JP2000153250A - 半導体スクラップの分解法 - Google Patents

半導体スクラップの分解法

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JP2000153250A
JP2000153250A JP32973598A JP32973598A JP2000153250A JP 2000153250 A JP2000153250 A JP 2000153250A JP 32973598 A JP32973598 A JP 32973598A JP 32973598 A JP32973598 A JP 32973598A JP 2000153250 A JP2000153250 A JP 2000153250A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リン化ガリウムを主成分とする半導体スクラ
ップを比較的低温でかつ安全に分解する。所要の工程数
を少なくし、産業廃棄物の排出量を減少させ、コストを
低減する。 【解決手段】 リン化ガリウムを主成分とする半導体ス
クラップと、水酸化ナトリウムと水酸化カリウム等の二
種類以上のアルカリ金属水酸化物からなる共晶塩とをニ
ッケル容器に入れ、170〜200℃で加熱溶融するこ
とにより半導体スクラップを分解する。分解で得られた
融液を冷却後、ニッケル容器の内容物を水で溶出した液
を電解液として使用し、電解採取によりガリウムを回収
することがきる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リン化ガリウムを
主成分とする半導体スクラップの分解法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】リン化ガリウムを主成分とする半導体ス
クラップから有価金属であるガリウムを回収するには、
まず半導体スクラップの分解を行わなければならない。
半導体スクラップを分解する方法としては、湿式法と乾
式法が知られている。
【0003】湿式法では、一般に半導体スクラップを王
水で溶解する方法が実施されている。この方法は、半導
体スクラップを1:1に希釈した王水で加熱溶解し、そ
の溶液にカルシウム塩を添加した後水酸化ナトリウム溶
液またはアンモニア水でpHを11〜12に調整するこ
とでリン酸イオンをリン酸カルシウムとして沈殿分離
し、その後希塩酸を少量ずつ添加し、pH7前後でガリ
ウムイオンを水酸化ガリウムとして沈殿分離する。
【0004】ガリウムイオンを水酸化ガリウムとして沈
殿分離するのは、半導体スクラップの分解液中には大量
の塩素イオンが含まれるので、そのまま電解液として使
用したときには陽極から塩素ガスの発生を伴い作業環境
を悪化させるからである。分離、回収した水酸化ガリウ
ムは15%以上の水酸化ナトリウム溶液に溶解して電解
液とし、電解採取によりガリウムを回収する。
【0005】湿式法は、比較的低温で安全に半導体スク
ラップを分解できるという利点があるが、処理工程数が
多く、また産業廃棄物として処分すべきリン酸カルシウ
ムなどの副生成物が大量に発生することからコストが高
く、さらに電解採取では高純度のガリウムが得にくいと
いう欠点から次第に利用されなくなりつつある。
【0006】一方乾式法では、真空加熱分解法が通常用
いられるが、これはリン化ガリウムスクラップを真空中
で加熱して、それが分解するときのガリウムとリンとの
蒸気圧の差を利用してガリウムよりも蒸気圧の高いリン
及び不純物を優先的に蒸発、分離させる方法である。
【0007】真空加熱分解法は、処理工程が少ないため
処理中の汚染が比較的少なく、スクラップの分解と同時
にガリウムが回収できるという利点があるが、分解生成
するリンが凝縮して黄リンとなり、黄リンが酸素に対し
て活性であるので処理が難しいという欠点がある。
【0008】そこで、真空加熱分解法において、真空加
熱分解によって分離した黄リンを装置内で赤リンに転化
してスクレーパで掻き集める方法がある(特開昭63−
270430号、特開昭64−73029号参照)。こ
の方法では、黄リンを装置内で赤リンに転化させるので
大気中で安定に取り扱うことが可能となる。
【0009】また、黄リンを処理する方法として、乾燥
空気を流量を制御しながら黄リンと酸素を緩速に反応さ
せることで、空気中で安定な五酸化リンとして回収する
方法も提案されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】近年、危険物や毒劇物
等の取り扱いに関連する環境問題が取り沙汰される中
で、乾式法は、危険物である黄リンを取り扱うことと、
リンの酸化によって生成する五酸化リンが劇物であるこ
とから、安全性の高い湿式法を低コスト化する技術の確
立が要望されている。
【0011】本発明は、リン化ガリウムを主成分とする
半導体スクラップを比較的低温でかつ安全に分解するこ
とができ、電解採取用の電解液がpH調整、沈殿物の分
離除去、洗浄工程を通さずに調製でき、産業廃棄物の排
出量が少なくコストの安い半導体スクラップの分解法を
