With more and more electronics in the home and the car featuring liquid-crystal display (LCD) screens, reducing the environmental impact once the devices are no longer used is crucial moving forward.
Research has repeatedly shown the harmfulness of the liquid crystal, indium and other heavy metals which LCD panels contain, but currently there is no suitable model for recycling these panels
Researchers from the Industrial Technology Research Institute (ITRI) are working to change that, developing a new LCD Waste Recycling System that is cost-effective, does not produce any waste and will allow manufacturers to save and reuse some of the valuable heavy metals used to create LCD panels. ITRI received a 2017 R&D 100 Award for the technology at the R&D 100 Awards Gala held in Orlando, Florida on Nov. 17, 2017. At the same event, ITRI also received a Merit in the Special Recognition: Green Tech category for its LCD Waste Recycling System.
The system works by integrating sequential separation, ppb-level purification, nano-pore technologies to recycle liquid crystals, indium and glasses.
Liquid crystal—a synthetic chemical with a high unit cost and high stability—is not very biodegradable. Liquid crystal’s structure contains a large volume of benzene rings, fluorine, chlorine and bromine, which if buried, can seep into subterranean water systems and impact ecosystems.
Chien-Wei Lu, a researcher for ITRI, explained in an interview with R&D Magazine how the new recycling system works.
“LCD panels, which are only a few millimeters thick, contain over ten kinds of materials, making their disposal and recycling especially difficult,” Chien-Wei said. “We thoroughly analyzed the characteristics and reusability of each material contained in LCD panels, and designed a logical separation procedure according to the associations between each material, first separating liquid crystal, indium, and glass, and then developing purification technology for each material which enables the reuse of these materials.”
The method begins with a panel-smashing system that shatters the LCD panel, exposing the liquid crystal. The separated LCD panel then enters the continuous liquid crystal extraction system and an agent that can be used on multiple cycles extracts the liquid crystal. The liquid crystal is exposed on the surface of the glass substrate, enabling the system to shorten the processing time by integrating the extraction and purification functions.
The impurity is removed by a salt adsorption method. After the liquid crystal has been removed, the panel fragments enter the indium extraction system and an agent is used repeatedly as a scrub to enable the removal of the indium from the panel fragment.
The indium-containing precipitate is dissolved with an agent and enters the indium concentration system, where it is concentrated through precipitation principles. The indium-containing precipitate is then dissolved with an agent and enters the indium concentration system, where it is concentrated through precipitation principles.
After removing most of the cell materials, the glasses, which are alkali-free and composed of SiO₂, Al₂O₃, B₂O₃, and others alkaline earth oxides, are collected.
The new method extracts the liquid crystal for reuse, enabling the cycling of indium and the glass that no longer contains liquid crystal.
Extracting liquid crystal from waste LCD panel achieves a nearly 100 percent liquid crystal recovery rate and a 90 percent recovery rate of indium. The process could reduce the production of new liquid crystal, lessening the environmental impact.
"Treating waste LCD panels with this system can transform the panels’ material [liquid crystals, indium, and glass] into valuable, reusable products, not only increasing profits but effectively reducing the production of waste material,” Chien-Wei said.
Chein-Wei explained some of the challenges in creating the recycling system.
“The liquid crystals with halogen-substituted aromatics are designed and synthesized for LCD,” Chein-Wei said. “Their production process and their final disposal both cause severe health and environmental impacts. However, people cannot get this information.
“Waste LCD panels are generally disposed of in landfills or by incineration in most countries, due to lack of proper environmental regulation. Without strict environmental regulation, it is difficult to promote new disposal method.”
Current treatment technologies disassemble LCD devices into multiple components and recycle them according to their materials. However, there is no model for treating LCD panels.
The panel smashing system.
Risks of LCD panels
Previous studies have also showed the harmfulness of the liquid crystal, indium and other heavy metals present in LCD panels.
If organisms ingest fat-soluble liquid crystals, they are likely to be stored in organisms without metabolization, leading to diseases in the organs.
