金属処理方法
【課題】より簡易に金属を分離回収することが可能な金属処理方法を提供すること。
【解決手段】第１金属と第２金属を含有する金属含有物を処理する金属処理方法であって、第２金属と金属間化合物を生成し、第１金属とは金属間化合物を生成せず、且つ生成される金属間化合物の融点が第１金属の融点よりも高くなる添加元素を金属含有物に添加（Ｓ１）し、金属含有物と添加元素の混合物を加熱（Ｓ２）し、冷却（Ｓ３）をすることにより、金属含有物中の第１金属を抽出する、金属処理方法である。
【解決手段】第１金属と第２金属を含有する金属含有物を処理する金属処理方法であって、第２金属と金属間化合物を生成し、第１金属とは金属間化合物を生成せず、且つ生成される金属間化合物の融点が第１金属の融点よりも高くなる添加元素を金属含有物に添加（Ｓ１）し、金属含有物と添加元素の混合物を加熱（Ｓ２）し、冷却（Ｓ３）をすることにより、金属含有物中の第１金属を抽出する、金属処理方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二種類の金属元素を含有する金属含有物は、例えば透明導電膜として利用されている酸化インジウム錫(ITO)のように、多くの産業分野において利用されている。
【０００３】
ITO透明導電膜ではインジウムが使用されており、ITO焼結体をターゲット材としてスパッタ法によって基板上に成膜しているが、このITOターゲット材の使用率は10wt%程度と低く、約45wt%がスパッタ装置の内壁に付着したスクラップとして回収され、残りの約45wt%が使用不可能になったターゲット材のスクラップとして回収されている。
【０００４】
インジウムは、存在量が非常に少ない、または特定の地域に偏在しているレアメタルであるため、スクラップや使用済み基板からインジウムを分離回収してリサイクルを行い、有効活用することが強く求められている。
【０００５】
従来、インジウムなどの金属元素を処理する方法として、インジウムと錫を含有する金属混合物を硝酸浸出してインジウム含有液と錫含有残渣とに分離し、インジウム及び錫のうち少なくとも一方を回収する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、ITOを塩酸で溶解して塩化インジウム溶液とし、塩化インジウム溶液に水酸化ナトリウム水溶液を添加して、溶液中の錫を水酸化錫として除去した後に、亜鉛によりインジウムを置換してインジウムを回収する金属処理方法も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２９７６０７号公報
【特許文献２】特開２００２−６９５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の金属処理方法では、酸溶液を使用しているため、金属含有物を溶液中に溶解させる工程、溶液と残渣を分離する工程、及び溶液のpHを調整し中和する工程が必要となり、工程が複雑となる。
【０００９】
また、分離性よく溶解し回収するためには、酸の精密な濃度管理が必要となるといった問題や、分離工程後の廃液を処理するための設備が必要であるといった問題もある。
【００１０】
このように、従来の金属処理方法では、酸を用いているため、工程及び設備が複雑化するといった問題があった。
【００１１】
本発明は、上記従来の金属処理方法の課題を考慮し、より簡易に金属を分離回収することが可能な金属処理方法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】
【００１２】
上記目的を達成するために、第１の本発明は、
第１金属と第２金属を含有する金属含有物を処理する金属処理方法であって、
前記第２金属と金属間化合物を生成し、前記第１金属とは金属間化合物を生成せず、且つ生成される前記金属間化合物の融点が前記第１金属の融点よりも高くなる添加元素を前記金属含有物に添加する添加工程と、
前記金属含有物の融点、及び前記添加元素の融点よりも高い温度に、前記金属含有物と前記添加元素の混合物を加熱し溶融させる加熱工程と、
溶融させた前記混合物を、前記第１金属の融点から前記第１金属の融点＋１０℃までの範囲内の温度に冷却する冷却工程と、
冷却した状態の前記混合物から液体を抽出する抽出工程とを備え、
前記添加工程において、前記添加元素の添加量は、前記金属含有物中の前記第１金属に対する前記添加元素の量が、前記第１金属の前記添加元素への固溶限より少なく、かつ前記第２金属が全て前記金属間化合物となる量以上である、金属処理方法である。
【００１３】
第２の本発明は、
前記第１金属はインジウムであり、
前記第２金属は錫である、第１の本発明の金属処理方法である。
【００１４】
第３の本発明は、
前記添加元素は、鉄、バナジウム、クロム、及びアルミニウムのうちのいずれかである、第２の本発明の金属処理方法である。
【００１５】
第４の本発明は、
前記第１金属はビスマスであり、
前記第２金属は錫である、第１の本発明の金属処理方法である。
【００１６】
第５の本発明は、
前記添加元素は、鉄、銅、及びアルミニウムのうちのいずれかである、第４の本発明の金属処理方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、より簡易に金属を分離回収することが可能な金属処理方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明にかかる実施の形態１における金属の分離回収方法の工程を示す図
【図２】本発明にかかる実施例１における金属の分離回収方法の工程を示す図
【図３】Ｆｅ−Ｉｎ二元系合金状態図
【図４】Ｆｅ−Ｓｎ二元系合金状態図
【図５】本発明にかかる実施例２における金属の分離回収方法の工程を示す図
【図６】本発明にかかる実施例３における金属の分離回収方法の工程を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の金属処理方法の一例である金属の分離回収方法の実施の形態について説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
本発明にかかる実施の形態１の金属の分離回収方法について説明する。本実施の形態１の金属の分離回収方法は、第１金属と第２金属の二種類の金属元素を含有する金属含有物から、第１金属を回収する方法である。
【００２１】
図１は、本発明にかかる実施の形態１の金属の分離回収方法の工程を示す図である。図１に示すように、本実施の形態１の金属の処理方法は、第１金属と第２金属を含有する金属含有物に添加元素を添加する添加工程Ｓ１と、金属含有物及び添加元素の混合物を溶融する加熱工程Ｓ２と、溶融された混合物を冷却する冷却工程Ｓ３と、冷却された状態の混合物から液体を取り出す抽出工程Ｓ４と、取り出した液体を凝固させ回収する回収工程Ｓ５とを備えている。
【００２２】
次に、各工程について説明する。
【００２３】
