TW201404490A - 以液晶顯示器廢棄玻璃回收製成之環保紅磚及其製法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種以液晶顯示器廢棄玻璃回收製成之環保紅磚及其製法，該環保紅磚係由黏土、來自液晶顯示器之廢玻璃以及燃油鍋爐集塵灰以混合燒結方法，經玻璃材料提供步驟、集塵灰提供步驟、黏土混合步驟、加壓成型步驟、乾燥步驟及燒結步驟，將LCD廢玻璃資源化為符合CNS建築用磚規範之環保紅磚，解決廢棄物掩埋對環境造成之衝擊，達到環境保護與資源永續再利用之目的。

Description

以液晶顯示器廢棄玻璃回收製成之環保紅磚及其製法

本發明係有關於一種以液晶顯示器廢玻璃回收再生之製品及其製法，特別是指以該廢玻璃製成環保紅磚及其製法。

按，液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)由於具有輕、薄等特性，因此目前已取代傳統映像管(CRT)成為主流顯示器，根據工研院IEK-ITIs計畫彙整資料可知全球大型液晶顯示器整體需求量逐年大幅增加，而可預知未來液晶顯示器之消費量將會持續大幅成長，從而衍生為數龐大之廢棄液晶顯示器。

目前廢棄液晶顯示器的主要來源為面板廠內線上之不良品，次要來源則為市面上使用過老舊或毀損的報廢品；值得注意的是，目前國內廢家電處理廠或廢資訊處理廠所蒐集之廢棄液晶顯示器，由於缺乏適當之資源回收管道，大都是經人工拆解獲得不含邊框之液晶面板(其包括前後玻璃基板、前後偏光膜、液晶、彩色濾光片、銦錫氣化物)後，即送往掩埋場進行掩埋，並未進行任何資源回收工作。

然而，傳統的掩埋處理不但無法達成廢棄物減量且有污染環境之虞，且在全球環保意識高漲且認知到地球資源有限的情況下，資源回收再利用已逐漸成為全世界的潮流趨勢， 因此需要開發各種不同的資源再生技術；就液晶面板而言，其玻璃基板之產量為液晶顯示器製造業第三大類之事業廢物，更應進一步資源化再利用，但目前液晶顯示器廢玻璃(以下簡稱為LCD廢玻璃)是屬性為低鈉/鉀等鹼金屬含量的低鹼玻璃，常以硼矽酸鹽取代碳酸鈉作為玻璃組成份，有別於一般容器玻璃或CRT玻璃，故既有之玻璃回收體系並無法對其有效處理，而掩埋或焚化等方式，亦無法對其有效進行處置，預估未來將造成嚴重之環境問題。

另，根據行政院廢管處統計資料顯示，燃油發電廠中的燃油鍋爐集塵灰(以下簡稱集塵灰)，屬一般事業廢棄物且年產約22萬噸左右，因其以掩埋為主要處理方法而與前述LCD廢玻璃有同樣之環保問題，同時存在未能有效利用大量碳物質之問題，藉此，本案發明人認為有必要提出一種以LCD廢玻璃及集塵灰回收製成之環保紅磚及其製法，以將前述原以掩埋處理之事業廢棄物回收加工資源化，達到資源永續利用及符合經濟效益之目的。

本發明之目的在於提供一種以液晶顯示器廢棄玻璃回收製成之環保紅磚及其製法，其主要是以燒結方式將液晶顯示器廢玻璃及燃油鍋爐集塵灰混合製成環保紅磚，以進一步將LCD廢玻璃回收再製成環保紅磚，解決廢棄物掩埋對環境造成之衝擊，同時達到環境保護與資源永續再利用、增加 經濟效益之目的。

