液晶显示器的使用及其使用方法

液晶显示器的使用及其使用方法

本发明涉及液晶显示器(LCD)的使用及其再循环方法。

所生产的LCD的数量和每个显示器的平均显示面积多年以来已 经持续增长。因为LCD最近也已经被用在电视机上，也可以预计在 接下来几年中会有明显的增长率。

尽管最重要的LCD应用，例如在笔记本电脑、监视器和电视机 中的应用，是使用寿命长的产品，但处理或再循环仍起到越来越重要 的作用。在过去通常垃圾电子元件的填埋处理日益地被再循环过程替 代，还特别是考虑到EU标准2002/96/EC“电气和电子设备垃圾” (“WEEE”)，按照该标准，LCD必须被拆除和进行处理或再循环。

对于再循环有三种不同的选择：

1.LCD被拆卸和对于原始产品的单个元件被再利用(例如，液 晶或玻璃的回收和将其用于新的LCD生产)。

2.LCD被拆卸且单个元件被用在其它的产业或其它的产品中。

3.LCD的单个元件，最好是拆除的元件进行热回收。在这种情 况下，例如塑料的焚烧起到能量回收的作用。

用于新的LCD生产的LCD玻璃的再循环，例如在 JP2001/305501A、JP2001/305502A、JP2000/024163A和 JP2001/337305A中描述。在这种类型的再循环中不利的是，玻璃总是 含有表面污物且此外必须对其进行分类收集，这既同高技术复杂性有 关也同高成本有关，因为通常不同地玻璃被用于不同的应用中。因此， 例如碱石灰玻璃，它通常在1000℃范围内熔化，通常被用于STN(超 扭转向列)LCD；而硼硅酸盐玻璃，通常在1300℃范围内熔化，通常 被用于TFT(薄膜晶体管)LCD。

用于LCD处理的特殊方法由柏林公司“VICOR”在试验工厂中操 作，其中用手工把显示器与外壳和电子部件和偏振薄膜分开，且随后 切碎成大约1cm的尺寸(EDV，Elektronikschrott，Abfallwirtschaft 1993，第231-241页)。液晶然后在熔炉中以氮/氩气氛在400℃最高 温度和大气压下被蒸馏出来。在冷阱中被冷凝之后，它们被送至地下 垃圾填埋地点的最终储存室中。在处理过程中，熔炉温度不能超过 600℃，否则由于分子结构有形成二恶英的风险。产生的其它材料部分， 即玻璃、塑料和电路板，以及结构部件，还通过常规的再循环方法被 处理。在该方法中的缺点是，液晶的分离在技术上是非常复杂且非常 昂贵的，它一方面仅构成整个显示器重量的非常小的比例(每吨显示 器大约1kg液晶)，且另一方面代表了许多不同物质的混合物，特别 是由于液晶随后被处理填埋。按照现有技术，在新的LCD中使用回 收的液晶是不经济的。这也适用于通过溶剂析取液晶的其它处理方法， 这在JP 2002/126688A中被描述。

塑料，例如壳体部件，还有偏振薄膜和其它薄膜，通常被分离开， 并且经过热回收或用于其它的产品。这种塑料的热再循环例如在JP 2002/159955A中被描述。

使用各个元件用于其它产品也是公知的。因此，在Hockenheim 的“Strassburger Aufbereitungsgesellschaft”(SAG)使用了一种方法， 用于喷吹LCD来生产泡沫玻璃(学位项目：“Recycling-verfahren für Flüssigkristalldisplays”[用于液晶显示器的再循环过程]， Prof.Paffrath，Prof.Paffrath，Prof.Schn，Scala，TU-Darmstadt， 1997-98)。这里所使用的显示器主要来自产品下脚料。它们(包括 LC液体)与平面玻璃和仪表玻璃混合，被切碎、磨成40μm粒度的粉 末细度并且与发泡剂混合。具有从大约5到15mm的直径的泡沫玻璃 珠基本上是接着从800到850℃时被喷吹。精选的材料类似于公知的 来自于hydrocultures的膨胀粘土，并且在建筑业、园艺和园林设计以 及废水工艺中可以被作为轻骨料、填料、绝热材料、载体颗粒或吸收 材料。

