JP2008308342A - インジウム酸化物を含む廃棄物からインジウム化合物を得る方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、酸などの廃液処理の問題を軽減し、低コストでインジウムを回収する方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、ガラス及びインジウム酸化物を含む廃棄物からインジウム化合物を得る方法を提供し、この方法は、廃棄物を粉砕し、粉砕した廃棄物のインジウム酸化物をインジウム塩化物に変換し、インジウム塩化物を揮発させることを含む。
【選択図】なし
【解決手段】本発明は、ガラス及びインジウム酸化物を含む廃棄物からインジウム化合物を得る方法を提供し、この方法は、廃棄物を粉砕し、粉砕した廃棄物のインジウム酸化物をインジウム塩化物に変換し、インジウム塩化物を揮発させることを含む。
【選択図】なし
Description
本発明は、インジウム酸化物を含む廃棄物からインジウム化合物を得る方法に関するものである。
インジウムは亜鉛鉱石中にわずか10〜20ppmしか存在しない希少な金属である。一般的に、インジウムは液晶ディスプレイ（LCD）などの製造に広範囲に使われている。その液晶ディスプレイ(LCD)には、約1400ppmと、天然鉱石の70倍以上ものインジウムが含まれている。資源保護のために、一般的にLCDの製造工程で発生する約70％のITO（インジウム、錫酸化物）の端材は、インジウムなどのリサイクル目的で回収されているが、使用を終えた廃棄携帯電話などのLCDは、インジウムを回収することなく、廃棄されているのが現状である。インジウムの推定埋蔵量は、2600トン（The Mechanical Social System Foundation, 2001; USGS, 2005）であり、このままLCDの生産が増加すれば、天然資源としてのインジウムの枯渇は避けられない状況である。
このような状況の下で、廃棄LCDなどからインジウムを回収する方法として、インジウムを塩酸に溶解し、電解によりインジウムを回収する方法やインジウムを溶解した塩酸を用いて基板上に透明電極膜を作製する方法（特許文献１）、及びインジウムを硝酸電解液に溶解し、電解によりインジウムを回収する方法（特許文献２）が提案されている。しかしながら、これらの方法では、インジウムを溶解するために多量の塩酸又は硝酸を必要とし、回収後の廃液の処理も問題となる。また、電解によるインジウムの回収にはコストが掛かるといった問題もある。
このような状況の下で、廃棄LCDなどからインジウムを回収する方法として、インジウムを塩酸に溶解し、電解によりインジウムを回収する方法やインジウムを溶解した塩酸を用いて基板上に透明電極膜を作製する方法（特許文献１）、及びインジウムを硝酸電解液に溶解し、電解によりインジウムを回収する方法（特許文献２）が提案されている。しかしながら、これらの方法では、インジウムを溶解するために多量の塩酸又は硝酸を必要とし、回収後の廃液の処理も問題となる。また、電解によるインジウムの回収にはコストが掛かるといった問題もある。
このような状況の下で、本発明は、酸などの廃液処理の問題を軽減し、低コストでインジウムを回収する方法を提供することを目的とするものである。
本発明は、ガラス及びインジウム酸化物を含む廃棄物からインジウム化合物を得る方法を提供し、この方法は、廃棄物を粉砕し、粉砕した廃棄物のインジウム酸化物をインジウム塩化物に変換し、インジウム塩化物を揮発させることを特徴とする。
また、本発明は、ガラス及びインジウム酸化物を含む廃棄物からインジウム化合物を得るための装置であって、前記廃棄物を焼成する手段と、焼成した廃棄物を粉砕する手段と、粉砕した廃棄物と塩素イオン含有溶液とを投入して粉砕した廃棄物のインジウム酸化物をインジウム塩化物に変換するための容器と、前記廃棄物を加熱して前記廃棄物からインジウム塩化物を揮発させるための加熱手段と、揮発したインジウム塩化物を回収する手段とを含む、前記装置を提供する。
また、本発明は、ガラス及びインジウム酸化物を含む廃棄物からインジウム化合物を得るための装置であって、前記廃棄物を焼成する手段と、焼成した廃棄物を粉砕する手段と、粉砕した廃棄物と塩素イオン含有溶液とを投入して粉砕した廃棄物のインジウム酸化物をインジウム塩化物に変換するための容器と、前記廃棄物を加熱して前記廃棄物からインジウム塩化物を揮発させるための加熱手段と、揮発したインジウム塩化物を回収する手段とを含む、前記装置を提供する。