緣是，為達上述目的，依據本發明所提供之一種以液晶顯示器廢棄玻璃回收製成之環保紅磚，係包括一玻璃材料、一集塵灰及一黏土，其特徵在於：該玻璃材料及該集塵灰係佔該環保紅磚重量比例之10至40wt%，該玻璃材料係為液晶顯示器廢玻璃，該玻璃材料含有佔其重量比例70至80wt%之二氧化矽(SiO₂)以及10至20wt%之氧化鋁(Al₂O₃)，該集塵灰係為燃油鍋爐產生之粒狀物集合體，該集塵灰含有佔其重量比例15至20wt%之二氧化矽(SiO₂)以及10至20wt%之氧化鋁(Al₂O₃)。

另依據本發明所提供之一種以液晶顯示器廢棄玻璃回收製成之環保紅磚的製法，該環保紅磚成型材料包括黏土、玻璃材料及集塵灰，其中，該製法步驟包括：玻璃材料提供步驟：該玻璃材料係液晶顯示器之不良品及生命週期結束後所產生之廢玻璃；集塵灰提供步驟：該集塵灰係重油經燃燒後為空氣污染防治設備靜電集塵器所收集之粒狀物集合體；黏土混合步驟：將該玻璃材料、該集塵灰及該黏土混合形成一混合體，且該玻璃材料及該集塵灰係佔該混合體重量比例之10至40wt%；加壓成型步驟：將該混合體置入一模具以加壓成型為具有預設形狀之一成型體；乾燥步驟：將該成型體脫模並乾燥＿＿＿小時；燒結步驟：將該乾燥後成型體送入高溫爐，以700至1000℃之燒結溫度，將該成型體持溫 0.5至24小時燒製成為一燒結體，待該繞結體自然冷卻後成形為一紅磚成品。

為使貴審查委員對本發明之目的、特徵及功效能夠有更進一步之瞭解與認識，以下茲請配合【圖式簡單說明】詳述如后： 本發明所提供之一種以液晶顯示器廢棄玻璃回收製成之環保紅磚，其主要包括一玻璃材料、一集塵灰及一黏土，其中，該玻璃材料及該集塵灰係佔該環保紅磚重量比例之10至40wt%，該玻璃材料係為液晶顯示器廢玻璃，該玻璃材料含有佔其重量比例70至80wt%之二氧化矽(SiO₂)以及10至20wt%之氧化鋁(Al₂O₃)，該集塵灰係為燃油鍋爐產生之粒狀物集合體，該集塵灰含有佔其重量比例15至20wt%之二氧化矽(SiO₂)以及10至20wt%之氧化鋁(Al₂O₃)，且該玻璃材料與該集塵灰之重量比例為0%至90%。

於本實施例中，該紅磚係成型為長方體，其玻璃材料較佳含有佔其重量比例75.1wt%之二氧化矽(SiO₂)以及16.1wt%之氧化鋁(Al₂O₃)，該集塵灰較佳含有佔其重量比例18.7wt%之二氧化矽(SiO₂)以及16.5wt%之氧化鋁(Al₂O₃)，該黏土則含有佔其重量比例60至70wt%之二氧化矽(SiO₂)以及15至25wt%之氧化鋁(Al₂O₃)，且較佳為含有佔其重量比例66.6wt%之二氧化矽(SiO₂)以及20.5wt%之氧化鋁(Al₂O₃)。

又依據本發明以液晶顯示器廢棄玻璃回收製成之環保紅磚成分組成，該紅磚係具有5至13%之吸水率，25至15%之孔隙率，且其抗彎強度為185至265公斤力/平方公分(kgf/cm²)，抗壓強度為2700至3850公斤力/平方公分(kgf/cm²)。

