説明

分離方法および分離装置

【課題】少なくともフッ酸、フッ化水素アンモニウム、珪素および水を含む混酸から、簡単に、高純度のフッ酸を分離することのできる分離方法および分離装置を提供すること。
【解決手段】少なくともフッ酸、フッ化水素アンモニウム、珪素および水を含む混酸100から、フッ酸を分離する分離方法であって、混酸100を蒸留することによって、フッ酸および水を含む留出液200を回収するとともに、フッ化水素アンモニウムおよび珪素を含む缶出液500として回収する第1の蒸留工程と、留出液200を蒸留することによって、留出液200から水を主に分離し、留出液200よりもフッ酸の濃度の高い缶出液600を回収する第2の蒸留工程とを有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、分離方法および分離装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から、エッチング液として、フッ酸とフッ化アンモニウムとを含むものが知られている。また、このようなエッチング液であってエッチングの用に供された後のエッチング廃液からフッ酸(フッ素)を回収する技術も広く知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1には、フッ酸とフッ化アンモニウムとを含むエッチング液に炭酸カルシウムを反応させることにより、フッ素を、シリカ含有率の少ない高純度フッ化カルシウムとして回収し、回収したフッ化カルシウムから再びエッチング液用のフッ酸を製造する方法が記載されている。
【0003】
しかしながら、このような方法では、エッチング液からフッ酸を直接分離・回収することができない。すなわち、フッ化カルシウムとして回収した後、このフッ化カルシウムをフッ酸とするプロセスが必要であり、効率的な回収を行うことができない。また、エッチング廃液から新たなエッチング液(フッ酸)を製造するまでのプロセスが多く、その途中で二次廃液が大量に発生する。そのため、環境性が悪いという問題もある。また、プロセスが多いため装置構成が大型化、複雑化するとい問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平5−170435
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、少なくともフッ酸、フッ化水素アンモニウム、珪素および水を含む混酸から、簡単に、高純度のフッ酸を分離することのできる分離方法および分離装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
[適用例1]
本発明の分離方法は、少なくともフッ酸、フッ化水素アンモニウム、珪素および水を含む混酸から、前記フッ酸を分離する分離方法であって、
前記混酸を蒸留することによって、前記フッ酸および水を含む第1の液体を留出液として回収するとともに、前記フッ化水素アンモニウムおよび前記珪素を含む第2の液体を缶出液として回収する第1の蒸留工程と、
前記第1の液体を蒸留することによって、前記第1の液体から前記水を主に分離し、前記第1の液体よりも前記フッ酸の濃度の高い第3の液体を缶出液として回収する第2の蒸留工程とを有することを特徴とする。
これにより、混酸から、簡単に、高純度のフッ酸を比較的高い濃度で分離・回収することができる。
【0007】
[適用例2]
本発明の分離方法では、前記第2の蒸留工程における前記第1の液体の加熱温度は、前記第1の蒸留工程における前記混酸の加熱温度よりも低い設定温度とすることが好ましい。
これにより、第1の液体から水分を除去する場合に、除去される留出液に混入して水分と一緒に除去されてしまうフッ酸の量を少なくすることができる。そのため、フッ酸の収率を高くすることができる。
【0008】
[適用例3]
本発明の分離方法では、前記第2の液体から、前記フッ化水素アンモニウムおよび前記珪素を含む固体を晶析させ、
前記第2の液体から前記固体を分離した第4の液体を、前記混酸とともに再び前記第1の工程により処理することが好ましい。
これにより、混酸からより多くのフッ酸を分離・回収することができる。
【0009】
[適用例4]
