説明

塩化鉄系廃液の処理方法及び処理装置

【課題】液晶基板等をエッチング又は酸洗した塩化鉄系廃液の処理を行うに際し、これまで着目されていなかった硝酸を含有する塩化鉄系廃液を処理対象とし、当該塩化鉄系廃液からインジウムを金属単体又は合金として効果的に回収することが可能な塩化鉄系廃液の処理方法を提供する。
【解決手段】少なくともインジウム及び塩化第二鉄を含有する塩化鉄系廃液の処理方法であって、塩化鉄系廃液は硝酸を含有するものであり、塩化鉄系廃液に塩酸及び鉄を添加することにより、硝酸を還元除去するとともに、塩化第二鉄を塩化第一鉄に還元する還元工程と、還元された塩化鉄系廃液からインジウムを金属単体又は合金として回収する回収工程と、を包含する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、少なくともインジウム及び塩化第二鉄を含有する塩化鉄系廃液の処理方法、及び処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ITO(インジウム−スズ−酸化物)やIZO(インジウム−亜鉛-酸化物)等の導電性薄膜が形成された液晶基板等のエッチング液として使用される塩化第二鉄液は、エッチング処理を行うと第二鉄イオンが第一鉄イオンに還元され、エッチング性能が徐々に低下する。このとき、エッチング液中には、液晶基板等から溶出したインジウム等の金属が徐々に蓄積する。エッチング性能が低下した第一鉄イオンを含むエッチング液は、塩素で酸化することにより、再び塩化第二鉄液に戻される。このように、塩化第二鉄液は、エッチング処理による「還元」、及び塩素による「酸化」のサイクルを繰り返し実行することにより、再利用されている。
【0003】
ところで、上記の還元及び酸化のサイクルを行っても、エッチング液中に蓄積された金属はそのまま残留する。また、上記サイクルを繰り返すにつれて、金属の蓄積量は増加することになる。従って、エッチング液をある程度使い込んだら、エッチング液中に蓄積した金属を除去する必要がある。この金属の除去方法としては、一般に、繰り返し使用済みのエッチング液(以下、エッチング疲労液、又は塩化鉄系廃液と称する)に鉄材を投入し、液中に溶解している金属と鉄との置換反応(セメンテーション法)により金属を析出させ、次いで、析出した金属をエッチング液から濾過などによって除去する方法が知られている(例えば、特許文献1を参照)。
【0004】
特許文献1の方法では、インジウム含有塩化第二鉄エッチング廃液に対して、pH0〜4の範囲で鉄を溶解させ、次いで、アルミニウムによるセメンテーション法によりインジウムを析出させている。
【0005】
また、近年の資源問題の高まりから、廃棄される液晶ディスプレイ等から導電性薄膜に含まれるインジウムを回収することも試みられている。この場合も、上記エッチング処理と同様に、塩化第二鉄液を用いて液晶基板に使用されているインジウムを溶出させることになるが、液晶基板からインジウムを分離し易くするために、エッチング処理の前後あるいはエッチング処理中に、液晶基板を硝酸で酸洗する場合がある。この場合、発生した塩化鉄系廃液には一定量以上の硝酸が含有することになる。
【0006】
一方、塩化鉄系廃液の再生に関する技術ではないが、スパッタリング法で使用した表面にインジウムが付着したターゲット廃材を硝酸に浸漬して溶解させ、この溶液からインジウムを回収方法が開発されている(例えば、特許文献2を参照)。
【0007】
特許文献2の方法では、インジウム溶解液に水酸化アルカリを添加してアルカリ性の液性下でインジウム水酸化物を沈殿させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2008−207976号公報
【特許文献2】特開2008−133538号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
