JP2013193173A - Method for regenerating cerium oxide abrasive - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for regenerating cerium oxide abrasives, capable of efficiently separating, recovering and regenerating hydrated Si adhered to the surfaces of the cerium oxide abrasives from the cerium oxide abrasives which are materials essential as high-quality and highly efficient abrasives in free abrasive polishing for glass and quartz.SOLUTION: A method for regenerating cerium oxide abrasives includes: a first step of bringing abrasives into physical contact or collision with each other by performing any one of high-speed stirring, bubbling, ultrasonic vibration and high-pressure jetting for slurry which includes soiled abrasives with hydrated Si adhered to the surfaces of used cerium oxide abrasives, and is stored in a separation/precipitation storage tank; and a second process for sorting the hydrated Si floating after the separation in the first step and regenerated abrasives.

Description

本発明は、ガラス材並びに石英向け遊離砥粒研磨加工において、高品位かつ高能率な砥粒として必要不可欠な素材である酸化セリウム砥粒から、その表面に付着したSi水和物を効率よく脱離させて回収、再生することができる酸化セリウム砥粒再生方法に関する。   The present invention efficiently removes Si hydrate adhering to the surface from cerium oxide abrasive grains, which are indispensable materials for high-quality and high-efficiency abrasive grains in polishing of free abrasive grains for glass materials and quartz. The present invention relates to a method for regenerating cerium oxide abrasive that can be separated and recovered and regenerated.

各種の分野、例えば多種の材料や各種分析に使用する検査用器具の製造及び調整にて、砥粒を分散したスラリーに電界を与えながら加工する方法や装置が提案されている。
特にガラス材向け遊離砥粒研磨加工を行った場合には、使用後の研磨スラリー中には、研磨に寄与していない未使用状の砥粒と、ガラス加工屑と、ガラス加工屑が砥粒に付着した使用済み砥粒が混在している。
特許文献1には、研磨屑と砥粒を含有する使用済みの研磨スラリーに遠心力を作用させつつ、回転させる径方向の外側により強く働く電界による吸引力を用いて研磨屑を分離する方法が提案されている。
In various fields, for example, manufacture and adjustment of inspection materials used for various materials and various analyzes, methods and apparatuses for processing while applying an electric field to slurry in which abrasive grains are dispersed have been proposed.
In particular, when free abrasive polishing for glass material is performed, unused abrasive grains that do not contribute to polishing, glass processing waste, and glass processing waste are abrasive grains in the polishing slurry after use. Used abrasive grains adhering to.
Patent Document 1 discloses a method of separating polishing scraps using a suction force generated by an electric field that acts more strongly on the outer side in the radial direction while rotating centrifugal force on a used polishing slurry containing polishing scraps and abrasive grains. Proposed.

ガラス材に対する砥粒として、特に優れている酸化セリウム系研磨材(砥粒)は、研磨加工において、高品位かつ高能率な砥粒として必要不可欠な素材として知られている。
これまで酸化セリウム砥粒は安価であったため、一般的に研磨能力の低下と共に産業廃棄物として処理されてきた。
しかし、この砥粒はレアアースの一種であり、現在、世界的な情勢を受けて価格高騰並びに入手困難なため、研磨メーカーは困窮している。
そこで、使用済み酸化セリウム砥粒を高速に再生する技術並びに廉価な装置を開発することが前述の社会的背景を受けて嘱望されている。一手段として、酸化セリウム砥粒の表面に付着したガラス加工屑(Si水和物)を、洗浄剤等を用いて剥離する方法などが試みられている。
A cerium oxide-based abrasive (abrasive grain) that is particularly excellent as an abrasive grain for a glass material is known as an indispensable material as a high-grade and highly efficient abrasive grain in polishing.
So far, cerium oxide abrasive grains have been inexpensive, and thus have generally been treated as industrial waste with a reduction in polishing ability.
However, this abrasive grain is a kind of rare earth, and at present, the price is soaring and difficult to obtain due to the global situation.
In view of the above-mentioned social background, it is desired to develop a technique for regenerating used cerium oxide abrasive grains at high speed and an inexpensive apparatus. As one means, attempts have been made to peel glass processing waste (Si hydrate) adhering to the surface of cerium oxide abrasive grains using a cleaning agent or the like.

