JP2012040471A - ガラス封止パッケージ及び使用済み部材の利用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
使用済み部材に含まれるレアメタルを、再利用可能に保管する。
【解決手段】
溶融状態の第１のガラス素材を第１の容器中に保持し、レアメタルを含有する使用済み部材を第１の容器中の溶融状態の第１のガラス素材表面部に配置し、冷却材で溶融状態の第１のガラス素材を急冷・固化して、使用済み部材と結合した半パッケージとし、溶融状態の第２のガラス素材を第２の容器中に保持し、半パッケージを使用済み部材を下方にして、第２の容器中の溶融状態の第２のガラス素材表面部に配置し、半パッケージの第１のガラス素材と溶融状態の第２のガラス素材とを接しさせ、冷却材で溶融状態の第２のガラス素材を急冷・固化して、前記使用済み部材を気密に内包するパッケージとする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、レアメタルを含有するガラス封止パッケージ及び使用済み部材の利用方法に関する。

非鉄金属のうち，埋蔵量が少なかったり採取が難しいなどの理由で，生産量や流通量が非常に少ない金属をレアメタルと呼んでいる。図１Ａは、３１種類のレアメタルをリストした表である。この内、希土類元素は図１Ｂの表に示す１７元素である。

レアメタルは,特に情報機器などの電子製品、電気製品（まとめて、電気・電子製品と呼ぶ）に欠かせない金属になっている。例えば、液晶表示パネルの透明電極（インジウム錫酸化物）の材料として、インジウムが用いられる。電気自動車用等の用途で注目されている高機能２次電池にリチウムが用いられる。ネオジウムはハイブリッド自動車の動力モーターやハードディスクの磁性材に, コバルトは携帯電話の充電池の材料に使われている。鉄が「産業のコメ」といわれるのに対して，レアメタルは「産業のビタミン」とも呼ばれる。

レアメタルはそもそも供給量が限られるため、需要が増加すると国際市場価格が上がる。また、新興国の台頭で, 自動車や携帯電話などの生産量が急速に増えて需要がひっ迫し、入手難、価格高騰の可能性がある。 中国やロシア, アフリカといった資源産出国が, レアメタルの生産や輸出を制限したり, 自国内での需要を優先する政策を取り始めている。

こうした国際情勢の中、産業競争力を維持する狙いから, レアメタルの安定供給確保が重要である。電気・電子製品などレアメタルを含む使用済み部材からレアメタルをリサイクルすることも、レアメタルの安定供給に寄与する。使用済み部材のリサイクルは, レアメタルの価格を安定させるほか，鉱山開発による環境破壊を抑える効果もある。

特開２００９−２４２８７７号は、液晶パネルのガラスに亀裂を発生させ、酸溶液に浸漬し、金属を浸出する方法を提案している。

使用済み部材からレアメタルを回収しても、リサイクルコストがレアメタルの市場価格を上回れば、レアメタルのリサイクルは産業的に成り立ちにくい。レアメタルの含有状況が明らかでないため、回収されず、廃棄される部材も多い。しかし、レアメタルを含有する使用済み電気・電子製品ないし部材は資源であり、リサイクルコストが市場価格を下回れば、これらの使用済み電気・電子製品ないし部材に産業利用性が生じる。

現在、「都市鉱山」といった構想が提案されており、レアメタルが含有されている部材を保管しておき、必要になった時点でそれを活用することが考えられている。日本国内の製品・部品に含有されているレアメタルの割合が極めて大きく、これが実現されれば、レアメタルの安定供給の解決策の一つになる。

レアメタルが含有されている部材をどこに保管するか、どのように保管するか、使用する時にはどのようにレアメタルを取り出すのかについて、研究はあまり進んでいない。現段階で特許、実用新案に対して調査を行ったが、該当するものは見出せなかった。

