JP2000273558A - ガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物からのガリウム分の濃縮方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型の乾燥炉や集塵機を用いることなく簡便
・小型の装置でかつ砥粒の吸湿性の影響を受けることな
く安定してガリウム分の濃縮が図れる澱物からのガリウ
ム分の濃縮方法を提供する。 【解決手段】 ガリウム化合物、砥粒および切削油を含
む澱物からのガリウム分の濃縮方法であって、切削油と
相溶しかつガリウム化合物の熱分解温度より低い沸点を
有する溶媒（灯油）に上記澱物内の切削油を溶解させる
と共に澱物内のガリウム化合物と砥粒を分散させる第一
工程と、上記ガリウム化合物と砥粒が分散された溶媒か
ら砥粒を除去するためにガリウム分を主に含む細粉と砥
粒を主に含む粗粉に湿式分級して上記細粉が分散された
溶媒を得る第二工程と、上記細粉が分散された溶媒から
溶媒を分離して細粉を得る第三工程と、得られた上記細
粉をガリウム化合物の熱分解温度未満の温度で加熱して
残留する上記溶媒を細粉から除去する第四工程を具備す
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リン化ガリウム等
ガリウムを含む化合物半導体結晶ウエハの製造過程で発
生するガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物か
らガリウム分を濃縮して回収するガリウム分の濃縮方法
に係り、特に、大型の乾燥炉や集塵機を用いることなく
簡便・小型の装置でかつ砥粒の吸湿性の影響を受けるこ
となく安定してガリウム分の濃縮が図れる濃縮方法の改
良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】リン化ガリウム等ガリウムを含む化合物
半導体結晶ウエハの製造過程で、ガリウムを含む化合物
半導体結晶（以下、ガリウム化合物という）を切断する
際には、従来、ダイヤモンド内周刃切断装置が用いられ
ていた。この際に切削屑として発生する澱物はガリウム
化合物の切削粉がほとんどであり、金属ガリウム回収の
ための原料として有効利用されていた。

【０００３】ところで、近年、切断ロス低減による低コ
スト化のため、ガリウム化合物の切断方法については、
切断しろのより少ないワイヤーソー切断による方法に置
き換わってきた。このワイヤーソー切断による方法では
砥粒を分散させた切削油を用いるため、ワイヤーソー切
断の際に発生する澱物は、微細な切削粉（細粉）、より
粗大な砥粒（粗粉）および切削油を含む混合物として捕
集される。そして、ワイヤーソー切断では砥粒の使用量
が多いため、上記澱物中のガリウム化合物含有量は１０
重量％以下となりガリウム濃度は低かった。

【０００４】そして、ワイヤーソー切断の際に発生した
上記澱物からガリウム分を回収しようとした場合、ガリ
ウム濃度の低い澱物に対して回収処理を施す必要がある
ことから回収効率が悪く、また、上記澱物には切削油が
含まれているため回収される金属ガリウムに不純物が多
く含まれるといった問題を有していた。

【０００５】このようにワイヤーソー切断の際に発生し
た澱物からガリウム分を回収することは経済的に見合わ
ないと共に不純物も多く含むことから、従来、上記澱物
は産業廃棄物として処分されていた。

【０００６】しかし、不足しがちなガリウム資源を有効
に利用するという観点から、ワイヤーソー切断の際に発
生した澱物から経済的に有利にかつ不純物も多く含まな
いガリウム分を回収する方法が強く要望されていた。

【０００７】この様な技術的背景の下、本出願人は、ガ
リウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物からのガリ
ウム分を簡便に、かつ、著しく濃縮して回収する方法を
既に提案している（特願平１０−２４２５２３号明細書
参照）。

【０００８】すなわち、出願人が提案した上記方法は、
ガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物から切削
油を除去するためにガリウム化合物の熱分解温度未満の
温度で澱物を加熱することにより乾燥物を得る第一工程
と、得られた乾燥物を粉砕する第二工程、および、上記
砥粒を除去するために粉砕された乾燥物についてガリウ
ム分を主に含む細粉と上記砥粒を主に含む粗粉とに分級
して上記細粉を回収する第三工程から成ることを特徴と
するものであった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この方法で
は、上述したようにガリウム化合物含有量が１０重量％
以下の低濃度澱物に対し、第一工程においてその全量を
加熱して乾燥物を得ていることから大型の乾燥炉が必要
となり、かつ、第三工程においてガリウム分を主に含む
細粉を風力分級によって回収していることから大型の集
塵機が必要であった。