添加工程Ｓ１において、添加する元素は、まず第１金属と第２金属を含有する金属含有物の第２金属と金属間化合物を生成しなければならない。
【００２４】
また、第１金属の融点付近で液体と固体を分離し、第１金属を回収するためには、第２金属と添加元素の化合物は、第１金属の融点付近の温度では固体の状態でなければならない。
【００２５】
さらに、第１金属が固体中に完全に固溶してしまった場合、抽出することが出来ないため、添加元素の添加量は、添加元素に対する第１金属の固溶限を超えず、かつ第２金属が全て金属間化合物となる量以上とする必要がある。
【００２６】
そのため、添加工程Ｓ１では、第２金属と金属間化合物を生成し、第１金属とは金属間化合物を生成しない添加元素で、かつ金属間化合物の融点が第１金属の融点よりも高い添加元素が、金属含有物中の第１金属に対する添加元素の量が第１金属の添加元素への固溶限より少なく、かつ第２金属が全て金属間化合物となる量以上、金属含有物に添加される。
【００２７】
尚、金属含有物中の第１金属と第２金属の含有率が未知の場合は、予めＸＲＦなどの元素分析を行い、含有率を明確にすれば添加元素の添加量を決定することが出来る。
【００２８】
次に、第２金属と添加元素を反応させ、第２金属と添加元素の間の金属間化合物を生成する必要がある。
【００２９】
そのためには、第２金属及び添加元素が溶融し均一に混合されることで反応を促進させる必要があるため、加熱工程Ｓ２で、金属含有物の融点と添加元素の融点のいずれよりも高い温度に金属含有物と添加元素の混合物が加熱され溶融される。
【００３０】
そして、液体状態の第１金属を分離回収するためには、分離回収の際に第２金属と添加元素の間の固体の金属間化合物を生成する必要があり、冷却工程Ｓ３での冷却により第２金属と添加元素から金属間化合物が生成する。
【００３１】
更に、回収される第１金属の純度は、分離回収時の温度が第１金属の融点近傍であるほど高くなり、状態図から第１金属の融点から第１金属の融点+10℃の範囲ではほぼ一定であるため、第１金属を純度よく回収するためには、本発明の実施の形態のように、冷却工程Ｓ３で第１金属の融点から第１金属の融点+10℃までの範囲に冷却が行われ、抽出工程Ｓ４において、その冷却された温度状態で液体が抽出される。
【００３２】
そして、最後に、回収工程Ｓ５によって抽出した液体が、凝固され、固体として回収される。
【００３３】
以上のように、本発明の金属の分離回収方法は、二種類の金属元素のうち、一種類のみと金属間化合物を生成する添加元素を加え、加熱、冷却、抽出、及び凝固の工程を行うことで、二種類の金属元素を含有する金属含有物から、酸溶液を用いずに一種の金属を分離回収することができ、廃金属の混合物から所定の金属を抽出し再利用するリサイクル等の用途にも適用できる。
【００３４】
又、二種類の金属元素を含有する金属含有物から、酸溶液を用いずに一種の金属を９９ｗｔ％以上の高い純度で分離回収することができるため、次工程の電気精錬でインジウム純度を更に高めるための処理時間を短縮することができる。尚、本実施の形態１では、液体物を凝固し、固体物として回収したが、液体物の状態から電気精錬を行っても良い。
【００３５】
尚、実際のリサイクルにおいては、分離回収を目的とする二種類の金属元素のほかに、不純物元素が含まれる可能性が考えられる。その場合、予めXRFなどの元素分析を行い、含有される不純物元素の種類と含有量を明確にし、必要に応じて不純物元素を除去しておくことが望ましい。
【００３６】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００３７】
（実施例１）
本発明にかかる実施例１の金属の分離回収方法について説明する。
【００３８】
本実施例１では、インジウムと錫を含有する金属含有物から、インジウムの分離回収が行われる。インジウムの分離回収工程について説明する。図２は、本実施例１の金属の分離回収方法の工程図である。
【００３９】
図２の添加工程Ｓ１１において、本実施例１では、錫と反応して化合物を生成するが、インジウムとは反応しない鉄粉が添加元素として選択された。そして、含まれるインジウムと錫の重量比がそれぞれ85wt%、15wt%あるインジウム−錫混合物と、添加元素としての鉄粉が（表１）に示す割合でセラミックるつぼにいれられ、加熱炉に投入された。尚、本発明の第１金属の一例は、本実施例１のインジウムに対応し、本発明の第２金属の一例は、本実施例１の錫に対応する。又、本発明の金属含有物の一例は、本実施例１のインジウム−錫混合物に対応し、本発明の添加元素の一例は、本実施例１の鉄に対応する。
【００４０】
【表１】
【００４１】
そして、加熱工程Ｓ１２において、加熱炉が、ITOの融点約900℃および鉄の融点1538℃より高い1600℃まで加熱されることによって、ITO及び鉄の混合物は、溶融され、攪拌されながら1時間保持された。
【００４２】
その後、冷却工程Ｓ１３において、加熱炉内が、インジウムの融点156℃+10℃の範囲内である160℃まで自然冷却され、5分間保持された。
【００４３】
続いて、抽出工程Ｓ１４において、加熱炉内の液体が、別のセラミックるつぼに取り出された。このように液体を取り出した後のセラミックるつぼには、固体が残存した。
【００４４】
この固体の成分を蛍光X線分析(XRF)で分析すると、加熱炉内の固体は、鉄粉の添加量によって組成は異なるが、融点が510〜1538℃のFe-Sn化合物であった。このFe-Sn化合物が、本発明の金属間化合物の一例に対応する。
【００４５】
最後に、回収工程Ｓ１５において、取り出した液体が２０〜２５℃の室温まで冷却されることによって、凝固され、回収された。
【００４６】
上記（表1）の1-2〜1-6の場合、液体の回収量はそれぞれ16.4g、34.9g、49.7g、67.2g、93.9gであった。
【００４７】
しかしながら、1-1の場合、160℃で保持した際に液体は存在しておらず、回収することが出来なかった。
【００４８】
このように1-1の場合にインジウムが回収できなかった理由は、次のように考えられる。
【００４９】
1-1の場合、インジウム−錫混合物1g中に含まれるインジウムは約0.85gであり、99gの鉄と0.85gのインジウムの合計に対する、99gの鉄の比率は、次の（数1）で求められるように99wt%より大きくなっている。
【００５０】
【数１】
【００５１】
図３は、Fe-In二元系合金状態図であり、この図は、「BINARY ALLOY PHASE DIAGRAMS, SECONDEDITION, PLUS UPDATES」(ASM international社、1996年発行CDデータ)に記された図である。
【００５２】
この図３は、縦軸に温度（℃）、横軸にＦｅ／Ｆｅ＋Ｉｎの割合（ｗｔ％）を示し、図３の斜線領域に相当する部分は、鉄中にインジウムが固溶することができる領域である。
【００５３】
インジウムは鉄と反応しないが、この図３の斜線領域に示されているように、インジウムが微量の場合、鉄中にインジウムは固溶することができる。
