCD中铟内含物的环境影响也要考虑到。LCD中的微溶ITO排放物会引发细胞毒性甚至间质肺损伤的风险。随后，据报道，ITO在某些情况下可能导致肺部疾病和癌症。随着大量液晶电子设备的出现以及全球性铟矿的稀缺，废弃LCD中铟的回收变得物超所值。2、从废弃液晶显示器中回收铟的工艺流程近些年一些研究者试图设计出从废弃液晶显示器中回收铟的工艺，我们对一些典型的铟单一回收途径进行了综述，并在图5中作出展示。首先，作为回收铟的原材料，我们采用拆除破碎、热解、电解等多种预处理工艺对ITO玻璃进行分解；然后，利用酸将铟从ITO玻璃中溶解出来；最后利用不同的物理手段来去除各种杂质。例如，高温分解ITO玻璃的主要残留物，一般采用真空氯化提纯法获得高纯度的氯化铟。此外，在酸浸之后，进行溶剂萃取、均匀的液液萃取。阴离子交换树脂能够有效的分离杂质元素并净化铟。2.1废弃液晶显示器的预处理以废液晶显示屏回收铟的工艺中，想得到纯净的ITO玻璃原料，预处理是不可或缺的一个环节。首先，废液晶显示器需要破碎塑料外壳，并拆除背光源来得到液晶面板。此外，一些老的液晶显示器所采用的CCFL代替LED（光发射二极管）作为光源。拆除CCFL应在密封环境中进行以避免汞泄露。2.1.1拆解作为回收过程中不可缺少的一部分，拆除不仅要将荧光灯等有害成分进行选择性分离，也需要将高质量的有价材料回收，例如印刷电路板。此外，这对于不同的组件的重用很方便。虽然液晶显示器可以应用于不同类型的电子设备，包括电视，手机和电脑，根据上述分析，拆除过程中，包括拆除危险元件和分离不同类型的有价材料，而方法可以简单地分为手动和机械。这两种针对已经显示器回收处理的拆解方法都已经投入使用。从废LCD面板回收有用成分，效率显示，手工拆解优于拆除用机械的方法。此外，人工处理的回收率为90%以上的金属，而机械处理的回收率不到10%。拆卸方法也应进行评估，在价格和效率方面在行业中的应用前景。相比手工拆解，机械拆解有多种方式，例如：圆锯、水射流切割和激光切割。据报道，手动拆除获得一个更好的结果时，采取的平均成本/项目和回收组件的质量也要考虑进去。回收废弃液晶显示器中铟的进一步广泛应用，自动拆解也应得到鼓励。事实上，当前仍没有有效经济的自动化大规模生产回收大批量的液晶显示器。虽然在欧洲的一些公司声称已经开始自动拆解系统的实际运用，但目前相关工艺的效率数据尚未公布。因此，从经济成本和质量评估的方面考虑，拆解液晶显示器的最佳处理方法仍是手动拆解。2.1.2.废旧液晶屏预处理拆除后，背光将完全消除。如图4所示，其余液晶面板的夹层结构组成玻璃分两种不同策略覆盖ITO薄膜在玻璃和偏光镜外层之间的液晶。一个有效的解放和ITO玻璃尺寸还原法也是一个重要的预处理步骤涉及拆除偏光镜和液晶，为了获得ITO玻璃作为后续原料回收铟。最终的处理方法是多种多样的，如热解或物理联合处理或机械处理法以及电分解来得到ITO玻璃作为后续工艺原料。2.1.2.1、热解。对焚烧等传统治疗的基础上，一些学者研究了热解似乎是消除有机材料的一种有效方法。在得到的残渣的主要成分