特開2012−16796号公報JP 2012-16796 A

しかしながら、最新の研究(化学的洗浄などによる再生)においても、再生処理に2日以上の時間を要するという課題を有していた。一方、遠心分離を用いた再生装置も市販されているが、高価格であり、中小企業への導入は難しい。また、いずれの研究も再生砥粒の研磨速度は、未使用のものと比較すると大幅に低下する傾向にあった。
しかも、洗浄剤等を用いた再生の場合には、研磨液中に洗浄剤等が溶け込んでしまうため、更に洗浄剤自体を除去するための処理が必要となるものであった。
However, even in the latest research (regeneration by chemical cleaning or the like), there is a problem that the regeneration process requires more than two days. On the other hand, regenerators using centrifugal separation are also commercially available, but they are expensive and difficult to introduce into small and medium businesses. In all studies, the polishing rate of regenerated abrasive grains tended to be significantly lower than that of unused ones.
In addition, in the case of regeneration using a cleaning agent or the like, the cleaning agent or the like is dissolved in the polishing liquid, and thus a treatment for removing the cleaning agent itself is required.

そこで、本発明は、前処理の工程としてフィルターレスの電界フィルタリング技術を開発し、スラリー中に含まれる未使用状態の砥粒と使用済み砥粒(ガラスの加工屑であるSi水和物が砥粒周囲に付着)とを理想的には分離分別する操作を導入する。
そして、本発明の第1の工程として、前記の前処理にて得られた使用済みスラリー中の砥粒(ガラスの加工屑であるSi水和物が砥粒周囲に付着)を、物理的接触衝突により、Si水和物を脱離させる処理操作で再生砥粒を回収することを目的とする。
続く第2の工程として、前記第1の工程にて脱離後に浮遊するSi水和物と再生砥粒とを分別させる操作を行う。即ち再生砥粒を沈降させ、浮遊するSi水和物と比重差を利用し、Si水和物の再付着を抑制し排出させる。このために沈降技術が重要である。ここで、排出するSi水和物を含む溶液の廃液処理技術も開発することを目的とする。
Therefore, the present invention has developed a filterless electric field filtering technique as a pretreatment step, and the unused abrasive grains and used abrasive grains contained in the slurry (Si hydrate, which is glass processing waste, is ground). Ideally, an operation to separate and separate the particles around the grain) is introduced.
And as a 1st process of this invention, the abrasive grain (Si hydrate which is glass processing waste adheres to the circumference | surroundings of an abrasive grain) in the used slurry obtained by the said pre-processing is made a physical contact. The object is to recover the regenerated abrasive grains by a treatment operation to desorb Si hydrate by collision.
As the subsequent second step, an operation of separating the Si hydrate floating after desorption in the first step and the recycled abrasive grains is performed. That is, the regenerated abrasive grains are allowed to settle, and the re-adhesion of Si hydrate is suppressed and discharged using the difference in specific gravity with floating Si hydrate. For this reason, sedimentation techniques are important. Here, it aims at developing the waste-liquid processing technique of the solution containing Si hydrate to discharge | emit.

本発明は上記実状に鑑み、提案されたものであり、使用済み酸化セリウム砥粒の表面にSi水和物が付着している汚損砥粒を含むスラリーを、撹拌機を用いて90〜1400rpmの範囲で高速撹拌することにより、砥粒同士が擦り合わされるように接触又は衝突させる第1の工程と、該第1の工程にて脱離後に浮遊するSi水和物と再生砥粒とを分別させる第2の工程と、からなることを特徴とする酸化セリウム砥粒再生方法(以下、第1の発明という)に関するものである。   The present invention has been proposed in view of the above situation, and a slurry containing fouling abrasive grains in which Si hydrate is adhered to the surface of the used cerium oxide abrasive grains is stirred at 90 to 1400 rpm using a stirrer. The first step of contacting or colliding the abrasive grains so that the abrasive grains are rubbed together by high-speed stirring in a range, and the Si hydrate floating after desorption in the first step and the recycled abrasive grains are separated A cerium oxide abrasive grain regenerating method (hereinafter referred to as the first invention).