If incinerated at high enough temperatures, liquid crystal may transform into CFCs and damage the ozone and if incinerated at low temperatures, liquid crystals may become dioxin, PCB, hydrochloric acid, or hydrofluoric acid, which is harmful to the environment.
To physically process the panels, the panels must be broken down and then added to cement or concrete, which does not remove liquid crystals, indium, tin and molybdenum from the panels. Therefore, the liquid crystals and heavy metals could still enter the environment following rain or washing.
This has led to an increasing number of countries, including Hong Kong and China, to label LCD panels as hazardous waste. This requires future processing of LCD panel waste to be buried on-site, burnt or physically disposed, which increases both the processing costs and the environmental damage.
To test the new technology, ITRI has built a pilot plant that can treat three tons of LCD panel waste per day, producing three kilograms of liquid crystal, 750 grams of indium, and about 2550 kilograms of glass, which can be reused as green construction material or heavy-metal adsorption material.
It is estimated that hundreds of thousands of tons of LCD panel waste are produced annually in North America.
가정에 점점 더 많은 전자 장치와 LCD(액정 디스플레이) 화면이 장착된 자동차로 인해, 장치를 더 이상 사용하지 않으면 환경에 미치는 영향을 줄이는 것이 매우 중요합니다.
LCD 패널에 포함된 액정, 인듐 및 기타 중금속의 유해성을 조사했지만, 현재 이 패널을 재활용할 적절한 모델은 없습니다.
산업기술연구소(ITRI)의 연구원들은 비용 효율적인 새로운 LCD 폐기물 재활용 시스템을 개발하여 폐기물이 발생하지 않으며 제조업체가 일부 귀중한 중금속을 저장하고 재사용할 수 있도록 하고 있습니다. ITRI는 2017년 11월 17일 플로리다 올랜도에서 열린 R&D 100 Awards Gala에서 이 기술로 2017년 R&D 100 상을 받았다. 이와 동시에 ITRI는 LCD 폐기물 재활용 시스템에 대한 친환경 기술 부문이라는 특별 인식 부문에서도 상당한 혜택을 받았습니다.
이 시스템은 순차적 분리, ppb 레벨 정화, 나노 포어 기술을 통합하여 액정, 인듐, 유리 등을 재활용합니다.
높은 단가와 높은 안정성을 가진 합성 화학 물질인 액정(Liquid Crystal)은 생분해성이 매우 낮습니다. 액정 구조에는 다량의 벤젠 링, 불소, 염소, 브로민 등이 들어 있는데, 이 링은 묻으면 지하수 시스템으로 스며들어 생태계에 영향을 줄 수 있습니다.
ITRI 연구원인 Chien-Wei Lu는 R&D Magazine과의 인터뷰에서 새로운 재활용 시스템이 어떻게 작동하는지 설명했습니다.
"수 밀리미터 두께의 LCD 패널에는 10가지 이상의 재료가 포함되어 있어 폐기 및 재활용이 특히 어렵습니다."라고 Chien-Wei는 말했습니다. "우리는 LCD 패널에 포함된 각 물질의 특성과 재사용 가능성을 철저히 분석하고, 각 재료 사이의 연관성에 따라 논리적 분리 절차를 먼저 분리한 다음, 각 재료에 대한 정화 기술을 개발할 수 있도록 했습니다.
이 방법은 액정 표시장치(LCD)를 분해해 액정(LCD)을 노출시키는 패널 스매싱 시스템으로 시작합니다. 분리된 LCD 패널은 연속된 액정 추출 시스템으로 들어가며 여러 사이클에서 사용할 수 있는 접착제는 액정 결정을 추출한다. 액정은 유리 기판 표면에 노출되어 있어 시스템이 추출 및 정제 기능을 통합하여 처리 시간을 단축할 수 있습니다.
불순물은 염분 흡착법에 의해 제거됩니다. 액정 결정이 제거되면 패널 조각이 인듐 추출 시스템으로 들어가고 접착제는 반복적으로 스크러시로 사용되어 패널 조각에서 인듐을 제거할 수 있습니다.
