シリコン回収システムおよびシリコン回収方法
【課題】ピュアシリコンの含有率が高いシリコン汚泥を回収すること。
【解決手段】結晶シリコンの研磨および／または研削に伴う排水を流通させる樹脂製またはステンレス製の配管を用いることとしたうえで、流通される排水を貯留する貯留槽内の排水に浸漬した膜エレメントへシリコン汚泥を吸着させる汚泥吸着装置と、吸着されたシリコン汚泥を乾燥させることによって乾燥シリコン汚泥を得る汚泥乾燥装置とを配置し、シリコンが水と接した状態で留まる滞留時間が、かかる状態のシリコンにおける酸素濃度の時間変化率を示す酸化係数および回収されるシリコンにおける酸素濃度の目標値に基づいて算出される上限時間以下となるように、配管によって流通される単位時間あたりの排水の量および汚泥吸着装置によって処理される単位時間あたりの排水の量を決定するようにシリコン回収システムを構成する。
【解決手段】結晶シリコンの研磨および／または研削に伴う排水を流通させる樹脂製またはステンレス製の配管を用いることとしたうえで、流通される排水を貯留する貯留槽内の排水に浸漬した膜エレメントへシリコン汚泥を吸着させる汚泥吸着装置と、吸着されたシリコン汚泥を乾燥させることによって乾燥シリコン汚泥を得る汚泥乾燥装置とを配置し、シリコンが水と接した状態で留まる滞留時間が、かかる状態のシリコンにおける酸素濃度の時間変化率を示す酸化係数および回収されるシリコンにおける酸素濃度の目標値に基づいて算出される上限時間以下となるように、配管によって流通される単位時間あたりの排水の量および汚泥吸着装置によって処理される単位時間あたりの排水の量を決定するようにシリコン回収システムを構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、シリコンを含んだ排水からシリコンを回収するシリコン回収システム、シリコン回収方法、回収物および回収物の化合物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコンインゴットやシリコンウェハを加工する工場では、シリコンの研磨や研削に伴って大量のシリコン汚泥を排出している。そして、近年のエコロジー機運の高まりもあり、かかるシリコン汚泥の再利用について種々検討されている。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、シリコン屑を含んだ排水のｐＨ値を調整したうえで、調整後の排水をフィルタに通過させてシリコン屑を回収する技術が開示されている。そして、特許文献１には、回収したシリコン屑を溶融させてインゴットとして再利用したり、セメントやコンクリートの材料として再利用したりする旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７７３８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、ｐＨ調整剤を排水へ注入するため、回収される回収物にｐＨ調整剤の成分が含まれてしまうおそれがある。また、排水中に含まれるピュアシリコン（Ｓｉ）が化合物へ変成することを促進してしまうおそれもある。このため、特許文献１の技術には、回収物に含まれるピュアシリコン（Ｓｉ）の比率が低くなってしまうという問題があった。
【０００６】
そして、特許文献１の技術を用いた場合には、回収物に含まれるピュアシリコン（Ｓｉ）の比率を高めるために回収後の後処理が必要となり、再利用するためのコストが高くつくという問題もあった。すなわち、回収物に含まれるピュアシリコンの比率が高いほど再利用価値が高いためピュアシリコンの含有率が高いほど好ましいが、コストをかけすぎると採算をとることが困難となってしまう。
【０００７】
ところで、特許文献１の回収物をはじめとするシリコン汚泥は、脱水工程を経たとしても含水率が６０％程度であることが知られている。このため、回収したシリコン汚泥は容積が大きく運搬コストが高くつくという問題もあった。
【０００８】
これらのことから、ピュアシリコンの含有率が高いシリコン汚泥をいかにして回収するかが大きな課題となっている。
【０００９】
本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであって、ピュアシリコンの含有率が高い回収物を回収することができるシリコン回収システム、シリコン回収方法、回収される回収物および回収物の化合物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、シリコンを含んだ排水からシリコンを回収するシリコン回収システムであって、結晶シリコンの研磨および／または研削に伴う排水を流通させる流通手段と、前記流通手段によって流通される排水を貯留する貯留槽内の排水に浸漬した膜エレメントへシリコン汚泥を吸着させる汚泥吸着手段と、前記汚泥吸着手段によって吸着されたシリコン汚泥を乾燥させることによって乾燥シリコン汚泥を得る汚泥乾燥手段とを備え、シリコンが水と接した状態で留まる滞留時間が、前記状態のシリコンにおける酸素濃度の時間変化率を示す酸化係数および回収されるシリコンにおける前記酸素濃度の目標値に基づいて算出される上限時間以下となるように、前記流通手段によって流通される単位時間あたりの排水の量および前記汚泥吸着手段によって処理される単位時間あたりの排水の量を決定したことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上記の発明において、前記流通手段は、樹脂製またはステンレス製の配管であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、上記の発明において、前記汚泥吸着手段の上流側に設けられ、排水を濃縮する濃縮手段をさらに備え、前記流通手段は、前記濃縮手段の上流側および下流側にそれぞれ設けられており、前記汚泥吸着手段は、前記濃縮手段によって濃縮された排水を前記流通手段経由で受け取ることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、上記の発明において、前記汚泥吸着手段は、上流側からみて並列に設けられることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、上記の発明において、前記汚泥乾燥手段は、前記シリコン汚泥を乾燥させることによって含水率が３０％以下の前記乾燥シリコン汚泥を得ることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、上記の発明において、前記滞留時間の終点は、前記乾燥シリコン汚泥の含水率が３０％となった時点であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、上記の発明において、前記上限時間は、１００時間以下であることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、上記の発明において、前記酸化係数は、前記流通手段によって流通される排水に含まれるシリコンの粒度に基づいて求められるものであって、前記上限時間は、前記目標値を前記酸化係数で除することによって算出されることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、シリコンを含んだ排水からシリコンを回収するシリコン回収方法であって、結晶シリコンの研磨および／または研削に伴う排水のみを流通させる流通工程と、前記流通工程によって流通される排水を貯留する貯留槽を用い、前記貯留槽内の排水に浸漬した膜エレメントへシリコン汚泥を吸着させる汚泥吸着工程と、前記汚泥吸着工程によって吸着されたシリコン汚泥を乾燥させることによって乾燥シリコン汚泥を得る汚泥乾燥工程とを含んでおり、シリコンが水と接した状態で留まる滞留時間が、前記状態のシリコンにおける酸素濃度の時間変化率を示す酸化係数および回収されるシリコンにおける前記酸素濃度の目標値に基づいて算出される上限時間以下となるように、前記流通工程によって流通される単位時間あたりの排水の量および前記汚泥吸着工程によって処理される単位時間あたりの排水の量を決定したことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、上記の発明において回収される回収物であることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、上記の発明において回収される回収物の化合物であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、結晶シリコンの研磨および／または研削に伴う排水を流通させる流通手段と、流通手段によって流通される排水を貯留する貯留槽内の排水に浸漬した膜エレメントへシリコン汚泥を吸着させる汚泥吸着手段と、汚泥吸着手段によって吸着されたシリコン汚泥を乾燥させることによって乾燥シリコン汚泥を得る汚泥乾燥手段とを備え、シリコンが水と接した状態で留まる滞留時間が、かかる状態のシリコンにおける酸素濃度の時間変化率を示す酸化係数および回収されるシリコンにおける酸素濃度の目標値に基づいて算出される上限時間以下となるように、流通手段によって流通される単位時間あたりの排水の量および汚泥吸着手段によって処理される単位時間あたりの排水の量を決定することとしたので、ピュアシリコンに由来するシリコン屑を含んだ排水のみを回収対象とすることで、回収物のシリコン濃度を高めることができるとともに、滞留時間を制限することによって排水に含まれるシリコンの酸化を防止することができるという効果を奏する。これにより、ピュアシリコンの含有率が高い回収物を回収することができるという効果を奏する。
【００２２】
また、本発明によれば、流通手段は、樹脂製またはステンレス製の配管であることとしたので、配管の成分に由来する物質が排水を汚染することを防止することができるという効果を奏する。これにより、不純物の含有率が低い回収物を回収することができるという効果を奏する。
【００２３】
また、本発明によれば、汚泥吸着手段の上流側に設けられ、排水を濃縮する濃縮手段をさらに備え、流通手段は、濃縮手段の上流側および下流側にそれぞれ設けられており、汚泥吸着手段は、濃縮手段によって濃縮された排水を流通手段経由で受け取ることとしたので、汚泥吸着手段による吸着効率を高めて汚泥吸着工程に要する時間を短縮することができるので、排水に含まれるシリコンの酸化を防止することができるという効果を奏する。
【００２４】
また、本発明によれば、汚泥吸着手段は、上流側からみて並列に設けられることとしたので、汚泥吸着工程における処理能力と排水の発生量とのバランスを容易にとることができるという効果を奏する。これにより、排水に含まれるシリコンの滞留を防止し、排水に含まれるシリコンの酸化を防止することができるという効果を奏する。
【００２５】
また、本発明によれば、汚泥乾燥手段は、シリコン汚泥を乾燥させることによって含水率が３０％以下の乾燥シリコン汚泥を得ることとしたので、シリコン汚泥内でシリコンが酸化されることを防止することができるという効果を奏する。
【００２６】
また、本発明によれば、滞留時間の終点は、乾燥シリコン汚泥の含水率が３０％となった時点であることとしたので、シリコンの酸化を停止させることで、回収物におけるピュアシリコンの含有率を高めることができるという効果を奏する。
【００２７】
また、本発明によれば、上限時間は、１００時間以下であることとしたので、排水に含まれるシリコンを効率良く回収することができるという効果を奏する。
【００２８】
また、本発明によれば、酸化係数は、流通される排水に含まれるシリコンの粒度に基づいて求められるものであって、上限時間は、目標値を酸化係数で除することによって算出されることとしたので、回収物におけるピュアシリコンの含有率の目標値に応じて柔軟な運用を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本実施例に係るシリコン回収システムの概要を示す図である。
【図２】図２は、シリコン回収システムの構成を示す図である。
【図３】図３は、酸化係数の説明図である。
【図４】図４は、滞留時間の説明図である。
【図５】図５は、膜エレメントの構成を示す図である。
【図６】図６は、膜モジュールの構成例を示す図である。
【図７】図７は、汚泥吸着装置が実行する各工程を示す図である。
【図８】図８は、汚泥吸着装置および汚泥乾燥装置の概観図である。
【図９】図９は、従来技術に係るシリコン回収システムの概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るシリコン回収システム、シリコン回収方法、回収物および回収物の化合物についての実施例を詳細に説明する。
【００３１】
なお、以下では、従来技術に係るシリコン回収システムについて図９を用いて説明した後に、本発明に係るシリコン回収手法を適用したシリコン回収システムの実施例について図１〜図８を用いて説明することとする。
【００３２】
まず、従来技術に係るシリコン回収システムの概要について図９を用いて説明する。図９は、従来技術に係るシリコン回収システムの概要を示す図である。同図に示すように、従来技術に係るシリコン回収システム３００は、ＢＳＧ（バックサイドグラインダ）装置１０１、Ｄ／Ｓ（ダイシング／ソー）装置１０２、冷却塔２０１、純水製造装置２０２、ＰＫＧ（パッケージ）ダイシング２０３といった各種装置から排出される排水をまとめて収集し、収集した排水からシリコン汚泥（以下、単に「汚泥」と記載する場合もある）を回収していた。
【００３３】
ここで、ＢＳＧ装置１０１は、ピュアシリコン（たとえば、純度イレブン・ナインの単結晶シリコン）のインゴットをスライスしたウェハを研磨して所望の厚みのウェハへ加工する装置であり、Ｄ／Ｓ装置１０２は、厚み調整後のウェハを研削して矩形状に切り分ける装置である。
