顯示器面板中銦的回收市場與技術：材料世界網

最近日本公布的一項統計數據，稱日本是世界上最大的金、銀、鉛和銦的資源國，其銅、白金和鉭資源也位居世界前三位。這是根據在日本國內蓄積的可回收金屬總量進行計算後得出的。日本東北大學選礦精煉研究所教授南條道夫等提出的“城市礦山”的概念，就是指其國內蓄積的可回收金屬。根據公布的數字，日本是稀有金屬消費大國，同時也是回收稀有金屬的資源大國。日本國內黃金的可回收量為6800 噸，約佔世界現有總儲量（42000 噸）的16% ，如果製成金塊，總價值將達到20 萬億日元，這個數值超過了世界黃金儲量最大的南非。銀的可回收量達60000 噸，佔全世界總儲量的約23% ，超過了儲量世界第一的波蘭。

稀有金屬銦目前面臨資源枯竭，是製作液晶顯示器和發光二極管的原料，日本的藏量佔全世界儲量約38% ，與銀和鉛一樣，都位居世界首位。雖然日本是一個資源貧困國，但從這些數字看，又可說日本是一個“城市礦山”。對物質和材料研究機構來說，研究這些稀有金屬，能否以利於經濟的形式被回收，是很重要的工作。日本選礦精煉研究所指出，目前這些“城市礦山”資源，大多是來自使用完被丟棄的製品，它往往被當作“廢物”處理，以低價出口至國外。在廢棄的手機或電腦中，含有稀有金屬，而城市中這樣的廢物數量龐大，因而被稱為是沉睡在城市裏的“礦山”。

稀有金屬銦
銦金屬具有獨特的物理和化學性質，被廣泛應用於醫藥衛生、電子計算機、太陽能電池、電子光電、國防軍事、航太航空、核能工業和現代資訊產業等高科技領域，在國民經濟中的作用日趨重要，已成為現代電子工業中不可或缺的功能材料之一。它的主要用途是：生產銦錫氧化物(ITO)靶材（占整個銦用量的60~70%）；作為低熔點合金焊料和半導體化合物（InP 、InAs 、InSb 、GaInAs 等）；以銦替代汞生產綠色環保電池等。

由於銦金屬在地殼中的含量十分稀少，並沒有獨立礦產，為主要分布於鋅礦中的一種微量元素，需由提煉出鋅金屬後之廢渣中，再經提煉方可得銦錠。隨著全球數位化技術的快速發展，推動了行動通訊和衛星數字傳輸的高速成長，刺激了LCD 等顯示器零件的增加，使國際市場對ITO 靶材的需求量成倍數增加。銦在地殼中的儲存量約為0.000024% ，與銀相近，全球資源儲量約為2 萬噸。銦的主要產源來自歐盟、中國大陸、日本、北美和俄羅斯等國，其中以中國大陸的銦產量成長最快且潛力較大。中國國家稀有金屬儲量統計報告指出，中國已探明的銦資源主要集中於廣西、雲南、內蒙古和廣東等地，這四省的銦儲量約占全國儲量的80% 。廣西大廠是世界著名的銦都，廣西銦儲量近5000 噸；雲南銦儲量約4000 多噸。目前國際市場上， ITO透明導電薄膜的需求量以35% 的速度增長，並且因液晶電視機生產廠家為了滿足市場需求，擴大生產能力，增加了對氧化銦錫的需求，同時在太陽能電池(CIGS)的應用也導致銦需求增加。故可預期地，市場上對於銦金屬的需求量，未來將會出現大幅度地增長。

銦錫氧化物(ITO)－透明導電膜
ITO 透明導電膜主要應用在LCD 上，如圖一所示典型的薄膜電晶體(Thin Film Transistor; TFT) LCD 上的一個像素(Pixel)剖面，下方的玻璃基板上有三組TFT 和透明電極，相對的上方玻璃基板上則有RGB 三原色的彩色濾光片(Color Filter)和共通電極（也是透明的）。當影像訊號驅動TFT ，並藉由透明電極和共通電極對中間電極的液晶層施加不同電壓，造成不同電場時，液晶會作不同程度的扭轉而改變RGB 色光的通過量，造成不同的顏色，這顯示了透明電極的兩大性質－透明及導電，主要LCD透明電極材料為ITO 。

