説明

金属ヒ素の回収方法

【課題】アルシンを除害処理した活性炭から簡単な操作により高純度の金属ヒ素を回収する方法を得ることにある。
【解決手段】反応管1の加熱領域Aにアルシンを除害処理した活性炭を置く。加熱用ヒータ4を作動させつつ、反応管1内に窒素などの不活性ガスを流し、加熱領域Aの温度を600〜800℃とする。活性炭からガス状の金属ヒ素が生成し、これが冷却領域Bで凝固し、金属ヒ素を回収する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、アルシン(AsH)を除害処理した活性炭から金属ヒ素を簡単な操作で回収する方法に関する。
なお、本発明での金属ヒ素とは、灰色ヒ素、黄色ヒ素、黒色ヒ素の3種の同素体(変態)を包含するものとする。
【背景技術】
【0002】
半導体製造設備からはアルシンなどを含む排ガスが排出され、この排ガスは、活性炭などの除害剤によって除害処理されたのち、系外に排出されている。この除害処理によって、ヒ素などの有害な化合物が吸着した活性炭が副生する。
一方、ヒ素は希少金属であり、このヒ素化合物が吸着された活性炭を廃棄物として廃棄処分にするのではなく、このものからヒ素を回収する技術が求められている。
【0003】
また、近年地球環境保護の立場からヒ素系廃棄物を埋立処分することが困難になりつつあり、その対策が切望されている。有害物であるヒ素も有効利用な形で分離、回収すれば、ヒ素系廃棄物を大幅に減少させることができる。
【0004】
従来、ヒ素含有廃棄物からヒ素を回収する方法として、特開平10−59722号公報には、ヒ化ガリウムスクラップなどのヒ素含有廃棄物を酸素雰囲気下で400〜600℃で加熱して、高純度のヒ素酸化物を回収する方法が開示されている。
また、特開2001−302243号公報には、金属酸化物などからなる除害剤を用いてアルシンなどの金属水素化ガスを除害処理し、この除害剤を酸で溶解し、不溶成分からヒ素を硫化物として回収する方法が開示されている。
【0005】
しかしながら、これら先行発明では、回収されるヒ素が酸化物や硫化物であるため、金属ヒ素とするには、さらなる精錬工程が必要である。また、回収処理操作が複雑で回収コストが高くなる不都合もある。
さらに、アルシンを除害処理した活性炭からヒ素を回収する技術は知られていない。
【特許文献1】特開平10−59722号公報
【特許文献2】特開2001−302243号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
よって、この発明における課題は、アルシンを除害処理した活性炭から簡単な操作により高純度の金属ヒ素を回収する方法を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
かかる課題を解決するため、
請求項1にかかる発明は、アルシンを除害処理した活性炭を不活性ガス雰囲気下で加熱して、金属ヒ素を回収することを特徴とする金属ヒ素の回収方法である。
【0008】
請求項2にかかる発明は、加熱温度が600〜800℃であることを特徴とする請求項1記載の金属ヒ素の回収方法である。
【0009】
請求項3にかかる発明は、アルシンを除害処理した活性炭を水分含有不活性ガスと接触させて、水分の吸着熱により活性炭を自己発熱させて、金属ヒ素を回収することを特徴とする金属ヒ素の回収方法である。
【0010】
請求項4にかかる発明は、活性炭の温度が600〜800℃であることを特徴とする請求項3記載の金属ヒ素の回収方法である。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、アルシンを除害処理した活性炭を単に不活性ガス雰囲気下で加熱するだけの簡単な操作により高純度の金属ヒ素を回収することができる。
また、水分含有不活性ガスと接触させることで、吸着熱により活性炭を自己発熱させるものでは、外部からの熱源が不要であり、エネルギーコストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
図1は、この発明の回収方法の第1の例を実施するために好適に用いられる装置を示すものである。
図1中符号1は、反応管を示す。この反応管1は、シリカ、アルミナ、ステンレス鋼などの耐熱材料からなるもので、その長手方向が水平に配置されている。この反応管1の一方の開口端は窒素などの不活性ガスの導入口2となっており、他方の開口端は反応後の生成ガスの導出口3となっている。
【0013】
反応管1の導入口2側の約半分の部分には加熱用ヒータ4が巻回されて取り付けられて、加熱領域Aとなっている。この加熱用ヒータ4はガラスウールなどの耐熱性に富む断熱材5に取り囲まれている。