ところで、硝酸を含有する塩化鉄系廃液に対しては、上記特許文献1にあるような鉄材添加による再生処理を実行しても、インジウムを回収することはできない。これは、硝酸が鉄による塩化第二鉄から塩化第一鉄への還元を阻害するため、第二鉄イオンが液中に多量に存在し、これによって、その後のセメンテーション法によるインジウムの回収が困難となるからである。
【0010】
一方、特許文献2のようなインジウム溶解液に水酸化アルカリを添加してアルカリ性の液性下でインジウム水酸化物を沈殿させる方法では、水酸化アルカリが多量に必要となるため、処理コストが高くなるという問題がある。また、この方法で得られた沈殿物はインジウム水酸化物であることから、金属単体のインジウムとするにはさらなる還元処理が必要となる。さらに、この方法では、処理後の液に多量のアルカリ成分が残存するため、液を再利用することはできない。
【0011】
なお、これまでのエッチング疲労液の再生技術において、硝酸を含有する塩化鉄系廃液を処理対象として開発された技術は見当たらない。
【0012】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、液晶基板等をエッチング又は酸洗した塩化鉄系廃液の処理を行うに際し、これまで着目されていなかった硝酸を含有する塩化鉄系廃液を処理対象とし、当該塩化鉄系廃液からインジウムを金属単体又は合金として効果的に回収することが可能な塩化鉄系廃液の処理方法、及び塩化鉄系廃液の処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記課題を解決するための本発明に係る塩化鉄系廃液の処理方法の特徴構成は、
少なくともインジウム及び塩化第二鉄を含有する塩化鉄系廃液の処理方法であって、
前記塩化鉄系廃液は硝酸を含有するものであり、
前記塩化鉄系廃液に塩酸及び鉄を添加することにより、前記硝酸を還元除去するとともに、前記塩化第二鉄を塩化第一鉄に還元する還元工程と、
還元された塩化鉄系廃液から前記インジウムを金属単体又は合金として回収する回収工程と、
を包含することにある。
【0014】
本構成の塩化鉄系廃液の処理方法によれば、塩化鉄系廃液が硝酸を含有するものであっても、当該塩化鉄系廃液に塩酸及び鉄を添加することにより、硝酸を還元除去するとともに、塩化第二鉄を塩化第一鉄に還元する還元工程を実行している。このように、塩化鉄系廃液中の硝酸成分が除去されるため、塩化第一鉄が塩化第二鉄へと酸化され難い環境となる。その結果、塩化鉄系廃液が安定化し、その後、インジウムを金属単体又は合金として回収する回収工程を良好に実行することが可能となる。
【0015】
本発明に係る塩化鉄系廃液の処理方法において、
前記塩化鉄系廃液に含まれる前記塩化第二鉄の濃度を35.6%に換算した場合において、前記塩化鉄系廃液に含まれる前記硝酸の濃度は2〜4%であることが好ましい。
【0016】
本構成の塩化鉄系廃液の処理方法によれば、塩化鉄系廃液に含まれる硝酸の濃度を好適な範囲に設定しているので、還元工程後の塩化鉄系廃液がより安定化し、その後、インジウムを金属単体又は合金として回収する回収工程をさらに良好に実行することが可能となる。
【0017】
本発明に係る塩化鉄系廃液の処理方法において、
前記還元工程において、前記塩酸の添加量は35%塩酸として前記塩化鉄系廃液100重量部に対して50〜100重量部であり、前記鉄の添加量は前記塩化鉄系廃液100重量部に対して19.53〜32.94重量部であることが好ましい。
【0018】
本構成の塩化鉄系廃液の処理方法によれば、塩化鉄系廃液に対する塩酸の添加量と、塩化鉄系廃液に対する鉄の添加量とを好適な範囲に設定しているので、還元工程後の塩化鉄系廃液がより安定化し、その後、インジウムを金属単体又は合金として回収する回収工程をさらに良好に実行することが可能となる。
【0019】
本発明に係る塩化鉄系廃液の処理方法において、
前記回収工程において、前記インジウムはセメンテーション法、イオンクロマト法、又は電解法により回収されることが好ましい。
【0020】
本構成の塩化鉄系廃液の処理方法によれば、インジウムはセメンテーション法、イオンクロマト法、又は電解法により回収されるので、比較的安価で且つ確実に金属単体又は合金として回収することができる。
