废弃LED显示屏回收策略:环境与经济评估

《Waste Management》:Recycling strategies of waste LED display panels: environmental and economic assessment

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月07日 来源:Waste Management 7.3

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   •集成LCA-LCC框架评估了废弃LED显示屏的回收。•不同的LED灯珠回收策略表现出不同的环境-经济绩效。•从LED灯珠中回收铜显示出最高的减碳效益。•S5-B方案实现了最大的总体环境和绝对经济效益。•经预处理的铜回收显示出最佳的经成本归一化后的综合绩效。引言随着电子信息产

  
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    集成LCA-LCC框架评估了废弃LED显示屏的回收。
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    不同的LED灯珠回收策略表现出不同的环境-经济绩效。
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    从LED灯珠中回收铜显示出最高的减碳效益。
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    S5-B方案实现了最大的总体环境和绝对经济效益。
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    经预处理的铜回收显示出最佳的经成本归一化后的综合绩效。

引言

随着电子信息产业的快速发展,LED显示屏凭借其高分辨率、低能耗和长使用寿命,已在广告、交通、文化娱乐等领域得到广泛应用(Zhang, 2019)。其尺寸不断增大、应用范围持续扩展,导致报废LED显示屏数量日益增加,使废弃LED显示屏成为一类新兴的电子废弃物(Gayral, 2017)。
LED显示屏主要由塑料外壳、印刷电路板(PCBs)和LED灯珠组成(Yang, 2013)。PCBs和LED灯珠中含有铜、金、银和镓等 valuable 金属,表明其具有较高的回收潜力。同时,它们也含有铅(Pb)、砷(As)、铬(Cr)和溴化阻燃剂(BFRs)等有害物质,若未妥善处理,可能对生态系统和人类健康构成风险(Lim et al., 2013, Ilankoon et al., 2018, T?hk?m?, 2013)。
近年来的研究越来越关注LED产品的环境可持续性和生命周期影响。T?hk?m?(2013)报告指出,与传统光源相比,LED在气候变化和化石资源耗竭方面表现更优,但其环境影响受能源使用和材料组成的影响很大。Rahman等人(2021)进一步强调了产品设计和报废拆解对LED照明产品的重要性。随着LED产品报废量不断增加,其资源价值和回收技术也引起了关注。Cenci等人(2020)和Rebello等人(2020)报道,废弃LED灯具中含有金、银、铜和镓等有价值的关键金属。在回收技术方面,焙烧-酸浸和生物浸出已应用于从废弃LED灯具中回收镓、铜、镍等金属,但能耗、试剂使用和副产品排放仍是工业应用中的重要挑战(Zhou et al., 2019, Pourhossein and Mousavi, 2018, Pourhossein and Mousavi, 2019)。Pourhossein和Mousavi(2018)引入生物浸出法从废弃LED灯具中浸出金属,显著提高了铜、镍和镓的浸出效率。此外,Pourhossein和Mousavi(2019)优化了生物浸出条件以提高铜、镓等金属的回收率,同时强调了工业应用中能耗高和副产品排放的挑战。总体而言,以往研究主要聚焦于LED照明产品,而废弃LED显示屏在结构和材料组成上与之存在显著差异,相关研究仍不充分(Chancerel et al., 2013)。因此,有必要在当前技术条件下评估不同废弃LED显示屏回收策略的环境和经济绩效。
LCA和LCC广泛用于评估废弃物回收策略的环境和经济绩效。LCA是一种系统方法,用于量化产品、服务或过程在整个生命周期中的环境影响。近年来,它在废物管理和资源回收领域得到了广泛应用,用于识别环境热点并比较替代处理途径,包括电子废物的机械分选、湿法冶金浸出和热处理(Liu et al., 2025, Yuan et al., 2024, Christensen et al., 2020, Hong et al., 2015, He et al., 2024)。此外,LCA与技术经济分析(TEA)的整合已成为同时评估回收技术环境和经济绩效的一种重要方法(Wang et al., 2025)。LCC是一种基于生命周期的方法,用于量化与产品、项目或系统相关的所有成本,特别适用于废物管理和资源回收系统(Shu and Zhang, 2003)。它被广泛应用于识别拆解、运输、预处理和回收过程中的成本贡献,从而为成本优化和情景分析提供定量依据(Shu and Zhang, 2003, Di Vittorio et al., 2023, Hou et al., 2025, Liu et al., 2020)。在许多废弃物回收研究中,LCC与LCA结合形成集成决策框架。例如,Di Vittorio等人(2023)采用集成LCA-LCC框架比较了不同电池包设计,识别出环境影响和生命周期成本更低的方案。Hou等人(2025)进一步通过生态效率指标将LCA和LCC耦合,比较了退役动力电池回收技术的综合绩效,识别出环境和经济更优的方案。类似地,Liu等人(2020)将LCA和LCC相结合,评估了废弃物回收系统中减排的成本效益,揭示了环境效益与经济绩效之间的权衡关系。总体而言,LCA和LCC的整合为环境绩效和经济绩效的联合优化提供了有效依据。
为了系统评估废弃LED显示屏回收策略的环境和经济绩效,本研究建立了一个集成LCA-LCC框架,覆盖整个回收过程。以典型的全彩LED显示屏为案例研究,首先量化了不同策略的环境影响和经济绩效。随后采用生态效率(EE)、效益成本比(BCR)和多准则决策(MCDM)方法进行综合评估。该框架用于比较替代回收策略,为废弃LED显示屏的可持续管理和资源导向型回收提供科学支持。