本発明によれば、インジウム酸化物をインジウム塩化物に変換する際に必要な塩酸などの酸溶液の量は、インジウム酸化物を溶解する従来技術の場合に比べてはるかに少ない量でよく、廃液の問題を軽減できる。また、インジウム塩化物は、インジウム酸化物に比べて低い温度で揮発するために、加熱のエネルギー負荷を軽減でき、低コストでインジウムを回収することができる。
本発明は、ガラス及びインジウム酸化物を含む廃棄物からインジウム化合物を得る方法に関するものである。
ガラス及びインジウム酸化物を含む廃棄物は、ガラス及びインジウム酸化物を含むものであればどのようなものであってもよく、ガラス及びインジウム酸化物以外に有機化合物などを含んでいてもよい。ガラス及びインジウム酸化物を含む廃棄物としては、例えばITOガラスを電極材料として含む装置などが挙げられ、このような装置には、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ELディスプレイなどが含まれる。これらのディスプレイは、いわゆるテレビ用ディスプレイのほか携帯電話などの移動体通信機器で用いられるディスプレイであってもよく、その用途や大きさ、形状などに制限はない。
ガラス及びインジウム酸化物を含む廃棄物は、ガラス及びインジウム酸化物を含むものであればどのようなものであってもよく、ガラス及びインジウム酸化物以外に有機化合物などを含んでいてもよい。ガラス及びインジウム酸化物を含む廃棄物としては、例えばITOガラスを電極材料として含む装置などが挙げられ、このような装置には、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ELディスプレイなどが含まれる。これらのディスプレイは、いわゆるテレビ用ディスプレイのほか携帯電話などの移動体通信機器で用いられるディスプレイであってもよく、その用途や大きさ、形状などに制限はない。
本発明の前記方法は、前記廃棄物を粉砕することを含む。本発明において、粉砕方法は特に制限されず、どのような方法を用いて前記廃棄物を粉砕してもよい。粉砕方法としては、例えばローラー式粉砕機（フレットミル）、振動ミル、ボールミル、ポットミル、乳鉢、自動乳鉢を用いる方法などが挙げられる。
前記廃棄物は、好ましくは250μm以下の粒度に粉砕する。前記廃棄物をこのような粒度に粉砕することで、インジウム酸化物のインジウム塩化物への変換効率を高めることができる。前記廃棄物は、より好ましくは10〜250μmの粒度、さらに好ましくは30〜200μmの粒度、さらに好ましくは30〜100μmの粒度に粉砕する。なお、篩などを利用して粒度を調整してもよい。
前記廃棄物は、好ましくは250μm以下の粒度に粉砕する。前記廃棄物をこのような粒度に粉砕することで、インジウム酸化物のインジウム塩化物への変換効率を高めることができる。前記廃棄物は、より好ましくは10〜250μmの粒度、さらに好ましくは30〜200μmの粒度、さらに好ましくは30〜100μmの粒度に粉砕する。なお、篩などを利用して粒度を調整してもよい。
本発明の前記方法においては、前記廃棄物が有機化合物を含む場合には、この有機化合物を除去するために、前記廃棄物を粉砕する前に、焼成するのが好ましい。焼成温度は、前記廃棄物に含まれる有機化合物の種類に応じて適宜設定すればよい。一般的には、500〜800℃であり、好ましくは600〜800℃、より好ましくは650〜780℃である。また、焼成時間も前記廃棄物に含まれる有機化合物の種類及び焼成温度に応じて適宜設定すればよい。一般的には、10分間〜10時間、好ましくは20分間〜５時間、より好ましくは30分間〜３時間である。上記のような条件であれば、インジウム酸化物が還元されて揮発することもなく、インジウムの損失を抑えることができる。本発明の前記方法において、最も好ましくは650〜780℃の焼成温度で30分間〜３時間の焼成時間である。なお、有機化合物には、低分子化合物及び重合体などの高分子化合物などが含まれる。
前記廃棄物の焼成手段としては、例えば液晶ディスプレイなどを投入した金属製の容器（廃棄物燃焼用容器）をバーナーなどで燃やす焼却炉などが挙げられる。
前記廃棄物の焼成手段としては、例えば液晶ディスプレイなどを投入した金属製の容器（廃棄物燃焼用容器）をバーナーなどで燃やす焼却炉などが挙げられる。