本発明の分離方法では、前記第1の蒸留工程は、前記混酸を攪拌しながら行うことが好ましい。
これにより、蒸留缶内での晶析が抑制される。
[適用例5]
本発明の分離方法では、前記固体から前記フッ化水素アンモニウムを分離する分離工程を有することが好ましい。
これにより、混酸から、さらに、フッ化水素アンモニウムを分離・回収することができる。
【0010】
[適用例6]
本発明の分離方法では、前記分離工程では、晶析法によって、前記固体から前記フッ化水素アンモニウムを分離することが好ましい。
これにより、フッ化水素アンモニウムの分離を簡単に行うことができる。
[適用例7]
本発明の分離方法では、前記分離工程では、前記固体を溶解させた溶液を用意し、前記溶液を所定温度に冷却して行う第1の晶析工程と、前記第1の晶析の温度よりも低い温度で行う第2の晶析工程とを有していることが好ましい。
これにより、より高純度のフッ化アンモニウムを分離・回収することができる。
【0011】
[適用例8]
本発明の分離方法では、前記混酸は、珪素を含む材料をエッチング処理することにより発生するエッチング廃液であることが好ましい。
これにより、エッチング廃液を再利用することができ、エッチング処理の低コスト化を図ることができる。また、廃棄される廃液の量を減らすことができるため、環境面で優れている。
[適用例9]
本発明の分離装置は、本発明の分離方法を有することを特徴とする。
これにより、混酸から高純度のフッ酸あるいはフッ化水素アンモニウムを分離・回収する装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の好適な実施形態に係る分離装置の概略図である。
【図2】本発明の好適な実施形態に係る分離方法を説明するための概略図である。
【図3】実施例を説明するための表である。
【図4】実施例を説明するための表である。
【図5】実施例を説明するための表である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の分離方法および分離装置を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の好適な実施形態に係る分離装置の概略図、図2は、本発明の好適な実施形態に係る分離方法を説明するための概略図、図3〜図5は、実施例を説明するための表である。
【0014】
1.分離装置
まず、分離装置1の構成について説明する。
図1に示す分離装置1は、蒸留装置を例示しており、それぞれの工程の蒸留装置から得られた留出液を回収容器300へ取り出し、あるいは蒸留缶から缶出液を取り出し、これらの留出液および缶出液を次の工程の蒸留装置の供給部へ移し変えるバッチ式の分離方法を一例として以下に説明する。但し、これらの蒸留装置を複数並べて、装置間を輸液パイブで接続し、バルブ操作によってインライン方式で分離する分離方法を構成してもよい。
【0015】
このような分離装置1は、フッ酸[HF]、フッ化水素アンモニウム[(NH)HF]、珪素[Si]および水[HO]を含む混酸100から、フッ酸とフッ化水素アンモニウムとを、それぞれ、高純度かつ比較的高濃度で分離・回収するための装置(蒸留装置)である。なお、前記珪素は、混酸100内では、珪素化合物、具体的には、珪フッ化アンモニウム[(NHSiF)]として存在しているものとする。
【0016】
混酸100は、例えば、エッチング廃液である。具体的には、例えば、珪素を含む部材をフッ酸およびフッ化水素アンモニウムを含むエッチング液によりエッチング処理した後の廃液である。この珪素を含む部材としては、例えば、各種ガラスや水晶等が挙げられる。
このような混酸100中には、エッチング処理において未反応のフッ酸およびフッ化水素アンモニウムがそれぞれの成分として相当量残存している。そのため、これらをそれぞれ別々に回収することにより、再びエッチング液の成分として用いることができる。
【0017】
このように、エッチング廃液から未反応のエッチング成分を分離することにより、エッチング廃液の再利用を図ることができ、エッチング処理の低コスト化を図ることができる。また、廃棄処分されるエッチング廃液の量が減るため、優れた環境性を発揮することもできる。