請配合參閱表1所示，係本發明以螢光分析儀(XRF)測定LCD廢玻璃、集塵灰及黏土等材料之XRF化學組成分析結果。由表1可知，黏土的組成以佔其重量比例66.6wt%之二氧化矽(SiO₂)以及20.5wt%之氧化鋁(Al₂O₃)為主，該二成分係使紅磚燒結定形之用，而本發明所取之LCD廢玻璃具有重量比例為75.1wt%的二氧化矽(SiO₂)以及16.1wt%的氧化鋁(Al₂O₃)，集塵灰則具有重量比例為18.7wt%的二氧化矽(SiO₂)以及16.5wt%的氧化鋁(Al₂O₃)，由於故本發明之LCD廢玻璃與集塵灰可提供足夠之二氧化矽，供本發明環保紅磚經高溫燒結後與其他元素形成矽酸鹽，增強紅磚的強度與硬度；此外，本發明LCD廢玻璃與集塵灰所含之氧化鈉(Na₂O)、氧化鉀(K₂O)以及相當數量之氧化鐵(Fe₂O₃)，於燒結時會消耗周圍原料形成玻璃相，進而黏結各個燒結顆粒，並於冷卻後可成為提供紅磚剛性體之主要來源。

另外，本發明分別使用事業廢棄物萃出液中重金屬檢測方法-微波輔助酸消化法(NIEA R317.10C)和事業廢棄物毒性特性溶出程序(NIEA R201.13C)之方法，以火焰式原子吸收光譜法(FLAA)測定實驗材料之重金屬總量和重金屬毒性特性溶出程序(TCLP)溶出濃度，檢測結果如表2所示，其顯示本發明使用之黏土，其所含重金屬以145.2 mg/kg之鉛(Pb)含量為最多，40.4 mg/kg之鉻(Cr)含量次之，而LCD廢玻璃之重金屬以150.0 mg/kg之鉻(Cr)含量為最多，80.9 mg/kg之鉛(Pb)次之，集塵灰之重金屬則以8548 mg/kg的鎳(Ni)含量為最多，2552 mg/kg的鋅(Zn)含量次之；又由表2可知，本發明所使用之黏土、LCD廢玻璃的重金屬溶出值皆小於法規值，而集塵灰則以鎳含量佔11.2 mg/L為最多，鋅含量為15.67 mg/L次之，以及銅含量為1.02 mg/L第三，故LCD廢玻璃與集塵灰具有資源化之潛力，特別是本發明使用之材料經TCLP試驗結果，顯示所有 環保紅磚皆不會超過法規之限制值，對環境無危害之疑慮，後續作為土木材料深具潛力。

以上所述即為本發明實施例主要成分組成說明，至於本發明較佳實施例的製法步驟及其功效，做以下說明。

請配合參閱第1圖所示，本發明以液晶顯示器廢棄玻璃回收製成之環保紅磚的製法，該環保紅磚成型材料包括黏 土、玻璃材料及集塵灰，其中，該製法步驟包括玻璃材料提供步驟S1、集塵灰提供步驟S2、黏土混合步驟S3、加壓成型步驟S4、乾燥步驟S5及燒結步驟S6，其中：該玻璃材料提供步驟S1：該玻璃材料係取自液晶顯示器之不良品及生命週期結束後所產生之LCD廢玻璃，該玻璃材料係含有佔其重量比例70至80wt%之二氧化矽(SiO₂)以及10至20wt%之氧化鋁(Al₂O₃)，又以重量比例為75.1wt%之二氧化矽(SiO₂)以及16.1wt%之氧化鋁(Al₂O₃)為佳，且該LCD廢玻璃經研磨成形為具有粒徑0.1至200微米(μm)之粉末態玻璃材料；該集塵灰提供步驟S2：該集塵灰係重油經燃燒後為空氣污染防治設備靜電集塵器所收集之粒狀物集合體，該集塵灰係含有佔其重量比例15至20wt%之二氧化矽(SiO₂)以及10至20wt%之氧化鋁(Al₂O₃)，又以重量比例為18.7wt%之二氧化矽(SiO₂)以及16.5wt%之氧化鋁(Al₂O₃)為佳，且該粒狀物集合體經研磨成形為具有粒徑0.1至200微米(μm)之粉末態集塵灰；該黏土混合步驟S3：將該玻璃材料、該集塵灰及該黏土混合形成一混合體，且該玻璃材料及該集塵灰係佔該混合體重量比例之10至40wt%；於本步驟中，該玻璃材料與該集塵灰之重量比例為0%至90%；該加壓成型步驟S4：將該混合體置入一模具以加壓成 型為具有預設形狀之一成型體；該乾燥步驟S5：將該成型體脫模並乾燥至少24小時；於本實施例中，該乾燥步驟S5通常係於陰暗乾燥的通風處陰乾1-4個星期；該燒結步驟S6：將該乾燥後成型體送入高溫爐，以700至1000℃之燒結溫度，該高溫爐係具有每分鐘加熱1至30℃之加熱速率，且該高溫爐內部可為供氧或厭氧狀態，將該成型體持溫0.5至24小時燒製成為一燒結體，待該繞結體自然冷卻後成形為一紅磚成品。