本発明の前記方法は、粉砕した廃棄物のインジウム酸化物をインジウム塩化物に変換することを含む。インジウム酸化物をインジウム塩化物に変換する方法としては、粉砕した廃棄物を塩素イオン含有溶液で処理する方法、粉砕した廃棄物を塩素ガスで処理する方法などが挙げられる。塩素イオン含有溶液としては、例えば塩酸、塩化アンモニウム溶液、塩化チオニル溶液などが挙げられる。さらに、塩素酸溶液、亜塩素酸溶液、次亜塩素酸溶液などを用いてもよい。好ましくは、塩酸である。塩素イオン含有溶液の量は、例えば廃棄物中に含まれるインジウムに対して２〜３倍当量の塩素イオンを含むような量でよい。塩素イオン含有溶液での処理温度は、一般的には20〜100℃であり、好ましくは60〜100℃、より好ましくは80〜100℃である。また、塩素イオン含有溶液での処理時間は、一般的には10分以上、好ましくは10〜90分間、より好ましくは10〜60分間である。粉砕した廃棄物の塩素イオン含有溶液での処理は、例えばガラス製、金属製又はセラミック製の容器（変換用容器）に粉砕した廃棄物及び塩素イオン含有溶液を投入することによって行われる。変換用容器は、粉砕した廃棄物と塩素イオン含有溶液とを攪拌する攪拌手段を有していてもよく、またヒーターなどの加熱手段を有していてもよい。
粉砕した廃棄物を塩素イオン含有溶液で処理する場合には、粉砕した廃棄物を乾燥させて塩素イオン含有溶液を除去することが好ましい。乾燥温度は、一般的には80〜120℃であり、好ましくは90〜110℃、より好ましくは95〜105℃である。また、乾燥時間は、一般的には30分間〜３時間、好ましくは40分間〜２時間、より好ましくは１〜1.5時間である。前記乾燥は、種々の乾燥機を用いて行ってもよい。
粉砕した廃棄物を塩素イオン含有溶液で処理する場合には、粉砕した廃棄物を乾燥させて塩素イオン含有溶液を除去することが好ましい。乾燥温度は、一般的には80〜120℃であり、好ましくは90〜110℃、より好ましくは95〜105℃である。また、乾燥時間は、一般的には30分間〜３時間、好ましくは40分間〜２時間、より好ましくは１〜1.5時間である。前記乾燥は、種々の乾燥機を用いて行ってもよい。
本発明の前記方法は、インジウム塩化物を揮発させることを含む。インジウム塩化物の揮発は、好ましくは窒素雰囲気下で行う。インジウム塩化物を揮発させる際の加熱温度は、一般的には300〜700℃であり、好ましくは400〜700℃、より好ましくは400〜600℃である。また、加熱時間は、一般的には30〜120分間、好ましくは60〜120分間、より好ましくは60〜90分間である。インジウム塩化物を揮発させる加熱手段としては、例えば図２に示したように廃棄物を収容したセラミックボートを入れたセラミックパイプの周囲に設けられた電気炉などの加熱手段などが挙げられる。あるいは加熱手段としてバーナーなどを用いてもよい。
揮発させたインジウム塩化物は、例えば前記セラミックパイプに接続されたエアーコンプレッサーや窒素ガスシリンダーによって、例えば水酸化ナトリウムのような水酸化物の水溶液を収容した容器に送ることによってインジウム水酸化物の沈殿として回収することができる。これ以外にも、例えば廃棄物を収容したフラスコなどの容器の底部をヒーターなどの加熱手段で加熱し、上部壁面に析出させてもよい。
揮発させたインジウム塩化物は、例えば前記セラミックパイプに接続されたエアーコンプレッサーや窒素ガスシリンダーによって、例えば水酸化ナトリウムのような水酸化物の水溶液を収容した容器に送ることによってインジウム水酸化物の沈殿として回収することができる。これ以外にも、例えば廃棄物を収容したフラスコなどの容器の底部をヒーターなどの加熱手段で加熱し、上部壁面に析出させてもよい。
（実験１）
焼成（650〜780℃で１時間）及び粉砕した廃棄携帯電話のLCDを、篩を使用して各粒度ごとに分けた。それぞれ、４ｇの粉砕した廃棄携帯電話のLCDに120mLの６Ｎ塩酸を加えてインジウムを浸出した（加熱沸騰状態（100℃前後）で120分間）。塩酸処理液をICP発光分析で分析し、各粒度におけるインジウムの浸出率を求めた。結果を図１に示す。図１から明らかなように、粒度が小さいほどインジウムの浸出率は大きくなる。
焼成（650〜780℃で１時間）及び粉砕した廃棄携帯電話のLCDを、篩を使用して各粒度ごとに分けた。それぞれ、４ｇの粉砕した廃棄携帯電話のLCDに120mLの６Ｎ塩酸を加えてインジウムを浸出した（加熱沸騰状態（100℃前後）で120分間）。塩酸処理液をICP発光分析で分析し、各粒度におけるインジウムの浸出率を求めた。結果を図１に示す。図１から明らかなように、粒度が小さいほどインジウムの浸出率は大きくなる。