混酸100における分離前のフッ酸の濃度は、特に限定されないが、例えば、10〜20wt%程度である。また、混酸100における分離前のフッ化水素アンモニウムの濃度は、特に限定されないが、例えば、25〜35wt%程度である。また、混酸100における分離前の珪素の濃度は、特に限定されないが、例えば、0.1〜1.0wt%程度である。
【0018】
ここで、混酸100におけるフッ酸、フッ化水素アンモニウム、珪素の濃度は、次のようにして求めることができる。
(珪素の濃度測定)
IPC発光分析装置(例えば、(株)島津製作所製、製品名「ICPS−7510」)を用いて混酸100中に含まれる金属元素の定性および定量分析を行う。これにより、混酸100中の金属原子は、珪素のみであるから、これにより、混酸100における珪素の濃度A(mol/l)を求めることができる。
【0019】
(フッ化水素アンモニウムの濃度測定)
紫外・可視分光光度計(例えば、(株)島津製作所製、製品名「IUV−1240」)を用いて、インドフェノールブルー吸光光度法を実施し、これにより、混酸100におけるフッ化水素アンモニウムおよび珪フッ化アンモニウムが有する(NH4)の合計濃度B(mol/l)を求めることができる。前述したように、混酸100中の珪素は、珪フッ化アンモニウムとして存在しているのであるから、合計濃度Bからケイフッ化アンモニウムが有する(NH4)濃度2Aを引くことにより、混酸100におけるフッ化水素アンモニウムの濃度C(mol/l)を求めることができる。すなわち、C=B−2Aである。
【0020】
(フッ酸の濃度測定)
電位差自動滴定装置(例えば、京都電子工業(株)製、製品名「AT−510」)を用いて、混酸100の酸濃度を測定する。具体的には、0.1mol/dm3水酸化ナトリウム水溶液による中和滴的を行うことにより、混酸100の酸濃度を測定する。これにより、混酸100におけるフッ酸、フッ化水素アンモニウムおよび珪フッ化アンモニウムが有する合計酸濃度Dを求めることができる。前述で、混酸100中のケイフッ化アンモニウム濃度Aおよびフッ化水素アンモニウム濃度Bが分かっている為、合計酸濃度Dからケイフッ化アンモニウムが有する酸濃度4A、フッ化水素アンモニウムが有する酸濃度Bを引くことにより、混酸100におけるフッ酸濃度E(mol/l)を求めることができる。すなわち、E=D−4A−Bである。
以上、混酸100におけるフッ酸、フッ化水素アンモニウム、珪素の濃度の測定方法の一例を説明した。
【0021】
図1に示すように、本実施形態の分離装置1は、蒸留缶(蒸留容器)11と、蒸留缶11に混酸100を供給する供給部12と、蒸留缶11を加熱する加熱部13と、蒸留缶11内の混酸100を攪拌する攪拌手段14と、蒸留缶11から生じる蒸気を冷却して留出液200を得る冷却部15と、留出液200を回収する回収部16と、排ガス処理手段17とを有している。
【0022】
分離装置1を構成する各部のうち、混酸100と接触し得るものは、それぞれ、耐酸性を有している。本実施形態では、混酸100と接触し得る部位をポリテトラフルオロエチレン(PTFE)で構成することにより耐酸性を付与している。
なお、耐酸性を付与する方法としては、これに限定されず、例えば、混酸100と接触し得る部位を、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂等の耐酸性プラスチックで構成する方法や、金属材料で構成された本体の表面にフッ素系樹脂をコーティングしたもので構成する方法でもよい。これらの金属と耐酸性樹脂との混合材は熱伝導性が良いので、外部からの加温、冷却による液温調整が短時間で行えるので好都合である。
【0023】
(供給部12)
供給部12には、混酸100が貯留される。このような供給部12は、蒸留缶11の上方に設けられている。供給部12と蒸留缶11とを連通する流路の途中には、コック181が設けられており、このコック181を操作することにより、供給部12に貯留された混酸100を蒸留缶11へ供給したり、反対に、その供給を停止したりすることができる。
【0024】
(蒸留缶11)
蒸留缶11は、混酸100を蒸留するための槽である。このような蒸留缶11には、発生した蒸気を冷却部15へ誘導する誘導路111が形成されている。また、蒸留缶11内には、混酸100の温度を計測する温度計191と、誘導路111内を流れる蒸気の温度を計測する温度計192とが設置されている。
