廃液の処理方法
【課題】
シリコン等の脆性材料の切削廃液からシリコン微粉末等の固形分を分離し、清浄な切削液主成分を回収して再利用する処理方法を提供することを課題とする。
【解決手段】
脆性材料の切削廃液に遠心分離処理を行った後、その回収液にケイ素化合物を添加して濾過をすることを特徴とする脆性材料の切削廃液の処理方法である。
シリコン等の脆性材料の切削廃液からシリコン微粉末等の固形分を分離し、清浄な切削液主成分を回収して再利用する処理方法を提供することを課題とする。
【解決手段】
脆性材料の切削廃液に遠心分離処理を行った後、その回収液にケイ素化合物を添加して濾過をすることを特徴とする脆性材料の切削廃液の処理方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリコンなどの脆性材料を切削した後の廃液処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンなどの脆性材料の切削には、ワイヤソーにスラリーを用いて切削が行われる。スラリーは砥粒を切削液に分散させたものであり、切削加工の際は、このスラリーがワイヤソーに供給されながら脆性材料を切断していく。
【０００３】
従来、シリコンの切削後のスラリー廃液は、遠心分離等により砥粒は大体回収できるものの回収廃液については、細かい切り粉を除去することができず、廃棄処理されていた。それでは費用がかかり環境にも負荷がかかるため廃液の再利用の検討がなされている。例えば、砥粒を遠心分離処理で除いた回収廃液を蒸留することにより切削液の主成分を回収する方法がある。一方、特許文献１にはスラリー廃液を二段階の遠心分離処理をした後、排出液に凝集剤を添加した後遠心分離をするスラリー廃液の再利用システムの記載がある。
【特許文献１】特開２００５−７５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、廃液を蒸留して切削液の主成分を回収することは可能であるが、コストの面から実用的ではない。また、蒸留液からは、新液にはない異臭が発生することがあった。一方、特許文献１のシステムでは、遠心分離を用いるので、ある程度は砥粒や切り粉は除去できるものの有効クーラント中のシリコン微粉末を完全に除去することが困難であった。本発明は、スラリー廃液（切削廃液）からシリコン等の固形分微粉末を完全に分離し、清浄なクーラント（切削液主成分）に処理して再利用する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明らは、上記課題を解決すべく鋭意検討の結果、廃スラリーを遠心分離処理した後、その回収液にケイ素化合物を添加して濾過をすることにより解決できることを知見し、本発明に至った。
【０００６】
すなわち、脆性材料の切削廃液に遠心分離処理を行った後、その回収液にケイ素化合物を添加して濾過をすることを特徴とする脆性材料の切削廃液の処理方法である。
【０００７】
また、上記廃液の処理方法において、ケイ素化合物が窒素原子および水酸基を有することを特徴とする廃液の処理方法である。
【０００８】
さらに上記廃液の処理方法において、ケイ素化合物が回収液全量に対して０．１〜２．０重量％であることを特徴とする廃液の処理方法である。
本発明は、脆性材料の切削廃液に遠心分離処理を行った後、その回収液に窒素原子および水酸基を有するケイ素化合物を添加後、遠心分離処理することを特徴とする廃液の処理方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の廃液の処理方法では、廃液中の微細な砥粒や切り粉の固形分をほとんど完全に除去できたため、切削液の主成分が清浄な状態で回収ができ、再利用が可能となるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の廃液処理方法は、まず脆性材料であるシリコン等をワイヤソーにて切削（スライシング）後のスラリー廃液を遠心分離処理にて砥粒を大体除去する工程である。シリコンの切削液は水性でも油性でもよい。また、固定砥粒のワイヤソーを用いる切削の場合は、スラリーにしないが切り粉等の固形物を除去する必要があるため遠心分離処理を行う。本発明が想定している切削廃液は、スラリー廃液とスラリーがない廃液の両者を含む。