【００５４】
そのため、1-1の場合は、インジウム−錫混合物に含まれるインジウムがすべて鉄中に固溶してしまったため、160℃の状態で液体として回収できなかったと考えられる。
【００５５】
そして、液体を回収することができた（表1）の1-2〜1-6の場合に、回収された液体が凝固したものに含まれるインジウムの含有量についてXRFで分析が行われた。
【００５６】
その結果、上記1-2〜1-5では液体中のインジウム含有量は99wt%以上であり、インジウム―錫混合物の錫とインジウムの混合状態から、インジウムを分離して回収できていることが確認された。
【００５７】
しかしながら、1-6ではインジウム含有量は93wt%で、残部には主に錫が不純物として含まれており、インジウムの純度が低下した。
【００５８】
そこで、次に、1-5と1-6の間で、鉄の比率を5wt%ずつ変化させた場合の液体回収量及びそのインジウム含有率を明確にするために、（表２）に示す割合で、インジウム−錫混合物と鉄粉をセラミックるつぼに入れて加熱炉に投入し、上記S2〜S5と同様の工程を実施した。その他の構成、評価方法については同様である。
【００５９】
【表２】
【００６０】
上記（表２）の1-7〜1-9の場合、液体の回収量はそれぞれ70.2g、73.8g、77.7gであった。回収された液体が凝固したものに含まれるインジウムの含有量をXRFで分析したところ、いずれの場合も99wt%以上であり、インジウム−錫混合物の錫とインジウムの混合状態から、インジウムを分離して回収できていることが確認された。
【００６１】
上記1-6の場合に、回収されたインジウムの純度が低かった理由は、以下のように考えられる。
【００６２】
1-6の場合、インジウム−錫混合物99g中に含まれる錫は15g程度であり、15gの錫と1gの鉄の合計に対する、1gの鉄の比率は、次式で求められるように6wt%程度である。
【００６３】
【数２】
【００６４】
図４は、Fe-Sn二元系合金状態図であり、この図は、「BINARY ALLOY PHASE DIAGRAMS, SECONDEDITION, PLUS UPDATES」(ASM international社、1996年発行CDデータ)に記された図である。
【００６５】
この図４は、縦軸に温度（℃）、横軸にＦｅ／Ｆｅ＋Ｓｎの割合（ｗｔ％）を示し、
Ｆｅ−Ｓｎ化合物となるための、ＳｎとＦｅの合計に対するＦｅの割合とその温度を示している。
【００６６】
図４の斜線領域に相当する部分は、ＳｎがＦｅと反応しきれずにＳｎの状態で残存する領域であり、ＳｎとＦｅの合計に対するＦｅの割合が２０ｗｔ％よりも少ない場合である。そのことから、ＳｎがＦｅと反応し、Ｓｎの全てがＦｅ−Ｓｎ化合物となるためには、ＳｎとＦｅの合計に対するＦｅの割合が２０ｗｔ％以上、必要である。
【００６７】
上記1-6の場合は、図４の斜線領域に相当するため、160℃で液体成分を回収した際に、インジウム中に錫が含まれることになり、インジウムの純度が低下したと考えられる。
【００６８】
以上から、本発明の効果を発現するためには、添加工程Ｓ１１における鉄の添加量として、鉄の含有量の下限値は、全ての錫が鉄と反応しFe-Sn化合物を生成するように、インジウム−錫混合物中の錫に対する鉄の重量比が20wt%以上となる量とする必要がある。
【００６９】
なお、逆に鉄の含有量が多く、錫と反応しきれず残存する場合については、抽出工程Ｓ１４において、残存した鉄は固体として存在しているため、液体を抽出する際に鉄は除去されるため問題は無い。
【００７０】
一方、鉄の含有量の上限値は、鉄へのインジウムの固溶限を超えてインジウムが鉄にすべて固溶してしまうことを防ぐために、インジウムの鉄への固溶限である1wt%を超えないようにする必要がある。つまり、鉄の含有量の上限値は、インジウム−錫混合物中のインジウムと鉄の合計に対する、鉄の重量比が99wt%以下となる量とする必要がある。
【００７１】
以上より、鉄の添加量は、全ての錫が鉄と反応する量以上であって、インジウムの鉄への固溶限となる量より少なくする必要がある。
【００７２】
次に、加熱工程Ｓ１２における加熱温度について検証するため、加熱炉の加熱温度を変化させてインジウムの分離回収を行った。
【００７３】
加熱炉の温度をインジウム−錫混合物の融点以上かつ鉄の融点以下の1000℃とし、その他の条件は上記1-5の場合と同様とした。
【００７４】
その際の液体回収量とインジウム含有量は、それぞれ76g、89wt%であり、不純物の錫が多く含まれていた。
【００７５】
これは、加熱時に鉄が溶融しないために鉄が液体中に均一に分散されず、インジウム−錫混合物中の錫と鉄の反応が十分に進行しなかったためと考えられる。
【００７６】
以上の結果から、加熱温度はインジウム−錫混合物、鉄の融点以上とする必要があることが分かる。
【００７７】
更に、回収したインジウムの純度は、分離回収時の温度がインジウムの融点近傍であるほど高くなるが、状態図からインジウムの融点からインジウムの融点+10℃の範囲ではインジウムの純度はほぼ一定であることが分かる（図４の丸Ｐ参照）。
【００７８】
そのため、インジウムを純度よく回収するためには、本発明の実施例１のようにインジウムの融点からインジウムの融点+10℃までの範囲に冷却した状態で液体を抽出する必要がある。
【００７９】
以上のように、本実施例１における金属の分離回収方法では、従来技術のように酸を用いないため、簡易に金属の分離回収を行うことが出来る。
【００８０】
（実施例２）
以下に、本発明にかかる実施例２の金属の分離回収方法について述べる。
【００８１】
本実施例２では、実施例１における添加元素をバナジウムに変更して、インジウムと錫を含有する金属含有物からのインジウムの分離回収を行った。
【００８２】
図５は、本実施例２における金属の分離回収方法の工程を示す図である。
【００８３】
図５の添加工程Ｓ２１において、本実施例２では、本発明の添加元素の一例としてバナジウムが選択された。バナジウムも鉄と同様に、錫と反応して化合物を生成するが、インジウムとは反応しない元素である。そして、インジウムを85wt%含むインジウム−錫混合物80gに、バナジウム粉20gが添加され、これらインジウム−錫混合物とバナジウム粉が入れられたセラミックるつぼが、加熱炉の中に投入された。
【００８４】
なお、バナジウム粉の添加量は実施例１の結果を考慮し、インジウム−錫混合物中の全ての錫がバナジウムと反応しV-Sn化合物を生成するように、インジウム−錫混合物中の錫とバナジウムの合計に対する、バナジウムの重量比が下限値である21wt%より大きくなるようにバナジウム粉の添加量が調整された。この下限値は、V-Sn二元系合金状態図から得られる。
【００８５】