【0025】
(加熱部13)
加熱部13は、蒸留缶11を介して混酸100を加熱する機能を有する。加熱部13としては、例えば、本実施形態のように蒸留缶11の下側部分を覆うように設けられたマントルヒーターで構成することができる。このような加熱部13は、温度計191、192の検知結果に基づいて混酸100および蒸気の温度が所定温度となるように、その駆動を制御することができる。
なお、加熱部13としては、混酸100を加熱することができれば、上記の構成に限定されない。
【0026】
(攪拌手段14)
分離装置1は、攪拌手段14を有するのが好ましい。
攪拌手段14は、蒸留缶11内の混酸100を攪拌する機能を有している。攪拌手段14によって混酸100を攪拌しながら蒸留を行うことにより、混酸100内にて物質移動が促進され、固体(固形物)の晶析等を抑制することができる。特に、液面あるいは容器の内壁の近傍における濃度の局在による晶析等を抑制することができる。
【0027】
このような攪拌手段14は、蒸留缶11内に配置されたスターラーバー(攪拌棒)141と、蒸留缶11および加熱部13が載置されたホットスターラー(攪拌装置)142とを有し、ホットスターラー142によってスターラーバー141を回転させることにより、混酸100を攪拌するよう構成されている。
なお、加熱手段を備えるホットスターラー142に変えて、加熱手段を有していないスターラーを用いてもよい。また、スターラーを備えなくとも、容器の壁面に振動を加える等の物理的手段で蒸留缶11内の液体が流動するようにして攪拌してもよい。
【0028】
(冷却部15)
冷却部15は、混酸100を加熱することにより生じた蒸気を冷却し、留出液200を得る機能を有している。このような冷却部15としては、一般的に知られる冷却管を用いることができる。すなわち、冷却部15は、内管151と、外管152とを有し、内管151内を蒸気が流れ、内管151と外管152とを間を冷却水が流れるように構成されている。これにより、内管151内を流れる蒸気が冷却水によって冷やされて液化し、留出液200が得られる。
なお、内管151の長さや冷却水の温度等は、留出液200を得ることができれば、特に限定されない。
【0029】
(回収部16)
回収部16は、冷却部15と連結しており、留出液200を回収する機能を有している。このような回収部16の底には、コック182が設けられており、このコック182を操作することにより、回収部16に溜まった留出液200を分離装置1の外部(例えば図1に示すような回収容器300)へ排出することができる。
【0030】
(排ガス処理手段17)
排ガス処理手段(ガス洗浄部)17は、冷却部15によって液化されなかった排ガスを中和処理する機能を有している。このような排ガス処理手段17は、水若しくはアルカリ性の洗浄液400を収納した容器を有しており、洗浄液400内に排ガスを誘導することにより、排ガスの中和処理を行う。
以上、分離装置1の構成について、説明した。
【0031】
2.フッ酸の分離方法
次に、混酸100からフッ酸を分離・回収する方法(本発明の分離方法)について説明する。
図2に概略図を示した本発明の分離方法は、第1の蒸留工程と、第2の蒸留工程とを有している。以下に説明する分離方法は、第1の蒸留工程において混酸100から留出液200を取り出した後、第2の蒸留工程においてこの留出液200から缶出液600を取り出す分離方法である。第1の蒸留工程の終了後、第2の蒸留工程を実施するバッチ方式で処理する方法と、第1の蒸留工程と第2の蒸留工程とのそれぞれに用いる蒸留装置を並べて設置し、これらの間を輸液管で接続し、バルブ操作及びポンプ操作等で処理するインライン方式とのどちらの方式でもよい。
【0032】
(第1の蒸留工程)
例えば、供給部12から蒸留缶11に混酸100を供給し、加熱部13によって混酸100を所定温度に加熱することにより、混酸100を大気圧下で蒸留する。この時、攪拌手段14によって蒸留缶11内の混酸100を攪拌してもよい。混酸100の加熱温度(前記所定温度)としては、特に限定されないが、例えば、120〜140℃程度である。