この反応管1の加熱領域Aの温度を測定するための温度センサ6が加熱領域Aのほぼ中間の管壁に取り付けられている。
さらに、反応管1の導出口3側の約半分の部分は、その管外壁が露出しており、外気により冷却される冷却領域Bとなっている。
【0014】
ついで、この装置を用いて金属ヒ素を回収する方法を説明する。
まず、アルシンを除害処理した活性炭を反応管1の加熱領域Aに置く。
ここでの活性炭としては、アルシンを除害処理したものであればどのようなタイプのものでもよく、特に限定されない。
【0015】
また、アルシンを除害処理した活性炭としては、例えば半導体製造設備から排出されるアルシンを含む排ガスを活性炭が充填された吸着塔に導入し、この活性炭でアルシンを除害する処理工程において生成するものが主に用いられるが、これに限定されるものでもない。
なお、活性炭で除害処理されたアルシンは活性炭の触媒作用により亜ヒ酸(三酸化二ヒ素)に変化し、この化学種の状態で活性炭に化学吸着されていると考えられる。
【0016】
ついで、反応管1の導入口2から窒素、アルゴンなどの不活性ガスを流して内部を不活性ガス雰囲気とし、加熱用ヒータ4を作動して加熱領域Aの温度を600〜800℃、好ましくは600〜700℃とする。
この加熱により、活性炭に化学吸着している亜ヒ酸が脱着し、還元して金属ヒ素に変化する。
【0017】
生成した金属ヒ素は、加熱領域Aの温度が昇華温度よりも高くなっているのガス状となって不活性ガスに同伴されて冷却領域Bに流れ、ここで冷却されて固体の金属ヒ素となって、反応管1の内壁面に凝固する。
冷却領域Bの長さが十分であれば、生成した金属ヒ素のほとんどがその内壁面に凝固し、導出口3から洩れることはほとんどない。
このようにして回収された金属ヒ素は、黒色を呈し、純度99.9%以上であり、そのまま工業原料として再利用できる品質である。
【0018】
前記加熱領域Aの温度が600℃未満であると、亜ヒ酸の還元が十分に進行せず、冷却領域Bに白色の亜ヒ酸と黒色の金属ヒ素とが混合して析出するため、金属ヒ素の回収には不適当である。また、温度が800℃を越えると金属ヒ素のみを回収できるが、エネルギー効率が低下すること、反応管1を構成する材料の耐熱温度を考慮することなどの問題が生じる。
【0019】
図2は、この発明の回収方法の第2の例において、用いられる装置を示すものである。
図2中符号11は、反応筒を示す。この反応筒11は、ステンレス鋼などからなるもので、その上部開口部には蓋12が設けられ、この蓋12には、ガス導入口13が形成されている。
反応筒11の長手方向のほぼ中間には目皿14が設けられ、下部開口部には、フィルター15が設けられ、外気に連通されている。
【0020】
反応筒11の目皿14上には、活性炭が充填されて活性炭充填層16となっている。目皿13の下方は、空洞となって冷却領域Bとなっている。活性炭充填層16には、活性炭の温度を測定するための温度センサ17が挿入されている。
反応筒11の活性炭充填層16に相当する部分の外周部は、ガラスウールなどからなる断熱材18で包囲されている。この断熱材18は、必要に応じて取り付け、取り外し可能となっており、反応筒11の使用形態に対応して取り付けられ、あるいは取り外した状態とされる。
【0021】
次に、この装置を用いたヒ素の回収方法を説明する。
第1ステップでは、反応筒11を排ガス中のアルシンを吸着、除去する除害筒として機能させる。
すなわち、反応筒11から断熱材18を取り外した状態とし、活性炭充填層16が保温されないようにする。また、活性炭充填層16の活性炭は、未吸着の状態とされている。
この状態の反応筒11のガス導入口13から半導体製造設備から排出されたアルシンを含む排ガスを反応筒11内に導入する。
【0022】
排ガスは反応筒11の活性炭充填層16に流れ込み、排ガス中のアルシンが活性炭により除害される。活性炭充填層16が破過する前に排ガスの導入を停止する。
この状態では、活性炭充填層16の活性炭には、活性炭の触媒作用により亜ヒ酸に変化したアルシンが化学吸着されている。
【0023】
次に、第2ステップに移行する。第2ステップでは、反応筒11に断熱材18を取り付け、活性炭充填層16を保温可能な状態とする。
ついで、反応筒11のガス導入口13から水分含有不活性ガスを反応筒11内に導入する。
水分含有不活性ガスとは、窒素、アルゴンなどの不活性ガスに水分を水蒸気の状態で同伴させたもので、水分含有量としては、不活性ガスの温度での飽和水分量に近い量であることが、活性炭の吸着熱の発生量が大きくなって好ましい。
【0024】
水分含有不活性ガスの生成方法には、乾燥状態の窒素、アルゴンなどの不活性ガスを公知のバブリング装置に導入して、水分を含ませる方法などがある。