（実験２）
インジウムの揮発率を求めるために、図２に示す筒型電気炉を使用して実験を行った。
まず、焼成（650〜780℃で１時間）及び粉砕した廃棄携帯電話のLCDを、篩を使用して75μm以下の粒度とした。約４ｇの粉砕した廃棄携帯電話のLCDに120mLの６Ｎ塩酸を加えて、焼成及び粉砕した廃棄携帯電話のLCD中のインジウム酸化物を溶解した。塩酸処理液をICP発光分析で分析し、溶液中に含まれるインジウムの量を求めた（Ｃ0（ppm））。
次に、14ｇの粉砕した廃棄携帯電話のLCD（試料）をセラミック製の燃焼ボートに入れ、５mLの６Ｎ塩酸を加えて処理（室温（20〜25℃）で10分間）し、約100℃で60分間、大気中で乾燥させた。これを所定の温度に設定されているセラミック製の筒型電気炉に装入し、２リットル／分の窒素ガス又は空気を電気炉内に送りながら10〜120分の間加熱した。加熱後の試料を取り出し、試料に120mLの６Ｎ塩酸を加えてインジウムを溶解した。この塩酸溶液をICP発光分析で分析し、溶液中に含まれるインジウムの量を求めた（Ｃ（ppm））。
これらのインジウム含有量から、インジウムの揮発率（(Ｃ0−Ｃ)／Ｃ0）を求めた。結果を図３（大気中での加熱）及び図４（窒素ガス雰囲気中での加熱）に示す。図３及び図４から明らかなように、加熱時間及び加熱温度が同じ条件の場合には、大気中に比べ窒素ガス雰囲気中においてインジウムの揮発率が高かった。大気中で加熱した場合には、700℃の加熱温度でもインジウムの揮発率は約65％であった。窒素ガス雰囲気中で加熱した場合には、400℃の加熱温度でのインジウムの揮発率は60分間の加熱時間でもインジウムの揮発率は80％を越えた。
インジウムの揮発率を求めるために、図２に示す筒型電気炉を使用して実験を行った。
まず、焼成（650〜780℃で１時間）及び粉砕した廃棄携帯電話のLCDを、篩を使用して75μm以下の粒度とした。約４ｇの粉砕した廃棄携帯電話のLCDに120mLの６Ｎ塩酸を加えて、焼成及び粉砕した廃棄携帯電話のLCD中のインジウム酸化物を溶解した。塩酸処理液をICP発光分析で分析し、溶液中に含まれるインジウムの量を求めた（Ｃ0（ppm））。
次に、14ｇの粉砕した廃棄携帯電話のLCD（試料）をセラミック製の燃焼ボートに入れ、５mLの６Ｎ塩酸を加えて処理（室温（20〜25℃）で10分間）し、約100℃で60分間、大気中で乾燥させた。これを所定の温度に設定されているセラミック製の筒型電気炉に装入し、２リットル／分の窒素ガス又は空気を電気炉内に送りながら10〜120分の間加熱した。加熱後の試料を取り出し、試料に120mLの６Ｎ塩酸を加えてインジウムを溶解した。この塩酸溶液をICP発光分析で分析し、溶液中に含まれるインジウムの量を求めた（Ｃ（ppm））。
これらのインジウム含有量から、インジウムの揮発率（(Ｃ0−Ｃ)／Ｃ0）を求めた。結果を図３（大気中での加熱）及び図４（窒素ガス雰囲気中での加熱）に示す。図３及び図４から明らかなように、加熱時間及び加熱温度が同じ条件の場合には、大気中に比べ窒素ガス雰囲気中においてインジウムの揮発率が高かった。大気中で加熱した場合には、700℃の加熱温度でもインジウムの揮発率は約65％であった。窒素ガス雰囲気中で加熱した場合には、400℃の加熱温度でのインジウムの揮発率は60分間の加熱時間でもインジウムの揮発率は80％を越えた。
（実施例１）
図５に示すプロセスフローに従って、廃棄携帯電話のLCDからインジウム化合物の回収を行った。
廃棄携帯電話を解体後、LCDを分離した。分離したLCDを焼成（650〜780℃で１時間）した。焼成した廃棄携帯電話のLCDを、フレットミル（（株）吉田製作所製ローラー式粉砕機（フレットミル））を用いて粉砕し、篩にかけて75μm以下の粒度とした。これより359.7ｇを採取し実験試料とした。