【0033】
これにより、混酸100から、主に水とフッ酸とが蒸発し、それらの蒸気がそれぞれ誘導路111を介して冷却部15に到達する。冷却部15に到達した蒸気は、冷却部15によって冷却され、留出液(第1の液体)200となり、回収部16に回収される。回収部16に回収された留出液200は、水とフッ酸とを主成分とする比較的低濃度のフッ化水素酸(フッ酸水溶液)である。
【0034】
ここで、留出液200のフッ酸濃度としては、特に限定されないが、混酸100のフッ酸濃度をA(wt%)としたとき、0.75A〜1.1A(wt%)程度であるのが好ましい。
また、留出液200として回収したフッ酸の収率(%)、すなわち{(留出液200中に含まれるフッ酸の量/混酸100中に含まれるフッ酸の量)×100}は、55%以上程度であるのが好ましい。これにより、留出液200として回収したフッ酸の量を充分なものとすることができる。
【0035】
また、留出液200の留出量(%)、すなわち{(留出液200の重さ/混酸100の重さ)×100}は、特に限定されないが55〜70%程度であるのが好ましい。これにより、装置の安全性を確保しつつ、充分な量の留出液200を得ることができる。
このような第1の蒸留工程を充分に行うことにより、混酸100から水とフッ酸とを分離することができる。
【0036】
(第2の蒸留工程)
前述の第1の蒸留工程を終えた後、蒸留缶11に存在する缶出液(第2の液体)500を蒸留缶11から排出し、図示しない回収容器に移す。なお、この缶出液500は、後述するように別の処理に供される。
次に、空の蒸留装置1において、供給部12から蒸留缶11に上述の留出液200を供給し、加熱部13によって留出液200を所定温度に加熱することにより、留出液200を大気圧下で蒸留する。この時、攪拌手段14によって蒸留缶11内の留出液200を攪拌してもよい。留出液200の加熱温度(前記所定温度)としては、特に限定されないが、例えば、100〜120℃程度である。
【0037】
これにより、留出液200から水と少量のフッ酸とが蒸発し、その蒸気が誘導路111を介して冷却部15に到達する。冷却部15に到達した蒸気は、冷却部15によって冷却され、回収部16に比較的濃度の低いフッ化水素酸が回収される。
このような第2の蒸留工程を充分に行うことにより、留出液200からフッ酸よりも水を多く分離することができる。すなわち、留出液200を濃縮することができ、第2の蒸留工程を終えて蒸留缶11内に残存する缶出液(第3の液体)600は、留出液200よりもフッ酸濃度が高いフッ化水素酸(フッ酸水溶液)となる。
【0038】
特に、第1の蒸留工程における混酸100の加熱温度よりも、第2の蒸留工程における留出液200の加熱温度を低く設定することにより、留出液200から水分を除去する際に、除去される留出液に混入して水分と一緒に除去されてしまうフッ酸の量を少なくすることができる。そのため、フッ酸の収率を高くすることができる。
ここで、缶出液600のフッ酸濃度としては、特に限定されないが、混酸100のフッ酸濃度をA(wt%)としたとき、2.0A〜3.0A(wt%)程度であるのが好ましい。
【0039】
また、缶出液600として回収したフッ酸の収率(%)、すなわち{(缶出液600中に含まれるフッ酸の量/混酸100中に含まれるフッ酸の量)×100}は、30%以上程度であるのが好ましい。これにより、缶出液600として回収したフッ酸の量を充分なものとすることができる。
このようにして得られた缶出液600(フッ化水素酸)は、再び、エッチング液として使用することができる。エッチング液として利用する際は、例えば、新しいエッチング液と混合して用いてもよい。また、新しいエッチング液のフッ酸濃度を調節するための用途に缶出液600を用いることもできる。
【0040】
以上、混酸100からフッ酸を分離する方法について説明した。
このような方法によれば、簡単かつ効率的に比較的濃度の高い高純度のフッ酸を混酸から分離・回収することができる。また、エッチング廃液から分離・回収した薬品を混合することにより、新たなエッチング液を生成することができるため、エッチング廃液の再利用を図ることができ、エッチング処理の低コスト化を図ることができる。また、再利用されることなく廃棄処分されるエッチング廃液の量が減るため、優れた環境性を発揮することもできる。
