JP4355730B2 - Ｌｃｄからインジウムを回収する方法 - Google Patents

Description

本発明は、パソコンや携帯電話等に使用される液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の処理に関し、特に、廃棄物としてのＬＣＤからレアメタルであるインジウムを回収する技術に関する。

図２に、パソコンに最も多く使用されているアモルファスシリコンＴＦＴの代表的なＬＣＤの構造を示す。まず、上部には、上側ガラス基板１が、下側には下側ガラス基板５があって、外側の面には合成樹脂製の偏光板２が貼り付けられ、下面には、Ｒ，Ｇ，Ｂと黒のマトリクスのカラーフィルタ３が形成されている。下側ガラス基板５には絶縁保護膜、半導体層、各種導電膜（電極）などＴＦＴアレイ回路４を形成している。そして、これら上下のガラス基板の中間に液晶材６が配向膜７，７と対向電極８とでサンドイッチされている。液晶材６の周辺にはシール材９がある。また、図示は省略するが、ＬＣＤには、上記の他にドライバ用のＩＣが含まれる。

液晶材６は、電圧が印加されると光が通過し、印加されない状態では光が遮断される性質を有し、カラーフィルタで選択された色の部分の液晶材に選択的に電圧が印加され、液晶層の状態により画素の濃淡が選択される。液晶層の状態は、ＴＦＴアレイで電気的に制御される。

インジウムは、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）の形で透明電極としてガラス基板上に成膜されている。

インジウムを含有する自然鉱石は、無きに等しい。大量に含有されているロケサイトやインダイトは、いずれも自然界にごく少量しか存在しない。現在インジウムは、亜鉛精錬時の副産物として生産されている。精錬時の残滓に５０ｐｐｍ以上含有されていれば採算が合うとされる。

通常のＬＣＤに含有されているインジウムは、４００〜５００ｐｐｍであり、注目すべき値である。今後大量に廃棄されるＬＣＤ装置電気製品からインジウムを回収することの重要性が計り知れる。

従来は、廃棄されたＬＣＤのガラス基板からインジウムを回収する場合には、強力なフッ酸や塩酸を使用したり、サンドブラスト法によってガラス基板から透明電極を剥離していた。

しかし、フッ酸や塩酸等の強酸を使用した場合は、サンドブラスト法よりも格段に表面剥離が効果的にできるようになるが、酸の無害化処理にコストが嵩むことと、漏洩や飛散によって人体に影響を与えるといった二次公害発生のおそれがあるなど、問題が多い。

一方、従来のサンドブラスト加工方法は、サンドの噴射圧が０．５〜０．８ＭＰａと大きいため、サンドの衝撃でガラス基板が割れることが多かった。割れて小さくなったガラス板はサンドブラストの風圧により飛び散り、剥離加工ができなくなり、加工効率が悪く、ガラス基板表面に付着しているインジウムを含む透明電極を完全に剥離することができなかった。

また、同じサンドで大量のガラス基板を処理すると、繰り返し同じサンドを使用することになり、インジウムの含有量を上げることができる。すなわち、サンドの寿命が長いと、それだけインジウムの濃度を上げることができる。しかし、従来のサンドブラスト法では、圧力が高いので、ガラスが割れるだけでなく、サンドも割れ易く、寿命が短い。

廃棄ＬＣＤからサンドブラスト法によって回収したインジウムを精錬する場合、含有量１％が採算の取れる最低ラインであるとされている。しかし、従来のサンドブラスト法では、上述した理由から、剥離加工し終わった廃棄サンド中のインジウム含有量が０．４％と少なく、コスト面でも技術面でも回収に無理があった。

このようなことから従来のＬＣＤガラス基板の処理は、インジウムの回収というよりは廃棄物処理に重点をおいたものとなっていた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、ＬＣＤのガラス基板から、インジウムの濃度を上げて効果的に回収する方法を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明のＬＣＤからインジウムを回収する方法は、ＬＣＤを炉に入れ、可燃性物質が燃焼又は炭化する温度以上で、かつガラスの溶融温度未満で加熱する工程と、炉内の残存物からガラス基板を取り出し、取り出されたガラス基板にサンドブラスト処理を行いガラス基板の付着物を分離除去する工程と、を有し、前記サンドブラスト処理におけるサンドの噴射圧を０．１〜０．２ＭＰａとし、サンドを繰り返し使用することによって、廃棄サンド内のインジウムの含有量を１％以上にしたことを特徴としている。

前記サンドを噴射するノズル径を１２φ以上としたり、サンドブラストのエアー装置としてブロワーを使用したり、前記サンドとして炭化珪素を使用する構成としたりすることができる。