かつ、バナジウム粉の添加量が、インジウムのバナジウムへの固溶限である約1wt%を超え、インジウムがバナジウムに全て固溶してしまうことを防ぐために、インジウム−錫混合物中のインジウムとバナジウムの合計に対する、バナジウムの重量比が99wt%以下となる量にバナジウム粉の添加量が調整された。尚、この固溶限は、In-V二元系合金状態図から得られる。
【００８６】
以上のように、バナジウムの添加量は、全ての錫がバナジウムと反応する量以上であって、インジウムのバナジウムへの固溶限となる量より少なくする必要がある。
【００８７】
次に、加熱工程Ｓ２２において、加熱温度は、実施例１の結果を考慮し、バナジウムの融点である1910℃より高い2000℃とした。
【００８８】
その他の工程である冷却工程Ｓ２３、抽出工程Ｓ２４、及び回収工程Ｓ２５については、実施例１の冷却工程Ｓ１３、抽出工程Ｓ１４、及び回収工程Ｓ１５と同様の方法で処理が行われた。
【００８９】
その結果、加熱炉中に生成された固体をXRFで分析するとV-Sn化合物(融点約1600℃)であった。このV-Sn化合物が、本発明の金属間化合物の一例に対応する。
【００９０】
液体の回収量は66.7gであり、インジウム含有量をXRFで分析したところ99wt%以上であり、インジウム−錫混合物から、インジウムを分離して回収できることが確認された。
【００９１】
なお、本実施例１では、添加元素として鉄を、本実施例２では添加元素としてバナジウムを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、錫と金属間化合物を生成し、かつインジウムと反応しない元素であればよく、例えばクロム、アルミニウムでもよい。
【００９２】
（実施例３）
次に、本発明にかかる実施例３における金属の分離回収方法について説明する。
【００９３】
本実施例３では、ビスマスと錫を含有する鉛フリーはんだから、ビスマスの回収が行われる。ビスマスの分離回収工程について説明する。図６は、本実施例３における金属の分離回収方法の工程を示す図である。
【００９４】
図６の添加工程Ｓ３１において、まず、錫と反応して化合物を生成するが、ビスマスとは反応しない鉄粉が添加元素として選択された。そして、ビスマスを58wt%含む鉛フリーはんだ中に鉄粉が添加され、該鉛フリーはんだと鉄粉が、下記（表３）に示す割合で、セラミックるつぼに入れられ、加熱炉の中に投入された。尚、本発明の第１金属の一例は、本実施例３のビスマスに対応し、本発明の第２金属の一例は本実施例３の錫に対応する。又、本発明の金属含有物の一例は、本実施例３の鉛フリーはんだに対応し、本発明の添加元素の一例は、本実施例３の鉄に対応する。
【００９５】
【表３】
【００９６】
本実施例３では、加熱工程Ｓ３２における加熱温度は、Sn-58wt%Biはんだの融点である138℃および添加元素の鉄粉の融点1538℃よりも高い1600℃に設定され、冷却工程Ｓ３３における液体と固体の分離は、ビスマスの融点271℃からビスマスの融点271℃+10℃の範囲内である280℃で行われた。
【００９７】
その他の工程である抽出工程Ｓ３４及び回収工程Ｓ３５については、実施例１の抽出工程Ｓ１４、及び回収工程Ｓ１５と同様である。
【００９８】
そして、加熱炉内で生成された固体をXRFで分析したところ、実施例１と同様に、鉄粉の添加量によって組成は異なるが、融点が510〜1538℃のFe-Sn化合物であった。このFe-Sn化合物が、本発明の金属間化合物の一例に対応する。
【００９９】
回収した液体をXRFで分析した結果、ビスマスが主成分であり、その質量及びビスマス含有量は、（表３）に示されている。
【０１００】
いずれの場合も、ビスマスを58wt%含む鉛フリー合金から、ビスマス含有量99wt%以上の純度でビスマスを回収できていることが確認された。
【０１０１】
なお、本実施例３において、鉄粉の添加量がいずれの場合でもビスマスを効率よく回収できているが、実施例１の場合と同様に、鉄の含有量の下限値は、錫が完全に金属間化合物となるように、鉛フリーはんだ中の錫と鉄の合計に対する、鉄の重量比が20wt%以上となるようにする必要がある。
【０１０２】
一方、鉄の含有量の上限値は、鉄へのビスマスの固溶限(≪1wt%)を超えてビスマスが鉄に全て固溶してしまうことを防ぐために、鉛フリーはんだ中のビスマスと鉄の合計に対する、鉄の重量比が99wt%以下となる量とする必要がある。尚、この固溶限は、Bi-Fe二元系合金状態図から得られる。
【０１０３】
又、回収したビスマスの純度は、分離回収時の温度がビスマスの融点近傍であるほど高くなるが、状態図からビスマスの融点からビスマスの融点+10℃の範囲ではビスマスの純度はほぼ一定であることが分かる。
【０１０４】
尚、本実施例３では、添加元素として鉄を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、錫と金属間化合物を生成し、かつビスマスと反応しない元素であればよく、例えば銅、アルミニウムでもよい。
【０１０５】
又、上記実施例１〜３では、金属含有物中の両金属の含有率が既知のものを使用したが、未知のものを使用することも可能であり、未知の場合は予めＸＲＦなどの元素分析を行い、含有率を明確にすれば添加元素の添加量を決定することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明の金属処理方法によれば、より簡易に金属を分離回収することが出来、リサイクル等の用途等として有用である。
【符号の説明】
【０１０７】
Ｓ１、Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１ 添加工程
Ｓ２、Ｓ１２、Ｓ２２、Ｓ３２ 加熱工程
Ｓ３、Ｓ１３、Ｓ２３、Ｓ３３ 冷却工程
Ｓ４、Ｓ１４、Ｓ２４、Ｓ３４ 抽出工程
Ｓ５、Ｓ１５、Ｓ２５、Ｓ３５ 回収工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二種類の金属元素を含有する金属含有物は、例えば透明導電膜として利用されている酸化インジウム錫(ITO)のように、多くの産業分野において利用されている。
【０００３】
ITO透明導電膜ではインジウムが使用されており、ITO焼結体をターゲット材としてスパッタ法によって基板上に成膜しているが、このITOターゲット材の使用率は10wt%程度と低く、約45wt%がスパッタ装置の内壁に付着したスクラップとして回収され、残りの約45wt%が使用不可能になったターゲット材のスクラップとして回収されている。
【０００４】
インジウムは、存在量が非常に少ない、または特定の地域に偏在しているレアメタルであるため、スクラップや使用済み基板からインジウムを分離回収してリサイクルを行い、有効活用することが強く求められている。
【０００５】