【0041】
3.フッ化水素アンモニウムの分離方法
前述したフッ酸の分離方法の途中にて得られる缶出液500からは、フッ化水素アンモニウムを分離・回収することができる。以下、この分離方法について図2に基づいて説明する。
前述した第1の蒸留工程にて得られた缶出液500を、冷却等により晶析し、フッ化水素アンモニウムおよび珪フッ化アンモニウムを含む固体を析出させる。なお、混酸100からの水の蒸発量によっては、前記冷却を行わないでも、フッ化水素アンモニウムおよび珪フッ化アンモニウムを含む固体900が析出する場合もある。
【0042】
そのため、まず、缶出液500から固体900を分離する。分離方法としては、特に限定されず、例えば、一般的な沈殿法を用いることができる。すなわち、缶出液500中に固体900を沈殿させることにより、缶出液500から固体900を分離することができる。
ここで、缶出液500から固体900を分離した液体(第4の液体)700には、第1の蒸留工程にて分離しきれなかったフッ酸が残存している。そのため、このような液体700を供給部12に戻し、混酸100と共に、再び、第1の蒸留工程によって処理してもよい。これにより、混酸100中からより一層多くのフッ酸を分離・回収することができる。なお、この処理は好適であって、必須ではないため、図2における矢印は一点鎖線で示した。
【0043】
次に、固体900を乾燥させた後、この固体900を、例えば水などの溶媒(50〜70℃程度)に完全に溶解して溶液(第5の液体)801を得る。以下、この溶液801を2段階に分けて冷却し、溶解度の違いを利用して各段階にて、フッ化水素アンモニウムおよび珪フッ化アンモニウムの重量比が異なる固体を析出させる。
まず、溶液801を35〜60℃程度に冷却する(第1の晶析工程)。これにより、溶液801内に固体810が析出する。次に、溶液801から固体810を除去した後(溶液801から固体810を除去した溶液を「溶液802」と言う。)、溶液802を5〜20℃程度に冷却する(第2の晶析工程)。これにより、溶液802内に固体820が析出する。
【0044】
乾燥した固体810中には、例えば、フッ化水素アンモニウムが70〜80wt%程度含まれており、珪フッ化アンモニウムが20〜30wt%程度含まれている。また、乾燥した固体820中には、フッ化水素アンモニウムが95〜99wt%程度含まれており、珪フッ化アンモニウムが1〜5wt%程度含まれている。
このように、固体820を析出することにより、混酸100からフッ化水素アンモニウムを高濃度(高純度)で分離・回収することができる。
【0045】
なお、求めるフッ化水素アンモニウムの濃度によって、第1の晶析工程で十分な場合は第2の晶析工程をおこなわずに、得られた固体810を新たなエッチング液の原料としてもよい。
ここで、溶液802から固体820を除去した溶液803には、本工程にて分離しきれなかったフッ化水素アンモニウムが残存している。そのため、このような溶液803を供給部12に戻し、混酸100とともに、再び、第1の蒸留工程によって処理してもよい。これにより、一層多くのフッ化水素アンモニウムを分離・回収することができる。
【0046】
以上、本発明の分離方法および分離装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明の分離方法および分離装置は、これらに限定されるものではなく、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。また、複数の蒸留工程と晶析工程との組みあわせを説明したが、複数の蒸留工程を用いてフッ酸を分離する分離方法だけを実施しても、環境性の良い再生技術を提供できる。
【実施例】
【0047】
以下、本発明の具体的実施例について説明する。
(実施例1)
エッチング廃液である混酸を用意した。なお、この混酸の分離前のフッ酸濃度は、12.6wt%であり、フッ化水素アンモニウムの分離前の濃度は、27.6wt%であり、珪素の分離前の濃度は、0.4wt%であり、残りがほぼ水であった。これら濃度の測定は、前述した装置および方法を用いて行った(以下に述べる濃度についても同様)。