特開２００９−２４２８７７号公報

レアメタルが含有されている使用済み部材を保管し、環境に与える影響を防止しつつ、必要な場合には、使用済み部材に含有されているレアメタルを回収する方法を提供する。

１つの観点によれば、
溶融状態の第１のガラス素材を第１の容器中に保持し、
レアメタルを含有する使用済み部材を前記第１の容器中の溶融状態の第１のガラス素材表面部に配置し、
冷却材で前記溶融状態の第１のガラス素材を急冷・固化して、前記使用済み部材と結合した半パッケージとし、
溶融状態の第２のガラス素材を第２の容器中に保持し、
前記半パッケージを前記使用済み部材を下方にして、前記第２の容器中の溶融状態の第２のガラス素材表面部に配置し、前記半パッケージの第１のガラス素材と前記溶融状態の第２のガラス素材とを接しさせ、
冷却材で前記溶融状態の第２のガラス素材を急冷・固化して、前記使用済み部材を気密に内包するパッケージとする、
使用済み部材の利用方法
が提供される。

使用済み部材を、安全、気密に封止したパッケージ状態で保管できる。

図１Ａ，１Ｂは、レアメタルの３１元素の表１、及び希土類の１７元素の表２である。 実施例によるレアメタルが含有されている使用済み部材の利用方法（保管、再生方法）のフローチャートである。 図３Ａ〜３Ｉは、実施例において、レアメタルが含有されている使用済み部材をパッケージ化する方法を示す断面図である。

以下、図２を参照し、実施例によるレアメタルを含有する部材の利用方法を説明する。まず、工程Ｓ１において、レアメタルを含有する、使用済みの製品、部品などの部材、例えば半導体集積回路装置を搭載したプリント基板、を収集する。

工程Ｓ２において、レアメタルを含有する部材のガラスパッケージ化を行う。ガラスパッケージは、例えば、野ざらしや地中、水中に埋めた状態で保管しても環境に悪影響を与えないための形態である。環境に悪影響を与えないため、気体、液体に対して遮蔽効果を有するパッケージが好ましい。ガラスパッケージはレアメタルを含有する部材を気密に封じ、水などに接しても溶け出さない。

図３Ａ〜３Ｉは、レアメタルを含有する部材をガラスパッケージ化する主要工程を示す概略断面図である。

図３Ａは、ガラス溶液を収容するための凹型炭素成型器を示す。炭素成型器１は、炭素で形成される。矩形断面の凹部を有するように図示したが、固化したガラスを離型させ易いように、上広がりの断面で、ガラスパッケージの破損を抑制するために角部は丸め込まれた形状とすることが好ましい。カーボンヒータ等の加熱手段と共に、窒素などの不活性雰囲気、又は真空雰囲気を形成できるパッケージ化室内に収容する。例えば窒素雰囲気中で、炭素成型器１を予め３００℃〜８００℃に加熱しておく。

図３Ｂに示すように、ガラス素材２を１２００℃〜１５００℃に加熱して溶融させ、炭素成型器１に流し込む。ガラス素材としては、ＳｉＯ_２−ＣａＯ−Ｎａ_２ＯもしくはＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯを主成分とし、紫外線対策や、ガラスパッケージの安定性を向上させるために、Ｋ_２Ｏ，ＭｇＯ，ＴｉＯ_２，Ｆｅ_２Ｏ_３を１．０mol％以上添加する。ここで、ＳｉＯ_２−ＣａＯ−Ｎａ_２ＯもしくはＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯ組成のガラスカレットを１０wt％以上混入することで、低温・省エネルギでガラスを溶融することが可能になる。

図３Ｃに示すように、レアメタルを含有する使用済み部材３、例えば半導体集積回路装置等を搭載したプリント基板等、を、溶融ガラス２の表面部に配置する。使用済み部材３は、溶融ガラス２中に一部沈み込む。

図３Ｄに示すように、使用済み部材３を配置した後、例えば５秒以内に、１０℃〜２５℃の冷水４を部材３及び溶融ガラス２上に噴射し、溶融ガラスを急冷し、ガラス状態で固化させる。使用済み部材の一方の面がガラス素材で風刺された半パッケージが得られる。なお、徐冷すると、溶融ガラスが結晶化し、気密封止能力を劣化させる可能性があるため、急冷することが好ましい。