另外，通过机械移除、焚烧或气化去除偏振薄膜的方法，与玻璃 的随后粉碎和其用作为玻璃替代品在JP2001/296508 A和 JP2001/296509 A中被描述。这些方法的缺点是，由其得到的玻璃被 高度污染且在成分上相差很大。因此它们仅被使用在低价值的应用中。

因此，JP 2000/084531 A描述了一种用于LCD再循环的方法， 其中LCD首先被粉碎成小于10mm的粒度。以这种方式，被粉碎的 颗粒随后被用在1200℃的熔炼炉中以去除铁。该方法的缺点是，特别 是LCD复合粉碎为小于10mm的粒度，且被限定用于铁的去除。

此外，能量消耗逐渐增长，而且在全世界范围内都加大努力来节 约能源。特别在工业生产中，特别是通过过程工艺简化、热回收和/ 或通过原材料替换来试图降低成本和/或能量消耗。

因此基于现有技术，本发明的一个目的是寻求一种用于LCD再 循环的经济的方法，它不具有现有技术的缺点。特别是，考虑到方法 的能量效率，液晶和/或偏振薄膜的复杂分离和显示器的复杂分类成不 同类型玻璃将被避免。本发明的另外的目的是提供LCD的新的潜在 应用。

令人惊讶地，已经发现可以以简单和经济的方法使LCD材料再 循环。

因此，本发明涉及一种用于LCD材料再循环的方法，其特征在 于，LCD至少部分地、最好是完全地用于替代其它原料。总的来说， LCD在这里在从900到1700℃、优选地从1000到1400℃且特别优选 是从1200到1400℃的温度范围内被热处理。这里热处理特别是在 1200℃以上的温度下且由此在非常高质量的硼硅酸盐玻璃熔化的温度 下进行。

在本申请中，术语LCD用来表示显示器，除了两个玻璃板之外， 它也可以包含至少设置在两个玻璃板之间的材料，例如液晶、透明薄 膜、粘合剂、以及连接到显示器上的电子元件(例如电极)。塑料壳、 背光灯以及在适当情况下的偏振膜通常预先被分离且分别再循环。然 而，在根据本发明的方法中，它们也可以直接与其它元件再循环。

LCD主要是由从30到99.8％重量的玻璃和从0到60％重量的塑 料膜、以及从0.1到20％重量的电子器件和液晶组成。

在根据本发明的方法中，所采用的LCD最好是使用过的LCD和 来自于产品下脚料的LCDs。

在本申请中，术语“热处理”表示LCD通过能量载体例如煤气、 煤和油来提供能量，和/或利用LCD中的热能对LCD进行处理。热处 理通常在热处理车间例如发电站、气化车间和焚烧炉中、优选地在带 有为此目的的装置例如固定炉、熔炉、开膛炉或旋转管式炉的焚烧炉 中进行。

在第一个优选的实施例中，LCD在没有粉碎的情况下被使用。 在该实施例中优点是，LCD的粉碎可以被省略，它同附加的技术复杂 性和附加成本联系在一起。在第二个优选实施例中，LCD被粉碎。然 而，粉碎的特性和尺寸在这里不重要。因此，LCD可以被破碎、切碎 或磨碎。取决于粉碎的特性，这里碎片的平均尺寸在分米的范围内(在 破碎情况下)，在厘米范围内(在切碎情况下)和在毫米范围内(在 磨碎情况下)。