【0021】
本発明に係る塩化鉄系廃液の処理方法において、
前記回収工程の後、前記還元された塩化鉄系廃液を塩素で酸化して再生塩化第二鉄液とする酸化工程を実行することが好ましい。
【0022】
本構成の塩化鉄系廃液の処理方法によれば、インジウムを回収した後の還元された塩化鉄系廃液は、塩化第一鉄が主成分である。従って、還元された塩化鉄系廃液を塩素で酸化して塩化第二鉄液とすることにより、液晶基板やプリント基板等のエッチング液として再利用することができる。
【0023】
上記課題を解決するための本発明に係る塩化鉄系廃液の処理装置の特徴構成は、
少なくともインジウム及び塩化第二鉄を含有する塩化鉄系廃液の処理装置であって、
前記塩化鉄系廃液は硝酸を含有するものであり、
前記塩化鉄系廃液に塩酸及び鉄を添加することにより、前記硝酸を還元除去するとともに、前記塩化第二鉄を塩化第一鉄に還元する還元手段と、
還元された塩化鉄系廃液から前記インジウムを金属単体又は合金として回収する回収手段と、
を備えたことにある。
【0024】
本構成の塩化鉄系廃液の処理装置によれば、上記塩化鉄系廃液の処理方法と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、塩化鉄系廃液が硝酸を含有するものであっても、還元手段により、当該塩化鉄系廃液に塩酸及び鉄を添加することにより、硝酸を還元除去するとともに、塩化第二鉄を塩化第一鉄に還元している。このように、塩化鉄系廃液中の硝酸成分が除去されるため、塩化第一鉄が塩化第二鉄へと酸化され難い環境となる。その結果、塩化鉄系廃液が安定化し、その後、回収手段により、インジウムを金属単体又は合金として回収することが可能となる。
【0025】
本発明に係る塩化鉄系廃液の処理装置において、
前記回収手段から排出された前記還元された塩化鉄系廃液を塩素で酸化して再生塩化第二鉄液とする酸化手段を備えることが好ましい。
【0026】
本構成の塩化鉄系廃液の処理装置によれば、インジウムを回収した後の回収手段から排出された還元された塩化鉄系廃液は、塩化第一鉄が主成分である。従って、酸化手段を用いて、還元された塩化鉄系廃液を塩素で酸化して塩化第二鉄液とすることにより、液晶基板やプリント基板等のエッチング液として再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の塩化鉄系廃液の処理装置の構成を示したブロック図である。
【図2】本発明の塩化鉄系廃液の処理方法を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0028】
本発明の塩化鉄系廃液の処理方法、及び塩化鉄系廃液の処理装置に関する実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図せず、それらと均等な構成も含む。
【0029】
図1は、本発明の塩化鉄系廃液の処理装置100の構成を示したブロック図である。塩化鉄系廃液の処理装置100は、主要な構成として、還元反応を実行するための還元槽(還元手段)11、インジウムを析出させるための析出槽(回収手段)31、及び析出したインジウムを回収する回収槽(回収手段)32を備えている。図2は、本発明の塩化鉄系廃液の処理方法を示したフローチャートである。このフローチャートでは、各工程のステップを記号“S”で示している。
【0030】
[塩化鉄系廃液の還元]
還元槽11の内部には、液晶基板等のエッチング廃液(インジウム及び硝酸を含有する塩化鉄系廃液A)が導入される。この塩化鉄系廃液Aには、鉄及び塩酸が添加される。添加する鉄の形態としては、鉄粉、鉄屑、鉄板等、任意の形態とすることができる。ただし、鉄粉のように表面積が大きいものの方が液との反応性が高いため好ましい。鉄と液との反応性が不足する場合には、還元槽11を適宜加熱することで、鉄と液との反応性を高めることができる。添加する塩酸に関しては、一般に市販されている35%濃度のものをそのまま使用することができる。鉄及び塩酸の添加後は、還元槽11に備え付けられた撹拌機(還元手段)12により、塩化鉄系廃液Aの撹拌が行われる。本実施形態では、還元槽11及び撹拌機12により、還元手段10が構成される。撹拌中の塩化鉄系廃液Aの中では、以下の反応が発生していると予想される。