【００１０】また、第二工程において粉砕された乾燥物
についてこれを長時間大気中に放置した場合、粉砕後の
砥粒が吸湿性を有していることに起因して、第三工程に
おける風力分級の際に乾燥物の分散性が悪化しガリウム
化合物の回収率を低下させる問題点を有していた。

【００１１】本発明はこのような問題点に着目してなさ
れたもので、その課題とするところは、大型の乾燥炉や
集塵機を用いることなく簡便・小型の装置でかつ砥粒の
吸湿性の影響を受けることなく安定してガリウム分の濃
縮が図れる澱物からのガリウム分の濃縮方法を提供する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１に係
る発明は、ガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱
物からのガリウム分の濃縮方法を前提とし、切削油と相
溶しかつガリウム化合物の熱分解温度より低い沸点を有
する溶媒に上記澱物内の切削油を溶解させると共に澱物
内のガリウム化合物と砥粒を分散させる第一工程と、上
記ガリウム化合物と砥粒が分散された溶媒から砥粒を除
去するためにガリウム分を主に含む細粉と砥粒を主に含
む粗粉に湿式分級して上記細粉が分散された溶媒を得る
第二工程と、上記細粉が分散された溶媒から溶媒を分離
して細粉を得る第三工程と、得られた上記細粉をガリウ
ム化合物の熱分解温度未満の温度で加熱して残留する上
記溶媒を細粉から除去する第四工程を具備することを特
徴とするものである。

【００１３】そして、請求項１記載の発明に係るガリウ
ム分の濃縮方法によれば、第二工程において砥粒を除去
してガリウム分を濃縮し、かつ、第三工程において大部
分の溶媒とこれに溶解された切削油を除去しているた
め、第四工程での処理量の低減が図れ、大型の乾燥炉を
必要とすることがない。

【００１４】また、第一工程、第二工程および第三工程
とも、いわゆる湿式工程であるめ、ガリウム分を主に含
む細粉回収のための大型集塵機も必要とすることがな
い。

【００１５】更に、ガリウム分を主に含む細粉と砥粒を
主に含む粗粉とを分級する第二工程は、これ等細粉と粗
粉が溶媒に分散された状態で行われるため、その分級精
度が砥粒における空気からの吸湿性の影響を受けること
もない。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。

【００１７】まず、本発明に係るガリウム分の濃縮方法
は、以下の第一工程から第四工程を具備することを特徴
とするものである。

【００１８】（１）第一工程 この方法の第一工程では、切削油と相溶しかつガリウム
化合物の熱分解温度より低い沸点を有する溶媒に上記澱
物内の切削油を溶解させると共に澱物内のガリウム化合
物と砥粒を分散させる。

【００１９】ここで、澱物内のガリウム化合物と砥粒を
上記溶媒に分散させるのは以下の理由による。すなわ
ち、ワイヤーソー切断時における砥粒は、通常、切削油
に高濃度に分散されていることから上記澱物が高粘度で
あるため、澱物内のガリウム化合物と砥粒を溶媒に分散
させないと、第二工程における湿式分級による砥粒の除
去が不十分になる場合があるからである。

【００２０】尚、湿式分級による砥粒の除去が可能なら
ば、本来、澱物内のガリウム化合物と砥粒を切削油自身
を用いて分散させてもよく、本発明においては上記溶媒
として切削油を適用してもよい。但し、第二工程におけ
る湿式分級による砥粒除去の徹底を図るためには上記切
削油より低粘度の溶媒が適している。また、切削油より
低粘度の溶媒を適用することにより第三工程における溶
媒の分離も容易となる。また、切削油よりも低沸点の溶
媒を適用した場合には、第四工程における溶媒除去時の
加熱負担を軽減させることも可能である。

【００２１】そして、上記溶媒に対するこれ等の要求お
よび経済的観点から、本発明者等は、溶媒として灯油が
最も適していることを見出だしている（請求項２）。
尚、切削油や灯油の沸点には温度範囲が通常あるが、温
度範囲のある沸点の高低をいう場合に用いる沸点は『沸
点の上限』を本明細書では意味する。

【００２２】ここで、上記溶媒として切削油以外の低粘
度溶媒を適用した場合、この溶媒を用いて澱物内の切削
油を溶解させかつ澱物内のガリウム化合物と砥粒とを分
散させる第一工程の際、ガリウム化合物、砥粒および切
削油を含む澱物を放置・自然沈降させかつ上澄み切削油
について事前に除去する処理を施すことにより、第二工
程における湿式分級、第三工程における溶媒分離、およ
び、第四工程における溶媒除去をより効果的に行うこと
が可能となる。