章节摘要

样品

根据中国光学光电子行业协会的数据,像素间距为P2.5-P1.7的小间距LED显示屏占国内市场份额的70%以上(见补充材料中的表S1)(Optics and Association, 2023)。小间距LED显示屏广泛应用于室内场景,如会议系统、商业显示和控制中心,预计将在未来几年进入报废阶段。因此,像素

废弃LED显示屏的回收策略

基于LED显示屏的结构特征和材料组成,以及当前的金属回收实践,提出了十一种回收策略(表2)。情景S0涉及塑料外壳回收和PCBs中的铜回收,代表了中国废弃LED显示屏的基本处理实践。情景S1-S5根据LED灯珠的回收潜力设计,包括铜回收、镓回收、金+银回收、镓+金+银回收以及

局限性与不确定性

尽管本研究通过集成LCA和LCC系统评估了不同废弃LED显示屏回收策略的环境和经济绩效,但仍存在若干局限性和不确定性。
首先,本研究选择了市场占有率较高的代表性LED显示屏类型和品牌,并采用加权平均方法刻画中国典型的LED显示屏。然而,实际废弃LED显示屏可能在应用场景、生产批次、制造

结论

基于集成LCA-LCC框架,本研究评估了不同废弃LED显示屏回收策略的环境和经济绩效,并进一步利用EE、BCR和AHP-TOPSIS对其综合绩效进行比较。
  • 1.
    LED废弃显示屏回收的环境绩效主要受LED灯珠回收策略的影响。铜回收显示出最高的减碳效益,而S5-B方案(涉及经焙烧富集预处理的铜、镓、金和银回收)

CRediT作者贡献声明

秦海军:撰写-初稿、方法论、形式化分析、数据管理。潘跃顺:方法论、数据管理。庄旭宁:监督指导、方法论、基金获取、概念构思。吴文杰:方法论。赵静:形式化分析。宋小龙:方法论、基金获取。

利益冲突声明

作者声明以下财务利益/人际关系,可被视为潜在的利益冲突:庄旭宁报告了来自上海市浦东新区科技和经济委员会的财务支持。宋小龙报告了来自国家自然科学基金的财务支持。如有其他作者,他们声明不存在已知的竞争性财务利益或可能

致谢

作者感谢以下机构的财务支持:国家自然科学基金委员会【<-- -->42471331<-- -->】和浦东新区科技计划【<-- -->PKJ2023-C03<-- -->】。
秦海军|潘跃顺|庄旭宁|吴文杰|赵静|宋小龙
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