【００３４】
そして、ＢＳＧ装置１０１およびＤ／Ｓ装置１０２から排出された排水は、濃縮装置３０１へ導かれ、フィルタリングによって純水を回収するとともに、濃縮された排水が調整槽３０２へ排出される。
【００３５】
また、かかる調整槽３０２には、冷却塔２０１や純水製造装置２０２、ＰＫＧダイシング２０３といった各種装置からの排水も収集される。なお、ＰＫＧダイシング２０３とは、ウェハを樹脂等で封止したパッケージを切り分ける装置である。
【００３６】
そして、調整槽３０２に蓄えられた排水は、排水処理施設３０３へ導かれ、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム：Poly Aluminum Chloride）などの凝集剤が添加される。
【００３７】
かかる凝集剤の添加によって、排水中に含まれるシリコン屑などの成分は沈殿物として排水から分離される。このようにして得られた沈殿物は、脱水機３０４へと導かれ、脱水工程を経て最終的な回収物である汚泥（シリコン汚泥）が得られていた。
【００３８】
なお、排水処理施設３０３に集められた排水の一部は、調整槽３０２へ逆送されることが一般的であった。このため、排水中に含まれるシリコン屑は、数日程度のスパンでシリコン回収システム３００内に滞留していた。
【００３９】
このように、従来技術に係るシリコン回収システム３００では、ピュアシリコンに由来するシリコン屑以外の物質（たとえば、凝集剤に由来する物質や、冷却塔２０１、純水製造装置２０２、ＰＫＧダイシング２０３に由来する物質）が排水に含まれていたため、回収される汚泥に含まれるピュアシリコンの含有率は概ね５５％程度に留まっていた。
【００４０】
このように、従来技術に係るシリコン回収システム３００によって得られる汚泥は、利用価値が低いという問題があった。
【００４１】
また、従来技術に係るシリコン回収システム３００では、排水に含まれるシリコン屑が調整槽３０２や排水処理施設３０３で長期間にわたって滞留するため、シリコン屑の酸化が進んでしまい、回収汚泥におけるピュアシリコンの含有率を低める一因となっていた。さらに、従来技術に係るシリコン回収システム３００によって得られる汚泥は、含水率が６０％程度であり、汚泥の運搬コストがかさむという問題もあった。
【００４２】
そこで、本発明に係るシリコン回収手法では、以下に示す２つの観点からあらたな汚泥回収手法を構築した。すなわち、１つめの観点は、純シリコンに由来するシリコン屑以外の物質による排水の汚染（コンタミネーション：以下、単に「コンタミ」と記載する）を防止するという観点である（コンタミ防止）。
【００４３】
そして、２つめの観点は、排水中のシリコン屑の酸化を防止するという観点である（酸化防止）。これにより、本発明に係るシリコン回収手法によれば、回収汚泥に含まれるピュアシリコンの含有率を概ね９９％以上とすることに成功した。
【００４４】
以下では、本発明に係るシリコン回収手法の具体的な内容について説明する。
【実施例】
【００４５】
図１は、本実施例に係るシリコン回収システムの概要を示す図である。なお、同図においては、従来技術に係るシリコン回収システム３００の説明に用いた図９と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００４６】
図１に示すように、本実施例に係るシリコン回収システム１は、ピュアシリコンを加工する装置（同図では、ＢＳＧ装置１０１およびＤ／Ｓ装置１０２）から排出される排水（同図に示す「排水Ａ」）のみを受け入れ、受け入れた排水の濃縮工程、汚泥吸着工程および汚泥乾燥工程を経て、シリコン汚泥（同図に示す「汚泥Ａ」）を得ることとした。
【００４７】
具体的には、シリコン回収システム１は、配管１０と、濃縮装置２０と、汚泥吸着乾燥装置３０とを備えている。ここで、配管１０は、たとえば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ：Polyvinyl Chloride）などの樹脂製あるいはステンレス製の流路である。
【００４８】
このように、樹脂製またはステンレス製の流路を用いる理由は、流路の成分に由来する物質が排水を汚染することを防止するためである（コンタミ防止）。ここで、流路を構成する一部の部材を樹脂製とし、その他の部材をステンレス製とすることができる。たとえば、パイプを樹脂製として、ジョイントやバルブをステンレス製とすれば、配管１０全体としてのコストを低下させることが可能となる。なお、シリコン回収システム１では、かかる配管１０を、排水Ａの流路すべてに用いることとしている。
【００４９】
濃縮装置２０は、図９に示した濃縮装置３０１と同型式の装置とすることができる。ただし、濃縮装置２０における排水の濃縮率や、単位時間あたりの排水処理量は、排水Ａの単位時間あたりの量や、汚泥吸着乾燥装置３０の処理量に見合うように調整される。なお、具体的な調整内容については、後述する。
【００５０】
汚泥吸着乾燥装置３０は、後述する膜エレメントを排水中に浸漬することで排水を濾過し、膜エレメント表面に付着した汚泥を回収する装置である。また、汚泥吸着乾燥装置３０は、回収した汚泥を乾燥させることで汚泥Ａを得る装置でもある。
【００５１】
そして、シリコン回収システム１では、排水Ａから汚泥Ａを得るにあたり、排水Ａに含まれるシリコン屑が、水と接している時間（以下、「滞留時間」と記載する）を、所定の上限時間以下に制限することとした。そして、シリコン屑の滞留時間が、かかる上限時間以下となるように、排水Ａの量および排水Ａを処理する各装置の処理能力を調整することとした。
【００５２】
このように、シリコン屑の滞留時間を制限する理由は、シリコン屑が水に接している時間が長くなればなるほど、シリコン（Ｓｉ）の酸化が進んで酸化シリコン（ＳｉＯ２）が生成されやすくなるためである。
【００５３】
すなわち、シリコン回収システム１では、シリコン屑の滞留時間を制限することで、汚泥Ａに含まれる酸化シリコンの比率を抑え、汚泥Ａにおけるピュアシリコンの含有率を高めることとした。なお、シリコンの酸化については、図３を用いて後述する。また、シリコン屑の滞留時間の詳細な内容については、図４を用いて後述する。
【００５４】
そして、シリコン回収システム１で得られる汚泥Ａは、上述したように乾燥工程を経て得られるので、汚泥Ａの運搬性を高めることができるとともに、汚泥Ａ中におけるシリコン屑の酸化を防止することもできる。
【００５５】
なお、図１に示したように、冷却塔２０１、純水製造装置２０２、ＰＫＧダイシング２０３等の装置から排出される排水Ｂは、従来と同様に、排水処理施設３０３および脱水機３０４を経由し、汚泥Ｂが回収されることになる。
【００５６】
以下では、シリコン回収システム１の構成についてさらに詳細に説明する。
【００５７】
図２は、シリコン回収システム１の構成を示す図である。なお、同図では、図１に示した汚泥吸着乾燥装置３０を、汚泥吸着装置４０と、汚泥乾燥装置５０とに分離して構成した場合について示している。
【００５８】
以下では、説明を簡略化するために、ＢＳＧ装置１０１およびＤ／Ｓ装置１０２から排出される排水Ａの単位時間あたりの総量が、１００ｍ３／ｈである場合について説明する。また、以下では、ＢＳＧ装置１０１およびＤ／Ｓ装置１０２から排出された直後の排水Ａにおけるピュアシリコンの濃度が２００ｐｐｍである場合について説明する。
【００５９】
図２に示すように、ＢＳＧ装置１０１およびＤ／Ｓ装置１０２と、濃縮装置２０とは、上記した配管１０で接続されている。また、濃縮装置２０と、汚泥吸着装置４０とについても、同じく配管１０で接続されている。すなわち、シリコン回収システム１では、排水Ａ専用の配管１０で排水（排水Ａ）を取り扱う装置を連結している（図２の（Ａ）参照）。
【００６０】
ここで、かかる配管１０は樹脂製またはステンレス製であるので、排水Ａのコンタミ防止を図ることができる。また、排水Ａ自体のコンタミを防止する観点からは、ＢＳＧ装置１０１あるいはＤ／Ｓ装置１０２が加工対象とするウェハに対して保護膜等を付与しないことが好ましい。また、ＢＳＧ装置１０１あるいはＤ／Ｓ装置１０２の内部においても、排水Ａが滞留する形状を排したり、排水Ａが接する部位を配管１０と同種の樹脂でコーティングしたりすることとしてもよい。
【００６１】
さらに、シリコン回収システム１では、従来技術に係るシリコン回収システム３００では必須であった凝集剤を必要としないので、排水Ａには、凝集剤に由来する物質は含まれない。
【００６２】
このようにして、シリコン回収システム１では、回収シリコンに含まれる不純物を極めて少なくすることに成功した。具体的には、回収シリコンに含まれる鉄（Ｆｅ）、アルミ（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）といった不純物が、それぞれ２０ｐｐｍ以下となることを確認した。
【００６３】
また、シリコン回収システム１では、排水Ａ中に含まれるシリコン屑の滞留時間が所定時間以下となるように各装置の単位処理量を調整している（図２の（Ｂ）参照）。具体的には、排水Ａが１００ｍ３／ｈで発生する場合、濃縮装置２０の単位処理量は、１００ｍ３／ｈ以上となるように調整される。なお、単体の濃縮装置２０による単位処理量が不足している場合には、複数台の濃縮装置２０を並列に設けることとすればよい。
【００６４】
このように、排水Ａ中に含まれるシリコン屑の滞留時間を所定時間以下に調整する理由は、以下の通りである。すなわち、シリコンを水と接触させた状態の継続時間である滞留時間と、シリコンが酸化される度合いとの関係を示す酸化係数を実験によって求めた結果、所望する回収シリコンの酸素濃度に応じて滞留時間を調整することが有用であることが確認されたためである。
【００６５】
ここで、実験によって求めた酸化係数について図３を用いて説明しておく。図３は、酸化係数の説明図である。なお、同図に示したグラフの縦軸は、シリコン中の酸素濃度の重量％（ｍａｓｓ％）であり、横軸は、時間（ｈｏｕｒ）である（なお、同図では、「ｈｏｕｒ」を「ｈ」と略記している）。
【００６６】
また、図３では、含水率を９９．８％とした場合のデータを「○」で、含水率を３０％とした場合のデータを「◇」で、それぞれ示している。そして、図３に示した各データは、中性、常温かつ常圧で取得されたものであり、シリコンの粒度は、１μｍセンターである。
【００６７】
なお、以下では、説明を簡略化するために、（１００［ｍａｓｓ％］−酸素濃度［ｍａｓｓ％］）を、「シリコン純度」と記載することとする。
【００６８】
図３に示すように、酸素濃度の増加率は、初期段階では大きく、時間の経過に伴って一定値に近づいていくことがわかる。そして、初期段階の概ね７０時間までは、増加率はほぼ一定であるので、各データを結んだ曲線の傾きは、直線とみなすことができる。そして、かかる直線の傾きを「酸化係数」と呼ぶこととする。
【００６９】
ここで、図３に示したように、含水率が９９．８％である場合には、酸化係数は、０．１８［ｍａｓｓ％／ｈ］である。たとえば、含水率が９９．８％のシリコンを１０時間放置すると、酸素濃度は、１．８％（０．１８×１０）となる。なお、含水率が９９．８％である場合とは、シリコンが排水中にある状態に対応する。
【００７０】
これに対し、含水率が３０％である場合には、酸化係数は、０．０２［ｍａｓｓ％／ｈ］である。さらに、含水率が３０％である場合には、５００時間以上経過しても酸素濃度が２％を上回らないことがわかる。
【００７１】
このように、含水率を９９．８％から３０％へ下げることで、シリコンの酸化速度が1桁低下する。また、最終的に到達する酸素濃度も、３０％から２％へ１桁低下している。すなわち、含水率を３０％まで下げることで、酸化の進行をほぼ停止させることができる。
【００７２】
かかる実験結果に基づき、シリコン回収システム１では、回収シリコンに要求される酸素濃度に応じ、滞留時間についての上限時間を算出し、シリコンの滞留時間が、かかる上限時間以下となるように各装置の単位処理量を調整することとした。
【００７３】
たとえば、回収シリコンに要求される酸素濃度が１％以下である場合、すなわち、回収シリコンのシリコン純度を９９％以上にしたい場合には、上限時間は５．５ｈ（１÷０．１８）と算出される。このように、回収シリコンのシリコン純度として９９％が要求される場合には、シリコン回収システム１では、シリコンの滞留時間が５．５ｈ以下となるように各装置の単位処理量を調整する。
【００７４】
また、回収シリコンに要求される酸素濃度が５％以下である場合、すなわち、回収シリコンのシリコン純度を９５％以上にしたい場合には、上限時間は２７．７ｈ（５÷０．１８）と算出される。このように、回収シリコンのシリコン純度として９５％が要求される場合には、シリコン回収システム１では、シリコンの滞留時間が２７．７ｈ以下となるように各装置の単位処理量を調整する。
【００７５】
なお、排水中におけるシリコンの酸素濃度が２０％程度まで上昇すると汚泥吸着装置４０によるシリコンの回収効率が低下するため、上限時間の最大値は、概ね１００時間（１１１＝２０÷０．１８）以下とすることが好ましい。
【００７６】
このように、シリコン回収システム１では、回収シリコンに求められる品質に応じてシリコンの滞留時間を調整する。さらに、シリコン回収システム１では、かかる実験結果に基づき、最終的に回収されるシリコンの含水率を３０％まで下げることで、回収シリコン中で酸化が進行することを防止している。
【００７７】