【００１１】
水性切削液の主成分としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、その他のポリアルキレングリコールやポリアルキレングリコールモノアルキルエーテル（分子量１００〜２０００）等が挙げられる。油性切削液の主成分は精製鉱油である。
【００１２】
この遠心分離処理では、通常大きな砥粒やシリコン切り粉は除去できるが微粉状のシリコンや砥粒はまだ液中に分散している。この遠心分離処理は、複数回繰り返してもよく、例えば１度目に１００〜１０００Ｇで大まかな砥粒を除去し、２度目に１０００〜１００００Ｇでより微細な分散固形物を除去する。
【００１３】
次に遠心分離処理後の回収廃液にケイ素化合物を添加する工程である。
【００１４】
ケイ素化合物は、シリコン系消泡剤、シランカップリング剤などが例示される。この中でシランカップリング剤が好ましく、とりわけ窒素原子および水酸基を有するケイ素化合物がより好ましい。具体的には、
【化１】
（式中、Ｘは炭素数１〜８のアミノ基含有の炭化水素基、Ｙは酸素原子で二重結合を含む、ｎは１または３の数）で表される化合物またはその縮合物である。
その添加量は、ケイ素化合物が回収液全量に対して０．１〜２．０重量％、好ましくは０．５〜１．５重量％である。
【００１５】
ケイ素化合物を添加する際の回収廃液の温度は室温〜７０℃で行われ、好ましくは５０℃〜７０℃である。そしてケイ素化合物を添加後、１〜６０分程度攪拌し、濾過工程に移る。
【００１６】
濾過は自然濾過、減圧濾過、加圧濾過のいずれでもよいが濾過速度を上げるためには減圧または加圧濾過が好ましい。
【００１７】
濾過装置は、減圧濾過はヌッチェ（ブフナーロート）が、加圧濾過はフィルタープレス、スクリュープレス、ベルトプレスを用いることができる。ヌッチェ上には濾紙または濾布を敷いて用いられ、濾過助剤をその上に敷き詰められるか又はケイ素化合物に添加して用いてもよい。濾過助剤はケイソウ土や白土等である。
【００１８】
回収した濾液は、切削液の主成分として再利用に供される。
【００１９】
本発明の他の形態は、上記の濾過工程に代えて遠心分離処理をする工程が入る。ここでの遠心分離は１００〜３０００Ｇ以上の遠心力が必要になり、好ましくは１００００Ｇ程度である。
【実施例】
【００２０】
以下に本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２１】
単結晶シリコンインゴットをワイヤソーを用いて切削加工した後、スラリー廃液が得られた。切削加工の際には水を含有するジエチレングリコールが主成分の切削液が用いられた。このスラリー廃液に遠心分離処理（３０００Ｇ）を行い、砥粒および加工くず層と回収廃液層に分離した。以下この回収廃液を用いて処理した。回収廃液の状態は、灰色の濁色であった。なお、実施例中で用いた添加剤は以下のとおりである。また、収率は以下のように求めた。
【００２２】
〔添加剤〕
シランカップリング剤： ３−アミノプロピルトリヒドロキシシラン縮合物の５０％水溶液（チッソ製サイラエースＳＦ−３３０）
シリコン系消泡剤：ポリオルガノシロキサン（ダウコーニングアジア製ＦＳアンチフォーム＃５４４）
凝集剤１（比較例）：水溶性高分子凝集剤（日油製マリアリムＡＫＭ−０５３１）
凝集剤２（比較例）：油溶性高分子凝集剤（日油製マリアリムＡＡＢ−０８５１）
〔収率〕
油分回収率＝濾液量÷採取廃液量÷油分率＊
＊廃液中に含まれる油分の量
【００２３】
〔実施例１〕
回収廃液１００ｇをビーカーに採り、５０℃に加温し、それぞれの添加剤を回収廃液全量に対して１％加え３０分攪拌後、直径１０．５ｃｍの大きさのヌッチェにＮｏ．２の濾紙を置き、その上にケイソウ土３０ｇを敷き詰めた上に溶液を流し、減圧濾過を行った。真空ポンプで２〜３mmHg程度まで減圧した。
【００２４】
【表１】
清浄性の評価：◎透明感がある、○透明感には欠けるが濁りは無い、×回収廃液と変わらない
清浄性の評価は以下の実施例２〜４でも同様である。
比較例の収率は、清浄性が×なので出していない。
上記のシランカップリング剤添加の濾液の成分は、ＧＰＣ（ゲル浸透クロマトグラフィー）にて分析を行った結果、ジエチレングリコールが検出された。また、カールフィッシャー法により水分量を測定した結果、水を約７％含有していた。また、臭気はほとんどなかった。