【0031】
<1>鉄と塩酸との反応
Fe+2HCl→FeCl+H・・・(1)
<2>鉄による塩化第二鉄の還元反応
Fe+2FeCl→3FeCl・・・(2)
<3>塩化第一鉄と塩酸による硝酸還元反応
3FeCl+HNO+3HCl→3FeCl+NO+2HO・・・(3)
8FeCl+HNO+9HCl→8FeCl+NHCl+3HO・・・(4)
【0032】
上記(1)式及び(2)式の反応は、塩化第一鉄を生成する反応である。生成した塩化第一鉄は、上記(3)式に示すように、添加した塩酸と協同して、塩化鉄系廃液に含まれる硝酸成分を窒素酸化物へと還元する。あるいは、上記(4)式に示すように、塩化鉄系廃液に含まれる硝酸成分をアンモニア化合物へと還元する。
【0033】
上記(2)式によれば、鉄は塩化第二鉄イオンに対して、1:2の割合(すなわち、モル比で0.5倍)で反応している。しかし、実際に還元反応を実行する折には、鉄を塩化第二鉄に対して0.5倍以上のモル比で添加することが好ましい。これにより、塩化鉄系廃液に含まれる塩化第二鉄イオンを確実に塩化第一鉄イオンにまで還元することができる。鉄を塩化第二鉄イオンに対して0.5倍を超えた過剰量のモル比で添加したとしても、上記(1)式に示したように、鉄はともに添加する塩酸と反応し、塩化第一鉄を生成するので、特に問題はない。
【0034】
このように、還元槽11では、塩化鉄系廃液Aに塩酸及び鉄を添加することにより、硝酸成分は還元除去される。そして、塩化鉄系廃液11に含まれる塩化第二鉄は、塩化第一鉄に還元される。このようにして、還元槽11では、還元工程が実行される(ステップ1)。還元工程により得られた塩化第一鉄を含む塩化鉄系廃液は、硝酸成分が略完全に除去されているため、塩化第二鉄へと酸化され難く、安定したものとなっている。
【0035】
[インジウムの回収]
還元された塩化鉄系廃液A(インジウムを含む塩化第一鉄液)は、ポンプ21で還元槽11から汲み出され、フィルタープレス等のろ過装置22によって残渣(不溶の鉄材等)が除去される。ろ過後のインジウムを含む塩化第一鉄液は、析出槽(回収手段)31に導入され、塩化第一鉄液Bにアルミニウムが投入される。アルミニウムの形状としては、片状、箔状、粉状等、任意のものを採用することができる。アルミニウムの投入により、塩化第一鉄液Bに含まれるインジウムとアルミニウムとの間でイオン交換が行われ(セメンテーション反応)、インジウムがスポンジ状の金属単体となって析出する。析出した金属のインジウムは、例えば、底部がメッシュ状に形成された回収槽(回収手段)32に塩化第一鉄液Bを通過させて回収される。本実施形態では、析出槽31及び回収槽32により、回収手段30が構成される。図1では、回収槽32に回収されたインジウムをCで示している。このように、析出槽31及び回収槽32を用いることで、還元された塩化鉄系廃液からインジウムを金属単体として回収する回収工程が実行される(ステップ2)。
【0036】
上記実施形態では、インジウムは、金属単体としてではなく、任意の他の金属との合金の形態で回収しても構わない。また、上記実施形態では、セメンテーション反応によるインジウムの析出を行っているが、その他の方法として、イオンクロマト法や電解法等により、還元された塩化鉄系廃液からインジウムを回収することも可能である。セメンテーション法を含めたこれらの回収方法は、比較的安価で且つ確実に実行することができるため、工業的に塩化鉄系廃液からインジウムを回収する上で有利となる。
【0037】
ところで、析出槽31において析出させたインジウムは、析出槽31の内壁面や配管の一部に固着している場合がある。そこで、析出槽31に新たな塩化第二鉄液を導入し、回収槽32への液移送後も析出槽31の周辺に残留しているインジウムを塩化第二鉄に完全に溶解させることも可能である。これにより、析出槽31及びその周辺がクリーニングされるので、配管の目詰まり等を防止することができる。