また、本発明は、使用済み酸化セリウム砥粒の表面にSi水和物が付着している汚損砥粒を含む脱離・沈降貯槽内部に配備されたエア配管より、エアを噴射し、バブルを発生させるバブリングにより、砥粒同士を擦り合わせ接触又は衝突させる第1の工程と、該第1の工程にて脱離後に浮遊するSi水和物と再生砥粒とを分別させる第2の工程と、からなることを特徴とする酸化セリウム砥粒再生方法(以下、第2の発明という)をも提案するものである。   In addition, the present invention injects air from an air pipe provided inside a desorption / sedimentation storage tank containing fouling abrasive grains with Si hydrate adhering to the surface of the used cerium oxide abrasive grains, A first step in which abrasive grains are rubbed into contact or collide with each other by bubbling generated, and a second step in which Si hydrate floating after desorption in the first step and regenerated abrasive grains are separated. The present invention also proposes a method for regenerating cerium oxide abrasive grains (hereinafter referred to as the second invention).

さらに、本発明は、使用済み酸化セリウム砥粒の表面にSi水和物が付着している汚損砥粒を含むスラリーを、脱離・沈降貯槽内部に設けた衝突壁に向けて高圧ポンプにより噴射することにより、砥粒同士が擦り合わされるように接触又は衝突させる第1の工程と、該第1の工程にて脱離後に浮遊するSi水和物と再生砥粒とを分別させる第2の工程と、からなることを特徴とする酸化セリウム砥粒再生方法(以下、第3の発明という)をも提案するものである。   Furthermore, the present invention injects slurry containing fouling abrasive grains with Si hydrate adhering to the surface of the used cerium oxide abrasive grains by a high-pressure pump toward the collision wall provided inside the desorption / sedimentation storage tank. By doing so, the first step of contacting or colliding the abrasive grains so as to be rubbed together, and the second step of separating the Si hydrate and regenerated abrasive grains floating after desorption in the first step And a process for regenerating cerium oxide abrasive grains (hereinafter referred to as third invention).

また、本発明は、使用済み酸化セリウム砥粒の表面にSi水和物が付着している汚損砥粒を含む脱離・沈降貯槽内部に、超音波振動子を配備し、超音波によるキャビテーションを用いて砥粒同士が擦り合わされるように接触又は衝突させる第1の工程と、該第1の工程にて脱離後に浮遊するSi水和物と再生砥粒とを分別させる第2の工程と、からなることを特徴とする酸化セリウム砥粒再生方法(以下、第4の発明という)をも提案するものである。   In addition, the present invention provides an ultrasonic vibrator inside the desorption / sedimentation storage tank containing the fouling abrasive grains with Si hydrate adhering to the surface of the used cerium oxide abrasive grains, and ultrasonic cavitation is performed. A first step of contacting or colliding the abrasive grains so as to be rubbed together, and a second step of separating the Si hydrate floating from the reclaimed abrasive grains after desorption in the first step. The present invention also proposes a cerium oxide abrasive grain regeneration method (hereinafter referred to as a fourth invention) characterized by comprising:

さらに、本発明は、前処理として、研磨屑と酸化セリウム砥粒を含有する使用済みの研磨スラリーを分離筒に収容した状態で、軸を中心に回転させて径方向に遠心力を作用させつつ、軸方向の上下に電極を臨ませると共に径方向の内側より外側での配設間隔を狭めた状態で電界を作用させる処理を施すことにより、径方向の内側に設けた排出口から研磨屑や使用済み酸化セリウム砥粒と研磨屑の結合物を分離し、径方向の外側に設けた回収口から酸化セリウム砥粒を回収した後、前記第1、第2、第3、第4の何れかの発明の再生方法を実施することを特徴とする酸化セリウム砥粒再生方法をも提案するものである。   Further, in the present invention, as a pretreatment, while a used polishing slurry containing polishing scraps and cerium oxide abrasive grains is housed in a separation cylinder, a centrifugal force is applied in the radial direction by rotating around a shaft. In addition, by applying an electric field in a state where the electrodes are faced up and down in the axial direction and the arrangement interval outside the inside in the radial direction is narrowed, polishing dust and After separating the combined cerium oxide abrasive grains and polishing scraps and recovering the cerium oxide abrasive grains from the recovery port provided outside in the radial direction, any one of the first, second, third, and fourth The present invention also proposes a cerium oxide abrasive grain regeneration method characterized by implementing the regeneration method of the present invention.