【0048】
[第1の蒸留工程]
混酸500gを蒸留缶内に投入し、大気圧下にて、混酸を120℃に加熱することにより蒸留を行った。これにより、フッ化水素酸(フッ酸水溶液)を留出液Aとして得た。この工程を留出量が60%となるまで行い、留出液Aを297g得た。
留出液A中の各成分の濃度を測定したところ、フッ酸の濃度が10.5wt%、フッ化水素アンモニウムの濃度が0.01wt%、珪素の濃度が0.02wt%であった。混酸に対するフッ酸の収率は、49.6%であった。
【0049】
[第2の蒸留工程]
次に、第1の蒸留工程で得られた留出液Aを蒸留缶内に投入し、大気圧下にて、留出液Aを120℃に加熱することにより蒸留を行った。これにより、比較的低濃度のフッ化水素酸を留出液Bとして得た。この工程を留出量が80%となるまで行い、留出液Bを223g得た。なお、留出液B中の各成分の濃度を測定したところ、フッ酸の濃度が4.8wt%、フッ化水素アンモニウムの濃度が0wt%、珪素の濃度が0.008wt%であった。
【0050】
一方、蒸留缶からは、53gの缶出液Cが得られた。缶出液C中の各成分の濃度を測定したところ、フッ酸の濃度が32.1wt%、フッ化水素アンモニウムの濃度が0.08wt%、珪素の濃度が0.08wt%であった。また、混酸に対するフッ酸の収率は、27.0%であった。
このように、缶出液Cとして、高濃度かつ高純度のフッ酸を回収することができた。
【0051】
[分離工程]
第1の蒸留工程にて、蒸留缶からは、193gの缶出液Dが得られた。缶出液D中には、固体(固形分)が析出しており、この固体を缶出液Dから沈殿法により分離し、乾燥した。これにより、97gの固体Eを得た。固体Eの成分を測定した結果、固体Eには、フッ化水素アンモニウムが85.1wt%、珪フッ化アンモニウムが11.0wt%、含まれていた。
【0052】
次に、50gの蒸留水に缶出液に析出した固体(乾燥前固体E)80gを混合し、50℃にて完全に溶解させて130gの溶液Fを得た。次に、この溶液Fを35℃に冷却し、溶液F中に固体Gを析出させた。次に、沈殿法によって、溶液Fから固体Gを分離し、固体Gを乾燥した。これにより、13gの固体Gを得た。固体Gの成分を測定した結果、固体Gには、フッ化水素アンモニウムが77.7wt%、珪フッ化アンモニウムが21.3wt%、含まれていた。
【0053】
次に、固体Gを分離した溶液F108gを20℃に冷却し、溶液F中に固体Hを析出させた。次に、沈殿法によって、溶液Fから固体Hを分離し、固体Hを乾燥した。これにより、14gの固体Hを得た。固体Hの成分を測定した結果、固体Hには、フッ化水素アンモニウムが96.6wt%、珪フッ化アンモニウムが3.4wt%、含まれていた。混酸に対するフッ化水素アンモニウムの収率は、29.1%であった。
このように、固体Hとして、高純度のフッ化水素アンモニウムを回収することができた。
なお、以上の結果を図3および図4に示す。
【0054】
(実施例2)
エッチング廃液である混酸を用意した。なお、この混酸のフッ酸濃度は、16.8wt%であり、フッ化水素アンモニウムの濃度は、31.2wt%であり、珪素の濃度は、0.11wt%であり、残りがほぼ水であった。
[第1の蒸留工程]
次に、混酸500gを蒸留缶内に投入し、大気圧下にて、混酸を120℃に加熱することにより蒸留を行った。これにより、フッ化水素酸(フッ酸水溶液)を留出液A’として得た。この工程を留出量が65%となるまで行い、留出液A’を322g得た。
留出液A中の各成分の濃度を測定したところ、フッ酸の濃度が18.2wt%、フッ化水素アンモニウムの濃度が0.01wt%、珪素の濃度が0.01wt%であった。混酸に対するフッ酸の収率は、69.8%であった。
【0055】
[第2の蒸留工程]
次に、第1の蒸留工程で得られた留出液A’を蒸留缶内に投入し、大気圧下にて、留出液A’を120℃に加熱することにより蒸留を行った。これにより、比較的低濃度のフッ化水素酸を留出液B’として得た。この工程を留出量が69%となるまで行い、留出液B’を222g得た。なお、留出液B’中の各成分の濃度を測定したところ、フッ酸の濃度が12.4wt%、フッ化水素アンモニウムの濃度が0wt%、珪素の濃度が0.004wt%であった。