炉内で、加熱され、可燃性物質が燃えて灰になった状態になるか、又は、炭化した状態になったＬＣＤのガラス基板を取り出し、サンドブラスト処理をする。サンドブラストの噴射圧を０．１〜０．２ＭＰａと低くし、ブロワーで噴射することで、空気の流量を多くして大量のサンドをガラス基板にあてる。通常のサンドブラスト処理より低圧なので、サンドが当たってもガラスが割れることがなく、大きなままのガラス基板はサンドブラスト処理によりインジウムを含む透明電極の膜を効果的に剥がすことができる。サンドブラスト圧が低圧なので、サンドの割れも少なく、サンドの寿命が伸びる。そのため、サンドを繰り返し使用する回数が増えて、廃棄されるときには、サンドのインジウム含有量を１％以上にすることができる。

サンドとして、炭化珪素を使用することで、インジウムを含む透明電極の膜をより効果的に短時間で剥離することができ、廃棄サンドのインジウム含有量をさらに増加することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は本発明のＬＣＤからインジウムを回収する方法を説明する図である。同図に示すように、インジウムを回収する方法は、１：加熱分解工程、２：ガス無害化工程（２−１：ガス冷却工程、２−２：活性炭吸着処理工程）、３：分離工程、４：インジウム及び基板ガラス回収工程、５：洗浄・粉砕処理工程、から構成されている。以下に各工程の説明をする。
〔加熱工程〕

ＬＣＤを電気炉内に投入して加熱する。加熱温度は、ガラスが溶融しない温度で、ガラス以外の可燃性物質、例えば、合成樹脂製の偏光板、カラーフィルター、絶縁保護膜、液晶材、等が炭化又は燃焼する温度以上でなければならない。具体的には、４７７〜７００℃程度とする。投入するＬＣＤ装備製品は、サンドブラスト処理を容易にするために粉砕しない状態が望ましい。加熱中の炉内への酸素は、供給しても、しなくてもよい。供給する場合は、新鮮な空気を炉内に送り込めばよい。供給しない場合は、窒素等の不活性ガスでパージするとよい。
〔ガス冷却工程〕

上記の加熱工程において、酸素が供給されている場合は、炉内ではＬＣＤに含まれる可燃性物質は燃焼する。酸素の供給がない場合は、可燃性物質は熱分解され、炭化が進む。

熱分解と燃焼では、燃焼のほうが短時間で終了し、また、熱量の発生が多くなるので燃料を節減することが可能となる。しかし、ダイオキシン等の有害物質の発生も多くなる。

本発明では、投入するＬＣＤ製品のプラスチックの多寡により、発生ガスの量、燃焼温度の上昇具合等を鑑み、燃焼工程か熱分解工程かのいずれか適当な工程を選択できる。

炉内では、液晶、樹脂、接着剤、塗料等が燃焼したり、熱分解・ガス化溶融することで、多様なガスが発生する。これらのガスには、有毒なダイオキシンや、各種の残留性誘起汚染物質が含まれている。これらのガスは、吸引装置により全て吸引され、冷却装置に送り込まれる。冷却方法は、水冷が簡易で効果的である。ガスは活性炭が最も吸着し易い温度である１６〜５０℃程度に冷却される。
〔活性炭吸着処理工程〕

こうして冷却されたガスは、活性炭層に導かれる。この活性炭層の堆積を適当に設定することで、通過するガスに含まれる有機物質を活性炭に吸着させ、大気汚染防止法、及びダイオキシン規制法による排出基準値を大幅に下回る、無害のガスだけを待機に放出することを可能とする。

実施例として炉容量４５０ｍｍ×４５０ｍｍ×４５０ｍｍの電気炉に対応して、直径２００ｍｍ、長さ２００ｍｍの円筒形状の活性炭トラップを使用した。この活性炭トラップから排出された排出ガスの測定をしたところ、ダイオキシン濃度は、大気汚染防止法による規制値の２００分の１となっていた。
〔分離工程〕

加熱後の炉内には、ＬＣＤの残滓として可燃物質の灰又は固形タール化した炭、基板等の金属片、ＬＣＤに使用されていたガラス板等が残る。これらのうち、基板等の金属片は、バレル等に掛けられ、比重差や、形状別に分別され、さらに種類ごとに分別回収され、再利用される。ガラス基板は、インジウム及び基板ガラス回収処理工程へ送られる。
〔インジウム及び基板ガラス回収工程〕

残滓は一寸した力でバラバラに崩れるほどに弱くなっているが、ガラス基板には上記のタール化したものや加熱しても剥離しないクロムやＩＴＯなどが付着している。ガラス基板を徐冷するため、炉内温度が低下するまで待って、ＬＣＤを構成していた上下のガラス基板を取り出し、剥がして平らな台の上に載せる。次に、このガラス基板の表面をサンドブラスト処理する。