提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明では、リン化ガリ
ウムを主成分とする半導体スクラップに二種類以上のア
ルカリ金属水酸化物からなる共晶塩を添加し、加熱溶融
して半導体スクラップを分解することにより上記課題を
解決している。
【0013】リン化ガリウムを主成分とする半導体スク
ラップを、耐酸化性、耐アルカリ性でガリウム、リンと
反応し難い材質の容器に入れ、そこに二種類以上のアル
カリ金属水酸化物からなる共晶塩を添加する。半導体ス
クラップとアルカリ金属水酸化物の共晶塩を入れた容器
は180℃以上に加熱したマッフル炉に入れ、アルカリ
金属水酸化物の共晶塩を溶解する。半導体スクラップ
は、アルカリ金属水酸化物の共晶塩の溶解と同時に分解
を開始し半透明の黄褐色の融液を形成する。分解終了後
冷却し、容器の内容物を水で溶出した液は電解液として
そのまま使用し、電解採取でガリウムを回収する。
【0014】半導体スクラップは、細粒ほど分解が進行
し易いので、1mm以下の粒子径に粉砕しておくことが
好ましい。粉砕方法はとくに限定されないが、湿気のあ
る大気中で粉砕する場合には、不純物として鉄が存在す
るとホスフィンを発生するので、粉砕機の半導体スクラ
ップに接触する部分の材質としては、酸化アルミニウ
ム、酸化ジルコンなどセラミックスを使用したほうが良
い。
【0015】容器の材質は、ニッケル、ジルコニウムが
好ましいが、耐酸化性、耐アルカリ性でガリウム、リン
と反応し難い材質ならこれ以外でも差し支えない。半導
体スクラップに添加する二種類以上のアルカリ金属水酸
化物からなる共晶塩としては、水酸化ナトリウムと水酸
化カリウムのモル比1:1の共晶塩が低融点で、融点付
近でも半導体スクラップの分解速度が大きいので最適で
ある。
【0016】共晶塩を作るアルカリ源としてアルカリ金
属水酸化物以外に炭酸塩、酸化物が考えられるが、半導
体スクラップの分解速度が小さいだけでなく、融点が高
く、高価であるので適当ではない。水酸化ナトリウム
(融点323℃)と水酸化カリウム(融点404℃)の
共晶塩は、予めニッケルやジルコニウム等の耐酸化性、
耐アルカリ性容器中で水酸化ナトリウムと水酸化カリウ
ムを323〜450℃で加熱溶解し調製する。モル比
1:1の共晶塩になると融点は170℃となる。水酸化
ナトリウムと水酸化カリウムのモル比は正確に1:1に
合わせる必要はないが、その場合には融点が上昇するの
で加熱温度を上げなければならない。
【0017】共晶塩ではなく水酸化ナトリウムと水酸化
カリウムの混合物を半導体スクラップと共に直接容器に
入れても半導体スクラップの分解は可能である。しか
し、半導体スクラップの分解を開始させるには、最初に
水酸化ナトリウムの融点以上の温度即ち323℃以上に
加熱しなければならないが、分解反応が激しいため突沸
を起こす。また、404℃以上になると水酸化カリウム
も溶融し、半導体スクラップの分解は急速に進行する
が、温度が高くなるほど容器の酸化が進行するため分解
後の容器の内容物にニッケル等容器材質の混入量が多く
なる。ニッケルの混入量が多くなると、電解採取時に陰
極からホスフィンの発生を引き起こすため危険である。
【0018】半導体スクラップとアルカリ金属水酸化物
からなる共晶塩との重量比は、一般的な電解採取の電解
液組成であるガリウムイオン濃度70g/L、アルカリ
金属イオン濃度100g/Lに近くなるように、1:1
〜1:2.5が適当であが、半導体スクラップ中のリン
化ガリウム含有量を考慮して任意に変更しなければなら
ない。
【0019】アルカリ金属水酸化物からなる共晶塩が溶
融し始めると次第に半導体スクラップは分解を開始す
る。分解温度は180℃より高ければ分解速度も加速す
るが、内容物の突沸と容器の酸化を防ぐために加熱温度
は200℃以下とするのが好ましい。容器の酸化を防ぐ
ためにはマッフル炉内を窒素雰囲気にすることも可能で
ある。
【0020】分解の終了は、半導体スクラップの仕込み
量を考慮し決定する。目視での判断では気泡の発生がな
ければ終了とみなされる。分解が終了し、冷却後の容器
の内容物は半透明の黄褐色固体となる。容器に水を流し
込み内容物を溶出させた液は、ナトリウムイオン、カリ
ウムイオン、リン酸イオン、ガリウムイオンが溶解した
アルカリ水溶液であり、ナトリウム、ガリウム濃度を電
解採取に適した濃度に調整しそのまま電解液にすること
が可能である。
【0021】この方法は、リン化ガリウム以外に砒化ガ
リウムを主成分とする半導体スクラップの分解にも応用
することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】リン化ガリウムを主成分とする半
導体スクラップをアルミナ製ボールミルと部分安定化ジ
ルコニアボールを使用して湿式粉砕する。粉砕後の半導
体スクラップは、篩分けにより−200meshの粉末
を回収し、それを分解に使用する。篩上は、再度粉砕す
る。
【0023】ニッケルるつぼに水酸化ナトリウムと水酸
化カリウムをモル比1:1で入れ、窒素気流中323〜
450℃で加熱して水酸化ナトリウムと水酸化カリウム