根据本发明的方法具有的优点是，液晶的复杂分离是多余的，且 同时有毒产物例如二恶英的形成的风险是可以避免的，因为按照本发 明的方法所有有机产物都在高温下被破坏。

按照本发明的方法的其它的优点是，原材料可以以磨碎、切碎、 破碎和/或未粉碎的形式使用。

此外，按照本发明的方法是一种经济的方法，此外，其中材料以 及在适合情况下的LCD的至少部分的热再循环发生。

按照本发明，材料和在适当的情况下还有至少部分的热再循环在 这里可以在不同的优选实施例中实施。

在第一个优选的实施例中，LCD在从900到1400℃，优选地从 1200到1400℃范围内的温度下选择性地被熔化。以这种方式，甚至不 同类型的玻璃，如在显示器生产中所使用的，也能够一起再循环。玻 璃以纯净的形式被回收，虽然部分地作为碱石灰玻璃和硼硅酸盐玻璃 的混合物。此外，在该实施例中，例如来自于电极中的金属部件沉积， 且可以与玻璃熔融物分离。

用于实施选择性熔化方法的步骤对于本领域技术人员是公知的， 其中温度连续地增高，首先低熔点的部分被熔化，然后较高熔点的部 分被熔化。

以这种方式得到的产物被用在建筑材料工业或道路建筑工业中， 例如用作绝缘材料或用作松散材料。

在第二个优选实施例中，LCD与其它含金属的产物，例如含金 属的残渣和/或催化剂混合，且在1200到1400℃范围内，优选在1250 到1350℃范围内的温度下被热处理。

在混合物中，这里作为整体LCD的比例优选地是在5到50％重 量的范围内。

在该实施例中，LCD被使用，以便结合存在于含金属产物中的 非贵金属例如铁、铅、锌和锡，且把它们与贵金属分开。在该申请中， 贵金属以狭隘理解既包含贵金属例如金、银、铂、汞、铼、钌、铑、 钯、锇和铱，也包含半贵金属镍、铜和钴。混合物优选地在熔化坩埚、 熔炉或旋转管式炉中被熔化，然后被注入坩埚中。在冷却之后，中断 熔化。下面部分是含金属的且基本上包含贵金属，然而上面部分包含 带有非贵金属的熔渣。包含贵金属的部分被送至金属回收，且包含非 贵金属的熔渣被例如使用在道路建筑工业中。

本实施例具有经济效益的优点，因为在该实施例中LCD替代通 常使用的至少一些炉砂，它必须在该方法中被添加，以结合非贵金属。 此外，在该实施例中，至少一些、最好是所有的LCD电子元件也可 以被再循环，因为如上所述，至少是贵金属发生分离和回收。

另一个明显的优点是，高能量通过存在于LCD中的塑料薄膜输 入。这将通过下面的计算示出：

典型地，1吨LCD由下列组成：

830kg玻璃                        (按重量计算的83％)

149kg塑料薄膜                    (按重量计算的14.9％)

20kg电子元件                     (按重量计算的2％)以及

1kg液晶                          (按重量计算的0.1％)

这引起下面能量考虑，其中仅考虑玻璃和塑料部分：

因此，例如PE薄膜的热值是46,000kJ/kg，150kg塑料薄膜引 起6,900,000kJ的热值。用于熔化1kg使用过的玻璃所需要的能量在 3000到6500kJ范围内。相应地，熔化830kJ玻璃需要2,490,000到 5,395,000kJ。

如该示例性的能量因素所示，塑料薄膜的热值超过用于熔化玻璃 的能量需求，即，仅是按重量计算15％比例的塑料部分就足以熔化 LCD玻璃。因此，在理论上不再需要附加能量需求。