圖一、典型的TFT-LCD 剖面

在公共場所的資訊系統，小至PDA 或掌上型攝影機的螢幕都可見到觸控面板，裡面也有透明導電膜，目前ITO 和SnO₂也是其中主要的材料。透明導電膜的透光性可以讓觸控面板下的影像文字等資訊顯示出來，透明導電膜的導電性可以讓觸控面板偵測出使用者觸摸位置，執行軟體所設定的動作。電阻式觸控面板的典型結構圖如圖二所示，上電極板和下電極板的基材分別是塑膠材料PET (Polyethylene Terephthalate)和玻璃，在它們的表面上都鍍有ITO薄膜，當手指按下時便可使上下兩層ITO 接觸。在上方PET 膜的X 方向施加電壓，經由下電極讀取電位，可以得知接觸點的X軸座標，在下電極的Y 方向加電壓，經由上方PET 膜讀取電位，可以得知Y 座標。

圖二、觸控面板類比電阻式典型剖面圖

銦金屬在LCD TV 的使用量與產值
根據工研院產經中心(IEK)統計，在2006 年全球LCD TV 出貨量約為4110 萬台，佔所有顯示器出貨量的比重約23% ，而電漿顯示電視(PDP TV)約有5% ，傳統CRTTV 約有72% 。隨著技術發展成熟，預估在2009 年LCD TV 出貨將超過CRT TV ，到2010 年出貨量將超過6 成， CRT TV 出貨將降到24% 。以目前LCD TV 在市場上的主流尺寸為32 吋、37 吋、42 吋來推估ITO 使用量，以ITO 導電膜厚度約10~15nm 及37 吋之LCD TV 來估算，每一台LCD TV 約使用568 mg ITO（計算基準面積約為4000cm²、ITO 密度7.1 g/cm³ 、ITO 厚度100nm），以2006 年全球LCD TV 出貨量來估計約需使用23.5 公噸ITO 的材料在面板上，而ITO靶材利用率約3~4 成，約需要70 公噸之ITO 靶用於LCD TV 上，若以銦金屬估算約63 公噸用於LCD TV 上。而觸控面板上也需使用到ITO 材料。若以相當LCD TV 的量來估電阻式觸控面板上ITO 使用量(膜厚約20nm)約有4.5 公噸。以目前每公斤銦價格約800 美元來算，ITO 產值至少有5000 萬美元以上用於全球LCD TV 之透明導電膜上。台灣在LCD TV製造上也已經位居全球重要地位，對於LCD 材料之需求更是殷切，由於資源有限及價格高漲因素，能夠回收再利用將會是未來發展新趨勢及新興市場。

銦金屬礦石和採礦的簡單處理流程如圖四所示，將含有高濃度銦的鉛、鋅、銅等礦石經過萃取、純化及精煉達到所需之高純度，再到各種產品上的應用。在純化及精煉時會有部份銦來自於回收所得到的銦金屬，再一起精煉成高純度銦，其中回收銦來自於ITO 靶材。ITO 靶材在離子濺鍍機(Sputter)上使用約只有30% 的使用率，其餘70% 為使用過之廢ITO 靶，因此自ITO 靶材回收銦回收率約60% 到65% ，是另一重要的銦來源，這對於提高回收率而言，變成是相對重要的研究課題。ITO 靶材主要回收在有生產ITO 靶材的國家，目前有日本、中國及少部份韓國有進行回收。預期在2009 年會出現供應不及需求的問題。

目前從ITO 中回收提取銦、錫的技術，主要是將ITO 廢靶料粉碎溶於無機酸中，再進行淨化，銦錫分離，電解精煉，主要難度在銦錫分離，典型回收流程方法如圖五，回收處理方法其一為ITO 廢料在鹽酸或鹽酸+ 硫酸的混合酸中進行溶解，溶解後在惰性氣體氣氛下加入金屬銦，來使溶液中的雜質離子銅(Cu)、鉛(Pb)、錫(Sn)等置換析出，過濾除去子雜質，然後將純化液進行電解析出銦金屬。其二為以鹽酸將ITO 廢靶料溶解，在溶解液中加入鹼進行中和，調整pH 值到適當條件下，將溶液中的錫及一些雜質金屬離子物質以氫氧化物形式沉澱去除，然後通入硫化氫氣體，把銅、鉛等剩餘雜質以硫化物沉澱下來過濾去除，然後將純化液進行電解析出銦金屬。此外去除雜質也有以鋁金屬來置換溶液中之金屬離子，達到純化作用。

圖五、ITO 廢靶回收流程圖

對於廢棄LCD 面板上ITO 透明導電膜的回收，日本Sharp and Aqua Tech 公司所開發之回收流程（如圖六所示），需將含有ITO 導電膜之材料先粉碎後，再以無機酸將ITO 溶解，是一簡易方法，後再進行玻離廢渣分離，將溶液中雜質去除後，進行電解析出銦金屬，即可回收高純度銦，根據其發表， 15 吋面板上可以回收15 毫克的銦。

圖六、LCD 玻璃上ITO 回收流程