従来、インジウムなどの金属元素を処理する方法として、インジウムと錫を含有する金属混合物を硝酸浸出してインジウム含有液と錫含有残渣とに分離し、インジウム及び錫のうち少なくとも一方を回収する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、ITOを塩酸で溶解して塩化インジウム溶液とし、塩化インジウム溶液に水酸化ナトリウム水溶液を添加して、溶液中の錫を水酸化錫として除去した後に、亜鉛によりインジウムを置換してインジウムを回収する金属処理方法も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２９７６０７号公報
【特許文献２】特開２００２−６９５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の金属処理方法では、酸溶液を使用しているため、金属含有物を溶液中に溶解させる工程、溶液と残渣を分離する工程、及び溶液のpHを調整し中和する工程が必要となり、工程が複雑となる。
【０００９】
また、分離性よく溶解し回収するためには、酸の精密な濃度管理が必要となるといった問題や、分離工程後の廃液を処理するための設備が必要であるといった問題もある。
【００１０】
このように、従来の金属処理方法では、酸を用いているため、工程及び設備が複雑化するといった問題があった。
【００１１】
本発明は、上記従来の金属処理方法の課題を考慮し、より簡易に金属を分離回収することが可能な金属処理方法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】
【００１２】
上記目的を達成するために、第１の本発明は、
第１金属と第２金属を含有する金属含有物を処理する金属処理方法であって、
前記第２金属と金属間化合物を生成し、前記第１金属とは金属間化合物を生成せず、且つ生成される前記金属間化合物の融点が前記第１金属の融点よりも高くなる添加元素を前記金属含有物に添加する添加工程と、
前記金属含有物の融点、及び前記添加元素の融点よりも高い温度に、前記金属含有物と前記添加元素の混合物を加熱し溶融させる加熱工程と、
溶融させた前記混合物を、前記第１金属の融点から前記第１金属の融点＋１０℃までの範囲内の温度に冷却する冷却工程と、
冷却した状態の前記混合物から液体を抽出する抽出工程とを備え、
前記添加工程において、前記添加元素の添加量は、前記金属含有物中の前記第１金属に対する前記添加元素の量が、前記第１金属の前記添加元素への固溶限より少なく、かつ前記第２金属が全て前記金属間化合物となる量以上である、金属処理方法である。
【００１３】
第２の本発明は、
前記第１金属はインジウムであり、
前記第２金属は錫である、第１の本発明の金属処理方法である。
【００１４】
第３の本発明は、
前記添加元素は、鉄、バナジウム、クロム、及びアルミニウムのうちのいずれかである、第２の本発明の金属処理方法である。
【００１５】
第４の本発明は、
前記第１金属はビスマスであり、
前記第２金属は錫である、第１の本発明の金属処理方法である。
【００１６】
第５の本発明は、
前記添加元素は、鉄、銅、及びアルミニウムのうちのいずれかである、第４の本発明の金属処理方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、より簡易に金属を分離回収することが可能な金属処理方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明にかかる実施の形態１における金属の分離回収方法の工程を示す図
【図２】本発明にかかる実施例１における金属の分離回収方法の工程を示す図
【図３】Ｆｅ−Ｉｎ二元系合金状態図
【図４】Ｆｅ−Ｓｎ二元系合金状態図
【図５】本発明にかかる実施例２における金属の分離回収方法の工程を示す図
【図６】本発明にかかる実施例３における金属の分離回収方法の工程を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の金属処理方法の一例である金属の分離回収方法の実施の形態について説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
本発明にかかる実施の形態１の金属の分離回収方法について説明する。本実施の形態１の金属の分離回収方法は、第１金属と第２金属の二種類の金属元素を含有する金属含有物から、第１金属を回収する方法である。
【００２１】
図１は、本発明にかかる実施の形態１の金属の分離回収方法の工程を示す図である。図１に示すように、本実施の形態１の金属の処理方法は、第１金属と第２金属を含有する金属含有物に添加元素を添加する添加工程Ｓ１と、金属含有物及び添加元素の混合物を溶融する加熱工程Ｓ２と、溶融された混合物を冷却する冷却工程Ｓ３と、冷却された状態の混合物から液体を取り出す抽出工程Ｓ４と、取り出した液体を凝固させ回収する回収工程Ｓ５とを備えている。
【００２２】
次に、各工程について説明する。
【００２３】
添加工程Ｓ１において、添加する元素は、まず第１金属と第２金属を含有する金属含有物の第２金属と金属間化合物を生成しなければならない。
【００２４】
また、第１金属の融点付近で液体と固体を分離し、第１金属を回収するためには、第２金属と添加元素の化合物は、第１金属の融点付近の温度では固体の状態でなければならない。
【００２５】
さらに、第１金属が固体中に完全に固溶してしまった場合、抽出することが出来ないため、添加元素の添加量は、添加元素に対する第１金属の固溶限を超えず、かつ第２金属が全て金属間化合物となる量以上とする必要がある。
【００２６】
そのため、添加工程Ｓ１では、第２金属と金属間化合物を生成し、第１金属とは金属間化合物を生成しない添加元素で、かつ金属間化合物の融点が第１金属の融点よりも高い添加元素が、金属含有物中の第１金属に対する添加元素の量が第１金属の添加元素への固溶限より少なく、かつ第２金属が全て金属間化合物となる量以上、金属含有物に添加される。
【００２７】
尚、金属含有物中の第１金属と第２金属の含有率が未知の場合は、予めＸＲＦなどの元素分析を行い、含有率を明確にすれば添加元素の添加量を決定することが出来る。
【００２８】
次に、第２金属と添加元素を反応させ、第２金属と添加元素の間の金属間化合物を生成する必要がある。
【００２９】
そのためには、第２金属及び添加元素が溶融し均一に混合されることで反応を促進させる必要があるため、加熱工程Ｓ２で、金属含有物の融点と添加元素の融点のいずれよりも高い温度に金属含有物と添加元素の混合物が加熱され溶融される。
【００３０】
そして、液体状態の第１金属を分離回収するためには、分離回収の際に第２金属と添加元素の間の固体の金属間化合物を生成する必要があり、冷却工程Ｓ３での冷却により第２金属と添加元素から金属間化合物が生成する。
【００３１】
更に、回収される第１金属の純度は、分離回収時の温度が第１金属の融点近傍であるほど高くなり、状態図から第１金属の融点から第１金属の融点+10℃の範囲ではほぼ一定であるため、第１金属を純度よく回収するためには、本発明の実施の形態のように、冷却工程Ｓ３で第１金属の融点から第１金属の融点+10℃までの範囲に冷却が行われ、抽出工程Ｓ４において、その冷却された温度状態で液体が抽出される。