以下請配合參閱第2至8B圖所示，說明本發明以不同溫度繞結成形之環保紅磚的吸水率、孔隙率、抗彎強度、磨耗量、抗壓強度之量測數據及其XRD圖譜及SEM觀察圖；其中，該曲線分別代表700℃、800℃、900℃、1000℃之燒結溫度。

第2圖係本發明混燒環保紅磚之吸水率變化情形。由圖中1000℃曲線可知，LCD廢玻璃與集塵灰含量為添加0至40wt%時，其測得之吸水率係符合CNS中三種建築用磚規範，且隨LCD廢玻璃與集塵灰添加量增加，燒結體之吸水率有下降之趨勢，又燒結溫度愈高，吸水率下降之趨勢愈明顯，造成此現象可視為與液晶面板廢玻璃及集塵灰在燒結過程扮演助熔劑有關，且LCD廢玻璃組成中之氧化鈣(CaO)及氧化鎂(MgO)等成分，以及集塵灰的氧化鈉(Na₂O)成分皆 有助熔的效果，故於添加後之燒結體內部較易產生液相燒結，加速顆粒的黏結速率和消除顆粒間之孔隙，形成緻密化之磚體，水分因而不易滲入試體內部，故吸水率有降低之現象。

第3圖係本發明混燒環保紅磚之孔隙率變化情形。由圖中1000℃曲線及700℃曲線可知，燒結溫度的提升使燒結體的孔隙率減少約6.95%，且孔隙率隨溫度提高而有明顯下降之趨勢。又由1000℃曲線可知，LCD廢玻璃與集塵灰所佔重量比例增加，則燒結體的孔隙率有隨之減少且緻密之現象。

第4圖係本發明混燒環保紅磚之抗彎強度變化情形。由圖中1000℃曲線可知，燒結體的抗彎強度係隨LCD廢玻璃與集塵灰所佔重量比例增加而增加，如圖顯示全黏土之燒結體抗彎強度為191.49公斤力/立方公分，當LCD廢玻璃與集塵灰所佔重量比例達40wt%時，抗彎強度達255.36公斤力/立方公分。

第5圖係本發明混燒環保紅磚之磨耗量變化情形。由圖中1000℃曲線可知，本發明環保紅磚燒結體的磨耗量並未明顯隨LCD廢玻璃與集塵灰之添加量變化，其係因燒結體表面結構越緻密且表面頸部成長越完全，則燒結體之磨耗量較低，使本發明混燒環保紅磚具有耐磨性佳之優點。第6圖係本發明混燒環保紅磚之抗壓強度變化情形，由於LCD廢玻 璃與集塵灰在燒結溫度達1000℃時，將使燒結體內部產生矽酸鹽黏滯流而填補孔隙，故本發明混燒環保紅磚之燒結體結構趨於緻密化，且LCD廢玻璃與集塵灰添加量達40wt%時，其燒結體之抗壓強度高達3784公斤力/立方公分。