さらに、本発明は、前記再生方法を実施した後、後処理として、後処理として、凝集剤を投入して砥粒を凝集沈降させ、Si水和物を含む上澄み液と分離するか、遠心分離により砥粒とSi水和物とを分離して、再生砥粒を回収し、Si水和物を含む上澄み液を廃棄することを特徴とする酸化セリウム砥粒再生方法をも提案するものである。   Furthermore, the present invention is the post-treatment, after the regeneration method, as a post-treatment, as a post-treatment, the flocculant is added, the abrasive grains are coagulated and settled, and separated from the supernatant liquid containing Si hydrate, or centrifuged The present invention also proposes a method for regenerating cerium oxide abrasives, characterized in that the abrasive grains and the Si hydrate are separated by collecting the recovered abrasive grains and discarding the supernatant liquid containing the Si hydrate. .

本発明の酸化セリウム砥粒再生方法では、高速撹拌処理、高圧エアを用いたバブリング、高圧噴射による衝突、超音波振動子によるキャビテーションの4つの接触・衝突手法により、酸化セリウム砥粒の表面に付着したSi水和物を容易に且つ短時間で十分に脱離することができ、しかも何れの手法でも装置構成を簡易とすることができるため、実用的価値も極めて高いものである。
そして、特にバブリング処理、高圧噴射処理、超音波処理の各方法により、得られた回収砥粒は、研磨レートが未使用砥粒を用いた時の97%まで回復し、高い再生効果を実証することができることが確認された。
なお、最も衝突物理エネルギーが低いと予想される高速撹拌を用いた場合には、繰り返して洗浄を必要とし、凝集状態の大径砥粒が多く含まれ、十分な脱離結果が得られず、しかも再生砥粒の研磨レートも低かったので、単独の処理としての再生効果は比較すると低いが、この撹拌処理には汎用の撹拌機器を適用できるという利点があり、他の処理と組み合わせる等することにより、他の処理時間を短縮化できる。
In the cerium oxide abrasive grain regeneration method of the present invention, it adheres to the surface of the cerium oxide abrasive grain by four contact / collision methods: high-speed stirring treatment, bubbling using high-pressure air, collision by high-pressure jetting, and cavitation using an ultrasonic vibrator Since the Si hydrate can be easily and sufficiently removed in a short time, and the apparatus configuration can be simplified by any of the methods, the practical value is extremely high.
And especially by each method of bubbling treatment, high-pressure jetting treatment, and ultrasonic treatment, the recovered abrasive grains obtained recovered to 97% when the unused abrasive grains were used, demonstrating a high regeneration effect. It was confirmed that it was possible.
In addition, when using high-speed agitation that is expected to have the lowest collision physical energy, repeated cleaning is necessary, a large number of aggregated large-diameter abrasive grains are contained, and sufficient desorption results cannot be obtained. Moreover, since the polishing rate of the regenerated abrasive grains was low, the regenerative effect as a single process was low compared, but this agitating process has the advantage that a general-purpose agitating device can be applied and combined with other processes Thus, other processing time can be shortened.

また、前処理として、電界フィルタリング技術にて、研磨屑や使用済み酸化セリウム砥粒と研磨屑の結合物を分離し、酸化セリウム砥粒を回収した後、高圧エアを用いたバブリング、高圧噴射による衝突、超音波振動子によるキャビテーションの3つの接触・衝突手法を行うことにより、使用済み酸化セリウム砥粒の表面に付着したSi水和物を脱離して有効に再利用することができるので、前処理自体の有効性も相乗効果で極めて大きいものとなる。   Also, as a pretreatment, by electric field filtering technology, polishing dust and used cerium oxide abrasive grains and abrasive waste combined are separated, and after collecting the cerium oxide abrasive grains, bubbling using high-pressure air, high-pressure injection By performing the three contact / collision methods of collision and cavitation using an ultrasonic vibrator, Si hydrate adhering to the surface of the used cerium oxide abrasive grains can be desorbed and effectively reused. The effectiveness of the treatment itself is also very large due to the synergistic effect.