【００２５】
〔実施例２〕
実施例１においてシランカップリング剤の添加量を変化させて観察した。
【００２６】
【表２】
【００２７】
〔実施例３〕
実施例１において回収廃液の攪拌温度を変化させてシランカップリング剤１.0％を添加して観察した。
但し、実施例１および２とは別の回収廃液を用いたため同じ条件でも若干数値が異なっている。
【００２８】
【表３】
【００２９】
〔実施例４〕
実施例１のシランカップリング剤において濾紙に代えて濾布を用いて濾過を行った。
【００３０】
【表４】
【００３１】
〔実施例５〕
回収廃液にシランカップリング剤を添加し下記の条件で遠心分離処理を行い観察した。
（条件１）高速冷却遠心分離機（回転半径 9.63ｃｍ、遠心力 3000Ｇ、5000Ｇ、10000Ｇ）を用いた。温度（25℃ 室温）、遠心時間：10分間、試料量：50ｍｌ、シランカップリング剤の添加量：0％、1％、2％
（条件２）条件１の各試料を５日間静置した。
【００３２】
（条件１）遠心分離後の液の清浄性を観察した。
【表５】
清浄性の評価：◎透明感がある、○透明感には欠けるが濁りは無い、△透明感には欠け若干の濁りがみられる、×回収廃液と変わらない
【００３３】
（条件２）条件１で行った遠心分離後の液を５日間静置して清浄性を観察した。
【表６】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリコンなどの脆性材料を切削した後の廃液処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンなどの脆性材料の切削には、ワイヤソーにスラリーを用いて切削が行われる。スラリーは砥粒を切削液に分散させたものであり、切削加工の際は、このスラリーがワイヤソーに供給されながら脆性材料を切断していく。
【０００３】
従来、シリコンの切削後のスラリー廃液は、遠心分離等により砥粒は大体回収できるものの回収廃液については、細かい切り粉を除去することができず、廃棄処理されていた。それでは費用がかかり環境にも負荷がかかるため廃液の再利用の検討がなされている。例えば、砥粒を遠心分離処理で除いた回収廃液を蒸留することにより切削液の主成分を回収する方法がある。一方、特許文献１にはスラリー廃液を二段階の遠心分離処理をした後、排出液に凝集剤を添加した後遠心分離をするスラリー廃液の再利用システムの記載がある。
【特許文献１】特開２００５−７５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、廃液を蒸留して切削液の主成分を回収することは可能であるが、コストの面から実用的ではない。また、蒸留液からは、新液にはない異臭が発生することがあった。一方、特許文献１のシステムでは、遠心分離を用いるので、ある程度は砥粒や切り粉は除去できるものの有効クーラント中のシリコン微粉末を完全に除去することが困難であった。本発明は、スラリー廃液（切削廃液）からシリコン等の固形分微粉末を完全に分離し、清浄なクーラント（切削液主成分）に処理して再利用する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明らは、上記課題を解決すべく鋭意検討の結果、廃スラリーを遠心分離処理した後、その回収液にケイ素化合物を添加して濾過をすることにより解決できることを知見し、本発明に至った。
【０００６】
すなわち、脆性材料の切削廃液に遠心分離処理を行った後、その回収液にケイ素化合物を添加して濾過をすることを特徴とする脆性材料の切削廃液の処理方法である。
【０００７】
また、上記廃液の処理方法において、ケイ素化合物が窒素原子および水酸基を有することを特徴とする廃液の処理方法である。
【０００８】
さらに上記廃液の処理方法において、ケイ素化合物が回収液全量に対して０．１〜２．０重量％であることを特徴とする廃液の処理方法である。