なお、図３では、シリコンの粒度が１μｍセンターである場合の酸化係数を例示したが、これは、本実施例に係るシリコン回収システム１が取り扱うシリコン（シリコン屑）の粒度が１μｍセンターであるためである。しかしながら、これに限らず、他の粒度の場合にも同様にシリコン係数を求めることができる。すなわち、回収対象となるシリコンの粒度に応じて図３に示した実験と同様の実験を行うことによって、回収対象となるシリコンの粒度ごとに酸化係数を求めることができる。
【００７８】
なお、シリコン屑の酸化係数（酸化速度）は、シリコン屑の表面積に比例すると考えられるので、たとえば、シリコン屑の形状を球形と仮定し、所定の粒度（たとえば、１μｍセンター）で求めた酸化係数に基づいて他の粒度の酸化係数を推定することとしてもよい。たとえば、１μｍセンターで求めた酸化係数がＡである場合、２μｍセンターの酸化係数Ｂを、Ｂ＝Ａ／２２と推定することができる。
【００７９】
図２の説明に戻り、濃縮装置２０ついて説明する。図２に示した場合では、濃縮装置２０は、上流から受け取った排水Ａを２００倍に濃縮する。この結果、汚泥吸着装置４０に対しては、４０，０００ｐｐｍの濃度の排水Ａが供給される。ここで、濃縮装置２０における濃縮率を２００倍と設定した理由は、汚泥吸着装置４０における汚泥回収効率を高めるためであるが、この点については、後述する。
【００８０】
なお、単体の濃縮装置２０における濃縮性能が不足している場合には、複数台の濃縮装置２０を直列に設けることとすればよい。たとえば、単体の濃縮装置２０が１０倍の濃縮性能を有している場合には、２０台の濃縮装置２０を直列に連結することで、２００倍の濃縮性能を得ることができる。
【００８１】
つづいて、濃縮装置２０によって２００倍に濃縮された排水Ａを受け取る汚泥吸着装置４０の単位処理量は、０．５ｍ３／ｈ（１００ｍ３／ｈ÷２００倍）以上となるように調整される。そして、汚泥吸着装置４０は、含水率が６０％の汚泥４を回収する。なお、汚泥４の濃度は、４００，０００ｐｐｍである。
【００８２】
なお、単体の汚泥吸着装置４０における汚泥吸着性能が不足している場合には、複数台の汚泥吸着装置４０を並列に設けることとすればよい。また、単体の汚泥吸着装置４０を用いる場合であっても、汚泥吸着装置４０が用いる濾過膜の総面積や、濾過膜経由で吸引する排水の量を、単位時間あたりに処理すべき排水Ａの量に見合うように調整することとすればよい。
【００８３】
つづいて、汚泥吸着装置４０によって回収された汚泥４を受け取った汚泥乾燥装置５０は、汚泥４を乾燥させることによって乾燥汚泥５を得る。ここで、乾燥汚泥５の含水率は３０％であり、乾燥汚泥５の濃度は、７００，０００ｐｐｍである。なお、汚泥４は自然乾燥させることとしてもよいし、冷風や熱風を吹きかけるなどして強制乾燥させることとしてもよい。また、熱風を用いる場合には、汚泥４に含まれるピュアシリコンの変成を防止するために、熱風の温度を１００℃未満とすることが好ましい。
【００８４】
なお、単体の汚泥乾燥装置５０における汚泥乾燥性能が不足している場合には、複数台の汚泥乾燥装置５０を並列に設けることとすればよい。
【００８５】
また、図２では、排水Ａの発生元として、ＢＳＧ装置１０１およびＤ／Ｓ装置１０２を例示しているが、ピュアシリコンを加工する装置であれば、その種別は問わない。そして、図２では、排水Ａを濃縮装置２０で濃縮してから汚泥吸着装置４０へ渡す場合について示しているが、濃縮装置２０を省略することとしてもよい。なお、濃縮装置２０を省略する場合には、汚泥吸着装置４０において使用される濾過膜の総面積を、濃縮装置２０を用いる場合よりも増加させる必要がある。
【００８６】
次に、シリコン屑の滞留時間について図４を用いて説明する。図４は、滞留時間の説明図である。なお、同図には、シリコン屑２および排水３を模式的に示している。
【００８７】
図４に示すように、排水３におけるシリコン屑２の滞留時間は、シリコン屑２が排水３に入ってから（同図の「開始時点」参照）、シリコン屑２が排水３から取り出されるまで（同図の「終了時点」参照）の時間を指す。
【００８８】
具体的には、ＢＳＧ装置１０１やＤ／Ｓ装置１０２では、純水を噴霧しながら研磨や研削が行われるので、研磨や研削によってシリコン屑２が発生した時点が、「開始時点」となる。また、汚泥吸着装置４０によって吸着された汚泥が排水３から引き上げられた時点が、「終了時点」となる。
【００８９】
なお、後述するように、汚泥吸着装置４０は、濾過槽に排水３を貯め、排水３に浸漬した膜エレメントへ汚泥を吸着させるので、かかる濾過槽内でのシリコン屑２の滞留が問題となる。このため、汚泥吸着装置４０による単位処理量は、高めに見積もることが好ましい。
【００９０】
たとえば、濃縮装置２０から単位時間に受け取る排水３の量が０．５ｍ３／ｈである場合、本来なら、汚泥吸着装置４０の単位処理量は、０．５ｍ３／ｈで足りる。しかしながら、膜エレメントへ吸着されず濾過槽内に滞留するシリコン屑２の滞留時間を考慮すると、本来必要な単位処理量の３倍程度以上とすることが好ましい。
【００９１】
すなわち、濃縮装置２０の単位処理量との関係から汚泥吸着装置４０に要求される単位処理量が０．５ｍ３／ｈである場合、汚泥吸着装置４０の単位処理量を、３倍程度の１．５ｍ３／ｈ以上とすることが好ましい。
【００９２】
そして、ＢＳＧ装置１０１やＤ／Ｓ装置１０２でシリコン屑２が発生してから、汚泥吸着装置４０によって吸着された汚泥が排水３から引き上げられるまでの時間（滞留時間）を概ね５．５時間以下とすることで、酸素濃度が１％以下のシリコンを回収することができる。
【００９３】
なお、汚泥吸着装置４０によって回収される汚泥４の含水率は６０％程度であるが、回収汚泥の含水率が３０％以下であれば、回収汚泥に含まれるシリコン屑２の酸化がほぼ停止することが、実験によって確認された（図３参照）。したがって、図４に示した「終了時点」を、汚泥乾燥装置５０によって乾燥汚泥５が生成された時点としたうえで、滞留時間の管理を行うこととしてもよい。
【００９４】
たとえば、ＢＳＧ装置１０１やＤ／Ｓ装置１０２でシリコン屑２が発生してから、かかるシリコン屑２を含んだ乾燥汚泥５が生成されるまでの時間が概ね５．５時間以下となるように、濃縮装置２０、汚泥吸着装置４０および汚泥乾燥装置５０の単位処理量を決定することとしてもよい。
【００９５】
以下では、汚泥吸着装置４０および汚泥乾燥装置５０についてさらに詳細に説明する。
【００９６】
まず、汚泥吸着装置４０の構成について図５〜図７を用いて説明する。図５は、膜エレメントの構成を示す図である。なお、図５の（Ａ）には、膜エレメント４１の外観図を、同じく（Ｂ）には、膜エレメント４１の内部構造を、同じく（Ｃ）には、連結ブロック４２を、同じく（Ｄ）には、連結された膜エレメント４１を、それぞれ示している。
【００９７】
図５の（Ａ）に示すように、膜エレメント４１は、樹脂製の濾板４１ａの両面に膜４１ｃを貼り付けることで構成される。ここで、膜４１ｃは、孔径０．２５μｍの高分子精密濾過膜であり、０．２５μｍ以上の微粒子を捕捉することができる。しかし、実際には、膜４１ｃの表面に捕捉した微粒子で形成されるケーク層がさらに微細なネットワークを形成するため、０．０５μｍ以上の微粒子をほぼ捕捉することができる。
【００９８】
なお、膜エレメント４１のサイズ（耳部４１ｂを除いたサイズ）は、たとえば、高さ１５０ｍｍ程度、幅５００ｍｍ程度、厚さ５ｍｍ程度である。
【００９９】
また、膜エレメント４１の両端部には、耳部４１ｂがそれぞれ設けられている。ここで、耳部４１ｂの中央部には、１つの通水穴４１ｂａが設けられており、通水穴４１ｂａを挟む位置には、２つの連結穴４１ｂｂが設けられている。なお、通水穴４１ｂａにはＯリングが設けられており、図５の（Ｃ）に示す連結ブロック４２との接合面からの液漏れを防止する。
【０１００】
そして、図５の（Ｂ）に示すように、濾板４１ａには、流路４１ａａが設けられており膜４１ｃを透過した膜透過水を一方の耳部４１ｂへ導くこととしている。そして、耳部４１ｂへ導かれた膜透過水は、通水穴４１ｂａへとさらに導かれる。なお、図５の（Ｂ）には、膜透過水を、同図の右側に示した耳部４１ｂへ導く場合について示している。
【０１０１】
図５の（Ｃ）に示したのは、膜エレメント４１を連結する際に用いる連結ブロック４２である。この連結ブロック４２は、膜エレメント４１の耳部４１ｂとそれぞれ対応する位置に、１つの通水穴４２ａと、２つの連結穴４２ｂとが設けられている。そして、厚みが異なる連結ブロック４２を用いることで、膜エレメント４１と膜エレメント４１との間隔を調整することができる。なお、連結ブロック４２の厚み（すなわち、膜エレメント４１同士の間隔）は、たとえば、１５ｍｍとすることができる。
【０１０２】
図５の（Ｄ）に示したのは、連結ブロック４２を用いて連結した膜エレメント４１の様子である。なお、図５の（Ｄ）には、図５の（Ｂ）に示した膜エレメント４１を左右反転させつつ交互に連結した場合について示している。
【０１０３】
この場合、手前から奇数番目の膜エレメント４１の膜透過水は、連結ブロック４２を介して同図に示した４３Ｒのように集水される。また、手前から偶数番目の膜エレメント４１の膜透過水は、同じく４３Ｌのように集水される。なお、図５の（Ｄ）には、各耳部４１ｂへ濾過水を分散して集水する場合について示したが、片側の耳部４１ｂのみへ濾過水を集水することとしてもよい。
【０１０４】
次に、図５に示した膜エレメント４１を連結した膜モジュールについて図６を用いて説明する。図６は、膜モジュールの構成例を示す図である。図６に示すように、図５の（Ｄ）に示した膜エレメント４１および連結ブロック４２を、連結穴４１ｂｂおよび連結穴４２ｂを貫通するボルト４４ａで固定する。そして、ボルトで固定した膜エレメント４１群を、レール４４ｂを用いて固定することで、膜モジュール４４が得られる。
【０１０５】
なお、図６には、６枚の膜エレメント４１からなるセットを上下２段組みした膜モジュール４４について例示しているが、各セットに含まれる膜エレメント４１の個数や、段数については、任意の数とすることができる。
【０１０６】
次に、図６に示した膜モジュール４４を用いた汚泥吸着装置４０の動作について図７を用いて説明する。図７は、汚泥吸着装置４０が実行する各工程を示す図である。なお、図７の（Ａ）には濾過工程を、同じく（Ｂ）には逆洗準備工程を、同じく（Ｃ）には逆洗工程を、同じく（Ｄ）には濾過準備工程を、それぞれ示している。
【０１０７】
また、図７に示したように、汚泥吸着装置４０は、濃縮装置２０から配管１０経由で受け取った濃縮排水を貯留する濾過槽４５と、膜モジュール４４の引き上げを行う引上機構４６とを備えている。また、汚泥吸着装置４０は、膜モジュール４４に含まれる各膜エレメント４１を吸引することで得られた濾過水を処理水として排出したり、各膜エレメント４１へ処理水を逆送したりするポンプ４７を備えている。
【０１０８】
そして、膜モジュール４４は、引上機構４６の支持軸４６ａまわりに回動するアーム４６ｂにつり下げられており、支持軸４６ａが同図の時計回りに回動することで、濾過槽４５から引き上げられ、ベルトコンベア５２の上方へ位置付けられる。また、支持軸４６ａが同図の反時計まわりに回動することで、膜モジュール４４は、濃縮排水を満たした濾過槽４５へ浸漬される。
【０１０９】
ここで、ベルトコンベア５２は、汚泥乾燥装置５０へ汚泥４を運搬する機構であり、汚泥吸着装置側４０側よりも汚泥乾燥装置５０側が高くなるように傾斜が設けられている。そして、ベルトコンベア５２は、汚泥吸着装置側４０側の端部が濾過槽４５よりも高い位置に設置されている。したがって、逆洗水やベルトコンベア５２上で汚泥４から流出した排水は、汚泥吸着装置４０側の端部に集められたうえで自重で濾過槽４５へ流入する。
【０１１０】
また、ポンプ４７に接続されたチューブ４７ａは、膜モジュール４４の最前面に位置する膜エレメント４１の通水穴４１ｂａにそれぞれ接続される。なお、図７には、片側の耳部４１ｂ（同図の右側）のみへ濾過水を集水するように組み立てられた膜モジュール４４を例示している。
【０１１１】
図７の（Ａ）に示したように、濾過工程では、膜モジュール４４は、濃縮排水を満たした濾過槽４５に浸漬されており、ポンプ４７は、各膜エレメント４１を吸引するように作動する。これにより、各膜エレメント４１に張られた膜４１ｃの表面には、ケーク層が形成される。そして、汚泥吸着装置４０は、ケーク層の厚さが２〜５ｍｍ程度となるまで濾過工程を継続する。なお、濾過工程の継続時間は、概ね４５分程度である。
【０１１２】
ここで、ケーク層の厚さが２〜５ｍｍ程度となるまで濾過工程を継続する理由は、ケーク層が薄すぎると、ケーク層の剥離性が悪く大量の逆洗水が必要となるためである。また、逆にケーク層が厚すぎると、汚泥吸着装置４０における排水の処理速度が低下するためでもある。
【０１１３】
なお、濾過槽４５内の排水の濃度は、上流の濃縮装置２０によって４０，０００ｐｐｍ程度に濃縮されているため、濾過工程の継続時間を４５分程度にとどめることができる。これに対し、排水の濃度が１，５００ｐｐｍ程度である場合には、ケーク層の成長速度が遅いため、濾過工程の継続時間を概ね２４０分程度とする必要がある。
【０１１４】
つづいて、ケーク層の厚さが適切な厚さとなったならば、汚泥吸着装置４０は、引上機構４６を作動させて膜モジュール４４を、濾過槽４５から引き上げる。そして、図７の（Ｂ）に示したように、引き上げた膜モジュール４４を、ベルトコンベア５２の上方へ位置付けたうえで停止させる。なお、この逆洗準備工程においても、ポンプ４７による吸引を継続してケーク層からの脱水を進行させる。
【０１１５】
ここで、膜モジュール４４の引き上げからベルトコンベア５２上方への位置付けまでに要する時間は、概ね１分以内である。また、ポンプ４７によってケーク層からの脱水を継続する時間は、概ね５分以内である。
【０１１６】