【0025】
通常、乾燥状態にある活性炭が水分を吸着すると吸着熱が発生し、活性炭が自己発熱する性質を有している。
このため、水分含有不活性ガスの導入により、活性炭充填層16の活性炭は発熱し、活性炭充填層16の外側には断熱材18が存在するので、活性炭充填層16の温度が上昇する。そして、活性炭充填層16の温度が600〜800℃、好ましくは600〜700℃となるように温度センサ17で温度を監視しつつ、水分含有不活性ガスの導入量を制御する。
【0026】
活性炭充填層16の温度が600〜800℃になると、先の例と同様にガス状の金属ヒ素が生成し、これは不活性ガスの流れに同伴して活性炭充填層16から目皿14を通過して冷却領域Bに流れ込む。冷却領域Bに流れ込んだガス状の金属ヒ素は、ここで冷却され、冷却領域Bの内壁に凝固する。
以上によって、活性炭に吸着されていた亜ヒ酸を高純度の金属ヒ素として回収できる。
【0027】
以下、具体例を示す。
(実施例1) −不活性ガス中に水分を添加せず加熱する場合−
アルシンを除害処理した活性炭0.5gを図1に示す反応管1の加熱領域Aに装入し、窒素ガスを1L/min流して窒素雰囲気を形成し、温度を400℃、500℃、600℃、700℃、800Cに保ちつつ、それぞれ2時間加熱した。
その後、冷却領域Bに凝固したヒ素生成物を捕集し、これに含まれる金属ヒ素濃度を測定した。
【0028】
図3は、ヒ素生成物中の金属ヒ素濃度と加熱温度との関係を示すグラフである。
加熱温度が400℃では、冷却領域Bに凝固したヒ素生成物は白色であった。これは、400℃では活性炭より脱着した亜ヒ酸が還元せず、そのまま冷却領域Bで凝固したためである。
500℃では、冷却領域Bに凝固したヒ素生成物は灰白色と黒色の混合物であった。この温度付近では亜ヒ酸と金属ヒ素とが混合して析出することがわかる。
600℃以上では、冷却領域Bで凝固したヒ素生成物は黒色で、金属ヒ素が生成しており、その濃度は99.9%であった。
【0029】
(実施例2) −不活性ガス中に水分を添加して加熱しない場合−
図2に示す活性炭充填層16を備えた反応筒11にアルシンを含む排ガスを流し、アルシンを除害した。
その後、断熱材18を設置して、バブリング装置にて水分を含有させた窒素ガス5L/minを流した。
反応筒11に設置した温度センサ17で活性炭充填層16の温度が上昇するのが確認できた。
【0030】
活性炭充填層16の温度が600℃以上700℃未満を維持するよう、水分含有窒素ガスを反応筒11へ流入させたり流入させなかったりして3時間保った。
その後、窒素ガスのみを流して温度センサー17で温度を監視しつつ、100℃以下まで冷却した後、内部を開放したところ、冷却領域Bの壁面に黒色の生成物が凝固しているのを確認した。この生成物の金属ヒ素濃度を測定した結果、99.9%であった。
【産業上の利用可能性】
【0031】
本発明は、有効利用できるヒ素を回収することで環境への影響を考慮するとともに、経済的に有利な半導体製造工程に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】本発明の回収方法に用いられる装置の一例を示す概略構成図である。
【図2】本発明の回収方法に用いられる装置の他の例を示す概略構成図である。
【図3】実施例1での金属ヒ素濃度と加熱温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【0033】
1・・・反応管、2・・・導入口、4・・・加熱用ヒータ、A・・・加熱領域、B・・・冷却領域

【特許請求の範囲】
【請求項1】
アルシンを除害処理した活性炭を不活性ガス雰囲気下で加熱して、金属ヒ素を回収することを特徴とする金属ヒ素の回収方法。
【請求項2】
加熱温度が600〜800℃であることを特徴とする請求項1記載の金属ヒ素の回収方法。
【請求項3】
アルシンを除害処理した活性炭を水分含有不活性ガスと接触させて、水分の吸着熱により活性炭を自己発熱させて、金属ヒ素を回収することを特徴とする金属ヒ素の回収方法。
【請求項4】
活性炭の温度が600〜800℃であることを特徴とする請求項3記載の金属ヒ素の回収方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2009−228106(P2009−228106A)
【公開日】平成21年10月8日(2009.10.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−78289(P2008−78289)
【出願日】平成20年3月25日(2008.3.25)
【出願人】(000231235)大陽日酸株式会社 (642)
【Fターム(参考)】