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고에너지 밀링으로 제조된 폐디스플레이 패널 분말의 밀링시간에 따른 인듐 용출특성
Characteristics of Indium Dissolution of Waste LCD Panel Powders Fabricated by High Energy Ball Milling (HEBM) Process with Milling Time 원문보기

한국분말야금학회지 = Journal of Korean Powder Metallurgy Institute, v.18 no.4, 2011년, pp.378 - 384  

김효섭 (공주대학교 신소재공학과) ,  성준제 (공주대학교 신소재공학과) ,  이철희 (공주대학교 신소재공학과) ,  홍현선 (고등기술연구원 플랜트엔지니어링센타) ,  홍순직 (공주대학교 신소재공학과)

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In this research, the indium dissolution properties of the waste LCD panel powders were investigated as a function of milling time fabricated by high-energy ball milling (HEBM) process. The particle morphology of waste LCD panel powders changed from sharp and irregular shape of initial cullet to sph...

주제어

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문제 정의

  • 기존의 연구에서는 조대한 사용 후 LCD 컬릿을 사용하여 인듐을 용출하므로 효과적인 용출을 위하여 용출과정 동안 가열을 진행하였으나, 본 연구에서는 분말의 미세화에 의한 인듐 용출특성만을 알아보기 위해 변수를 최소화하고자 가열 없이 용출을 진행하였다. 또한, 용출 후 용액 내 주석이나 다른 원소들의 함량은 고려치 않고 인듐의 함량만을 측정하여 나타내었다.
  • 하지만, 미세화 과정 동안 발생하는 분말의 크기 및 형상의 변화, 분말 간 응집, 불순물 등의 다양한 변수 때문에 최적조건을 확립하기가 쉽지 않아 이에 대한 연구가 진행되고 있지 않다. 따라서, 본 연구에서는 사용 후 LCD패널의 미세화에 의한 분말의 미세조직 변화와 이로 인한 인듐 용출특성 효과를 알아보고 최적의 용출조건을 확립하고자, 고에너지 밀링으로 시간변화에 따라 사용 후 LCD 패널 분말을 제조하였다.
  • 이러한 분말의 미세화에 따른 유리회수율의 감소는 밀링용기 및 볼의 표면에 잔존하는 미회수된 분말과 여과용지에 흡착되어 분말의 손실량이 발생했기 때문으로 생각된다. 본 연구에서는 분말의 미세화에 따른 인듐용출 특성을 알아보기 위함이므로 분말과 유리의 손실량에 따른 영향을 배제하기 위하여 밀링 후 회수된 분말량에 관계없이 일정량을 취하여 용출실험을 진행하였다. 하지만, 이를 대량화, 상용화할 시에는 적지 않은 분말의 손실량이 발생할 수 있고 이는 결과적으로 인듐 및 유리회수량을 감소시키므로 공정 최적화 및 미세화 제어를 통하여 이를 최소화할 필요가 있을 것으로 생각된다.
  • 이상의 연구결과들로부터 본 연구에서는 고에너지 밀링으로 사용 후 LCD 패널 분말의 미세화 거동과 이에 따른 인듐용출 특성 평가를 통하여 최적의 공정조건을 확립하였으며, 이를 통하여 국내 사용 후 LCD 제품의 재활용 기술개발 가능성을 제시하였다.
  • 이에 본 연구에서는 사용 후 LCD 패널로부터 희소금속인 인듐을 회수하기 위한 기초연구로서, 용출의 주요변수 중의 하나인 LCD패널 분말의 크기변화에 따른 인듐의 용출특성을 알아보고자 하였다. 이를 위해 많은 연구에서 우수한 미세화 특성이 보고된 고에너지 밀링으로 폐LCD 패널을 분쇄하여 분말을 제조하고, 밀링시간에 따른 분말 크기와 미세구조 변화를 관찰하여 그에 따른 용출특성과의 상관관계를 조사, 분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
LCD 디스플레이 패널은 무엇으로 구성되어 있는가? 하지만 이에 비해 국내에서는 사용 후 LCD 제품을 폐기물로 분류하여 대부분 소각 또는 매립되고 있는 있으며, 재활용 관련기술은 전혀 없는 실정이다. LCD구성부품 중 패널은 LCD 디스플레이의 주요부품으로 구성성분을 보면 액정(Liquid Crystal: LC), ITO(Indium Tin Oxide) 투명전극, 유리 등으로 구성되어 있다. 특히, ITO 투명전극에는 고가의 희소금속으로 분류되는 인듐이 산화물의 형태로 함유되어 있다.
사용 후 LCD 제품으로부터 인듐을 회수하여 재자원화하기 어려웠던 이유는 무엇인가? 인듐은 생산량이 적고 매장량이 지속적으로 감소하는 고갈지수가 높은 자원 희소성 금속으로 전 세계적으로 생산되는 인듐의 84%가 ITO를 제조하는데 사용되고 있으며, 인듐의 수요증가에 따라 가격폭등 및 생산부족 등의 문제가 발생하고 있다[13-14]. 따라서, 사용 후 LCD 제품으로부터 인듐을 회수하여 재자원화하고자 하는 많은 요구가 있었지만, 유리 기판에 형성되어 있는 전극물질은 분리가 쉽지 않고 선택적으로 인듐을 용해하기 어려워 재자원화하는데 많은 문제점이 있었다. 기존에는 인듐회수를 위하여 패널을 파쇄하여 산으로 용출한 후 이를 시멘테이션이나 전해회수 하는 등의 연구들이 보고되고 있으나[15-20], 효율성 및 경제성 등의 문제로 사용이 제한되고 있다.
해마다 더 많은 양의 사용 후 LCD 폐제품들이 발생하고, 이에 대한 처리가 사회적인 문제로 점차 확대되는 이유는 무엇인가? 하지만, 이러한 디스플레이의 급격한 수요증가와 함께 사용 후 디스플레이의 폐기물량도 매년 빠르게 증가하고 있으며, 앞으로 지속적인 디스플레이의 수요전망을 고려하였을 때 많은 양의 사용 후 디스플레이 폐제품이 발생할 것으로 예상하고 있다[3-4]. 특히, LCD는 타 디스플레이와 비교하여 5~6년 정도로 짧은 사용주기를 나타내고 있으며, 최근 전자제품의 성능 및 디자인의 변화가 가속화됨에 따라 사용 수명도 점차 짧아지고 있다[5]. 이 때문에 해마다 더 많은 양의 사용 후 LCD 폐제품들이 발생하고 있으며, 이에 대한 처리가 사회적인 문제로 점차 확대되어 가고 있다.
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참고문헌 (30)