つづいて、汚泥吸着装置４０は、ポンプ４７を反転作動させることで、処理水を逆送する。これにより、膜エレメント４１内部から膜４１ｃへ向けて処理水が噴き出すので、図７の（Ｃ）に示したように、膜４１ｃの表面に形成されたケーク層が膜４１ｃから剥離してベルトコンベア５２上へ落下する。このようにして、汚泥４が得られる。なお、この逆洗工程に要する時間は、概ね１分以内である。
【０１１７】
なお、ポンプ４７によって逆送される処理水（逆洗水）の圧力は、５０ｋＰａ以下の低水圧で足りる。このように、低水圧を用いることができる理由は、汚泥吸着装置４０における膜４１ｃの外側に支持体がなく、膜４１ｃの表面に吸着されたケーク層が自重で落下するほど剥離性が良いためである。
【０１１８】
つづいて、汚泥吸着装置４０は、図７の（Ｄ）に示したように、膜モジュール４４を図７の（Ａ）に示した位置へ戻すべく、支持軸４６ａ（図７の（Ａ）参照）を同図の反時計回りに回動させる。なお、膜モジュール４４を図７の（Ａ）に示した位置へ戻すために要する時間は、概ね１分以内である。また、この濾過準備工程では、ベルトコンベア５２の傾斜に沿って集水された処理水（余剰逆洗水）は、自重で濾過槽４５へ返送される。
【０１１９】
そして、汚泥吸着装置４０は、同図に示した（Ａ）〜（Ｄ）の工程を繰り返すことで、汚泥４の回収を連続して行っていくことになる。また、汚泥吸着装置４０によって回収された汚泥４は、ベルトコンベア５２によって汚泥乾燥装置５０へ随時搬送されることになる。
【０１２０】
このように、汚泥吸着装置４０は、凝集剤などの添加物を用いることなくシリコン汚泥を回収するので、回収されるシリコン汚泥に含まれるピュアシリコンの含有率を高めることができる。
【０１２１】
なお、汚泥４を濾布で包み込んで強制的に含水率を下げる手法（フィルタープレス手法）をとった場合には、汚泥４が高温となることが知られており、汚泥４に含まれるシリコンが変成する可能性が高くなるため好ましくない。
【０１２２】
次に、汚泥乾燥装置５０の構成と、汚泥吸着装置４０および汚泥乾燥装置５０の配置例とについて、図８を用いて説明する。図８は、汚泥吸着装置４０および汚泥乾燥装置５０の外観図である。なお、図８の（Ａ）には、汚泥吸着装置４０および汚泥乾燥装置５０の上面図を、同じく（Ｂ）には、汚泥吸着装置４０および汚泥乾燥装置５０の側面図を、それぞれ示している。
【０１２３】
また、図８には、落下する汚泥４を受け止める枠状（上方からみた中央部は空洞）のガイド４８の下方に設けられたベルトコンベア５２を挟む形で、２台の汚泥吸着装置４０（汚泥吸着装置４０Ａおよび汚泥吸着装置４０Ｂ）を並列に設けた場合を示している。この場合、汚泥吸着装置４０Ａおよび汚泥吸着装置４０Ｂは、１つのベルトコンベア５２を共有しているので、膜モジュール４４をベルトコンベア５２の上方へ移動させる工程（図７の（Ｂ）あるいは（Ｃ）参照）が交互に行われるように調整される。
【０１２４】
なお、図８では、２台の汚泥吸着装置４０に対して１台の汚泥乾燥装置５０を設けた場合について示しているが、汚泥吸着装置４０ごとに汚泥乾燥装置５０を設けることとしてもよい。
【０１２５】
ここで、ベルトコンベア５２は、汚泥吸着装置４０側よりも汚泥乾燥装置５０側が高くなるように傾斜が設けられており、汚泥吸着装置４０側の端部は、汚泥吸着装置４０の濾過槽４５よりも高い位置に設置されている（図８の（Ｂ）参照）。かかる配置によって、ベルトコンベア５２で回収された排水や逆洗水は自重で濾過槽４５へ戻ることになる。なお、汚泥吸着装置４０の構成および動作については、図７を用いて既に説明したので、ここでの説明を省略する。
【０１２６】
以下では、汚泥乾燥装置５０の構成および動作について説明する。なお、本実施例では、熱風を吹き付けることによって乾燥汚泥５を得る汚泥乾燥装置５０を例示しているが、他の乾燥手法を用いることとしてもよい。たとえば、汚泥４に対して冷風を吹き付けたり、汚泥４を自然乾燥させたりすることとしてもよい。
【０１２７】
図８の（Ａ）に示すように、汚泥乾燥装置５０は、乾燥室５１と、ベルトコンベア５２とを備えている。また、乾燥室５１には、排気口５５が設けられるとともに、ヒータ５３からの熱風を乾燥室５１へ導く熱風導入パイプ５４が接続されている。ここで、ヒータ５３は、熱風の温度が１００℃未満となるように調整する。
【０１２８】
また、ベルトコンベア５２は、ガイド４８を通過して落下してくる汚泥４を、乾燥室５１へと運搬する。つづいて、運搬された汚泥４には、乾燥室５１において熱風が吹き付けられ、汚泥４の含水率は低下していく。そして、汚泥４が乾燥室５１端（同図におけるベルトコンベア５２の右端）に達した時点では、含水率が３０％以下の乾燥汚泥５が得られる。
【０１２９】
なお、乾燥汚泥５は、ベルトコンベア５２の右端に達すると落下し、図示しない収納器へ格納されることになる。
【０１３０】
このように、汚泥吸着装置４０によって吸着された汚泥４は、ただちに、汚泥乾燥装置５０へ導かれ、乾燥汚泥５へと加工されるので、汚泥４中でシリコンの酸化が進行することを防止することができる。
【０１３１】
次に、シリコン回収システム１によって得られる乾燥汚泥５の性質および乾燥汚泥５の利用例について説明する。
【０１３２】
シリコン回収システム１によって得られる乾燥汚泥５における鉄（Ｆｅ）、アルミ（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）といった不純物は、それぞれ２０ｐｐｍ以下であることが確認されている。なお、シリコン屑の発生元となるＢＳＧ装置１０１あるいはＤ／Ｓ装置１０２で用いられる砥石やカッティングソーに由来する物質を排除することとすれば、かかる不純物の比率をさらに低くすることも可能である。
【０１３３】
また、シリコンの滞留時間が５．５時間以下となるように各装置の単位処理量を調整した場合、乾燥汚泥５におけるシリコン純度は概ね９９％以上（すなわち、酸素濃度が１％以下）であることも確認されている。
【０１３４】
さらに、シリコン回収システム１によって得られる乾燥汚泥５に含まれるシリコン屑の粒度は、１μｍセンターであり、粉砕加工を行わずとも利用価値が非常に高い。このため、シリコン回収システム１によって得られる乾燥汚泥５は、太陽電池の原料、硬質セラミックの原料、シリコン樹脂の原料、耐火物の原料などに広く用いることができる。
【０１３５】
また、上述したように、シリコン回収システム１によって得られる乾燥汚泥５におけるピュアシリコンの含有率は非常に高いので、ケイ素化合物の原料としても有用である。たとえば、シリコン回収システム１によって得られる乾燥汚泥５を、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などのケイ素化合物の原料として用いることができる。
【０１３６】
そして、生成されたケイ素化合物は、たとえば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）については半導体封止樹脂添加剤として、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）については、回路基板や窒化ケイ素工具として、それぞれ利用することができる。
【０１３７】
上述してきたように、本実施例では、結晶シリコンの研磨および／または研削に伴う排水を流通させる樹脂製またはステンレス製の配管を用いることとしたうえで、流通される排水を貯留する貯留槽内の排水に浸漬した膜エレメントへシリコン汚泥を吸着させる汚泥吸着装置と、吸着されたシリコン汚泥を乾燥させることによって乾燥シリコン汚泥を得る汚泥乾燥装置とを配置し、シリコンが水と接した状態で留まる滞留時間が、かかる状態のシリコンにおける酸素濃度の時間変化率を示す酸化係数および回収されるシリコンにおける酸素濃度の目標値に基づいて算出される上限時間以下となるように、配管によって流通される単位時間あたりの排水の量および汚泥吸着装置によって処理される単位時間あたりの排水の量を決定するようにシリコン回収システムを構成した。
【０１３８】
したがって、本発明に係るシリコン回収システムおよびシリコン回収方法によれば、ピュアシリコンの含有率が高いシリコン汚泥を回収することができる。そして、回収されたシリコン汚泥を広く再利用することができる。
【０１３９】
なお、上述した実施例では、回収対象となるシリコン屑の粒度が、１μｍセンターである場合について説明した。しかしながら、本発明は、様々な粒度のシリコン屑に対応することができる。すなわち、回収対象となるシリコン屑の粒度に応じた酸化係数を実験等で求め、求めた酸化係数に基づいて滞留時間の上限値を算出することとすればよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４０】
以上のように、本発明に係るシリコン回収システムおよびシリコン回収方法は、シリコンを加工するプラントへの適用に有用であり、特に、回収したシリコンを広く再利用したい場合に適している。
【符号の説明】
【０１４１】
１ シリコン回収システム
２ シリコン屑
３ 排水
４ 汚泥
５ 乾燥汚泥
１０ 配管
２０ 濃縮装置
３０ 汚泥吸着乾燥装置
４０ 汚泥吸着装置
４１ 膜エレメント
４１ａ 濾板
４１ａａ 流路
４１ｂ 耳部
４１ｂａ 通水穴
４１ｂｂ 連結穴
４１ｃ 膜
４２ 連結ブロック
４２ａ 通水穴
４２ｂ 連結穴
４４ 膜モジュール
４４ａ ボルト
４４ｂ レール
４５ 濾過槽
４６ 引上機構
４６ａ 支持軸
４６ｂ アーム
４７ ポンプ
４７ａ チューブ
４８ ガイド
５０ 汚泥乾燥装置
５１ 乾燥室
５２ ベルトコンベア
５３ ヒータ
５４ 熱風導入パイプ
５５ 排気口
１０１ ＢＳＧ装置
１０２ Ｄ／Ｓ装置
２０１ 冷却塔
２０２ 純水製造装置
２０３ ＰＫＧダイシング
３００ 従来技術に係るシリコン回収システム
３０１ 濃縮装置
３０２ 調整槽
３０３ 排水処理施設
３０４ 脱水機
【技術分野】
【０００１】
この発明は、シリコンを含んだ排水からシリコンを回収するシリコン回収システム、シリコン回収方法、回収物および回収物の化合物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコンインゴットやシリコンウェハを加工する工場では、シリコンの研磨や研削に伴って大量のシリコン汚泥を排出している。そして、近年のエコロジー機運の高まりもあり、かかるシリコン汚泥の再利用について種々検討されている。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、シリコン屑を含んだ排水のｐＨ値を調整したうえで、調整後の排水をフィルタに通過させてシリコン屑を回収する技術が開示されている。そして、特許文献１には、回収したシリコン屑を溶融させてインゴットとして再利用したり、セメントやコンクリートの材料として再利用したりする旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７７３８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、ｐＨ調整剤を排水へ注入するため、回収される回収物にｐＨ調整剤の成分が含まれてしまうおそれがある。また、排水中に含まれるピュアシリコン（Ｓｉ）が化合物へ変成することを促進してしまうおそれもある。このため、特許文献１の技術には、回収物に含まれるピュアシリコン（Ｓｉ）の比率が低くなってしまうという問題があった。
【０００６】
そして、特許文献１の技術を用いた場合には、回収物に含まれるピュアシリコン（Ｓｉ）の比率を高めるために回収後の後処理が必要となり、再利用するためのコストが高くつくという問題もあった。すなわち、回収物に含まれるピュアシリコンの比率が高いほど再利用価値が高いためピュアシリコンの含有率が高いほど好ましいが、コストをかけすぎると採算をとることが困難となってしまう。
【０００７】
ところで、特許文献１の回収物をはじめとするシリコン汚泥は、脱水工程を経たとしても含水率が６０％程度であることが知られている。このため、回収したシリコン汚泥は容積が大きく運搬コストが高くつくという問題もあった。
【０００８】
これらのことから、ピュアシリコンの含有率が高いシリコン汚泥をいかにして回収するかが大きな課題となっている。
【０００９】
