液晶显示器主要部件再资源化机理和方法研究

摘要

随着IT行业的飞速发展及人们生活水平的不断提高，液晶显示器(LCD)的使用周期越来越短，废弃LCD已成为增长最快的废弃电器电子产品之一。回收液晶显示器时需要重点考虑LCD面板和印刷电路板(PCB)，其余的部件如框架和基座等均为金属或塑料构件，可以作为材料进行分类回收。LCD面板中含有高价值的液晶材料、稀贵金属铟以及高品质的ITO（Indium-Tin Oxide，铟-锡氧化物）玻璃等。液晶显示器的PCB板中含有Pb、Hg、Cr、Cd等损害人类健康的重金属，以及多溴联苯醚、多溴联苯和多氯联苯等有毒、有害物质;但是，液晶显示器的PCB板中还含有一些功能完好的电子元件，以及多种稀贵金属如Au、Ag、Pd和贵金属Sn、Cu等。如果液晶显示器废弃之后不能得到有效回收，必将造成土壤与地下水的严重污染和资源的极大浪费。因此，寻求适当的方法回收废弃液晶显示器中的可用材料并有效处理其有毒有害成分，对于发展循环经济、保护环境意义重大。
　　本文在对国内外废弃液晶显示器回收技术进行分析与总结的基础上，在国家自然科学基金面上项目和“十二五”国家科技支撑计划项目的支持下，重点研究了废弃液晶显示器中的主要部件LCD面板和PCB板的再资源化机理和方法。论文的主要研究工作如下:
　　1)研究了液晶材料的回收机理，提出了一种“超声波辅助烃类有机溶剂溶解液晶屏、膜过滤、低温减压蒸馏”的回收方法，并对回收液晶进行了光电性能检测和相变分析，对其潜在的利用价值进行了评估。结果表明，该方法的液晶回收率可达74％，回收物液晶特性明显，可满足标准AM-LCD显示的参数要求。
　　2)针对提取液晶之后的ITO玻璃，研究了金属铟的回收机理和提取方法以及玻璃基板的再资源化方法。首先用氢氟酸溶液浸泡ITO玻璃得到富铟溶液和经过表面除杂的玻璃基板，然后将富铟溶液蒸发、浓缩得到富铟物，最后将富铟物用硫酸溶解并通过铝片置换得到海绵铟，再用氢氧化钠熔铸、提纯后得到单质铟。玻璃基板作为配合料进行再生玻璃制样，并对再生玻璃进行了性能检测，为不含铟玻璃的资源化重用提供了实验数据。
　　3)为了实现废弃液晶显示器中PCB板上电子元件的高效、绿色拆解，首先对PCB板上电子元件的拆解机理进行了研究，结合元件拆解实验确定了最小拆解力的阈值;然后设计了PCB板电子元件的自动拆解装备，实现了拆解过程的自动化;并对拆解装备的机械系统进行了动力学仿真，为拆解装备关键部件选型提供了技术支持;还研究了PCB板在热拆解过程所产生气体排放物的主要成分，提出了一种综合治理气体排放物的方法，为PCB板回收过程二次污染的控制提供了实验基础;最后采用自行研制的拆解装备对多种PCB板进行了批量拆解实验。结果表明，该装置使PCB板的拆解操作高效、安全、可靠、节能、环保，而且元件的损坏率低。
　　4)针对PCB光板的资源化问题，研究了破碎后的PCB板金属与非金属混合颗粒物料的高压静电分选技术。对静电分选装置电磁振动给料机的参数进行了优化，保证了给料的平稳性和快速性;对高压静电分选机内部的电场强度分布与接地圆辊电极表面的电场强度分布分别进行了数值模拟，为辊式高压静电分选机的参数设定提供了理论依据;对高压静电场下PCB板颗粒的动力学特性进行了研究，分析了电场强度和接地圆辊转速对物料分选结果的影响;解释了PCB板颗粒产生团聚现象的机理并给出了克服团聚的措施;通过PCB板颗粒的高压静电分选实验对所做的模拟与分析进行了验证，混合物料分选结果达到了预期目的。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．1．1 课题研究的背景