第7圖係本發明混燒環保紅磚之X光繞射圖譜，其顯示本發明混燒環保紅磚之燒結體與全黏土之紅磚燒結體的結晶相十分相似，相態係以氧化態為主且其餘相態經高溫燒結後已逐漸消失，並顯示本發明環保紅磚燒結體所呈現之晶相以石英(Quartz，SiO₂)為主，又石英相隨LCD廢玻璃與集塵灰添加量增加而減少之趨勢，係因燒結體內部產生矽酸鹽部分玻璃化之結果。

第8A、8B、8C圖係本發明以1000℃燒結成型之全黏土、LCD廢玻璃及集塵灰添加量為10wt%、40wt%之SEM觀察圖。其中，由第8B、8C圖可知LCD廢玻璃及集塵灰添加量為40wt%時，其燒結體內部顆粒黏結情況較添加量為10wt%時為佳，且緻密化程度亦較高；其係由於LCD廢玻璃化學組成中氧化鈣及氧化鎂與集塵灰的氧化鈉等成分之助熔效果，從而在高溫下造成試體熔融相增多，加速顆粒的擴散速率和消除顆粒間之孔隙，使試體越緻密，進而提升機械強度。

綜上所述，本發明不但在組態製法上確實創新，並能較習用增進功效，應已充皆符合專利新穎性及進步性之法定發 明專利要件，爰依法提出申請。

S1‧‧‧玻璃材料提供步驟

S2‧‧‧集塵灰提供步驟

S3‧‧‧黏土混合步驟

S4‧‧‧加壓成型步驟

S5‧‧‧乾燥步驟

S6‧‧‧燒結步驟

第1圖 本發明環保紅磚製法之步驟流程示意圖。

第2圖 本發明不同燒結溫度製成之環保紅磚的吸水率變化曲線圖。

第3圖 本發明不同燒結溫度製成之環保紅磚的孔隙率變化曲線圖。

第4圖 本發明不同燒結溫度製成之環保紅磚的抗彎強度變化曲線圖。

第5圖 本發明不同燒結溫度製成之環保紅磚的磨耗量變化曲線圖。

第6圖 本發明不同燒結溫度製成之環保紅磚的抗壓強度變化曲線圖。

第7圖 本發明具以燒結溫度1000℃製成之具不同廢玻璃與集塵灰含量之環保紅磚的XRD圖譜。

第8A圖 未添加廢玻璃與集塵灰之全黏土燒結體SEM圖。

第8B圖 本發明添加10wt%廢玻璃與集塵灰之燒結體SEM圖。

第8C圖 本發明添加40wt%廢玻璃與集塵灰之燒結體SEM圖。

S1‧‧‧玻璃材料提供步驟

S2‧‧‧集塵灰提供步驟

S3‧‧‧黏土混合步驟

S4‧‧‧加壓成型步驟

S5‧‧‧乾燥步驟

S6‧‧‧燒結步驟

Claims (10)