図３Ｅに示すように、使用済み部材３の一方の面をガラス素材２で封止した半パッケージ５を炭素成型器１から取り出す。使用済み部材３の片面のガラスパッケージ化が終了する。その後、使用済み部材３の残る他面のパッケージ化を行なう。

図３Ｆに示すように、図３Ａ，３Ｂ同様の工程により、予め３００℃〜８００℃に過熱した凹型炭素成型器１１に、１２００℃〜１５００℃で溶融させた溶融ガラス素材を流し込み、溶融ガラス１２を形成する。なお、凹型炭素成型器１１は、炭素成型器１同様の構成である。炭素成型器１より若干大きな凹部を有する方が後の工程を滑らかに進行させやすい。

図３Ｇに示すように、図３Ｅで得た半パッケージ５を裏返し、部材３の露出部が溶融ガラス１２内に入るように配置し、ガラス２が溶融ガラス１２に接するようにする。

図３Ｈに示すように、半パッケージ５を溶融ガラス１２表面部に配置した後、例えば５秒以内に、１０℃〜２５℃の冷水１４をガラス２及び溶融ガラス１２上に噴射し、溶融ガラスを急冷し、ガラス状態で固化させる。

図３Ｉに示すように、炭素成型器１１からガラスパッケージ１５を取り出す。使用済み部材３を一方の面から固化したガラス素材２が覆い、使用済み部材３の他方の面から固化したガラス素材１２が覆い、使用済み部材３が気密に封じられたパッケージ１５が得られる。なお、必要に応じて、歪みを取り除くためのアニールを行なう。

図２のフローチャートに戻る。工程Ｓ２のガラスパッケージ化が上記のように行われる。

工程Ｓ３において、ガラスパッケージ化した使用済み部材を埋立地などで保管する。長期に保管する可能性があるので、保管費用はなるべく低くする必要がある。保管場所に野ざらし状態で保管してもよい。環境に与える影響、環境から受ける影響を低減するためには、地中、ないし水中に埋めて保管する方が好ましい。このような形態でリサイクル時まで保管する。都市鉱山が実現される。ガラスパッケージは、保管時の安全性や復元性に優れている。コスト的にも維持が容易になる。

工程Ｓ４において、リサイクルする時には、地中に埋めた場合は掘り出して、野ざらし、又は水中保管の場合は取り出して、水などで洗浄し、弗酸に浸漬してガラスパッケージを溶解する。パッケージから取り出された部材を王水などに浸漬し、レアメタルを溶解する。

工程Ｓ５において、目的とする金属を含む材料を沈殿化させ、取り出す。必要な処理を行い、目的とするレアメタルを復元し、活用する。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、溶融状態のガラスを収納する容器は炭素製に限らない。使用温度に耐えるステンレス等の金属、セラミックスなどを用いることもできよう。カーボンヒータもメタルヒータ、ランプヒータ等に置換すれば、雰囲気を不活性ガスにしなくてもよいであろう。溶融したガラス素材を冷却する冷却材は、水に限らない。熱容量の大きなグリセリン等を用いることも可能である。