【００３２】
そして、最後に、回収工程Ｓ５によって抽出した液体が、凝固され、固体として回収される。
【００３３】
以上のように、本発明の金属の分離回収方法は、二種類の金属元素のうち、一種類のみと金属間化合物を生成する添加元素を加え、加熱、冷却、抽出、及び凝固の工程を行うことで、二種類の金属元素を含有する金属含有物から、酸溶液を用いずに一種の金属を分離回収することができ、廃金属の混合物から所定の金属を抽出し再利用するリサイクル等の用途にも適用できる。
【００３４】
又、二種類の金属元素を含有する金属含有物から、酸溶液を用いずに一種の金属を９９ｗｔ％以上の高い純度で分離回収することができるため、次工程の電気精錬でインジウム純度を更に高めるための処理時間を短縮することができる。尚、本実施の形態１では、液体物を凝固し、固体物として回収したが、液体物の状態から電気精錬を行っても良い。
【００３５】
尚、実際のリサイクルにおいては、分離回収を目的とする二種類の金属元素のほかに、不純物元素が含まれる可能性が考えられる。その場合、予めXRFなどの元素分析を行い、含有される不純物元素の種類と含有量を明確にし、必要に応じて不純物元素を除去しておくことが望ましい。
【００３６】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００３７】
（実施例１）
本発明にかかる実施例１の金属の分離回収方法について説明する。
【００３８】
本実施例１では、インジウムと錫を含有する金属含有物から、インジウムの分離回収が行われる。インジウムの分離回収工程について説明する。図２は、本実施例１の金属の分離回収方法の工程図である。
【００３９】
図２の添加工程Ｓ１１において、本実施例１では、錫と反応して化合物を生成するが、インジウムとは反応しない鉄粉が添加元素として選択された。そして、含まれるインジウムと錫の重量比がそれぞれ85wt%、15wt%あるインジウム−錫混合物と、添加元素としての鉄粉が（表１）に示す割合でセラミックるつぼにいれられ、加熱炉に投入された。尚、本発明の第１金属の一例は、本実施例１のインジウムに対応し、本発明の第２金属の一例は、本実施例１の錫に対応する。又、本発明の金属含有物の一例は、本実施例１のインジウム−錫混合物に対応し、本発明の添加元素の一例は、本実施例１の鉄に対応する。
【００４０】
【表１】
【００４１】
そして、加熱工程Ｓ１２において、加熱炉が、ITOの融点約900℃および鉄の融点1538℃より高い1600℃まで加熱されることによって、ITO及び鉄の混合物は、溶融され、攪拌されながら1時間保持された。
【００４２】
その後、冷却工程Ｓ１３において、加熱炉内が、インジウムの融点156℃+10℃の範囲内である160℃まで自然冷却され、5分間保持された。
【００４３】
続いて、抽出工程Ｓ１４において、加熱炉内の液体が、別のセラミックるつぼに取り出された。このように液体を取り出した後のセラミックるつぼには、固体が残存した。
【００４４】
この固体の成分を蛍光X線分析(XRF)で分析すると、加熱炉内の固体は、鉄粉の添加量によって組成は異なるが、融点が510〜1538℃のFe-Sn化合物であった。このFe-Sn化合物が、本発明の金属間化合物の一例に対応する。
【００４５】
最後に、回収工程Ｓ１５において、取り出した液体が２０〜２５℃の室温まで冷却されることによって、凝固され、回収された。
【００４６】
上記（表1）の1-2〜1-6の場合、液体の回収量はそれぞれ16.4g、34.9g、49.7g、67.2g、93.9gであった。
【００４７】
しかしながら、1-1の場合、160℃で保持した際に液体は存在しておらず、回収することが出来なかった。
【００４８】
このように1-1の場合にインジウムが回収できなかった理由は、次のように考えられる。
【００４９】
1-1の場合、インジウム−錫混合物1g中に含まれるインジウムは約0.85gであり、99gの鉄と0.85gのインジウムの合計に対する、99gの鉄の比率は、次の（数1）で求められるように99wt%より大きくなっている。
【００５０】
【数１】
【００５１】
図３は、Fe-In二元系合金状態図であり、この図は、「BINARY ALLOY PHASE DIAGRAMS, SECONDEDITION, PLUS UPDATES」(ASM international社、1996年発行CDデータ)に記された図である。
【００５２】
この図３は、縦軸に温度（℃）、横軸にＦｅ／Ｆｅ＋Ｉｎの割合（ｗｔ％）を示し、図３の斜線領域に相当する部分は、鉄中にインジウムが固溶することができる領域である。
【００５３】
インジウムは鉄と反応しないが、この図３の斜線領域に示されているように、インジウムが微量の場合、鉄中にインジウムは固溶することができる。
【００５４】
そのため、1-1の場合は、インジウム−錫混合物に含まれるインジウムがすべて鉄中に固溶してしまったため、160℃の状態で液体として回収できなかったと考えられる。
【００５５】
そして、液体を回収することができた（表1）の1-2〜1-6の場合に、回収された液体が凝固したものに含まれるインジウムの含有量についてXRFで分析が行われた。
【００５６】
その結果、上記1-2〜1-5では液体中のインジウム含有量は99wt%以上であり、インジウム―錫混合物の錫とインジウムの混合状態から、インジウムを分離して回収できていることが確認された。
【００５７】
しかしながら、1-6ではインジウム含有量は93wt%で、残部には主に錫が不純物として含まれており、インジウムの純度が低下した。
【００５８】
そこで、次に、1-5と1-6の間で、鉄の比率を5wt%ずつ変化させた場合の液体回収量及びそのインジウム含有率を明確にするために、（表２）に示す割合で、インジウム−錫混合物と鉄粉をセラミックるつぼに入れて加熱炉に投入し、上記S2〜S5と同様の工程を実施した。その他の構成、評価方法については同様である。
【００５９】
【表２】
【００６０】
上記（表２）の1-7〜1-9の場合、液体の回収量はそれぞれ70.2g、73.8g、77.7gであった。回収された液体が凝固したものに含まれるインジウムの含有量をXRFで分析したところ、いずれの場合も99wt%以上であり、インジウム−錫混合物の錫とインジウムの混合状態から、インジウムを分離して回収できていることが確認された。
【００６１】
上記1-6の場合に、回収されたインジウムの純度が低かった理由は、以下のように考えられる。
【００６２】
1-6の場合、インジウム−錫混合物99g中に含まれる錫は15g程度であり、15gの錫と1gの鉄の合計に対する、1gの鉄の比率は、次式で求められるように6wt%程度である。
【００６３】
【数２】
【００６４】
図４は、Fe-Sn二元系合金状態図であり、この図は、「BINARY ALLOY PHASE DIAGRAMS, SECONDEDITION, PLUS UPDATES」(ASM international社、1996年発行CDデータ)に記された図である。