此外，能量输入还随塑料比例的增加而增长，有利地也通过引进 塑料壳。

按照本发明用于贵金属回收的上述方法，作为原材料的LCD的 使用和/或添加的材料因此附加地引起所需能量的降低，即和炉砂的使 用相比节能。

该实施例的另外的优点在于，在LCD中存在的塑料薄膜可以被 作为还原剂，以减少含金属的产物。在含金属的矿石或产物的还原熔 化中，为了回收粗金属通常加入含碳产物例如煤。这是因为在没有添 加还原剂的情况下，金属在高熔化温度下将被氧化，且在附加生产步 骤中必须首先被还原为金属。在LCD中存在的含碳塑料薄膜的使用 因此使至少一些、最好是所有的含碳产物在该方法中通常作为还原剂 被添加的步骤被取代或省去。

在第三个优选的实施例中，LCD在旋转管式熔炉中，在从1100 到1300℃的范围内、优选从1150到1250℃的范围内的温度下，作为 原材料和/或添加的材料被热处理。在旋转管式熔炉中，LCD的热处 理最好导致在其内衬上形成保护膜。

这里作为原材料和/或添加材料的LCD在作为整体的合成物中的 比例按重量计算在1到20％范围内。

旋转管式熔炉通常具有耐火粘土衬层，在工业废料的焚烧过程 中，它被侵蚀性气体和物质侵蚀。因此，这些粘土质耐火砖必须以规 则的间隔被更换。含硅产物的添加，例如砂，能够在壁上形成保护膜， 它显著地增加了耐火黏土衬层的寿命。

令人惊讶的是，现在已经发现，LCD也可以被用来代替含硅产 物且同样会导致在耐火黏土内衬上形成保护膜。以这种方式，可以在 旋转管式熔炉中使用LCD作为用于已购买的含硅产物例如炉砂的代 用材料。在该实施例中，LCDs的使用也导致所需能量的减少，因为 塑料薄膜的热值在该实施例中也可以被用于熔化LCD玻璃。

本发明因此也涉及LCD在热处理车间中的使用。

在根据本发明的应用中，采用的LCD最好是使用过的LCD和来 自于产品下脚料的LCD。

在一个优选的实施例中，LCD在热处理车间中被用作原料和/或 添加材料。特别优选的是，在热处理车间中、特别是旋转管式熔炉中 使用LCD，用于在其内衬上形成保护膜。

在另一个优选的实施例中，LCD在热处理车间中被用作能源。

本发明还涉及在金属回收中LCD的使用。在第一个优选实施例 中，LCD在金属回收中被用作原材料和/或添加材料。然而，此外优 选的是，使用LCD作为金属回收中的能源。

特别优选的是，在从包含非贵金属和贵金属的混合物的合成物中 回收贵金属中使用LCD。这些合成物可以是自然存在的产物，例如矿 石，或工业产品，例如催化剂、电气或电子废料、含金属的矿泥，和 包含贵金属和非贵金属的混合物的其它合成物。特别是，LCD在这里 被用作原料和/或所采用的添加材料，至少部分地代替通常使用的炉砂 和/或所使用的含碳产物。

下面借助于工作实例更详细地描述本发明，但不是对其进行限 制。

实例1(选择性熔化)

在每种情况下，包含涂层的STN-LCD和TFT-LCD由两个玻璃 板、两个偏振薄膜和液晶组成，分别被粉碎成大约1到3cm的尺寸。 在每种情况下，每100g碎片被称出且接着被混合。氧化铝槽以20°角 度被连接，且混合物被引入到较高位置的部分上。通过使用氧燃烧器 慢慢加热到1400℃。LCD的各部件从950℃开始熔化，同时发出非常 强烈的烟，且偏振薄膜燃烧并向下流入到槽中。剩余物仅在1200℃开 始熔化，且向下流入到槽中。通过碎片的灵敏的收集，可以得到大约 40％STN玻璃、40％TFT玻璃和20％包含STN和TFT玻璃混合物的 碎片。

实例2(冶金)

实验在水平位置上进行，燃气炉具有约3.5m的直径和4m的长 度。

在这些实验中使用的LCD混合物由大约40％的TFT-LCD和大 约60％的STN-LCD组成。LCD大部分是完整的形式并且部分地-由 于传送操作-是破碎的形式，即从10到50cm的直径尺寸。在一些情 况下，电子器件仍然存在于LCD上。LCD主要来源于已经拆卸、收 集和存储LCD的电气再循环公司。