本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであって、ピュアシリコンの含有率が高い回収物を回収することができるシリコン回収システム、シリコン回収方法、回収される回収物および回収物の化合物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、シリコンを含んだ排水からシリコンを回収するシリコン回収システムであって、結晶シリコンの研磨および／または研削に伴う排水を流通させる流通手段と、前記流通手段によって流通される排水を貯留する貯留槽内の排水に浸漬した膜エレメントへシリコン汚泥を吸着させる汚泥吸着手段と、前記汚泥吸着手段によって吸着されたシリコン汚泥を乾燥させることによって乾燥シリコン汚泥を得る汚泥乾燥手段とを備え、シリコンが水と接した状態で留まる滞留時間が、前記状態のシリコンにおける酸素濃度の時間変化率を示す酸化係数および回収されるシリコンにおける前記酸素濃度の目標値に基づいて算出される上限時間以下となるように、前記流通手段によって流通される単位時間あたりの排水の量および前記汚泥吸着手段によって処理される単位時間あたりの排水の量を決定したことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上記の発明において、前記流通手段は、樹脂製またはステンレス製の配管であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、上記の発明において、前記汚泥吸着手段の上流側に設けられ、排水を濃縮する濃縮手段をさらに備え、前記流通手段は、前記濃縮手段の上流側および下流側にそれぞれ設けられており、前記汚泥吸着手段は、前記濃縮手段によって濃縮された排水を前記流通手段経由で受け取ることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、上記の発明において、前記汚泥吸着手段は、上流側からみて並列に設けられることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、上記の発明において、前記汚泥乾燥手段は、前記シリコン汚泥を乾燥させることによって含水率が３０％以下の前記乾燥シリコン汚泥を得ることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、上記の発明において、前記滞留時間の終点は、前記乾燥シリコン汚泥の含水率が３０％となった時点であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、上記の発明において、前記上限時間は、１００時間以下であることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、上記の発明において、前記酸化係数は、前記流通手段によって流通される排水に含まれるシリコンの粒度に基づいて求められるものであって、前記上限時間は、前記目標値を前記酸化係数で除することによって算出されることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、シリコンを含んだ排水からシリコンを回収するシリコン回収方法であって、結晶シリコンの研磨および／または研削に伴う排水のみを流通させる流通工程と、前記流通工程によって流通される排水を貯留する貯留槽を用い、前記貯留槽内の排水に浸漬した膜エレメントへシリコン汚泥を吸着させる汚泥吸着工程と、前記汚泥吸着工程によって吸着されたシリコン汚泥を乾燥させることによって乾燥シリコン汚泥を得る汚泥乾燥工程とを含んでおり、シリコンが水と接した状態で留まる滞留時間が、前記状態のシリコンにおける酸素濃度の時間変化率を示す酸化係数および回収されるシリコンにおける前記酸素濃度の目標値に基づいて算出される上限時間以下となるように、前記流通工程によって流通される単位時間あたりの排水の量および前記汚泥吸着工程によって処理される単位時間あたりの排水の量を決定したことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、上記の発明において回収される回収物であることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、上記の発明において回収される回収物の化合物であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、結晶シリコンの研磨および／または研削に伴う排水を流通させる流通手段と、流通手段によって流通される排水を貯留する貯留槽内の排水に浸漬した膜エレメントへシリコン汚泥を吸着させる汚泥吸着手段と、汚泥吸着手段によって吸着されたシリコン汚泥を乾燥させることによって乾燥シリコン汚泥を得る汚泥乾燥手段とを備え、シリコンが水と接した状態で留まる滞留時間が、かかる状態のシリコンにおける酸素濃度の時間変化率を示す酸化係数および回収されるシリコンにおける酸素濃度の目標値に基づいて算出される上限時間以下となるように、流通手段によって流通される単位時間あたりの排水の量および汚泥吸着手段によって処理される単位時間あたりの排水の量を決定することとしたので、ピュアシリコンに由来するシリコン屑を含んだ排水のみを回収対象とすることで、回収物のシリコン濃度を高めることができるとともに、滞留時間を制限することによって排水に含まれるシリコンの酸化を防止することができるという効果を奏する。これにより、ピュアシリコンの含有率が高い回収物を回収することができるという効果を奏する。
【００２２】
また、本発明によれば、流通手段は、樹脂製またはステンレス製の配管であることとしたので、配管の成分に由来する物質が排水を汚染することを防止することができるという効果を奏する。これにより、不純物の含有率が低い回収物を回収することができるという効果を奏する。
【００２３】
また、本発明によれば、汚泥吸着手段の上流側に設けられ、排水を濃縮する濃縮手段をさらに備え、流通手段は、濃縮手段の上流側および下流側にそれぞれ設けられており、汚泥吸着手段は、濃縮手段によって濃縮された排水を流通手段経由で受け取ることとしたので、汚泥吸着手段による吸着効率を高めて汚泥吸着工程に要する時間を短縮することができるので、排水に含まれるシリコンの酸化を防止することができるという効果を奏する。
【００２４】
また、本発明によれば、汚泥吸着手段は、上流側からみて並列に設けられることとしたので、汚泥吸着工程における処理能力と排水の発生量とのバランスを容易にとることができるという効果を奏する。これにより、排水に含まれるシリコンの滞留を防止し、排水に含まれるシリコンの酸化を防止することができるという効果を奏する。
【００２５】
また、本発明によれば、汚泥乾燥手段は、シリコン汚泥を乾燥させることによって含水率が３０％以下の乾燥シリコン汚泥を得ることとしたので、シリコン汚泥内でシリコンが酸化されることを防止することができるという効果を奏する。
【００２６】
また、本発明によれば、滞留時間の終点は、乾燥シリコン汚泥の含水率が３０％となった時点であることとしたので、シリコンの酸化を停止させることで、回収物におけるピュアシリコンの含有率を高めることができるという効果を奏する。
【００２７】
また、本発明によれば、上限時間は、１００時間以下であることとしたので、排水に含まれるシリコンを効率良く回収することができるという効果を奏する。
【００２８】
また、本発明によれば、酸化係数は、流通される排水に含まれるシリコンの粒度に基づいて求められるものであって、上限時間は、目標値を酸化係数で除することによって算出されることとしたので、回収物におけるピュアシリコンの含有率の目標値に応じて柔軟な運用を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本実施例に係るシリコン回収システムの概要を示す図である。
【図２】図２は、シリコン回収システムの構成を示す図である。
【図３】図３は、酸化係数の説明図である。
【図４】図４は、滞留時間の説明図である。
【図５】図５は、膜エレメントの構成を示す図である。
【図６】図６は、膜モジュールの構成例を示す図である。
【図７】図７は、汚泥吸着装置が実行する各工程を示す図である。
【図８】図８は、汚泥吸着装置および汚泥乾燥装置の概観図である。
【図９】図９は、従来技術に係るシリコン回収システムの概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るシリコン回収システム、シリコン回収方法、回収物および回収物の化合物についての実施例を詳細に説明する。
【００３１】
なお、以下では、従来技術に係るシリコン回収システムについて図９を用いて説明した後に、本発明に係るシリコン回収手法を適用したシリコン回収システムの実施例について図１〜図８を用いて説明することとする。
【００３２】
まず、従来技術に係るシリコン回収システムの概要について図９を用いて説明する。図９は、従来技術に係るシリコン回収システムの概要を示す図である。同図に示すように、従来技術に係るシリコン回収システム３００は、ＢＳＧ（バックサイドグラインダ）装置１０１、Ｄ／Ｓ（ダイシング／ソー）装置１０２、冷却塔２０１、純水製造装置２０２、ＰＫＧ（パッケージ）ダイシング２０３といった各種装置から排出される排水をまとめて収集し、収集した排水からシリコン汚泥（以下、単に「汚泥」と記載する場合もある）を回収していた。
【００３３】
ここで、ＢＳＧ装置１０１は、ピュアシリコン（たとえば、純度イレブン・ナインの単結晶シリコン）のインゴットをスライスしたウェハを研磨して所望の厚みのウェハへ加工する装置であり、Ｄ／Ｓ装置１０２は、厚み調整後のウェハを研削して矩形状に切り分ける装置である。
【００３４】
そして、ＢＳＧ装置１０１およびＤ／Ｓ装置１０２から排出された排水は、濃縮装置３０１へ導かれ、フィルタリングによって純水を回収するとともに、濃縮された排水が調整槽３０２へ排出される。
【００３５】
また、かかる調整槽３０２には、冷却塔２０１や純水製造装置２０２、ＰＫＧダイシング２０３といった各種装置からの排水も収集される。なお、ＰＫＧダイシング２０３とは、ウェハを樹脂等で封止したパッケージを切り分ける装置である。
【００３６】
そして、調整槽３０２に蓄えられた排水は、排水処理施設３０３へ導かれ、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム：Poly Aluminum Chloride）などの凝集剤が添加される。
【００３７】
かかる凝集剤の添加によって、排水中に含まれるシリコン屑などの成分は沈殿物として排水から分離される。このようにして得られた沈殿物は、脱水機３０４へと導かれ、脱水工程を経て最終的な回収物である汚泥（シリコン汚泥）が得られていた。
【００３８】
なお、排水処理施設３０３に集められた排水の一部は、調整槽３０２へ逆送されることが一般的であった。このため、排水中に含まれるシリコン屑は、数日程度のスパンでシリコン回収システム３００内に滞留していた。
【００３９】
このように、従来技術に係るシリコン回収システム３００では、ピュアシリコンに由来するシリコン屑以外の物質（たとえば、凝集剤に由来する物質や、冷却塔２０１、純水製造装置２０２、ＰＫＧダイシング２０３に由来する物質）が排水に含まれていたため、回収される汚泥に含まれるピュアシリコンの含有率は概ね５５％程度に留まっていた。
【００４０】
このように、従来技術に係るシリコン回収システム３００によって得られる汚泥は、利用価値が低いという問題があった。
【００４１】
また、従来技術に係るシリコン回収システム３００では、排水に含まれるシリコン屑が調整槽３０２や排水処理施設３０３で長期間にわたって滞留するため、シリコン屑の酸化が進んでしまい、回収汚泥におけるピュアシリコンの含有率を低める一因となっていた。さらに、従来技術に係るシリコン回収システム３００によって得られる汚泥は、含水率が６０％程度であり、汚泥の運搬コストがかさむという問題もあった。
【００４２】
そこで、本発明に係るシリコン回収手法では、以下に示す２つの観点からあらたな汚泥回収手法を構築した。すなわち、１つめの観点は、純シリコンに由来するシリコン屑以外の物質による排水の汚染（コンタミネーション：以下、単に「コンタミ」と記載する）を防止するという観点である（コンタミ防止）。
【００４３】
そして、２つめの観点は、排水中のシリコン屑の酸化を防止するという観点である（酸化防止）。これにより、本発明に係るシリコン回収手法によれば、回収汚泥に含まれるピュアシリコンの含有率を概ね９９％以上とすることに成功した。
【００４４】
以下では、本発明に係るシリコン回収手法の具体的な内容について説明する。
【実施例】
【００４５】
図１は、本実施例に係るシリコン回収システムの概要を示す図である。なお、同図においては、従来技術に係るシリコン回収システム３００の説明に用いた図９と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００４６】
図１に示すように、本実施例に係るシリコン回収システム１は、ピュアシリコンを加工する装置（同図では、ＢＳＧ装置１０１およびＤ／Ｓ装置１０２）から排出される排水（同図に示す「排水Ａ」）のみを受け入れ、受け入れた排水の濃縮工程、汚泥吸着工程および汚泥乾燥工程を経て、シリコン汚泥（同図に示す「汚泥Ａ」）を得ることとした。
【００４７】
具体的には、シリコン回収システム１は、配管１０と、濃縮装置２０と、汚泥吸着乾燥装置３０とを備えている。ここで、配管１０は、たとえば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ：Polyvinyl Chloride）などの樹脂製あるいはステンレス製の流路である。
【００４８】
このように、樹脂製またはステンレス製の流路を用いる理由は、流路の成分に由来する物質が排水を汚染することを防止するためである（コンタミ防止）。ここで、流路を構成する一部の部材を樹脂製とし、その他の部材をステンレス製とすることができる。たとえば、パイプを樹脂製として、ジョイントやバルブをステンレス製とすれば、配管１０全体としてのコストを低下させることが可能となる。なお、シリコン回収システム１では、かかる配管１０を、排水Ａの流路すべてに用いることとしている。
【００４９】
濃縮装置２０は、図９に示した濃縮装置３０１と同型式の装置とすることができる。ただし、濃縮装置２０における排水の濃縮率や、単位時間あたりの排水処理量は、排水Ａの単位時間あたりの量や、汚泥吸着乾燥装置３０の処理量に見合うように調整される。なお、具体的な調整内容については、後述する。
【００５０】
汚泥吸着乾燥装置３０は、後述する膜エレメントを排水中に浸漬することで排水を濾過し、膜エレメント表面に付着した汚泥を回収する装置である。また、汚泥吸着乾燥装置３０は、回収した汚泥を乾燥させることで汚泥Ａを得る装置でもある。
【００５１】
そして、シリコン回収システム１では、排水Ａから汚泥Ａを得るにあたり、排水Ａに含まれるシリコン屑が、水と接している時間（以下、「滞留時間」と記載する）を、所定の上限時間以下に制限することとした。そして、シリコン屑の滞留時間が、かかる上限時間以下となるように、排水Ａの量および排水Ａを処理する各装置の処理能力を調整することとした。
【００５２】
