Projekt 33285/01

Verfahrensentwicklung für das Recycling von TFT-LCDs mit gleichzeitiger Rückgewinnung von hochwertigem Glas und seltenen strategischen Metallen

Projektträger

Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme Institutsteil Dresden-Klotzsche
Maria-Reiche-Str. 2
01109 Dresden
Telefon: +49 3 51 88815-501

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Dem Projekt lag die Aufgabenstellung zugrunde, ein Verfahren für ein LCD-Recycling mit Rückge-winnung von seltenen Metallen, in erster Linie für Indium und Bildschirmglas zu entwickeln. Ziel war es, ein möglichst einfaches und direkt integrierbares Verfahren zu erarbeiten.
Wichtige Schritte für das Recycling von LCDs sind die Separation des Glas-Kunststoff-Verbundes und das Ablösen der Indiumzinnoxid (ITO)-Schicht zur Gewinnung des Indiums und eines Glases mit < 1 % Verunreinigungen. Hierfür eignet sich eine physikalische und/oder chemische Separation. Physikalisch wurde dies u. a. mit dem Einsatz des sogenannten Elektroimpulsverfahren erreicht. Der Vorteil des Verfahrens ist eine Trennung ohne Einsatz von Chemikalien. Nachteilig ist jedoch der relativ hohe Energieeinsatz. Chemisch konnte die Delaminierung durch Behandlung mit Natron-lauge bei erhöhter Temperatur oder mit geeigneten Lösemitteln wie N,N-Dimethylacetamid oder N-Methyl-2-pyrrolidon erreicht werden. Bei der Anwendung der Lauge ist allerdings ein Teil der ITO-Schicht in Lösung übergegangen. Dies führte zu einem Indiumverlust. Die Anwendung organi-scher Lösemittel erscheint nur bei einer Rückgewinnung und Reinigung der Lösungsmittel mit Hilfe von Destillation oder Membranfiltration praktikabel. Nachteilig sind dabei die notwendigen Brand- und Explosionsschutzmaßnahmen.
Als zweckmäßiger erwies sich die chemisch-physikalische Delaminierung. Hierbei wird mit dem Ein-satz einer Schneidmühle und der dabei wirkenden hohen Scherkräfte der elastischere Kunststoff in größere Streifen zerrissen und das daran anhaftende spröde Glas größtenteils kleinteiliger zerbro-chen. Somit werden Kunststoff und Glas voneinander getrennt. Dieser Effekt verstärkte sich mit abnehmender Korngröße. Die anschließende Einwirkung von HCl oder H2SO4 bei erhöhter Tempe-ratur und zusätzlicher kinetischer Energie führte zur vollständigen Separation des Glas-Kunststoff-Verbundes und zur Ablaugung der ITO-Schicht. Als störend für weitere Recyclingschritte erwies sich der eingebrachte gelöste Polymeranteil in den Laugungslösungen. Es zeigte sich, dass es notwendig ist, diesen möglichst gering zu halten. Um das zu erreichen, wurde die Trennung der gemahlenen Glas-Kunststoff-Fraktion durch verschiedene Klassier-Sortier-Verfahren untersucht. Hierbei konnte keine vollständige Trennung von Glas und Kunststoff erreicht werden. Als zukunftsträchtig erwies sich ein anderes kombiniertes physiko-chemisches Verfahren. Durch Bestrahlung der LC-Displays mit hochenergetischer Gammastrahlung wurde eine beschleunigte radiologische Alterung des Kunststoffs induziert. Dies ermöglichte schließlich eine gute mechanische Trennung des Kunststoffs vom LCD-Verbund. Weiteres am Glas anhaftendes organisches Material konnte größtenteils durch Hydrolyse entfernt werden. Bei der nachfolgenden Laugung des Glases wurden nur geringe Poly-mer-Verunreinigungen nachgewiesen.