また、後処理として、凝集剤を投入するか、遠心分離を行うことにより、再生砥粒を回収し、Si水和物を含む上澄み液を廃棄することができる。   In addition, as post-treatment, by adding a flocculant or performing centrifugation, the regenerated abrasive grains can be recovered and the supernatant liquid containing Si hydrate can be discarded.

前処理として用いる電界フィルタリング技術を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the electric field filtering technique used as pre-processing. 電界フィルタリング部の全体図(写真の複写)である。It is a general view (photocopy) of an electric field filtering part. 電界フィルタリング部の分離槽の断面図である。It is sectional drawing of the separation tank of an electric field filtering part. 試作した3種類の電極外観写真の複写、並びに断面図である。It is a copy of three types of electrode appearance photographs made as a prototype, and a cross-sectional view. 小型高圧低周波電源回路図である。It is a small high voltage low frequency power supply circuit diagram. 小型電界制御部(a)周波数発生部、(b)高電圧発生部、(c)装置概観である。Small electric field controller (a) Frequency generator, (b) High voltage generator, (c) Device overview. 小型高圧電源波形(a)4kV,18Hz、(b)4kV,200Hzである。Small high-voltage power supply waveforms (a) 4 kV, 18 Hz, (b) 4 kV, 200 Hz. 粒度分布計による各砥粒測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows each abrasive grain measurement result by a particle size distribution meter. 砥粒Bを用いたSEM画像における粒径比較である。It is a particle size comparison in the SEM image using the abrasive grain B. 無電界時における,1kV印加電界時における,各回転数によるスラリー排出量の結果である。It is the result of the slurry discharge | emission amount by each rotation speed at the time of 1 kV application electric field at the time of no electric field. SEM写真による分析評価である。It is analysis evaluation by SEM photograph. 研磨レート推移を示すグラフである。It is a graph which shows polishing rate transition. 各条件におけるSEM画像である。It is a SEM image in each condition. E=1kV印加時の内側、外側から得られた砥粒の拡大画像である。It is an enlarged image of the abrasive grain obtained from the inner side and the outer side when E = 1 kV is applied. Si水和物脱離処理イメージ図である。It is a Si hydrate desorption processing image figure. 簡易撹拌実験装置である。This is a simple stirring experimental device. 研磨評価実験装置である。This is a polishing evaluation experimental apparatus. 2種類の砥粒再生手順である。Two types of abrasive grain regeneration procedures. 濁度による撹拌速度比較である。It is the stirring speed comparison by turbidity. 研磨評価実験による撹拌時間比較である。It is the stirring time comparison by grinding | polishing evaluation experiment. 洗浄回数による研磨レート比較である。It is a polishing rate comparison according to the number of cleanings. Si水和物脱離部全体図(写真の複写)である。It is a Si hydrate detached part whole view (photocopy). Si水和物脱離部の処理フロー図である。It is a processing flow figure of Si hydrate desorption part. 高速撹拌方式、エアバブリング方式、高圧ポンプ方式、超音波方式を実施する各装置を示す写真の複写である。It is a reproduction of a photograph showing each apparatus that implements a high-speed stirring method, an air bubbling method, a high-pressure pump method, and an ultrasonic method. 各接触衝突手法で得られた再生砥粒のSEM画像である。It is a SEM image of the reproduction | regeneration abrasive grain obtained by each contact collision method. 電子顕微鏡写真とEDX像 (左)SEM像、(右)EDX像(Siプロット)を示す複写図である。FIG. 5 is a copy diagram showing an electron micrograph and an EDX image (left) SEM image and (right) EDX image (Si plot). EDX解析結果 再生スラリー内のSi残存量を示す複写図である。EDX analysis result It is a copy figure which shows Si residual amount in reproduction | regeneration slurry. 撹拌プロセス、バブリング、高圧噴射、超音波分散の4種類の再生プロセスによる研磨実験結果(研磨レート)である。It is the grinding | polishing experiment result (polishing rate) by four types of reproduction | regeneration processes, stirring process, bubbling, high pressure injection, and ultrasonic dispersion | distribution. 白色顕微干渉計(ZYGO社製NewView6300)を示す全体図(写真の複写)である。It is a general view (photocopy) showing a white microscopic interferometer (New View 6300 manufactured by ZYGO). 各種再生プロセスによる表面粗さを示す。The surface roughness by various regeneration processes is shown. 脱離したSi水和物の分離工程についての概要図である。It is a schematic diagram about the separation process of the detached Si hydrate. 凝集剤添加後のpH値と静置1分の砥粒の比較実験例である。It is a comparative experimental example of the pH value after adding the flocculant and the abrasive particles for 1 minute to stand. 凝集剤添加量を決定する実験手順である。This is an experimental procedure for determining the amount of flocculant added. pH値と最適凝集剤添加量の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between pH value and optimal coagulant addition amount. 再分散性実験手順である。This is a redispersibility experimental procedure. 残留物比較写真である。It is a residue comparison photograph. 残留物質量%比較実験結果Results of residual substance% comparison experiment 廃液処理用凝集剤である。It is a flocculant for waste liquid treatment. 実験手順である。Experimental procedure. 廃液処理前後のBOD値を示す実験結果である。It is an experimental result which shows the BOD value before and behind waste liquid treatment. 本発明に関わる前処理や後処理も含めて示した処理フローである。It is the processing flow shown including the pre-processing and post-processing concerning this invention. 本発明に関わる後処理を含めて示した処理フローである。It is the processing flow shown including the post-process regarding this invention.