1. 一種以液晶顯示器廢棄玻璃回收製成之環保紅磚的製法，該環保紅磚成型材料包括黏土、玻璃材料及集塵灰，其中，該製法步驟包括：(a)玻璃材料提供步驟：該玻璃材料係取自液晶顯示器之不良品及生命週期結束後所產生之廢玻璃；(b)集塵灰提供步驟：該集塵灰係重油經燃燒後為空氣污染防治設備靜電集塵器所收集之粒狀物集合體；(c)黏土混合步驟：將該玻璃材料、該集塵灰及該黏土混合形成一混合體，且該玻璃材料及該集塵灰係佔該混合體重量比例之10至40wt%；(d)加壓成型步驟：將該混合體置入一模具以加壓成型為具有預設形狀之一成型體；(e)乾燥步驟：將該成型體脫模並乾燥至少24小時；(f)燒結步驟：將該乾燥後成型體送入高溫爐，以700至1000℃之燒結溫度，將該成型體持溫0.5至24小時燒製成為一燒結體，待該繞結體自然冷卻後成形為一紅磚成品。
2. 如申請專利範圍第1項所述之以液晶顯示器廢棄玻璃回收製成之環保紅磚的製法，其中，該玻璃材料提供步驟中的玻璃材料係含有佔其重量比例70至80wt%之二氧化矽 (SiO₂)以及10至20wt%之氧化鋁(Al₂O₃)，該集塵灰提供步驟S2中的集塵灰係含有佔其重量比例15至20wt%之二氧化矽(SiO₂)以及10至20wt%之氧化鋁(Al₂O₃)。
3. 如申請專利範圍第1項所述之以液晶顯示器廢棄玻璃回收製成之環保紅磚的製法，其中，該玻璃材料含有佔其重量比例75.1wt%之二氧化矽(SiO₂)以及16.1wt%之氧化鋁(Al₂O₃)，該集塵灰含有佔其重量比例18.7wt%之二氧化矽(SiO₂)以及16.5wt%之氧化鋁(Al₂O₃)，且該黏土含有佔其重量比例60至70wt%之二氧化矽(SiO₂)以及15至25wt%之氧化鋁(Al₂O₃)。
4. 如申請專利範圍第1項所述之以液晶顯示器廢棄玻璃回收製成之環保紅磚的製法，於該黏土混合步驟中，該玻璃材料與該集塵灰之重量比例為0%至90%。
5. 如申請專利範圍第1項所述之以液晶顯示器廢棄玻璃回收製成之環保紅磚的製法，其中，該燒結步驟之高溫爐加熱速率為每分鐘加熱1至30℃，且該高溫爐內部可為供氧或厭氧狀態。
6. 一種如申請專利範圍第1項所述之以液晶顯示器廢棄玻 璃回收製成之環保紅磚的製法製成之環保紅磚，係包括一玻璃材料、一集塵灰及一黏土，其特徵在於：該玻璃材料及該集塵灰係佔該環保紅磚重量比例之10至40wt%，該玻璃材料係為液晶顯示器廢玻璃，該玻璃材料含有佔其重量比例70至80wt%之二氧化矽(SiO₂)以及10至20wt%之氧化鋁(Al₂O₃)，該集塵灰係為燃油鍋爐產生之粒狀物集合體，該集塵灰含有佔其重量比例15至20wt%之二氧化矽(SiO₂)以及10至20wt%之氧化鋁(Al₂O₃)。
7. 如申請專利範圍第6項所述之以液晶顯示器廢棄玻璃回收製成之環保紅磚的製法製成之環保紅磚，其中，該玻璃材料含有佔其重量比例75.1wt%之二氧化矽(SiO₂)以及16.1wt%之氧化鋁(Al₂O₃)，該集塵灰含有佔其重量比例18.7wt%之二氧化矽(SiO₂)以及16.5wt%之氧化鋁(Al₂O₃)，且該黏土含有佔其重量比例60至70wt%之二氧化矽(SiO₂)以及15至25wt%之氧化鋁(Al₂O₃)。
8. 如申請專利範圍第7項所述之以液晶顯示器廢棄玻璃回收製成之環保紅磚的製法製成之環保紅磚，其中，該黏土含有佔其重量比例66.6wt%之二氧化矽(SiO₂)以及20.5wt%之氧化鋁(Al₂O₃)。
9. 如申請專利範圍第6項所述之以液晶顯示器廢棄玻璃回收製成之環保紅磚的製法製成之環保紅磚，其中，該環保紅磚之吸水率為5至13%，孔隙率為25至15%，抗彎強度為185至265公斤力/平方公分(kgf/cm²)，抗壓強度為2700至3850公斤力/平方公分(kgf/cm²)。
10. 如申請專利範圍第6項所述之以液晶顯示器廢棄玻璃回收製成之環保紅磚的製法製成之環保紅磚，其中，該玻璃材料與該集塵灰之重量比例為0%至90%。