【0038】
以上のように、本発明の塩化鉄系廃液の処理装置100を用いて、本発明の塩化鉄系廃液の処理方法を実行すれば、塩化鉄系廃液A中の硝酸成分が除去されるため、塩化第一鉄が塩化第二鉄へと酸化され難い環境となる。その結果、還元処理後の塩化鉄系廃液Bが安定化し、その後、例えば、セメンテーション法により、インジウムを金属単体又は合金として回収する回収工程を良好に実行することが可能となる。
【0039】
[塩化第一鉄液の酸化]
ところで、インジウムを回収した後の回収槽32から排出された還元された塩化鉄系廃液は、塩化第一鉄が主成分である。そこで、必要に応じて、この還元された塩化鉄系廃液を塩素で酸化し、再生塩化第二鉄液とする酸化工程(ステップ3)を実行しても構わない。この酸化工程を実行すれば、再生塩化第二鉄液を液晶基板やプリント基板等のエッチング液として再利用することが可能となる。
【実施例】
【0040】
[塩化第二鉄液に含まれる硝酸成分の除去試験]
次に、上述した説明に基づいて、本発明の実施例を説明する。初めに、ITO導電性薄膜が形成された液晶基板のエッチング疲労液を繰り返し再生して得られる再生塩化第二鉄液を模した試験液として、塩化第二鉄35.6wt%、及び硝酸4wt%を含有する塩化第二鉄液(以下、原液Aとする。)、ならびに、塩化第二鉄35.6wt%、及び硝酸2wt%を含有する塩化第二鉄液(以下、原液Bとする。)を調整した。原液Aおよび原液Bに対し、種々の添加量で35%塩酸及び鉄を添加し、本発明の処理方法における還元工程を実行した。実施例1〜6として行った各試験における具体的な添加量を表1に示す。
【0041】
【表1】

【0042】
添加後の液の分析については、35%塩酸を添加した後のもの、及びさらに鉄を添加した後のものに関して行った。その分析結果を表2に示す。なお、表中の「ND」は、検出限界以下であったことを示す。
【0043】
【表2】

【0044】
表1及び表2の結果より、硝酸濃度が高い原液A(実施例1〜3)については、添加する35%塩酸の量を50〜100gとし、添加する鉄の量を19.53〜32.94gとすれば、35%塩酸を添加後において硝酸濃度を2.00〜2.67%にまで低減し、さらに鉄添加後においては硝酸濃度を検出限界以下にまで低減できることが判明した。また、35%塩酸を30g、鉄を14.17g添加した実施例4においても、最終的には、硝酸動度を塩化第二鉄から塩化第一鉄への還元反応に大きく影響しない程度(1.0wt%以下)にまで低減できることが判明した。一方、硝酸濃度が低い原液B(実施例5及び6)については、添加する35%塩酸の量を30〜50gとし、添加する鉄の量を14.30〜19.53gとすれば、35%塩酸を添加後において硝酸濃度を1.33〜1.54%にまで低減し、さらに鉄添加後においては硝酸濃度を検出限界以下にまで低減できることが判明した。
【0045】
このように、硝酸濃度が高い原液A及び硝酸濃度が低い原液Bの何れにおいても、最終的に硝酸濃度を検出限界以下にまで低減できる条件が存在することが判明した。硝酸濃度が低い程、塩化第二鉄液中の硝酸を比較的容易に除去できると言える。
【0046】
[セメンテーション法によるInの回収試験]
次に、上記の「塩化第二鉄液に含まれる硝酸成分の除去試験」で還元処理した後の液について、夫々の還元処理液に含まれるインジウムを回収するため、アルミニウムとのイオン交換によるセメンテーション法を実施した。ここで、実施例1及び6についてはアルミニウム片を投入し、実施例2〜5についてはアルミニウム粉を投入した。試験に使用した還元処理液の成分、及び投入したアルミニウムの量を表3に示す。
【0047】
【表3】

【0048】
セメンテーション法により回収した物質の分析結果を表4に示す。なお、表4では、参考として、インジウムだけでなくスズについても分析結果を示している。
【0049】
【表4】

【0050】
また、回収した物質をろ別した後のろ液の分析結果を表5に示す。表5においても、インジウムとともにスズの分析結果も合わせて示した。
【0051】
【表5】