従来のサンドブラスト方法では、ガラス基板が割れてしまい、サンドに吹き飛ばされて透明電極などのインジウムを含む薄膜を効果的に剥離することができなかった。

これに対し、本発明では、サンドブラストにおいて、サンドの噴射圧力を０．１〜０．２ＭＰａに下げ、エアーの流量を多くした。０．１ＭＰａ未満では、剥離力が不足するからである。また、０．２ＭＰａを越えると、ガラス基板を破損する可能性があるからである。こうすることによって、ガラス基板が割れるのを防止して、サンドを高密度でガラス板に吹き付けることができ、ガラス基板に付着しているインジウムやその他の金属を残さずに剥離することができた。

サンドブラスト機のエアー装置としては、大流量を達成するために、ブロワーが適しているが、ブロワーに限定されない。また、サンド噴出ノズルは通常のサンドブラストでは、６〜８φであるのに対し、１０φを越える大きめの口径のものがよい。

実施例では、噴出エアーの圧力は０．１５ＭＰａで、ノズル径１２φの条件で行った。ＬＣＤに含有されているインジウムは、ＩＴＯの形で、透明電極として基板ガラスの表面に膜付けされている。この基板上に付着しているインジウムがＬＣＤに含有されているインジウムの全てである。したがって、本発明のように透明電極を残さずに剥離できることは非常に重要な効果といえる。

使用後のサンドからインジウムを精錬するのであるが、同じサンドで大量のガラス基板の剥離処理をすればするほどサンド中のインジウム含有量は多くなる。すなわち、サンドブラストのサンドの寿命が長ければ、繰り返し使用できる回数が増えて、インジウムの含有量を多くすることができる。

本発明では、サンドをガラス基板に低圧で吹き付けるので、ガラス基板が割れなくなるとともにサンドの割れも大幅に減少する。サンドは、一般に硬いものほど割れ易いが、本発明では、サンドが割れないので、サンドの中で一番硬い炭化珪素を使用することが可能となる。硬い炭化珪素のサンドを使用することによって、剥離力も大きくなり、効果的に剥離できることになる。

本発明の実施例では、炭化珪素の１００番のサンドを使用し、繰り返し使用することによって、廃棄サンドのインジウムの含有量を１．０％以上に高めることができた。実施例では、含有量が２．２％まで上昇した。インジウムを含んだ廃棄サンドは、公知の精錬工程に送られ、インジウムが取り出される。
〔洗浄、粉砕処理工程〕

サンドブラストされたガラス基板は、汚れを落とすために洗浄され、粉砕されてカレットにされ、元のＬＣＤのガラス基板として使用される。

上記実施例によれば、ＬＣＤを高温で加熱し、残滓のなかで最大の重量と体積を占めるガラスを再利用したり、ガラス基板に付着しているインジウムなどの金属を資源として再利用することが可能となる。

また、ＬＣＤを高温で加熱し、燃焼又は炭化させた後、サンドブラスト処理をするので、最終処分物は非常に少なくなり、減容率が格段に向上する。今後廃棄されるＬＣＤ装着電気製品の量が膨大になる中、埋め立て処分場の余裕が、後数年といわれている状況で非常に有効な技術である。

また、薬液を使用しない点、燃焼や熱分解処理工程で発生するガスを冷却し、有害物質を活性炭に吸着させることにより、廃棄ＬＣＤ製品の処分で最難問であったダイオキシン類の発生を規制値の２００分の１に抑えるという、現在のところ、実用技術としては最高のレベルである。

本発明のＬＣＤからインジウムを回収する方法の工程を説明する図である。 アモルファスシリコンＴＦＴの代表的なＬＣＤの構造を示す図である。

符号の説明

１ （上側）ガラス基板
２ 偏光板
３ カラーフィルタ
４ ＴＦＴアレイ回路
５ （下側）ガラス基板
６ 液晶材
７ 配向膜
８ 対向電極
９ シール材

Claims (4)

1. ＬＣＤを炉に入れ、可燃性物質が燃焼又は炭化する温度以上で、かつガラスの溶融温度未満で加熱する工程と、炉内の残存物からガラス基板を取り出し、取り出されたガラス基板にサンドブラスト処理を行いガラス基板の付着物を分離除去する工程と、を有し、
   前記サンドブラスト処理におけるサンドの噴射圧を０．１〜０．２ＭＰａとし、サンドを繰り返し使用することによって、廃棄サンド内のインジウムの含有量を１％以上にしたことを特徴とするＬＣＤからインジウムを回収する方法。
2. 前記サンドを噴射するノズル径を１２φ以上としたことを特徴とする請求項１記載のＬＣＤからインジウムを回収する方法。
3. サンドブラストのエアー装置としてブロワーを使用したことを特徴とする請求項１又は２記載のＬＣＤからインジウムを回収する方法。、
4. 前記サンドとして炭化珪素を使用することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＬＣＤからインジウムを回収する方法。

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