このように、シリコン屑の滞留時間を制限する理由は、シリコン屑が水に接している時間が長くなればなるほど、シリコン（Ｓｉ）の酸化が進んで酸化シリコン（ＳｉＯ２）が生成されやすくなるためである。
【００５３】
すなわち、シリコン回収システム１では、シリコン屑の滞留時間を制限することで、汚泥Ａに含まれる酸化シリコンの比率を抑え、汚泥Ａにおけるピュアシリコンの含有率を高めることとした。なお、シリコンの酸化については、図３を用いて後述する。また、シリコン屑の滞留時間の詳細な内容については、図４を用いて後述する。
【００５４】
そして、シリコン回収システム１で得られる汚泥Ａは、上述したように乾燥工程を経て得られるので、汚泥Ａの運搬性を高めることができるとともに、汚泥Ａ中におけるシリコン屑の酸化を防止することもできる。
【００５５】
なお、図１に示したように、冷却塔２０１、純水製造装置２０２、ＰＫＧダイシング２０３等の装置から排出される排水Ｂは、従来と同様に、排水処理施設３０３および脱水機３０４を経由し、汚泥Ｂが回収されることになる。
【００５６】
以下では、シリコン回収システム１の構成についてさらに詳細に説明する。
【００５７】
図２は、シリコン回収システム１の構成を示す図である。なお、同図では、図１に示した汚泥吸着乾燥装置３０を、汚泥吸着装置４０と、汚泥乾燥装置５０とに分離して構成した場合について示している。
【００５８】
以下では、説明を簡略化するために、ＢＳＧ装置１０１およびＤ／Ｓ装置１０２から排出される排水Ａの単位時間あたりの総量が、１００ｍ３／ｈである場合について説明する。また、以下では、ＢＳＧ装置１０１およびＤ／Ｓ装置１０２から排出された直後の排水Ａにおけるピュアシリコンの濃度が２００ｐｐｍである場合について説明する。
【００５９】
図２に示すように、ＢＳＧ装置１０１およびＤ／Ｓ装置１０２と、濃縮装置２０とは、上記した配管１０で接続されている。また、濃縮装置２０と、汚泥吸着装置４０とについても、同じく配管１０で接続されている。すなわち、シリコン回収システム１では、排水Ａ専用の配管１０で排水（排水Ａ）を取り扱う装置を連結している（図２の（Ａ）参照）。
【００６０】
ここで、かかる配管１０は樹脂製またはステンレス製であるので、排水Ａのコンタミ防止を図ることができる。また、排水Ａ自体のコンタミを防止する観点からは、ＢＳＧ装置１０１あるいはＤ／Ｓ装置１０２が加工対象とするウェハに対して保護膜等を付与しないことが好ましい。また、ＢＳＧ装置１０１あるいはＤ／Ｓ装置１０２の内部においても、排水Ａが滞留する形状を排したり、排水Ａが接する部位を配管１０と同種の樹脂でコーティングしたりすることとしてもよい。
【００６１】
さらに、シリコン回収システム１では、従来技術に係るシリコン回収システム３００では必須であった凝集剤を必要としないので、排水Ａには、凝集剤に由来する物質は含まれない。
【００６２】
このようにして、シリコン回収システム１では、回収シリコンに含まれる不純物を極めて少なくすることに成功した。具体的には、回収シリコンに含まれる鉄（Ｆｅ）、アルミ（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）といった不純物が、それぞれ２０ｐｐｍ以下となることを確認した。
【００６３】
また、シリコン回収システム１では、排水Ａ中に含まれるシリコン屑の滞留時間が所定時間以下となるように各装置の単位処理量を調整している（図２の（Ｂ）参照）。具体的には、排水Ａが１００ｍ３／ｈで発生する場合、濃縮装置２０の単位処理量は、１００ｍ３／ｈ以上となるように調整される。なお、単体の濃縮装置２０による単位処理量が不足している場合には、複数台の濃縮装置２０を並列に設けることとすればよい。
【００６４】
このように、排水Ａ中に含まれるシリコン屑の滞留時間を所定時間以下に調整する理由は、以下の通りである。すなわち、シリコンを水と接触させた状態の継続時間である滞留時間と、シリコンが酸化される度合いとの関係を示す酸化係数を実験によって求めた結果、所望する回収シリコンの酸素濃度に応じて滞留時間を調整することが有用であることが確認されたためである。
【００６５】
ここで、実験によって求めた酸化係数について図３を用いて説明しておく。図３は、酸化係数の説明図である。なお、同図に示したグラフの縦軸は、シリコン中の酸素濃度の重量％（ｍａｓｓ％）であり、横軸は、時間（ｈｏｕｒ）である（なお、同図では、「ｈｏｕｒ」を「ｈ」と略記している）。
【００６６】
また、図３では、含水率を９９．８％とした場合のデータを「○」で、含水率を３０％とした場合のデータを「◇」で、それぞれ示している。そして、図３に示した各データは、中性、常温かつ常圧で取得されたものであり、シリコンの粒度は、１μｍセンターである。
【００６７】
なお、以下では、説明を簡略化するために、（１００［ｍａｓｓ％］−酸素濃度［ｍａｓｓ％］）を、「シリコン純度」と記載することとする。
【００６８】
図３に示すように、酸素濃度の増加率は、初期段階では大きく、時間の経過に伴って一定値に近づいていくことがわかる。そして、初期段階の概ね７０時間までは、増加率はほぼ一定であるので、各データを結んだ曲線の傾きは、直線とみなすことができる。そして、かかる直線の傾きを「酸化係数」と呼ぶこととする。
【００６９】
ここで、図３に示したように、含水率が９９．８％である場合には、酸化係数は、０．１８［ｍａｓｓ％／ｈ］である。たとえば、含水率が９９．８％のシリコンを１０時間放置すると、酸素濃度は、１．８％（０．１８×１０）となる。なお、含水率が９９．８％である場合とは、シリコンが排水中にある状態に対応する。
【００７０】
これに対し、含水率が３０％である場合には、酸化係数は、０．０２［ｍａｓｓ％／ｈ］である。さらに、含水率が３０％である場合には、５００時間以上経過しても酸素濃度が２％を上回らないことがわかる。
【００７１】
このように、含水率を９９．８％から３０％へ下げることで、シリコンの酸化速度が1桁低下する。また、最終的に到達する酸素濃度も、３０％から２％へ１桁低下している。すなわち、含水率を３０％まで下げることで、酸化の進行をほぼ停止させることができる。
【００７２】
かかる実験結果に基づき、シリコン回収システム１では、回収シリコンに要求される酸素濃度に応じ、滞留時間についての上限時間を算出し、シリコンの滞留時間が、かかる上限時間以下となるように各装置の単位処理量を調整することとした。
【００７３】
たとえば、回収シリコンに要求される酸素濃度が１％以下である場合、すなわち、回収シリコンのシリコン純度を９９％以上にしたい場合には、上限時間は５．５ｈ（１÷０．１８）と算出される。このように、回収シリコンのシリコン純度として９９％が要求される場合には、シリコン回収システム１では、シリコンの滞留時間が５．５ｈ以下となるように各装置の単位処理量を調整する。
【００７４】
また、回収シリコンに要求される酸素濃度が５％以下である場合、すなわち、回収シリコンのシリコン純度を９５％以上にしたい場合には、上限時間は２７．７ｈ（５÷０．１８）と算出される。このように、回収シリコンのシリコン純度として９５％が要求される場合には、シリコン回収システム１では、シリコンの滞留時間が２７．７ｈ以下となるように各装置の単位処理量を調整する。
【００７５】
なお、排水中におけるシリコンの酸素濃度が２０％程度まで上昇すると汚泥吸着装置４０によるシリコンの回収効率が低下するため、上限時間の最大値は、概ね１００時間（１１１＝２０÷０．１８）以下とすることが好ましい。
【００７６】
このように、シリコン回収システム１では、回収シリコンに求められる品質に応じてシリコンの滞留時間を調整する。さらに、シリコン回収システム１では、かかる実験結果に基づき、最終的に回収されるシリコンの含水率を３０％まで下げることで、回収シリコン中で酸化が進行することを防止している。
【００７７】
なお、図３では、シリコンの粒度が１μｍセンターである場合の酸化係数を例示したが、これは、本実施例に係るシリコン回収システム１が取り扱うシリコン（シリコン屑）の粒度が１μｍセンターであるためである。しかしながら、これに限らず、他の粒度の場合にも同様にシリコン係数を求めることができる。すなわち、回収対象となるシリコンの粒度に応じて図３に示した実験と同様の実験を行うことによって、回収対象となるシリコンの粒度ごとに酸化係数を求めることができる。
【００７８】
なお、シリコン屑の酸化係数（酸化速度）は、シリコン屑の表面積に比例すると考えられるので、たとえば、シリコン屑の形状を球形と仮定し、所定の粒度（たとえば、１μｍセンター）で求めた酸化係数に基づいて他の粒度の酸化係数を推定することとしてもよい。たとえば、１μｍセンターで求めた酸化係数がＡである場合、２μｍセンターの酸化係数Ｂを、Ｂ＝Ａ／２２と推定することができる。
【００７９】
図２の説明に戻り、濃縮装置２０ついて説明する。図２に示した場合では、濃縮装置２０は、上流から受け取った排水Ａを２００倍に濃縮する。この結果、汚泥吸着装置４０に対しては、４０，０００ｐｐｍの濃度の排水Ａが供給される。ここで、濃縮装置２０における濃縮率を２００倍と設定した理由は、汚泥吸着装置４０における汚泥回収効率を高めるためであるが、この点については、後述する。
【００８０】
なお、単体の濃縮装置２０における濃縮性能が不足している場合には、複数台の濃縮装置２０を直列に設けることとすればよい。たとえば、単体の濃縮装置２０が１０倍の濃縮性能を有している場合には、２０台の濃縮装置２０を直列に連結することで、２００倍の濃縮性能を得ることができる。
【００８１】
つづいて、濃縮装置２０によって２００倍に濃縮された排水Ａを受け取る汚泥吸着装置４０の単位処理量は、０．５ｍ３／ｈ（１００ｍ３／ｈ÷２００倍）以上となるように調整される。そして、汚泥吸着装置４０は、含水率が６０％の汚泥４を回収する。なお、汚泥４の濃度は、４００，０００ｐｐｍである。
【００８２】
なお、単体の汚泥吸着装置４０における汚泥吸着性能が不足している場合には、複数台の汚泥吸着装置４０を並列に設けることとすればよい。また、単体の汚泥吸着装置４０を用いる場合であっても、汚泥吸着装置４０が用いる濾過膜の総面積や、濾過膜経由で吸引する排水の量を、単位時間あたりに処理すべき排水Ａの量に見合うように調整することとすればよい。
【００８３】
つづいて、汚泥吸着装置４０によって回収された汚泥４を受け取った汚泥乾燥装置５０は、汚泥４を乾燥させることによって乾燥汚泥５を得る。ここで、乾燥汚泥５の含水率は３０％であり、乾燥汚泥５の濃度は、７００，０００ｐｐｍである。なお、汚泥４は自然乾燥させることとしてもよいし、冷風や熱風を吹きかけるなどして強制乾燥させることとしてもよい。また、熱風を用いる場合には、汚泥４に含まれるピュアシリコンの変成を防止するために、熱風の温度を１００℃未満とすることが好ましい。
【００８４】
なお、単体の汚泥乾燥装置５０における汚泥乾燥性能が不足している場合には、複数台の汚泥乾燥装置５０を並列に設けることとすればよい。
【００８５】
また、図２では、排水Ａの発生元として、ＢＳＧ装置１０１およびＤ／Ｓ装置１０２を例示しているが、ピュアシリコンを加工する装置であれば、その種別は問わない。そして、図２では、排水Ａを濃縮装置２０で濃縮してから汚泥吸着装置４０へ渡す場合について示しているが、濃縮装置２０を省略することとしてもよい。なお、濃縮装置２０を省略する場合には、汚泥吸着装置４０において使用される濾過膜の総面積を、濃縮装置２０を用いる場合よりも増加させる必要がある。
【００８６】
次に、シリコン屑の滞留時間について図４を用いて説明する。図４は、滞留時間の説明図である。なお、同図には、シリコン屑２および排水３を模式的に示している。
【００８７】
図４に示すように、排水３におけるシリコン屑２の滞留時間は、シリコン屑２が排水３に入ってから（同図の「開始時点」参照）、シリコン屑２が排水３から取り出されるまで（同図の「終了時点」参照）の時間を指す。
【００８８】
具体的には、ＢＳＧ装置１０１やＤ／Ｓ装置１０２では、純水を噴霧しながら研磨や研削が行われるので、研磨や研削によってシリコン屑２が発生した時点が、「開始時点」となる。また、汚泥吸着装置４０によって吸着された汚泥が排水３から引き上げられた時点が、「終了時点」となる。
【００８９】
なお、後述するように、汚泥吸着装置４０は、濾過槽に排水３を貯め、排水３に浸漬した膜エレメントへ汚泥を吸着させるので、かかる濾過槽内でのシリコン屑２の滞留が問題となる。このため、汚泥吸着装置４０による単位処理量は、高めに見積もることが好ましい。
【００９０】
たとえば、濃縮装置２０から単位時間に受け取る排水３の量が０．５ｍ３／ｈである場合、本来なら、汚泥吸着装置４０の単位処理量は、０．５ｍ３／ｈで足りる。しかしながら、膜エレメントへ吸着されず濾過槽内に滞留するシリコン屑２の滞留時間を考慮すると、本来必要な単位処理量の３倍程度以上とすることが好ましい。
【００９１】
すなわち、濃縮装置２０の単位処理量との関係から汚泥吸着装置４０に要求される単位処理量が０．５ｍ３／ｈである場合、汚泥吸着装置４０の単位処理量を、３倍程度の１．５ｍ３／ｈ以上とすることが好ましい。
【００９２】
そして、ＢＳＧ装置１０１やＤ／Ｓ装置１０２でシリコン屑２が発生してから、汚泥吸着装置４０によって吸着された汚泥が排水３から引き上げられるまでの時間（滞留時間）を概ね５．５時間以下とすることで、酸素濃度が１％以下のシリコンを回収することができる。
【００９３】
なお、汚泥吸着装置４０によって回収される汚泥４の含水率は６０％程度であるが、回収汚泥の含水率が３０％以下であれば、回収汚泥に含まれるシリコン屑２の酸化がほぼ停止することが、実験によって確認された（図３参照）。したがって、図４に示した「終了時点」を、汚泥乾燥装置５０によって乾燥汚泥５が生成された時点としたうえで、滞留時間の管理を行うこととしてもよい。
【００９４】