【００２３】（２）第二工程 第二工程では、ガリウム化合物と砥粒が分散された溶媒
から砥粒を除去するためにガリウム分を主に含む細粉と
砥粒を主に含む粗粉に湿式分級して上記細粉が分散され
た溶媒を得る。

【００２４】ここで、湿式分級としては、自然沈降法、
上記細粉よりも大きな開口径を有するフィルタを用いた
濾過法も適用できるが、連続処理が可能で経済的な液体
サイクロンを用いた方法（請求項３）が適している。
尚、液体サイクロンにおける分級点の設定に関しては、
以下のような設定方法が例示される。すなわち、上記澱
物の一部を資料として採取し、かつ、採取した澱物を乾
燥させた後、この乾燥させた澱物を、ガリウム化合物を
溶解するエッチング液、例えば王水等で処理し、処理前
後の澱物の各粒度分布の比較（すなわち、ガリウム化合
物と砥粒が含まれた処理前の澱物の粒度分布と、ガリウ
ム化合物が除去された処理後の澱物の粒度分布の比較）
から澱物内に含まれるガリウム化合物の粒度分布を事前
に測定し、ガリウム化合物の最大粒径程度に設定すると
よい。

【００２５】（３）第三工程 第三工程では、細粉が分散された溶媒から溶媒を分離し
てガリウム分を主に含む上記細粉を得る。

【００２６】ここで、細粉が分散された溶媒から溶媒を
分離する手段としては、自然沈降法、上記細粉よりも小
さな開口径を有するフィルタを用いた濾過法も適用でき
るが、連続処理が可能で経済的なデカンタ型遠心分離装
置を用いた方法（請求項４）が適している。尚、より経
済的な観点から、デカンタ型遠心分離装置により分離さ
れた溶媒については、第一工程の溶媒として再利用する
ことが好ましい。

【００２７】（４）第四工程 第四工程では、第三工程で得られた上記細粉をガリウム
化合物の熱分解温度未満の温度で加熱して残留する溶媒
を細粉から除去する。

【００２８】ここで、上記細粉の加熱温度をガリウム化
合物の熱分解温度未満の温度としている理由は、大気中
においてガリウム化合物の熱分解温度以上とした場合、
ガリウム化合物が熱分解あるいは酸化して目的とする金
属ガリウムの回収が困難となるからである。尚、上記細
粉の加熱温度を溶媒の沸点以上とした場合、残留する溶
媒を細粉から速やかに蒸発させることができるため好ま
しい（請求項５）。

【００２９】また、上記澱物中にワイヤーソーのワイヤ
ー片など磁性物が含まれている場合には、この磁性物を
除去することが好ましい。具体的には、第一工程、第二
工程および第三工程の少なくとも一つの工程時に、溶媒
内に含まれるワイヤー片などの磁性物を磁石を用いて除
去する（請求項６）。この除去処理により、金属ガリウ
ムとして回収するまでに必要でかつ繁雑な脱Ｆｅ処理を
省略することが可能となる。

【００３０】このように本発明に係る濃縮方法によれ
ば、大型の乾燥炉や集塵機を用いることなく簡便・小型
の装置でかつ砥粒の吸湿性の影響を受けることなくガリ
ウム分の濃縮が図れるため、安定してガリウム化合物の
回収が可能となる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例について具体的に説明
する。

【００３２】リン化ガリウム単結晶（熱分解温度：６８
０℃）をワイヤーソーで切断した際に切削屑として発生
した澱物を以下のように処理した。尚、この澱物は、リ
ン化ガリウムの切削粉、ＳｉＣが主成分の砥粒、および
切削油（沸点：２００〜４００℃）を含む。この澱物を
分析した結果を以下の表１に示す。

【００３３】

【表１】 また、この澱物の一部を資料として採取し、かつ、採取
した澱物を乾燥させた後、この乾燥させた澱物を王水で
処理し、王水エッチング処理前後の澱物の粒度分布を図
１に示す。そして、図１に示されたリン化ガリウムと砥
粒が含まれたエッチング前の粒度分布と、リン化ガリウ
ムが除去されたエッチング後の粒度分布との比較から、
澱物内に含まれるリン化ガリウムは５μｍ以下の粒径で
あると推察される。

【００３４】まず、上記澱物１２．０ｋｇ（ガリウム含
有量７６０ｇ）を灯油（沸点：１５０〜２８０℃）８０
リットル内に投入し、攪拌・分散後、永久磁石を入れ磁
石に吸着されたものを除去して分散液を得た。

【００３５】次に、得られた分散液を、液体サイクロン
により５μｍを境として分級し、ガリウム分を主に含む
上流分散液（細粉が含まれる）約７８リットルと、砥粒
を主に含む下流分散液（粗粉が含まれる）約６リットル
を得た。