인듐 함유 침전물은 용액과 함께 용해되며, 침전 원리에 의해 농축되는 중수소 농도 시스템으로 들어갑니다. 그런 다음, 인듐 함유 침전물은 용액과 함께 용해되고, 침수 원리를 통해 농축된 인듐 농도 시스템으로 들어갑니다.
대부분의 세포 물질을 제거한 후, 알칼리가 없고 SiO2, Al2O3, B2O3 및 기타 알칼리성 접지 산화물로 구성된 안경이 수집됩니다.
이 새로운 방법은 재사용을 위해 액정 결정을 추출하여 더 이상 액정과 유리를 포함하지 않는 순환을 가능하게 합니다.
폐액정표시장치(LCD) 패널에서 액정을 추출하면 거의 100% 액정 회수율과 90%의 인듐 회수율을 달성할 수 있다.
Chien-Wei는 "이 시스템으로 폐기 LCD 패널을 만들면 패널 소재(액체 결정체, 인디움 및 유리)를 값지고 재사용 가능한 제품으로 탈바꿈시켜 수익을 높일 뿐만 아니라 폐자재 생산을 효과적으로 줄일 수 있다"고 말했습니다.
Chin-Wei는 재활용 시스템을 만드는 데 있어 몇 가지 난제를 설명했습니다.
Chin-Wei는 "할로겐 유도 아로마틱스를 사용한 액정 결정체는 LCD에 맞게 설계되고 합성되었다"고 말했다. "그들의 생산 과정과 최종 폐기 과정은 모두 심각한 건강 및 환경 영향을 미칩니다. 하지만 사람들은 이 정보를 알 수 없습니다.
"폐기물 LCD 패널은 적절한 환경 규제 부족으로 인해 대부분의 국가에서 매립장 또는 소각장에서 폐기됩니다. 엄격한 환경규제 없이는 새로운 처리방안을 추진하기 어렵습니다.
현재 처리 기술은 LCD 장치를 여러 개의 부품으로 분해해 재료에 따라 재활용합니다. 그러나 LCD 패널 시술 모델은 없습니다.
LCD 패널의 위험
이전의 연구들은 LCD 패널에 존재하는 액정, 인듐 및 기타 중금속의 유해성도 보여주었습니다.
만약 유기체가 지용성 액체 결정체를 섭취한다면, 그것들은 대사 없이 유기체에 저장되어 장기에 질병을 일으킬 수 있습니다.
만약 충분히 높은 온도에서 소각된다면, 액체 결정체는 CFCs로 변형되어 오존을 손상시킬 수 있고, 만약 낮은 온도에서 소각된다면, 액체 결정체는 다이옥신, PCB, 염산 또는 플루오르산이 될 수 있습니다.
패널을 물리적으로 처리하려면 패널을 분해한 후 시멘트나 콘크리트에 추가해야 하며, 시멘트에서는 액정, 인듐, 주석 및 몰리브덴을 제거하지 않습니다. 그러므로, 액체 결정체와 중금속은 비나 세탁 후에 환경에 들어갈 수 있습니다.
이로 인해 LCD 패널을 유해 폐기물로 지정한 국가는 홍콩과 중국 등 점점 늘어나고 있다. 이를 위해서는 향후 LCD 패널 폐기물을 현장에서 매립하거나, 연소 또는 물리적으로 폐기해야 하므로 가공 비용과 환경 손상이 모두 증가합니다.
ITRI는 이 새로운 기술을 테스트하기 위해 매일 3톤의 LCD 패널 폐기물을 처리할 수 있는 실험 시설을 구축하여 3kg의 액정, 750g의 인듐, 약 2550kg의 중성 접착제를 생산했습니다.
북미에서는 연간 수십만 톤의 LCD 패널 폐기물이 생산될 것으로 추정됩니다.
Hi! I am a robot. I just upvoted you! I found similar content that readers might be interested in:
https://www.rdmag.com/article/2018/03/new-lcd-panel-recycling-system-reduces-risk-and-waste