1．1．2 课题研究的意义

1．2 液晶显示器的国内外回收现状

1．2．1 LCD面板的回收现状

1．2．2 PCB板的回收现状

1．3 论文的研究内容与组织结构

1．3．1 论文的选题

1．3．2 论文的研究内容

1．3．3 论文的组织结构

参考文献

第二章 LCD面板高纯度液晶回收方法实验研究

2．1 引言

2．2 溶解液晶所用溶剂的选择

2．3 回收液晶的方法

2．4 回收液晶的性能分析

2．4．1 液晶回收率

2．4．2 回收液晶的相变分析和清亮点温度

2．4．3 光电性能检测

2．4．4 介电常数和折射率各向异性

2．4．5 纯度

2．4．6 回收液晶与纯液晶性能参数对比

2．5 本章小结

参考文献

第三章 LCD面板铟的回收机理及铟和玻璃基板的再资源化研究

3．1 引言

3．2 ITO镀层浸出实现铟的富集

3．3 ITO镀层浸出动力学参数确定

3．3．1 氢氟酸浓度的确定

3．3．2 破碎粒度的确定

3．3．3 浸出温度的确定

3．3．4 搅拌速度与浸出时间的确定

3．4 ITO中铟的浸出机理分析

3．5 LCD面板金属铟及玻璃基板再资源化总体方案

3．6 ITO玻璃中金属铟的再资源化

3．6．1 铟的提取

3．6．2 铟的提纯

3．7 ITO玻璃基板的再资源化与性能测试

3．7．1 ITO玻璃的再资源化

3．7．2 ITO玻璃再生试样的性能测试

3．8 本章小结

参考文献

第四章 PCB板电子元件高效拆解方法与自动拆解装备研究

4．1 引言

4．2 电路板的结构与组成

4．3 电子元件拆解力模型及最小拆解力阈值研究

4．3．1 电子元件拆解模型

4．3．2 电子元件最小拆解力阈值计算

4．3．3 电子元件最小拆解力阈值实验验证

4．4 电子元件热拆解的加热方式和加热方法研究

4．4．1 焊料的加热方式

4．4．2 焊料的加热方法

4．4．3 焊料的加热方法优选

4．5 电子元件自动拆解装备方案及工作原理

4．5．1 自动拆解装备总体方案

4．5．2 自动拆解装备结构布局与工作原理

4．5．3 自动拆解装备控制系统设计

4．5．4 影响电子元件拆除的因素分析

4．6 电子元件自动拆解装备动力学仿真

4．6．1 动力学仿真模型

4．6．2 动力学仿真结果

4．7 电子元件拆解过程气体排放物分析与处理

4．7．1 气体排放物收集与成分检测

4．7．2 气体排放物成分分析

4．7．3 气体排放物成分分析结果

4．7．4 气体排放物治理

4．8 PCB板电子元件拆解结果

4．9 本章小结

参考文献

第五章 PCB板高压静电分选给料机与电场及颗粒动力学研究

5．1 引言

5．2 高压静电分选原理

5．3 PCB板颗粒静电分选装置给料机研究

5．3．1 往复式电磁振动给料机的物理模型

5．3．2 往复式电磁振动给料机的工作原理

5．3．3 往复式电磁振动给料机的数学模型

5．3．4 物料运动状态的判定

5．3．5 电磁振动给料机优化结果

5．4 高压静电分选机内部电场的数值模拟

5．4．1 高压静电分选机内部电场数学模型建立

5．4．2 高压静电分选机内部电场数值模拟计算结果

5．4．3 不同参数条件下电场强度的模拟计算结果分析

5．4．4 电场强度模拟结果

5．5 高压静电场下PCB板颗粒动力学研究

5．5．1 高压静电场下物料颗粒动力学模型

5．5．2 动力学模型求解

5．5．3 动力学分析结果

5．6 PCB板颗粒团聚现象的研究

5．6．1 PCB板颗粒团聚现象产生的机理

5．6．2 PCB板颗粒团聚现象的克服

5．6．3 对分选过程的指导意义

5．7 PCB板颗粒高压静电分选实验

5．7．1 PCB板颗粒物料的准备

5．7．2 电磁振动给料机参数的确定

5．7．3 高压静电分选机参数的确定

5．7．4 高压静电分选实验结果

5．8 本章小结

参考文献

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 创新点

6．3 展望

攻读博士学位期间的学术活动及成果情况