次いで、粉砕した廃棄携帯電話のLCD（試料）に135mLの６Ｎ塩酸を加えて処理（室温（20〜25℃）で約10分間）し、約100℃で60分間大気中で乾燥させた。試料をマントルヒーターにセットされた石英製フラスコに投入した。フラスコ内に窒素ガスを約２リットル／分の流量で流しながら400℃で90分間加熱した。試料からの揮発物を、１％水酸化ナトリウム溶液の入った容器に送り、インジウムの揮発物（インジウム塩化物）を水酸化ナトリウム溶液中でインジウム水酸化物に変化させ、沈殿させた。加熱装置の概略図を図６に示す。フラスコの内壁面及びフラスコと２つの容器を接続している配管に付着しているインジウムの揮発物並びに得られた沈殿物を６Ｎ塩酸に溶解し、溶液中に含まれるインジウムの量をICP発光分析により求めた。その結果、インジウムに換算して約85％のインジウム化合物が回収できた。
図５に示すプロセスフローに従って、廃棄携帯電話のLCDからインジウム化合物の回収を行った。
廃棄携帯電話を解体後、LCDを分離した。分離したLCDを焼成（650〜780℃で１時間）した。焼成した廃棄携帯電話のLCDを、フレットミル（（株）吉田製作所製ローラー式粉砕機（フレットミル））を用いて粉砕し、篩にかけて75μm以下の粒度とした。これより359.7ｇを採取し実験試料とした。
次いで、粉砕した廃棄携帯電話のLCD（試料）に135mLの６Ｎ塩酸を加えて処理（室温（20〜25℃）で約10分間）し、約100℃で60分間大気中で乾燥させた。試料をマントルヒーターにセットされた石英製フラスコに投入した。フラスコ内に窒素ガスを約２リットル／分の流量で流しながら400℃で90分間加熱した。試料からの揮発物を、１％水酸化ナトリウム溶液の入った容器に送り、インジウムの揮発物（インジウム塩化物）を水酸化ナトリウム溶液中でインジウム水酸化物に変化させ、沈殿させた。加熱装置の概略図を図６に示す。フラスコの内壁面及びフラスコと２つの容器を接続している配管に付着しているインジウムの揮発物並びに得られた沈殿物を６Ｎ塩酸に溶解し、溶液中に含まれるインジウムの量をICP発光分析により求めた。その結果、インジウムに換算して約85％のインジウム化合物が回収できた。
Claims (11)
- ガラス及びインジウム酸化物を含む廃棄物からインジウム化合物を得る方法であって、
廃棄物を粉砕し、
粉砕した廃棄物のインジウム酸化物をインジウム塩化物に変換し、
インジウム塩化物を揮発させることを含む、前記方法。 - 廃棄物を粉砕する前に、廃棄物を焼成する、請求項１記載の方法。
- 廃棄物が液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ及び有機ELディスプレイからなる群より選ばれる、請求項１又は２記載の方法。
- 廃棄物の焼成において、廃棄物を500〜800℃で10分間〜10時間処理する、請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
- 廃棄物の粉砕において、廃棄物を250μm以下の粒子サイズに粉砕する、請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
- 粉砕した廃棄物のインジウム酸化物のインジウム塩化物への変換において、廃棄物を塩素イオン含有溶液で処理する、請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
- 塩素イオン含有溶液が塩酸である、請求項６記載の方法。
- 粉砕した廃棄物を塩素イオン含有溶液で処理した後、廃棄物を乾燥させて塩素イオン含有溶液を除去することを含む、請求項６又は７記載の方法。
- 廃棄物の乾燥を80〜120℃で30分間〜３時間行う、請求項１〜８のいずれか１項記載の方法。
- インジウム塩化物の揮発において、廃棄物を窒素雰囲気下で、300〜700℃で30〜120分間加熱処理する、請求項１〜９のいずれか１項記載の方法。
- ガラス及びインジウム酸化物を含む廃棄物からインジウム化合物を得るための装置であって、
前記廃棄物を焼成する手段と、
焼成した廃棄物を粉砕する手段と、
粉砕した廃棄物と塩素イオン含有溶液とを投入して粉砕した廃棄物のインジウム酸化物をインジウム塩化物に変換するための容器と、
前記廃棄物を加熱して前記廃棄物からインジウム塩化物を揮発させるための加熱手段と、
揮発したインジウム塩化物を回収する手段とを含む、前記装置。
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2007
- 2007-06-12 JP JP2007154639A patent/JP2008308342A/ja active Pending
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