たとえば、ＢＳＧ装置１０１やＤ／Ｓ装置１０２でシリコン屑２が発生してから、かかるシリコン屑２を含んだ乾燥汚泥５が生成されるまでの時間が概ね５．５時間以下となるように、濃縮装置２０、汚泥吸着装置４０および汚泥乾燥装置５０の単位処理量を決定することとしてもよい。
【００９５】
以下では、汚泥吸着装置４０および汚泥乾燥装置５０についてさらに詳細に説明する。
【００９６】
まず、汚泥吸着装置４０の構成について図５〜図７を用いて説明する。図５は、膜エレメントの構成を示す図である。なお、図５の（Ａ）には、膜エレメント４１の外観図を、同じく（Ｂ）には、膜エレメント４１の内部構造を、同じく（Ｃ）には、連結ブロック４２を、同じく（Ｄ）には、連結された膜エレメント４１を、それぞれ示している。
【００９７】
図５の（Ａ）に示すように、膜エレメント４１は、樹脂製の濾板４１ａの両面に膜４１ｃを貼り付けることで構成される。ここで、膜４１ｃは、孔径０．２５μｍの高分子精密濾過膜であり、０．２５μｍ以上の微粒子を捕捉することができる。しかし、実際には、膜４１ｃの表面に捕捉した微粒子で形成されるケーク層がさらに微細なネットワークを形成するため、０．０５μｍ以上の微粒子をほぼ捕捉することができる。
【００９８】
なお、膜エレメント４１のサイズ（耳部４１ｂを除いたサイズ）は、たとえば、高さ１５０ｍｍ程度、幅５００ｍｍ程度、厚さ５ｍｍ程度である。
【００９９】
また、膜エレメント４１の両端部には、耳部４１ｂがそれぞれ設けられている。ここで、耳部４１ｂの中央部には、１つの通水穴４１ｂａが設けられており、通水穴４１ｂａを挟む位置には、２つの連結穴４１ｂｂが設けられている。なお、通水穴４１ｂａにはＯリングが設けられており、図５の（Ｃ）に示す連結ブロック４２との接合面からの液漏れを防止する。
【０１００】
そして、図５の（Ｂ）に示すように、濾板４１ａには、流路４１ａａが設けられており膜４１ｃを透過した膜透過水を一方の耳部４１ｂへ導くこととしている。そして、耳部４１ｂへ導かれた膜透過水は、通水穴４１ｂａへとさらに導かれる。なお、図５の（Ｂ）には、膜透過水を、同図の右側に示した耳部４１ｂへ導く場合について示している。
【０１０１】
図５の（Ｃ）に示したのは、膜エレメント４１を連結する際に用いる連結ブロック４２である。この連結ブロック４２は、膜エレメント４１の耳部４１ｂとそれぞれ対応する位置に、１つの通水穴４２ａと、２つの連結穴４２ｂとが設けられている。そして、厚みが異なる連結ブロック４２を用いることで、膜エレメント４１と膜エレメント４１との間隔を調整することができる。なお、連結ブロック４２の厚み（すなわち、膜エレメント４１同士の間隔）は、たとえば、１５ｍｍとすることができる。
【０１０２】
図５の（Ｄ）に示したのは、連結ブロック４２を用いて連結した膜エレメント４１の様子である。なお、図５の（Ｄ）には、図５の（Ｂ）に示した膜エレメント４１を左右反転させつつ交互に連結した場合について示している。
【０１０３】
この場合、手前から奇数番目の膜エレメント４１の膜透過水は、連結ブロック４２を介して同図に示した４３Ｒのように集水される。また、手前から偶数番目の膜エレメント４１の膜透過水は、同じく４３Ｌのように集水される。なお、図５の（Ｄ）には、各耳部４１ｂへ濾過水を分散して集水する場合について示したが、片側の耳部４１ｂのみへ濾過水を集水することとしてもよい。
【０１０４】
次に、図５に示した膜エレメント４１を連結した膜モジュールについて図６を用いて説明する。図６は、膜モジュールの構成例を示す図である。図６に示すように、図５の（Ｄ）に示した膜エレメント４１および連結ブロック４２を、連結穴４１ｂｂおよび連結穴４２ｂを貫通するボルト４４ａで固定する。そして、ボルトで固定した膜エレメント４１群を、レール４４ｂを用いて固定することで、膜モジュール４４が得られる。
【０１０５】
なお、図６には、６枚の膜エレメント４１からなるセットを上下２段組みした膜モジュール４４について例示しているが、各セットに含まれる膜エレメント４１の個数や、段数については、任意の数とすることができる。
【０１０６】
次に、図６に示した膜モジュール４４を用いた汚泥吸着装置４０の動作について図７を用いて説明する。図７は、汚泥吸着装置４０が実行する各工程を示す図である。なお、図７の（Ａ）には濾過工程を、同じく（Ｂ）には逆洗準備工程を、同じく（Ｃ）には逆洗工程を、同じく（Ｄ）には濾過準備工程を、それぞれ示している。
【０１０７】
また、図７に示したように、汚泥吸着装置４０は、濃縮装置２０から配管１０経由で受け取った濃縮排水を貯留する濾過槽４５と、膜モジュール４４の引き上げを行う引上機構４６とを備えている。また、汚泥吸着装置４０は、膜モジュール４４に含まれる各膜エレメント４１を吸引することで得られた濾過水を処理水として排出したり、各膜エレメント４１へ処理水を逆送したりするポンプ４７を備えている。
【０１０８】
そして、膜モジュール４４は、引上機構４６の支持軸４６ａまわりに回動するアーム４６ｂにつり下げられており、支持軸４６ａが同図の時計回りに回動することで、濾過槽４５から引き上げられ、ベルトコンベア５２の上方へ位置付けられる。また、支持軸４６ａが同図の反時計まわりに回動することで、膜モジュール４４は、濃縮排水を満たした濾過槽４５へ浸漬される。
【０１０９】
ここで、ベルトコンベア５２は、汚泥乾燥装置５０へ汚泥４を運搬する機構であり、汚泥吸着装置側４０側よりも汚泥乾燥装置５０側が高くなるように傾斜が設けられている。そして、ベルトコンベア５２は、汚泥吸着装置側４０側の端部が濾過槽４５よりも高い位置に設置されている。したがって、逆洗水やベルトコンベア５２上で汚泥４から流出した排水は、汚泥吸着装置４０側の端部に集められたうえで自重で濾過槽４５へ流入する。
【０１１０】
また、ポンプ４７に接続されたチューブ４７ａは、膜モジュール４４の最前面に位置する膜エレメント４１の通水穴４１ｂａにそれぞれ接続される。なお、図７には、片側の耳部４１ｂ（同図の右側）のみへ濾過水を集水するように組み立てられた膜モジュール４４を例示している。
【０１１１】
図７の（Ａ）に示したように、濾過工程では、膜モジュール４４は、濃縮排水を満たした濾過槽４５に浸漬されており、ポンプ４７は、各膜エレメント４１を吸引するように作動する。これにより、各膜エレメント４１に張られた膜４１ｃの表面には、ケーク層が形成される。そして、汚泥吸着装置４０は、ケーク層の厚さが２〜５ｍｍ程度となるまで濾過工程を継続する。なお、濾過工程の継続時間は、概ね４５分程度である。
【０１１２】
ここで、ケーク層の厚さが２〜５ｍｍ程度となるまで濾過工程を継続する理由は、ケーク層が薄すぎると、ケーク層の剥離性が悪く大量の逆洗水が必要となるためである。また、逆にケーク層が厚すぎると、汚泥吸着装置４０における排水の処理速度が低下するためでもある。
【０１１３】
なお、濾過槽４５内の排水の濃度は、上流の濃縮装置２０によって４０，０００ｐｐｍ程度に濃縮されているため、濾過工程の継続時間を４５分程度にとどめることができる。これに対し、排水の濃度が１，５００ｐｐｍ程度である場合には、ケーク層の成長速度が遅いため、濾過工程の継続時間を概ね２４０分程度とする必要がある。
【０１１４】
つづいて、ケーク層の厚さが適切な厚さとなったならば、汚泥吸着装置４０は、引上機構４６を作動させて膜モジュール４４を、濾過槽４５から引き上げる。そして、図７の（Ｂ）に示したように、引き上げた膜モジュール４４を、ベルトコンベア５２の上方へ位置付けたうえで停止させる。なお、この逆洗準備工程においても、ポンプ４７による吸引を継続してケーク層からの脱水を進行させる。
【０１１５】
ここで、膜モジュール４４の引き上げからベルトコンベア５２上方への位置付けまでに要する時間は、概ね１分以内である。また、ポンプ４７によってケーク層からの脱水を継続する時間は、概ね５分以内である。
【０１１６】
つづいて、汚泥吸着装置４０は、ポンプ４７を反転作動させることで、処理水を逆送する。これにより、膜エレメント４１内部から膜４１ｃへ向けて処理水が噴き出すので、図７の（Ｃ）に示したように、膜４１ｃの表面に形成されたケーク層が膜４１ｃから剥離してベルトコンベア５２上へ落下する。このようにして、汚泥４が得られる。なお、この逆洗工程に要する時間は、概ね１分以内である。
【０１１７】
なお、ポンプ４７によって逆送される処理水（逆洗水）の圧力は、５０ｋＰａ以下の低水圧で足りる。このように、低水圧を用いることができる理由は、汚泥吸着装置４０における膜４１ｃの外側に支持体がなく、膜４１ｃの表面に吸着されたケーク層が自重で落下するほど剥離性が良いためである。
【０１１８】
つづいて、汚泥吸着装置４０は、図７の（Ｄ）に示したように、膜モジュール４４を図７の（Ａ）に示した位置へ戻すべく、支持軸４６ａ（図７の（Ａ）参照）を同図の反時計回りに回動させる。なお、膜モジュール４４を図７の（Ａ）に示した位置へ戻すために要する時間は、概ね１分以内である。また、この濾過準備工程では、ベルトコンベア５２の傾斜に沿って集水された処理水（余剰逆洗水）は、自重で濾過槽４５へ返送される。
【０１１９】
そして、汚泥吸着装置４０は、同図に示した（Ａ）〜（Ｄ）の工程を繰り返すことで、汚泥４の回収を連続して行っていくことになる。また、汚泥吸着装置４０によって回収された汚泥４は、ベルトコンベア５２によって汚泥乾燥装置５０へ随時搬送されることになる。
【０１２０】
このように、汚泥吸着装置４０は、凝集剤などの添加物を用いることなくシリコン汚泥を回収するので、回収されるシリコン汚泥に含まれるピュアシリコンの含有率を高めることができる。
【０１２１】
なお、汚泥４を濾布で包み込んで強制的に含水率を下げる手法（フィルタープレス手法）をとった場合には、汚泥４が高温となることが知られており、汚泥４に含まれるシリコンが変成する可能性が高くなるため好ましくない。
【０１２２】
次に、汚泥乾燥装置５０の構成と、汚泥吸着装置４０および汚泥乾燥装置５０の配置例とについて、図８を用いて説明する。図８は、汚泥吸着装置４０および汚泥乾燥装置５０の外観図である。なお、図８の（Ａ）には、汚泥吸着装置４０および汚泥乾燥装置５０の上面図を、同じく（Ｂ）には、汚泥吸着装置４０および汚泥乾燥装置５０の側面図を、それぞれ示している。
【０１２３】
また、図８には、落下する汚泥４を受け止める枠状（上方からみた中央部は空洞）のガイド４８の下方に設けられたベルトコンベア５２を挟む形で、２台の汚泥吸着装置４０（汚泥吸着装置４０Ａおよび汚泥吸着装置４０Ｂ）を並列に設けた場合を示している。この場合、汚泥吸着装置４０Ａおよび汚泥吸着装置４０Ｂは、１つのベルトコンベア５２を共有しているので、膜モジュール４４をベルトコンベア５２の上方へ移動させる工程（図７の（Ｂ）あるいは（Ｃ）参照）が交互に行われるように調整される。
【０１２４】
なお、図８では、２台の汚泥吸着装置４０に対して１台の汚泥乾燥装置５０を設けた場合について示しているが、汚泥吸着装置４０ごとに汚泥乾燥装置５０を設けることとしてもよい。
【０１２５】
ここで、ベルトコンベア５２は、汚泥吸着装置４０側よりも汚泥乾燥装置５０側が高くなるように傾斜が設けられており、汚泥吸着装置４０側の端部は、汚泥吸着装置４０の濾過槽４５よりも高い位置に設置されている（図８の（Ｂ）参照）。かかる配置によって、ベルトコンベア５２で回収された排水や逆洗水は自重で濾過槽４５へ戻ることになる。なお、汚泥吸着装置４０の構成および動作については、図７を用いて既に説明したので、ここでの説明を省略する。
【０１２６】
以下では、汚泥乾燥装置５０の構成および動作について説明する。なお、本実施例では、熱風を吹き付けることによって乾燥汚泥５を得る汚泥乾燥装置５０を例示しているが、他の乾燥手法を用いることとしてもよい。たとえば、汚泥４に対して冷風を吹き付けたり、汚泥４を自然乾燥させたりすることとしてもよい。
【０１２７】
図８の（Ａ）に示すように、汚泥乾燥装置５０は、乾燥室５１と、ベルトコンベア５２とを備えている。また、乾燥室５１には、排気口５５が設けられるとともに、ヒータ５３からの熱風を乾燥室５１へ導く熱風導入パイプ５４が接続されている。ここで、ヒータ５３は、熱風の温度が１００℃未満となるように調整する。
【０１２８】
また、ベルトコンベア５２は、ガイド４８を通過して落下してくる汚泥４を、乾燥室５１へと運搬する。つづいて、運搬された汚泥４には、乾燥室５１において熱風が吹き付けられ、汚泥４の含水率は低下していく。そして、汚泥４が乾燥室５１端（同図におけるベルトコンベア５２の右端）に達した時点では、含水率が３０％以下の乾燥汚泥５が得られる。
【０１２９】
なお、乾燥汚泥５は、ベルトコンベア５２の右端に達すると落下し、図示しない収納器へ格納されることになる。
【０１３０】
このように、汚泥吸着装置４０によって吸着された汚泥４は、ただちに、汚泥乾燥装置５０へ導かれ、乾燥汚泥５へと加工されるので、汚泥４中でシリコンの酸化が進行することを防止することができる。
【０１３１】
次に、シリコン回収システム１によって得られる乾燥汚泥５の性質および乾燥汚泥５の利用例について説明する。
【０１３２】
シリコン回収システム１によって得られる乾燥汚泥５における鉄（Ｆｅ）、アルミ（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）といった不純物は、それぞれ２０ｐｐｍ以下であることが確認されている。なお、シリコン屑の発生元となるＢＳＧ装置１０１あるいはＤ／Ｓ装置１０２で用いられる砥石やカッティングソーに由来する物質を排除することとすれば、かかる不純物の比率をさらに低くすることも可能である。
【０１３３】
また、シリコンの滞留時間が５．５時間以下となるように各装置の単位処理量を調整した場合、乾燥汚泥５におけるシリコン純度は概ね９９％以上（すなわち、酸素濃度が１％以下）であることも確認されている。