  1. NBSC (National Bureau of Statistics of China), 2007. China Statistical Yearbook 2006. Beijing, China. 

  2. J. C. Yoo: Global Display Market Trend, 2010 IT industry Prospect Conference, Seoul, Korea, 16-17th Nov. 2009. 

  3. R&DBIZ: Electronics Information Center (2005). 

  4. J. H. Choi: KDB Reaserch Institute (2009) 83. 

  5. H. S. Hong, M. S. Kong, S. K. Lee and H. Y. Kang: Korean Industrial Chemistry News, 13 (2010) 10 (Korean). 

  6. J. Li, S. Gao, H. Duan and L. Liu: Waste Manage., 29 (2009) 2003. 

  7. H. M. Lee, H. S. Hong, H. C. Jung, H. Y. Kang and S. J. Hong: J. Korean Powder. Metall. Inst., 17 (2010) 88 (Korean). 

  8. J. Chen, J. S. Yao, Y. Y. Zhou, Z. F. Chen, X. Wang and J. W. Huang: Chinese J. Rare Metals, 27 (2003) 101. 

  9. W. L. chou and Y. H. Huang: J. Hazard. Mater., 172 (2009) 46. 

  10. S. J. Hsieh, C. C. Chen and W. C. Say: Mater. Sci. Eng. B., 158 (2009) 82. 

  11. H. Takamichi and M. Toshiaki: Sharp Technical J., 92 (2005) 17. 

  12. Densho Engineering Co Ltd: Japan, No. 2008-255387 (2008). 

  13. A. C. Tolcin: Indium 2008. U.S. Geological Survey. 

  14. A. C. Tolcin: Indium 2009. U.S. Geological Survey. 

  15. Sami Virolainen, Don Ibana and Erkki Paatero: Hydrometallurgy, 107 (2011) 56. 

  16. M. S. Steiner: ReLCD-Workshop, (2006). 

  17. C. Lee: Knowledge Bridge, 45 (2004) 2. 

  18. H. Y. Kang and J. M. Schoenung: J. Hazard. Mater., 137 (2006) 1165. 

  19. J. Li, B. Tian, T. Liu, X. Wen and Seich Honda: J. Mater. Cycles Waste Manag., 8 (2006) 13. 

  20. http://sharp-world.com/corporate/eco/environment_and_sharp/examples/sgt_Indium.html, Technology to Recycle Indium from Scrap LCD Panels, Sharp. 

  21. M. Turner and D. Callaghan: Computer Law and Security Report, 23 (2007) 73. 

  22. Kunihiko Takahashi, Atsushi Sasaki, Gjergj Dodbiba, Jin Sadaki, Nobuaki Sato and Toyohisa Fujita: Metall. Trans. A, 40 (2009) 891. 

  23. K.-S. Park, Wakao Sato, Guido Grause, Tomohito Kameda and Toshiaki Yoshioka: Themochimica Acta 493 (2009) 105. 

  24. Jinhui Li, Song Gao, Huabo Duan and Lili Liu: Waste Management, 29 (2009) 2033. 

  25. Y. R. Uhm, J. W. Kim, J. W. Jung and C. K. Rhee: J. Korean Powder. Metall. Inst., 16 (2009) 110 (Korean). 

  26. J. W. Song, H. S. Kim, H. M. Kim, T. S. Kim and S. J. Hong: J. Korean Powder Metall. Inst., 17 (2010) 302 (Korean). 

  27. King Contry Solid Waste Division: Flat Panel Displays: End of Life Management Report (2007). 

  28. C.-T. Lee, J. Lee, M. Jang and S. Lee: J. Korean Ind. Eng. Chem., 20 (2009) 266 (Korean). 

  29. Yuhu Li, Zhihong Liu, Qihou Li, Zhiyong Liu and Li Zeng: Hydrometallurgy 105 (2011) 207. 

  30. Melgardt M. de Villiers: Int. J. Pharm., 136 (1996) 175. 

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