本発明は、脆性材料の切削廃液に遠心分離処理を行った後、その回収液に窒素原子および水酸基を有するケイ素化合物を添加後、遠心分離処理することを特徴とする廃液の処理方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の廃液の処理方法では、廃液中の微細な砥粒や切り粉の固形分をほとんど完全に除去できたため、切削液の主成分が清浄な状態で回収ができ、再利用が可能となるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の廃液処理方法は、まず脆性材料であるシリコン等をワイヤソーにて切削（スライシング）後のスラリー廃液を遠心分離処理にて砥粒を大体除去する工程である。シリコンの切削液は水性でも油性でもよい。また、固定砥粒のワイヤソーを用いる切削の場合は、スラリーにしないが切り粉等の固形物を除去する必要があるため遠心分離処理を行う。本発明が想定している切削廃液は、スラリー廃液とスラリーがない廃液の両者を含む。
【００１１】
水性切削液の主成分としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、その他のポリアルキレングリコールやポリアルキレングリコールモノアルキルエーテル（分子量１００〜２０００）等が挙げられる。油性切削液の主成分は精製鉱油である。
【００１２】
この遠心分離処理では、通常大きな砥粒やシリコン切り粉は除去できるが微粉状のシリコンや砥粒はまだ液中に分散している。この遠心分離処理は、複数回繰り返してもよく、例えば１度目に１００〜１０００Ｇで大まかな砥粒を除去し、２度目に１０００〜１００００Ｇでより微細な分散固形物を除去する。
【００１３】
次に遠心分離処理後の回収廃液にケイ素化合物を添加する工程である。
【００１４】
ケイ素化合物は、シリコン系消泡剤、シランカップリング剤などが例示される。この中でシランカップリング剤が好ましく、とりわけ窒素原子および水酸基を有するケイ素化合物がより好ましい。具体的には、
【化１】
（式中、Ｘは炭素数１〜８のアミノ基含有の炭化水素基、Ｙは酸素原子で二重結合を含む、ｎは１または３の数）で表される化合物またはその縮合物である。
その添加量は、ケイ素化合物が回収液全量に対して０．１〜２．０重量％、好ましくは０．５〜１．５重量％である。
【００１５】
ケイ素化合物を添加する際の回収廃液の温度は室温〜７０℃で行われ、好ましくは５０℃〜７０℃である。そしてケイ素化合物を添加後、１〜６０分程度攪拌し、濾過工程に移る。
【００１６】
濾過は自然濾過、減圧濾過、加圧濾過のいずれでもよいが濾過速度を上げるためには減圧または加圧濾過が好ましい。
【００１７】
濾過装置は、減圧濾過はヌッチェ（ブフナーロート）が、加圧濾過はフィルタープレス、スクリュープレス、ベルトプレスを用いることができる。ヌッチェ上には濾紙または濾布を敷いて用いられ、濾過助剤をその上に敷き詰められるか又はケイ素化合物に添加して用いてもよい。濾過助剤はケイソウ土や白土等である。
【００１８】
回収した濾液は、切削液の主成分として再利用に供される。
【００１９】
本発明の他の形態は、上記の濾過工程に代えて遠心分離処理をする工程が入る。ここでの遠心分離は１００〜３０００Ｇ以上の遠心力が必要になり、好ましくは１００００Ｇ程度である。
【実施例】
【００２０】
以下に本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２１】
単結晶シリコンインゴットをワイヤソーを用いて切削加工した後、スラリー廃液が得られた。切削加工の際には水を含有するジエチレングリコールが主成分の切削液が用いられた。このスラリー廃液に遠心分離処理（３０００Ｇ）を行い、砥粒および加工くず層と回収廃液層に分離した。以下この回収廃液を用いて処理した。回収廃液の状態は、灰色の濁色であった。なお、実施例中で用いた添加剤は以下のとおりである。また、収率は以下のように求めた。
【００２２】
〔添加剤〕
シランカップリング剤： ３−アミノプロピルトリヒドロキシシラン縮合物の５０％水溶液（チッソ製サイラエースＳＦ−３３０）
シリコン系消泡剤：ポリオルガノシロキサン（ダウコーニングアジア製ＦＳアンチフォーム＃５４４）
凝集剤１（比較例）：水溶性高分子凝集剤（日油製マリアリムＡＫＭ−０５３１）
凝集剤２（比較例）：油溶性高分子凝集剤（日油製マリアリムＡＡＢ−０８５１）
〔収率〕
油分回収率＝濾液量÷採取廃液量÷油分率＊
＊廃液中に含まれる油分の量