使用铲斗轮装载设备，把金属废料、LCD混合物、炉砂和添加 材料包括煤引入到带有内部叶片的搅拌器中且慢慢地混合，所述搅拌 器具有大约10m³的容量。精确的成分在表格1中描述。在该混合操作 期间，LCD至少部分地破碎，使得在混合之后多数LCD具有3到30cm 的尺寸。然后混合物通过传送带不断地被引入预热到大约500℃的熔 炉中，且在几个小时的过程中被加热到大约1350℃且被熔化。然后， 熔融物被排放到钢容器或砌衬的槽中。在冷却之后，从金属废料中得 到的带有贵金属的金属碎片和存在于电子元件中的铜成分通过敲击可 以很容易地与熔渣分离，熔渣包含LCD的玻璃碎片、添加的炉砂和 添加的材料。

得到的熔渣符合道路建筑的所有需求。

完成下面的实验：

表格1

  实验   编号   金属废料   [kg]   LCD   [kg]   炉砂   [kg]   添加的材料   [kg]   总量   [kg]   1   2   3   4   5   3000   3000   3000   3000   3000   300   600   900   1200   1350   850   600   350   100   0   650   600   550   500   450   4800   4800   4800   4800   4800

实验6

在实验2中，4.8t成分的混合物作为混合物被完全引入已冷却的 熔炉中且然后慢慢地加热到1300℃。在部件中形成的煤烟同时通过加 入氧气到加热气体中而被直接燃烧。与实验1到5相比，关于金属碎 片和熔渣形成没有观察到差别。

实验7

600kg上述LCD、3000kg金属废料、600kg炉砂和600kg添加 材料作为各个成分完全被引入到已冷却的熔炉中，且然后慢慢加热到 1300℃。所述引入仅破碎较大的LCD，而较小的仅以微小的程度被破 碎。在部件中形成的煤烟同时通过加入氧气到加热煤气中而直接被燃 烧。与实验1到5相比，关于金属碎片和熔渣形成没有观察到差别。

实验8

在实验2中，4.8t成分的混合物作为混合物被完全引入已冷却熔 炉中，且然后慢慢地加热到1400℃。在部件中形成的煤烟同时通过加 入氧气到加热燃气中而被直接燃烧。与实验1到5相比，关于金属碎 片没有观察到差别，且熔渣形成主观地被评定为玻璃类似物。

实例3(工业废料焚烧器)

各含有大约100kg LCD的176(120l)桶，即总共大约18t LCD 被使用。这里LCD主要是未破碎的形式，即直径为10到50cm大小。 这里混合物由大约70％TFT-LCD和大约30％STN-LCD组成。在一 些情况中，电子器件仍然存在于LCD中。LCD主要来源于已经拆卸、 收集和存储LCD的电气再循环公司。

将被焚烧的工业废料，例如酸、被污染的有机溶剂或固体，在大 工业废料旋转管式焚烧炉中被焚烧，它具有3.5m的直径和11m的长 度，使用从大约1200到1300℃温度的气体。存在于桶中的工业废料 和LCD通过抓料机被引入到熔炉的上部中。因为熔炉被恒定地保持 在1200到1300℃的温度，桶在引入物时立即爆裂。LCD在24小时周 期中连续地被引入，而不是使用含硅或含硅酸盐的物质，例如炉砂或 玻璃。含硅或含硅酸盐的物质在旋转管式熔炉的砖衬上形成保护的熔 渣层(＝保护层)，且因此保护壁不受化学侵蚀和迅速磨耗。保护的 渣皮的质量是可视地评定的。由被引入到焚烧炉中的LCD形成的渣 皮并没有不同于通常使用的由含硅或含硅酸盐物质形成的渣皮。