【００６５】
この図４は、縦軸に温度（℃）、横軸にＦｅ／Ｆｅ＋Ｓｎの割合（ｗｔ％）を示し、
Ｆｅ−Ｓｎ化合物となるための、ＳｎとＦｅの合計に対するＦｅの割合とその温度を示している。
【００６６】
図４の斜線領域に相当する部分は、ＳｎがＦｅと反応しきれずにＳｎの状態で残存する領域であり、ＳｎとＦｅの合計に対するＦｅの割合が２０ｗｔ％よりも少ない場合である。そのことから、ＳｎがＦｅと反応し、Ｓｎの全てがＦｅ−Ｓｎ化合物となるためには、ＳｎとＦｅの合計に対するＦｅの割合が２０ｗｔ％以上、必要である。
【００６７】
上記1-6の場合は、図４の斜線領域に相当するため、160℃で液体成分を回収した際に、インジウム中に錫が含まれることになり、インジウムの純度が低下したと考えられる。
【００６８】
以上から、本発明の効果を発現するためには、添加工程Ｓ１１における鉄の添加量として、鉄の含有量の下限値は、全ての錫が鉄と反応しFe-Sn化合物を生成するように、インジウム−錫混合物中の錫に対する鉄の重量比が20wt%以上となる量とする必要がある。
【００６９】
なお、逆に鉄の含有量が多く、錫と反応しきれず残存する場合については、抽出工程Ｓ１４において、残存した鉄は固体として存在しているため、液体を抽出する際に鉄は除去されるため問題は無い。
【００７０】
一方、鉄の含有量の上限値は、鉄へのインジウムの固溶限を超えてインジウムが鉄にすべて固溶してしまうことを防ぐために、インジウムの鉄への固溶限である1wt%を超えないようにする必要がある。つまり、鉄の含有量の上限値は、インジウム−錫混合物中のインジウムと鉄の合計に対する、鉄の重量比が99wt%以下となる量とする必要がある。
【００７１】
以上より、鉄の添加量は、全ての錫が鉄と反応する量以上であって、インジウムの鉄への固溶限となる量より少なくする必要がある。
【００７２】
次に、加熱工程Ｓ１２における加熱温度について検証するため、加熱炉の加熱温度を変化させてインジウムの分離回収を行った。
【００７３】
加熱炉の温度をインジウム−錫混合物の融点以上かつ鉄の融点以下の1000℃とし、その他の条件は上記1-5の場合と同様とした。
【００７４】
その際の液体回収量とインジウム含有量は、それぞれ76g、89wt%であり、不純物の錫が多く含まれていた。
【００７５】
これは、加熱時に鉄が溶融しないために鉄が液体中に均一に分散されず、インジウム−錫混合物中の錫と鉄の反応が十分に進行しなかったためと考えられる。
【００７６】
以上の結果から、加熱温度はインジウム−錫混合物、鉄の融点以上とする必要があることが分かる。
【００７７】
更に、回収したインジウムの純度は、分離回収時の温度がインジウムの融点近傍であるほど高くなるが、状態図からインジウムの融点からインジウムの融点+10℃の範囲ではインジウムの純度はほぼ一定であることが分かる（図４の丸Ｐ参照）。
【００７８】
そのため、インジウムを純度よく回収するためには、本発明の実施例１のようにインジウムの融点からインジウムの融点+10℃までの範囲に冷却した状態で液体を抽出する必要がある。
【００７９】
以上のように、本実施例１における金属の分離回収方法では、従来技術のように酸を用いないため、簡易に金属の分離回収を行うことが出来る。
【００８０】
（実施例２）
以下に、本発明にかかる実施例２の金属の分離回収方法について述べる。
【００８１】
本実施例２では、実施例１における添加元素をバナジウムに変更して、インジウムと錫を含有する金属含有物からのインジウムの分離回収を行った。
【００８２】
図５は、本実施例２における金属の分離回収方法の工程を示す図である。
【００８３】
図５の添加工程Ｓ２１において、本実施例２では、本発明の添加元素の一例としてバナジウムが選択された。バナジウムも鉄と同様に、錫と反応して化合物を生成するが、インジウムとは反応しない元素である。そして、インジウムを85wt%含むインジウム−錫混合物80gに、バナジウム粉20gが添加され、これらインジウム−錫混合物とバナジウム粉が入れられたセラミックるつぼが、加熱炉の中に投入された。
【００８４】
なお、バナジウム粉の添加量は実施例１の結果を考慮し、インジウム−錫混合物中の全ての錫がバナジウムと反応しV-Sn化合物を生成するように、インジウム−錫混合物中の錫とバナジウムの合計に対する、バナジウムの重量比が下限値である21wt%より大きくなるようにバナジウム粉の添加量が調整された。この下限値は、V-Sn二元系合金状態図から得られる。
【００８５】
かつ、バナジウム粉の添加量が、インジウムのバナジウムへの固溶限である約1wt%を超え、インジウムがバナジウムに全て固溶してしまうことを防ぐために、インジウム−錫混合物中のインジウムとバナジウムの合計に対する、バナジウムの重量比が99wt%以下となる量にバナジウム粉の添加量が調整された。尚、この固溶限は、In-V二元系合金状態図から得られる。
【００８６】
以上のように、バナジウムの添加量は、全ての錫がバナジウムと反応する量以上であって、インジウムのバナジウムへの固溶限となる量より少なくする必要がある。
【００８７】
次に、加熱工程Ｓ２２において、加熱温度は、実施例１の結果を考慮し、バナジウムの融点である1910℃より高い2000℃とした。
【００８８】
その他の工程である冷却工程Ｓ２３、抽出工程Ｓ２４、及び回収工程Ｓ２５については、実施例１の冷却工程Ｓ１３、抽出工程Ｓ１４、及び回収工程Ｓ１５と同様の方法で処理が行われた。
【００８９】
その結果、加熱炉中に生成された固体をXRFで分析するとV-Sn化合物(融点約1600℃)であった。このV-Sn化合物が、本発明の金属間化合物の一例に対応する。
【００９０】
液体の回収量は66.7gであり、インジウム含有量をXRFで分析したところ99wt%以上であり、インジウム−錫混合物から、インジウムを分離して回収できることが確認された。
【００９１】
なお、本実施例１では、添加元素として鉄を、本実施例２では添加元素としてバナジウムを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、錫と金属間化合物を生成し、かつインジウムと反応しない元素であればよく、例えばクロム、アルミニウムでもよい。
【００９２】
（実施例３）
次に、本発明にかかる実施例３における金属の分離回収方法について説明する。
【００９３】
本実施例３では、ビスマスと錫を含有する鉛フリーはんだから、ビスマスの回収が行われる。ビスマスの分離回収工程について説明する。図６は、本実施例３における金属の分離回収方法の工程を示す図である。
【００９４】
図６の添加工程Ｓ３１において、まず、錫と反応して化合物を生成するが、ビスマスとは反応しない鉄粉が添加元素として選択された。そして、ビスマスを58wt%含む鉛フリーはんだ中に鉄粉が添加され、該鉛フリーはんだと鉄粉が、下記（表３）に示す割合で、セラミックるつぼに入れられ、加熱炉の中に投入された。尚、本発明の第１金属の一例は、本実施例３のビスマスに対応し、本発明の第２金属の一例は本実施例３の錫に対応する。又、本発明の金属含有物の一例は、本実施例３の鉛フリーはんだに対応し、本発明の添加元素の一例は、本実施例３の鉄に対応する。