【０１３４】
さらに、シリコン回収システム１によって得られる乾燥汚泥５に含まれるシリコン屑の粒度は、１μｍセンターであり、粉砕加工を行わずとも利用価値が非常に高い。このため、シリコン回収システム１によって得られる乾燥汚泥５は、太陽電池の原料、硬質セラミックの原料、シリコン樹脂の原料、耐火物の原料などに広く用いることができる。
【０１３５】
また、上述したように、シリコン回収システム１によって得られる乾燥汚泥５におけるピュアシリコンの含有率は非常に高いので、ケイ素化合物の原料としても有用である。たとえば、シリコン回収システム１によって得られる乾燥汚泥５を、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などのケイ素化合物の原料として用いることができる。
【０１３６】
そして、生成されたケイ素化合物は、たとえば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）については半導体封止樹脂添加剤として、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）については、回路基板や窒化ケイ素工具として、それぞれ利用することができる。
【０１３７】
上述してきたように、本実施例では、結晶シリコンの研磨および／または研削に伴う排水を流通させる樹脂製またはステンレス製の配管を用いることとしたうえで、流通される排水を貯留する貯留槽内の排水に浸漬した膜エレメントへシリコン汚泥を吸着させる汚泥吸着装置と、吸着されたシリコン汚泥を乾燥させることによって乾燥シリコン汚泥を得る汚泥乾燥装置とを配置し、シリコンが水と接した状態で留まる滞留時間が、かかる状態のシリコンにおける酸素濃度の時間変化率を示す酸化係数および回収されるシリコンにおける酸素濃度の目標値に基づいて算出される上限時間以下となるように、配管によって流通される単位時間あたりの排水の量および汚泥吸着装置によって処理される単位時間あたりの排水の量を決定するようにシリコン回収システムを構成した。
【０１３８】
したがって、本発明に係るシリコン回収システムおよびシリコン回収方法によれば、ピュアシリコンの含有率が高いシリコン汚泥を回収することができる。そして、回収されたシリコン汚泥を広く再利用することができる。
【０１３９】
なお、上述した実施例では、回収対象となるシリコン屑の粒度が、１μｍセンターである場合について説明した。しかしながら、本発明は、様々な粒度のシリコン屑に対応することができる。すなわち、回収対象となるシリコン屑の粒度に応じた酸化係数を実験等で求め、求めた酸化係数に基づいて滞留時間の上限値を算出することとすればよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４０】
以上のように、本発明に係るシリコン回収システムおよびシリコン回収方法は、シリコンを加工するプラントへの適用に有用であり、特に、回収したシリコンを広く再利用したい場合に適している。
【符号の説明】
【０１４１】
１ シリコン回収システム
２ シリコン屑
３ 排水
４ 汚泥
５ 乾燥汚泥
１０ 配管
２０ 濃縮装置
３０ 汚泥吸着乾燥装置
４０ 汚泥吸着装置
４１ 膜エレメント
４１ａ 濾板
４１ａａ 流路
４１ｂ 耳部
４１ｂａ 通水穴
４１ｂｂ 連結穴
４１ｃ 膜
４２ 連結ブロック
４２ａ 通水穴
４２ｂ 連結穴
４４ 膜モジュール
４４ａ ボルト
４４ｂ レール
４５ 濾過槽
４６ 引上機構
４６ａ 支持軸
４６ｂ アーム
４７ ポンプ
４７ａ チューブ
４８ ガイド
５０ 汚泥乾燥装置
５１ 乾燥室
５２ ベルトコンベア
５３ ヒータ
５４ 熱風導入パイプ
５５ 排気口
１０１ ＢＳＧ装置
１０２ Ｄ／Ｓ装置
２０１ 冷却塔
２０２ 純水製造装置
２０３ ＰＫＧダイシング
３００ 従来技術に係るシリコン回収システム
３０１ 濃縮装置
３０２ 調整槽
３０３ 排水処理施設
３０４ 脱水機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンを含んだ排水からシリコンを回収するシリコン回収システムであって、
結晶シリコンの研磨および／または研削に伴う排水を流通させる流通手段と、
前記流通手段によって流通される排水を貯留する貯留槽内の排水に浸漬した膜エレメントへシリコン汚泥を吸着させる汚泥吸着手段と、
前記汚泥吸着手段によって吸着されたシリコン汚泥を乾燥させることによって乾燥シリコン汚泥を得る汚泥乾燥手段と
を備え、
シリコンが水と接した状態で留まる滞留時間が、前記状態のシリコンにおける酸素濃度の時間変化率を示す酸化係数および回収されるシリコンにおける前記酸素濃度の目標値に基づいて算出される上限時間以下となるように、前記流通手段によって流通される単位時間あたりの排水の量および前記汚泥吸着手段によって処理される単位時間あたりの排水の量を決定したことを特徴とするシリコン回収システム。
【請求項２】
前記流通手段は、
樹脂製またはステンレス製の配管であることを特徴とする請求項１に記載のシリコン回収システム。
【請求項３】
前記汚泥吸着手段の上流側に設けられ、排水を濃縮する濃縮手段
をさらに備え、
前記流通手段は、
前記濃縮手段の上流側および下流側にそれぞれ
設けられており、
前記汚泥吸着手段は、
前記濃縮手段によって濃縮された排水を前記流通手段経由で受け取ることを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン回収システム。
【請求項４】
前記汚泥吸着手段は、
上流側からみて並列に設けられることを特徴とする請求項１、２または３に記載のシリコン回収システム。
【請求項５】
前記汚泥乾燥手段は、
前記シリコン汚泥を乾燥させることによって含水率が３０％以下の前記乾燥シリコン汚泥を得ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のシリコン回収システム。
【請求項６】
前記滞留時間の終点は、
前記乾燥シリコン汚泥の含水率が３０％となった時点であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のシリコン回収システム。
【請求項７】
前記上限時間は、
１００時間以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のシリコン回収システム。
【請求項８】
前記酸化係数は、
前記流通手段によって流通される排水に含まれるシリコンの粒度に基づいて求められるものであって、
前記上限時間は、
前記目標値を前記酸化係数で除することによって算出されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のシリコン回収システム。
【請求項９】
シリコンを含んだ排水からシリコンを回収するシリコン回収方法であって、
結晶シリコンの研磨および／または研削に伴う排水のみを流通させる流通工程と、
前記流通工程によって流通される排水を貯留する貯留槽を用い、前記貯留槽内の排水に浸漬した膜エレメントへシリコン汚泥を吸着させる汚泥吸着工程と、
前記汚泥吸着工程によって吸着されたシリコン汚泥を乾燥させることによって乾燥シリコン汚泥を得る汚泥乾燥工程と
を含んでおり、
シリコンが水と接した状態で留まる滞留時間が、前記状態のシリコンにおける酸素濃度の時間変化率を示す酸化係数および回収されるシリコンにおける前記酸素濃度の目標値に基づいて算出される上限時間以下となるように、前記流通工程によって流通される単位時間あたりの排水の量および前記汚泥吸着工程によって処理される単位時間あたりの排水の量を決定したことを特徴とするシリコン回収方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のシリコン回収方法によって回収される回収物。
【請求項１１】
請求項９に記載のシリコン回収方法によって回収される回収物の化合物。
【請求項１】
シリコンを含んだ排水からシリコンを回収するシリコン回収システムであって、
結晶シリコンの研磨および／または研削に伴う排水を流通させる流通手段と、
前記流通手段によって流通される排水を貯留する貯留槽内の排水に浸漬した膜エレメントへシリコン汚泥を吸着させる汚泥吸着手段と、
前記汚泥吸着手段によって吸着されたシリコン汚泥を乾燥させることによって乾燥シリコン汚泥を得る汚泥乾燥手段と
を備え、
シリコンが水と接した状態で留まる滞留時間が、前記状態のシリコンにおける酸素濃度の時間変化率を示す酸化係数および回収されるシリコンにおける前記酸素濃度の目標値に基づいて算出される上限時間以下となるように、前記流通手段によって流通される単位時間あたりの排水の量および前記汚泥吸着手段によって処理される単位時間あたりの排水の量を決定したことを特徴とするシリコン回収システム。
【請求項２】
前記流通手段は、
樹脂製またはステンレス製の配管であることを特徴とする請求項１に記載のシリコン回収システム。
【請求項３】
前記汚泥吸着手段の上流側に設けられ、排水を濃縮する濃縮手段
をさらに備え、
前記流通手段は、
前記濃縮手段の上流側および下流側にそれぞれ
設けられており、
前記汚泥吸着手段は、
前記濃縮手段によって濃縮された排水を前記流通手段経由で受け取ることを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン回収システム。
【請求項４】
前記汚泥吸着手段は、
上流側からみて並列に設けられることを特徴とする請求項１、２または３に記載のシリコン回収システム。
【請求項５】
前記汚泥乾燥手段は、
前記シリコン汚泥を乾燥させることによって含水率が３０％以下の前記乾燥シリコン汚泥を得ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のシリコン回収システム。
【請求項６】
前記滞留時間の終点は、
前記乾燥シリコン汚泥の含水率が３０％となった時点であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のシリコン回収システム。
【請求項７】
前記上限時間は、
１００時間以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のシリコン回収システム。
【請求項８】
前記酸化係数は、
前記流通手段によって流通される排水に含まれるシリコンの粒度に基づいて求められるものであって、
前記上限時間は、
前記目標値を前記酸化係数で除することによって算出されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のシリコン回収システム。
【請求項９】
シリコンを含んだ排水からシリコンを回収するシリコン回収方法であって、
結晶シリコンの研磨および／または研削に伴う排水のみを流通させる流通工程と、
前記流通工程によって流通される排水を貯留する貯留槽を用い、前記貯留槽内の排水に浸漬した膜エレメントへシリコン汚泥を吸着させる汚泥吸着工程と、
前記汚泥吸着工程によって吸着されたシリコン汚泥を乾燥させることによって乾燥シリコン汚泥を得る汚泥乾燥工程と
を含んでおり、
シリコンが水と接した状態で留まる滞留時間が、前記状態のシリコンにおける酸素濃度の時間変化率を示す酸化係数および回収されるシリコンにおける前記酸素濃度の目標値に基づいて算出される上限時間以下となるように、前記流通工程によって流通される単位時間あたりの排水の量および前記汚泥吸着工程によって処理される単位時間あたりの排水の量を決定したことを特徴とするシリコン回収方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のシリコン回収方法によって回収される回収物。
【請求項１１】
請求項９に記載のシリコン回収方法によって回収される回収物の化合物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１５７２２６（Ｐ２０１１−１５７２２６Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９５５４（Ｐ２０１０−１９５５４）
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【特許番号】特許第４６６５０５４号（Ｐ４６６５０５４）
【特許公報発行日】平成２３年４月６日（２０１１．４．６）
【出願人】（５０４１７４１３５）国立大学法人九州工業大学 (489)
【出願人】（５０２４１５５６０）東芝メモリアドバンスドパッケージ株式会社 (30)
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【出願人】（５０３４４２５９２）株式会社ユアサメンブレンシステム (28)
【出願人】（５０６２２５９５０）シナジーテック株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【特許番号】特許第４６６５０５４号（Ｐ４６６５０５４）
【特許公報発行日】平成２３年４月６日（２０１１．４．６）
【出願人】（５０４１７４１３５）国立大学法人九州工業大学 (489)
【出願人】（５０２４１５５６０）東芝メモリアドバンスドパッケージ株式会社 (30)
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【出願人】（５０３４４２５９２）株式会社ユアサメンブレンシステム (28)
【出願人】（５０６２２５９５０）シナジーテック株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
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