【0052】
表3〜表5の結果より、撹拌条件の下、アルミニウムを0.9〜1.68gの範囲で投入すると、インジウムの回収率が40.9〜90.9%となることが判明した。また、撹拌しない条件下では、アルミニウムを5.86g投入すると、インジウムの回収率が70.8%となることが判明した。
【0053】
このように、還元処理を行った液に対し、アルミニウムを用いたセメンテーションを実行すれば、元の塩化第二鉄液に溶解しているインジウムの多くを回収できることが判明した。セメンテーション反応中は、液を撹拌することにより、より少ないアルミニウム投入量でインジウムを回収できると言える。
【0054】
なお、塩化第二鉄液に溶解しているスズに関しても、本発明の処理方法を実行することにより、50%以上を回収することが可能であることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【0055】
本発明の塩化鉄系廃液の処理方法、及び塩化鉄系廃液の処理装置は、液晶基板プリント基板等のエッチング液として使用される塩化第二鉄液を繰り返し使用した後のエッチング疲労液、又は塩化鉄系廃液の再生事業において、好適に利用することができる。
【符号の説明】
【0056】
10 還元手段
11 還元槽
12 撹拌機
21 ポンプ
22 ろ過装置
30 回収手段
31 析出槽
32 回収槽
100 塩化鉄系廃液の処理装置

【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくともインジウム及び塩化第二鉄を含有する塩化鉄系廃液の処理方法であって、
前記塩化鉄系廃液は硝酸を含有するものであり、
前記塩化鉄系廃液に塩酸及び鉄を添加することにより、前記硝酸を還元除去するとともに、前記塩化第二鉄を塩化第一鉄に還元する還元工程と、
還元された塩化鉄系廃液から前記インジウムを金属単体又は合金として回収する回収工程と、
を包含する塩化鉄系廃液の処理方法。
【請求項2】
前記塩化鉄系廃液に含まれる前記塩化第二鉄の濃度を35.6%に換算した場合において、前記塩化鉄系廃液に含まれる前記硝酸の濃度は2〜4%である請求項1に記載の塩化鉄系廃液の処理方法。
【請求項3】
前記還元工程において、前記塩酸の添加量は35%塩酸として前記塩化鉄系廃液100重量部に対して50〜100重量部であり、前記鉄の添加量は前記塩化鉄系廃液100重量部に対して19.53〜32.94重量部である請求項1又は2に記載の塩化鉄系廃液の処理方法。
【請求項4】
前記回収工程において、前記インジウムはセメンテーション法、イオンクロマト法、又は電解法により回収される請求項1〜3の何れか一項に記載の塩化鉄系廃液の処理方法。
【請求項5】
前記回収工程の後、前記還元された塩化鉄系廃液を塩素で酸化して再生塩化第二鉄液とする酸化工程を実行する請求項1〜4の何れか一項に記載の塩化鉄系廃液の処理方法。
【請求項6】
少なくともインジウム及び塩化第二鉄を含有する塩化鉄系廃液の処理装置であって、
前記塩化鉄系廃液は硝酸を含有するものであり、
前記塩化鉄系廃液に塩酸及び鉄を添加することにより、前記硝酸を還元除去するとともに、前記塩化第二鉄を塩化第一鉄に還元する還元手段と、
還元された塩化鉄系廃液から前記インジウムを金属単体又は合金として回収する回収手段と、
を備えた塩化鉄系廃液の処理装置。
【請求項7】
前記回収手段から排出された前記還元された塩化鉄系廃液を塩素で酸化して再生塩化第二鉄液とする酸化手段を備えた請求項6に記載の塩化鉄系廃液の処理装置。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2010−279857(P2010−279857A)
【公開日】平成22年12月16日(2010.12.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−133158(P2009−133158)
【出願日】平成21年6月2日(2009.6.2)
【出願人】(000115500)ラサ工業株式会社 (19)
【Fターム(参考)】