【００３６】この分級処理で得られた上流分散液約７８
リットルを、デカンタ型遠心分離装置を用いて遠心加速
度３２００Ｇ、滞留時間６０秒の条件で遠心分離し、約
２０６０ｇの固形物を得た。

【００３７】次に、この固形物を３００℃で加熱乾燥
し、１８５５ｇの乾燥物を得た。この乾燥物を分析した
結果を以下の表２に示す。

【００３８】

【表２】 次に、上記乾燥物１８５５ｇから従来方法により金属ガ
リウムを回収した。

【００３９】すなわち、上記乾燥物を酸に溶解した後中
和して、ガリウムを一旦水酸化ガリウムとした。その
後、水酸化ガリウムをアルカリ性溶液に溶解し、電解に
て金属ガリウムを回収した。その結果、５６６ｇの金属
ガリウムが得られた。

【００４０】

【発明の効果】このように本発明に係る澱物からのガリ
ウム分の濃縮方法によれば、第二工程において砥粒を除
去してガリウム分を濃縮し、かつ、第三工程において大
部分の溶媒とこれに溶解された切削油を除去しているこ
とから、第四工程での処理量の低減が図れるため大型の
乾燥炉を必要とすることがない。

【００４１】また、第一工程、第二工程および第三工程
とも、いわゆる湿式工程であるめ、ガリウム分を主に含
む細粉回収のための大型集塵機も必要とすることがな
い。

【００４２】更に、ガリウム分を主に含む細粉と砥粒を
主に含む粗粉とを分級する第二工程は、これ等細粉と粗
粉が溶媒に分散された状態で行われるため、その分級精
度が砥粒における空気からの吸湿性の影響を受けること
もない。

【００４３】従って、大型の乾燥炉や集塵機を用いるこ
となく、簡便・小型の装置で、かつ、砥粒の吸湿性の影
響を受けることなく澱物から安定してガリウム分を濃縮
できる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】王水エッチング前後の澱物の粒度分布を示すグ
ラフ図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上谷地 武 東京都青梅市末広町１丁目６番１号 住友 金属鉱山株式会社電子事業本部内 Ｆターム(参考） 4K001 AA11 BA21 CA04 CA05 DA12 DB25

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガリウム化合物、砥粒および切削油を含む
   澱物からのガリウム分の濃縮方法において、 切削油と相溶しかつガリウム化合物の熱分解温度より低
   い沸点を有する溶媒に上記澱物内の切削油を溶解させる
   と共に澱物内のガリウム化合物と砥粒を分散させる第一
   工程と、上記ガリウム化合物と砥粒が分散された溶媒か
   ら砥粒を除去するためにガリウム分を主に含む細粉と砥
   粒を主に含む粗粉に湿式分級して上記細粉が分散された
   溶媒を得る第二工程と、上記細粉が分散された溶媒から
   溶媒を分離して細粉を得る第三工程と、得られた上記細
   粉をガリウム化合物の熱分解温度未満の温度で加熱して
   残留する上記溶媒を細粉から除去する第四工程を具備す
   ることを特徴とするガリウム化合物、砥粒および切削油
   を含む澱物からのガリウム分の濃縮方法。
2. 【請求項２】上記第一工程における溶媒が灯油であるこ
   とを特徴とする請求項１記載のガリウム化合物、砥粒お
   よび切削油を含む澱物からのガリウム分の濃縮方法。
3. 【請求項３】液体サイクロンを用いて上記第二工程にお
   ける湿式分級を行うことを特徴とする請求項１または２
   記載のガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物か
   らのガリウム分の濃縮方法。
4. 【請求項４】デカンタ型遠心分離装置を用いて上記第三
   工程における溶媒の分離を行うことを特徴とする請求項
   １〜３のいずれかに記載のガリウム化合物、砥粒および
   切削油を含む澱物からのガリウム分の濃縮方法。
5. 【請求項５】上記第四工程における細粉の加熱温度は、
   上記溶媒の沸点以上であることを特徴とする請求項１〜
   ４のいずれかに記載のガリウム化合物、砥粒および切削
   油を含む澱物からのガリウム分の濃縮方法。
6. 【請求項６】第一工程、第二工程および第三工程の少な
   くとも一つの工程時に、磁石を用いて上記澱物中に含ま
   れる磁性物を除去することを特徴とする請求項１〜５の
   いずれかに記載のガリウム化合物、砥粒および切削油を
   含む澱物からのガリウム分の濃縮方法。