以下、本発明の特徴を付記する。
（付記１）
レアメタルを含有する使用済み部材を、一方から第１のガラス素材が覆い、他方から第２のガラス素材が覆い、気密に封止したガラス封止パッケージ。
（付記２）
前記第１及び第２のガラス素材が、ＳｉＯ_２−ＣａＯ−Ｎａ_２ＯもしくはＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯを主成分とし、Ｋ_２Ｏ，ＭｇＯ，ＴｉＯ_２，Ｆｅ_２Ｏ_３の少なくとも１種を１．０mol％以上添加した材料である付記１記載のガラス封止パッケージ。
（付記３）
溶融状態の第１のガラス素材を第１の容器中に保持し、
レアメタルを含有する使用済み部材を前記第１の容器中の溶融状態の第１のガラス素材表面部に配置し、
冷却材で前記溶融状態の第１のガラス素材を急冷・固化して、前記使用済み部材と結合した半パッケージとし、
溶融状態の第２のガラス素材を第２の容器中に保持し、
前記半パッケージを前記使用済み部材を下方にして、前記第２の容器中の溶融状態の第２のガラス素材表面部に配置し、前記半パッケージの第１のガラス素材と前記溶融状態の第２のガラス素材とを接しさせ、
冷却材で前記溶融状態の第２のガラス素材を急冷・固化して、前記使用済み部材を気密に内包するパッケージとする、
使用済み部材の利用方法。
（付記４）
前記パッケージを取り出し、弗酸で前記第１及び第２のガラス素材を溶解させ、
前記使用済み部材のレアメタルを王水に溶解させ、
レアメタルを取り出す。
付記３記載の使用済み部材の利用方法。
（付記５）
前記第１及び第２のガラス素材が、ＳｉＯ_２−ＣａＯ−Ｎａ_２ＯもしくはＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯを主成分とし、Ｋ_２Ｏ，ＭｇＯ，ＴｉＯ_２，Ｆｅ_２Ｏ_３の少なくとも１種を１．０mol％以上添加した材料である付記３又は４記載の使用済み部材の利用方法。
（付記６）
前記溶融状態の第１又は第２のガラス素材を第１又は第２の容器中に保持する際、炭素成型器を３００℃〜８００℃に加熱し、１２００℃〜１５００℃に加熱したガラス素材を前記炭素成型器に流し込む、付記３〜５のいずれか１項記載の使用済み部材の利用方法。
（付記７）
前記溶融状態の第１又は第２のガラス素材は、カレットを１０ｗｔ％以上混入して作成する付記６記載の使用済み部材の利用方法。
（付記８）
前記冷却材は、室温以下の水である付記３〜７のいずれか１項記載の使用済み部材の利用方法。

１，１１ 炭素成型器、
２，１２ （第１、第２の）ガラス素材、
３ 使用済み部材、
４，１４ 冷却材（水）、
５ 半パッケージ、
１５ パッケージ。

Claims (6)

1. レアメタルを含有する使用済み部材を、一方から第１のガラス素材が覆い、他方から第２のガラス素材が覆い、気密に封止したガラス封止パッケージ。
2. 溶融状態の第１のガラス素材を第１の容器中に保持し、
   レアメタルを含有する使用済み部材を前記第１の容器中の溶融状態の第１のガラス素材表面部に配置し、
   冷却材で前記溶融状態の第１のガラス素材を急冷・固化して、前記使用済み部材と結合した半パッケージとし、
   溶融状態の第２のガラス素材を第２の容器中に保持し、
   前記半パッケージを前記使用済み部材を下方にして、前記第２の容器中の溶融状態の第２のガラス素材表面部に配置し、前記半パッケージの第１のガラス素材と前記溶融状態の第２のガラス素材とを接しさせ、
   冷却材で前記溶融状態の第２のガラス素材を急冷・固化して、前記使用済み部材を気密に内包するパッケージとする、
   使用済み部材の利用方法。
3. 前記パッケージを取り出し、弗酸で前記第１及び第２のガラス素材を溶解させ、
   前記使用済み部材のレアメタルを王水に溶解させ、
   レアメタルを取り出す。
   請求項２記載の使用済み部材の利用方法。
4. 前記第１及び第２のガラス素材が、ＳｉＯ_２−ＣａＯ−Ｎａ_２ＯもしくはＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯを主成分とし、Ｋ_２Ｏ，ＭｇＯ，ＴｉＯ_２，Ｆｅ_２Ｏ_３の少なくとも１種を１．０mol％以上添加した材料である請求項２又は３記載の使用済み部材の利用方法。
5. 前記溶融状態の第１又は第２のガラス素材を第１又は第２の容器中に保持する際、炭素成型器を３００℃〜８００℃に加熱し、１２００℃〜１５００℃に加熱したガラス素材を前記炭素成型器に流し込む、請求項２〜４のいずれか１項記載の使用済み部材の利用方法。
6. 前記溶融状態の第１又は第２のガラス素材は、カレットを１０ｗｔ％以上混入して作成する請求項５記載の使用済み部材の利用方法。

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