【００２３】
〔実施例１〕
回収廃液１００ｇをビーカーに採り、５０℃に加温し、それぞれの添加剤を回収廃液全量に対して１％加え３０分攪拌後、直径１０．５ｃｍの大きさのヌッチェにＮｏ．２の濾紙を置き、その上にケイソウ土３０ｇを敷き詰めた上に溶液を流し、減圧濾過を行った。真空ポンプで２〜３mmHg程度まで減圧した。
【００２４】
【表１】
清浄性の評価：◎透明感がある、○透明感には欠けるが濁りは無い、×回収廃液と変わらない
清浄性の評価は以下の実施例２〜４でも同様である。
比較例の収率は、清浄性が×なので出していない。
上記のシランカップリング剤添加の濾液の成分は、ＧＰＣ（ゲル浸透クロマトグラフィー）にて分析を行った結果、ジエチレングリコールが検出された。また、カールフィッシャー法により水分量を測定した結果、水を約７％含有していた。また、臭気はほとんどなかった。
【００２５】
〔実施例２〕
実施例１においてシランカップリング剤の添加量を変化させて観察した。
【００２６】
【表２】
【００２７】
〔実施例３〕
実施例１において回収廃液の攪拌温度を変化させてシランカップリング剤１.0％を添加して観察した。
但し、実施例１および２とは別の回収廃液を用いたため同じ条件でも若干数値が異なっている。
【００２８】
【表３】
【００２９】
〔実施例４〕
実施例１のシランカップリング剤において濾紙に代えて濾布を用いて濾過を行った。
【００３０】
【表４】
【００３１】
〔実施例５〕
回収廃液にシランカップリング剤を添加し下記の条件で遠心分離処理を行い観察した。
（条件１）高速冷却遠心分離機（回転半径 9.63ｃｍ、遠心力 3000Ｇ、5000Ｇ、10000Ｇ）を用いた。温度（25℃ 室温）、遠心時間：10分間、試料量：50ｍｌ、シランカップリング剤の添加量：0％、1％、2％
（条件２）条件１の各試料を５日間静置した。
【００３２】
（条件１）遠心分離後の液の清浄性を観察した。
【表５】
清浄性の評価：◎透明感がある、○透明感には欠けるが濁りは無い、△透明感には欠け若干の濁りがみられる、×回収廃液と変わらない
【００３３】
（条件２）条件１で行った遠心分離後の液を５日間静置して清浄性を観察した。
【表６】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性材料の切削廃液に遠心分離処理を行った後、
その回収液にケイ素化合物を添加して濾過をすることを特徴とする廃液の処理方法。
【請求項２】
ケイ素化合物が窒素原子および水酸基を有することを特徴とする請求項１記載の廃液の処理方法。
【請求項３】
ケイ素化合物が回収液全量に対して０．１〜２．０重量％であることを特徴とする請求項１又は２記載の廃液の処理方法。
【請求項４】
脆性材料の切削廃液に遠心分離処理を行った後、
その回収液に窒素原子および水酸基を有するケイ素化合物を添加後、遠心分離処理することを特徴とする廃液の処理方法。
【請求項１】
脆性材料の切削廃液に遠心分離処理を行った後、
その回収液にケイ素化合物を添加して濾過をすることを特徴とする廃液の処理方法。
【請求項２】
ケイ素化合物が窒素原子および水酸基を有することを特徴とする請求項１記載の廃液の処理方法。
【請求項３】
ケイ素化合物が回収液全量に対して０．１〜２．０重量％であることを特徴とする請求項１又は２記載の廃液の処理方法。
【請求項４】
脆性材料の切削廃液に遠心分離処理を行った後、
その回収液に窒素原子および水酸基を有するケイ素化合物を添加後、遠心分離処理することを特徴とする廃液の処理方法。
【公開番号】特開２０１０−８２５６８（Ｐ２０１０−８２５６８Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５５７５２（Ｐ２００８−２５５７５２）
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（０００２０７３９９）大同化学工業株式会社 (22)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（０００２０７３９９）大同化学工業株式会社 (22)
【Ｆターム（参考）】
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