【0056】
一方、蒸留缶からは、80gの缶出液C’が得られた。缶出液C’中の各成分の濃度を測定したところ、フッ酸の濃度が34.5wt%、フッ化水素アンモニウムの濃度が0.23wt%、珪素の濃度が0.01wt%であった。また、混酸に対するフッ酸の収率は、32.8%であった。
このように、缶出液C’として、高濃度かつ高純度のフッ酸を回収することができた。
【0057】
[分離工程]
第1の蒸留工程にて、蒸留缶からは、171gの缶出液D’が得られた。缶出液D’中には、固体(固形分)が析出しており、この固体を缶出液D’から分離し、乾燥した。これにより、76gの固体E’を得た。固体E’の成分を測定した結果、固体E’には、フッ化水素アンモニウムが96.6wt%、珪フッ化アンモニウムが3.0wt%、含まれていた。
実施例1と同様な操作をおこない、高純度のフッ化水素アンモニウムを回収した。
なお、以上の結果を図5に示す。
【符号の説明】
【0058】
1‥‥分離装置 11‥‥蒸留缶 111‥‥誘導路 12‥‥供給部 13‥‥加熱部 14‥‥攪拌手段 141‥‥スターラーバー 142‥‥ホットスターラー 15‥‥冷却部 151‥‥内管 152‥‥外管 16‥‥回収部 17‥‥排ガス処理手段 181‥‥コック 182‥‥コック 191‥‥温度計 192‥‥温度計 100‥‥混酸 200‥‥留出液 300‥‥回収容器 400‥‥洗浄液 500‥‥缶出液 600‥‥缶出液 700‥‥液体 801‥‥溶液 802‥‥溶液 803‥‥溶液 810‥‥固体 820‥‥固体 900‥‥固体

【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくともフッ酸、フッ化水素アンモニウム、珪素および水を含む混酸から、前記フッ酸を分離する分離方法であって、
前記混酸を蒸留することによって、前記フッ酸および水を含む第1の液体を留出液として回収するとともに、前記フッ化水素アンモニウムおよび前記珪素を含む第2の液体を缶出液として回収する第1の蒸留工程と、
前記第1の液体を蒸留することによって、前記第1の液体から前記水を主に分離し、前記第1の液体よりも前記フッ酸の濃度の高い第3の液体を缶出液として回収する第2の蒸留工程とを有することを特徴とする分離方法。
【請求項2】
前記第2の蒸留工程における前記第1の液体の加熱温度は、前記第1の蒸留工程における前記混酸の加熱温度よりも低い設定温度とする請求項1に記載の分離方法。
【請求項3】
前記第2の液体から、前記フッ化水素アンモニウムおよび前記珪素を含む固体を晶析させ、
前記第2の液体から前記固体を分離した第4の液体を、前記混酸とともに再び前記第1の工程により処理する請求項1または2に記載の分離方法。
【請求項4】
前記第1の蒸留工程は、前記混酸を攪拌しながら行う請求項1ないし3のいずれかに記載の分離方法。
【請求項5】
前記固体から前記フッ化水素アンモニウムを分離する分離工程を有する請求項1ないし4のいずれかに記載の分離方法。
【請求項6】
前記分離工程では、晶析法によって、前記固体から前記フッ化水素アンモニウムを分離する請求項5に記載の分離方法。
【請求項7】
前記分離工程では、前記固体を溶解させた溶液を用意し、前記溶液を所定温度に冷却して行う第1の晶析工程と、前記第1の晶析の温度よりも低い温度で行う第2の晶析工程とを有している請求項5に記載の分離方法。
【請求項8】
前記混酸は、珪素を含む材料をエッチング処理することにより発生するエッチング廃液である請求項1ないし6のいずれかに記載の分離方法。
【請求項9】
請求項1ないし8のいずれかに記載の分離方法を有することを特徴とする分離装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2012−183457(P2012−183457A)
【公開日】平成24年9月27日(2012.9.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−46718(P2011−46718)
【出願日】平成23年3月3日(2011.3.3)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】