の共晶塩を調製する。加熱時間は、30min〜3hで
可能であるがこの範囲に限定されない。共晶塩ができれ
ば融点が170℃まで低下するので、170〜190℃
の加温状態で溶融していることを確認した後、ステンレ
スバット内に流し入れる。共晶塩は急速に凝固し、打撃
式粉砕機等の粉砕機で解砕し5mm以下の粒子とする。
【0024】ニッケルるつぼに−200meshの半導
体スクラップと共晶塩とを1:1〜1:2.5の重量比
で入れ、温度180〜200℃のマッフル炉で1〜3h
加熱溶融する。半導体スクラップに対する共晶塩の重量
比が1:1より小さい場合には、分解が完了しない。
1:2.5より大きい場合には半導体スクラップを分解
後、水で溶出し調製した電解液中のガリウムイオンに対
するナトリウムイオン、カリウムイオンの比率が大きす
ぎるため、電解採取時に陰極表面がガリウム酸ナトリウ
ムもしくはガリウム酸カリウムで覆われることが原因で
ガリウムの析出が阻害され電解操業が停止する。加熱時
間は上記範囲に限定されない。もし加熱時間が短くて未
分解半導体スクラップが残留しても、ろ過分離により未
分解半導体スクラップを回収して再度溶融することがで
きる。
【0025】分解後のニッケルるつぼの内容物は、冷却
後適量の水で溶出し電解液とする。電解液を50〜60
℃に加温し、電流密度3〜7A/dm2 で電解採取し、
ガリウムを回収する。電解採取が進むと電解液のガリウ
ムイオン濃度が減少し、ナトリウムイオン濃度、リン酸
イオン濃度が上昇するのでリン酸ナトリウムの結晶が析
出する。リン酸ナトリウムは、分離回収、精製し清缶
剤、染料分散剤などに利用される。
【0026】
【実施例】〔実施例1〕リン化ガリウムを主成分とする
半導体スクラップ200gを容積2Lのアルミナ製ボー
ルミルポットとφ15の部分安定化ジルコニアボール1
kgを使用して粉砕した。半導体スクラップの組成は7
0wt%GaP、30wt%SiC研磨剤である。粉砕
後の半導体スクラップは、篩分けにより−200mes
hの粉末を分解に使用した。篩上は、再度粉砕した。
【0027】ニッケルるつぼに−200meshの半導
体スクラップと、水酸化ナトリウムと水酸化カリウムを
モル比で1:1に調整した共晶塩を1:1の重量比で入
れ、このニッケルるつぼを内部温度180℃のマッフル
炉に入れ、3h加熱溶融した。冷却後、るつぼの内容物
を1.3Lの水で溶出し電解液とした。電解液中のガリ
ウムイオン濃度は74g/L、アルカリ金属イオン濃度
は99g/L、ニッケルイオン濃度は80ppmであっ
た。
【0028】ポリプロピレン製の電解槽に電解液を入れ
た後50℃に加温し、ガラス状カーボンで作製した陽極
と陰極を入れ、電流密度5A/dm2 で電解採取を行っ
た。陰極にはガリウムが析出し、電解開始時の電流効率
は95%であった。
【0029】
【発明の効果】本発明の半導体スクラップの分解法によ
れば、リン化ガリウムを主成分とする半導体スクラップ
を比較的低温でかつ安全に分解することができる。ま
た、電解採取用の電解液がpH調整、沈殿物の分離除
去、洗浄工程を通さずに調製できるので、コストが安
く、産業廃棄物の排出量を少なくすることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4D004 AA21 AC04 BA05 CA04 CA12 CA29 CA50 CB02 CB13 CB32 CC12 4K001 AA11 BA22 DA05 DA12 DB21 EA04 GA14 KA13 4K058 AA21 AA23 BA07 BB04 CA17 CA22 FC07 FC15

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リン化ガリウムを主成分とする半導体ス
    クラップに二種類以上のアルカリ金属水酸化物からなる
    共晶塩を添加し、加熱溶融することを特徴とする半導体
    スクラップの分解法。
JP32973598A 1998-11-19 1998-11-19 半導体スクラップの分解法 Expired - Lifetime JP4020226B2 (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014025140A (ja) * 2012-07-30 2014-02-06 Mitsubishi Materials Corp 銅ガリウム廃材からガリウムを回収する方法。
KR101383280B1 (ko) 2013-08-23 2014-04-21 (주)티에스엠 인듐갈륨아연산화물 타겟으로부터 갈륨 회수방법
JP2014189434A (ja) * 2013-03-27 2014-10-06 Sanwa Yuka Kogyo Kk ガリウムの回収方法
KR101539431B1 (ko) * 2014-04-01 2015-07-27 주식회사 엔코 Mo-cvd 공정에서 발생하는 폐기물로부터 갈륨의 회수 방법

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