【００９５】
【表３】
【００９６】
本実施例３では、加熱工程Ｓ３２における加熱温度は、Sn-58wt%Biはんだの融点である138℃および添加元素の鉄粉の融点1538℃よりも高い1600℃に設定され、冷却工程Ｓ３３における液体と固体の分離は、ビスマスの融点271℃からビスマスの融点271℃+10℃の範囲内である280℃で行われた。
【００９７】
その他の工程である抽出工程Ｓ３４及び回収工程Ｓ３５については、実施例１の抽出工程Ｓ１４、及び回収工程Ｓ１５と同様である。
【００９８】
そして、加熱炉内で生成された固体をXRFで分析したところ、実施例１と同様に、鉄粉の添加量によって組成は異なるが、融点が510〜1538℃のFe-Sn化合物であった。このFe-Sn化合物が、本発明の金属間化合物の一例に対応する。
【００９９】
回収した液体をXRFで分析した結果、ビスマスが主成分であり、その質量及びビスマス含有量は、（表３）に示されている。
【０１００】
いずれの場合も、ビスマスを58wt%含む鉛フリー合金から、ビスマス含有量99wt%以上の純度でビスマスを回収できていることが確認された。
【０１０１】
なお、本実施例３において、鉄粉の添加量がいずれの場合でもビスマスを効率よく回収できているが、実施例１の場合と同様に、鉄の含有量の下限値は、錫が完全に金属間化合物となるように、鉛フリーはんだ中の錫と鉄の合計に対する、鉄の重量比が20wt%以上となるようにする必要がある。
【０１０２】
一方、鉄の含有量の上限値は、鉄へのビスマスの固溶限(≪1wt%)を超えてビスマスが鉄に全て固溶してしまうことを防ぐために、鉛フリーはんだ中のビスマスと鉄の合計に対する、鉄の重量比が99wt%以下となる量とする必要がある。尚、この固溶限は、Bi-Fe二元系合金状態図から得られる。
【０１０３】
又、回収したビスマスの純度は、分離回収時の温度がビスマスの融点近傍であるほど高くなるが、状態図からビスマスの融点からビスマスの融点+10℃の範囲ではビスマスの純度はほぼ一定であることが分かる。
【０１０４】
尚、本実施例３では、添加元素として鉄を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、錫と金属間化合物を生成し、かつビスマスと反応しない元素であればよく、例えば銅、アルミニウムでもよい。
【０１０５】
又、上記実施例１〜３では、金属含有物中の両金属の含有率が既知のものを使用したが、未知のものを使用することも可能であり、未知の場合は予めＸＲＦなどの元素分析を行い、含有率を明確にすれば添加元素の添加量を決定することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明の金属処理方法によれば、より簡易に金属を分離回収することが出来、リサイクル等の用途等として有用である。
【符号の説明】
【０１０７】
Ｓ１、Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１ 添加工程
Ｓ２、Ｓ１２、Ｓ２２、Ｓ３２ 加熱工程
Ｓ３、Ｓ１３、Ｓ２３、Ｓ３３ 冷却工程
Ｓ４、Ｓ１４、Ｓ２４、Ｓ３４ 抽出工程
Ｓ５、Ｓ１５、Ｓ２５、Ｓ３５ 回収工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属と第２金属を含有する金属含有物を処理する金属処理方法であって、
前記第２金属と金属間化合物を生成し、前記第１金属とは金属間化合物を生成せず、且つ生成される前記金属間化合物の融点が前記第１金属の融点よりも高くなる添加元素を前記金属含有物に添加する添加工程と、
前記金属含有物の融点、及び前記添加元素の融点よりも高い温度に、前記金属含有物と前記添加元素の混合物を加熱し溶融させる加熱工程と、
溶融させた前記混合物を、前記第１金属の融点から前記第１金属の融点＋１０℃までの範囲内の温度に冷却する冷却工程と、
冷却した状態の前記混合物から液体を抽出する抽出工程とを備え、
前記添加工程において、前記添加元素の添加量は、前記金属含有物中の前記第１金属に対する前記添加元素の量が、前記第１金属の前記添加元素への固溶限より少なく、かつ前記第２金属が全て前記金属間化合物となる量以上である、金属処理方法。
【請求項２】
前記第１金属はインジウムであり、
前記第２金属は錫である、請求項１記載の金属処理方法。
【請求項３】
前記添加元素は、鉄、バナジウム、クロム、及びアルミニウムのうちのいずれかである、請求項２記載の金属処理方法。
【請求項４】
前記第１金属はビスマスであり、
前記第２金属は錫である、請求項１記載の金属処理方法。
【請求項５】
前記添加元素は、鉄、銅、及びアルミニウムのうちのいずれかである、請求項４記載の金属処理方法。
【請求項１】
第１金属と第２金属を含有する金属含有物を処理する金属処理方法であって、
前記第２金属と金属間化合物を生成し、前記第１金属とは金属間化合物を生成せず、且つ生成される前記金属間化合物の融点が前記第１金属の融点よりも高くなる添加元素を前記金属含有物に添加する添加工程と、
前記金属含有物の融点、及び前記添加元素の融点よりも高い温度に、前記金属含有物と前記添加元素の混合物を加熱し溶融させる加熱工程と、
溶融させた前記混合物を、前記第１金属の融点から前記第１金属の融点＋１０℃までの範囲内の温度に冷却する冷却工程と、
冷却した状態の前記混合物から液体を抽出する抽出工程とを備え、
前記添加工程において、前記添加元素の添加量は、前記金属含有物中の前記第１金属に対する前記添加元素の量が、前記第１金属の前記添加元素への固溶限より少なく、かつ前記第２金属が全て前記金属間化合物となる量以上である、金属処理方法。
【請求項２】
前記第１金属はインジウムであり、
前記第２金属は錫である、請求項１記載の金属処理方法。
【請求項３】
前記添加元素は、鉄、バナジウム、クロム、及びアルミニウムのうちのいずれかである、請求項２記載の金属処理方法。
【請求項４】
前記第１金属はビスマスであり、
前記第２金属は錫である、請求項１記載の金属処理方法。
【請求項５】
前記添加元素は、鉄、銅、及びアルミニウムのうちのいずれかである、請求項４記載の金属処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２４６５３２（Ｐ２０１２−２４６５３２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１８７９９（Ｐ２０１１−１１８７９９）
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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