本発明の酸化セリウム砥粒再生方法は、前処理の工程としてフィルターレスの電界フィルタリング技術を開発し、スラリー中に含まれる未使用状態の砥粒と使用済み砥粒(ガラスの加工屑であるSi水和物が砥粒周囲に付着)とを理想的には分離分別する操作を導入する。この技術は、前述のように特許文献1にて提案された方法であって、研磨屑と砥粒を含有する使用済みの研磨スラリーに遠心力を作用させつつ、回転させる径方向の外側により強く働く電界による吸引力を用いて研磨屑を分離する方法を採用する。
目標としては、使用済みスラリーに残存する未使用砥粒のうち、分離率50%以上/回を、多段化して80%以上の分離を達成する。
The cerium oxide abrasive grain regeneration method of the present invention has developed a filterless electric field filtering technique as a pretreatment step, and unused abrasive grains and used abrasive grains contained in the slurry (Si, which is glass processing waste). Ideally, an operation for separating and separating hydrates from adhering around the abrasive grains) is introduced. This technique is a method proposed in Patent Document 1 as described above, and is stronger to the outer side in the radial direction to be rotated while applying centrifugal force to the used polishing slurry containing polishing scraps and abrasive grains. A method of separating polishing debris by using an attractive force generated by a working electric field is adopted.
As a target, among the unused abrasive grains remaining in the used slurry, a separation rate of 50% or more / time is increased to achieve separation of 80% or more.

なお、この前処理の工程の電界フィルタリング技術においては、後述する実施例に示すように、電界フィルタリング用専用の電界印加装置(市販品は、基本電圧と波形を発生するファンクションジェネレータと高電圧アンプにより構成。これを一体化し、機能を限定化することで小型化を図る)を開発することで、安価な装置を開発することを次なる目的とする。   In the field filtering technique of this pre-processing step, as shown in an example described later, a field applying device dedicated for field filtering (commercially available is a function generator and a high voltage amplifier that generate basic voltage and waveform). It is the next purpose to develop an inexpensive device by developing a structure (which is designed to reduce the size by integrating the functions and limiting the functions).

そして、本発明の第1の工程として、前記の前処理にて得られた使用済みスラリー中の砥粒(ガラスの加工屑であるSi水和物が砥粒周囲に付着)を、物理的接触衝突(物理的な接触衝突エネルギーを与えること)により、Si水和物を脱離させる処理操作で再生砥粒を回収することを目的とする。この接触衝突により、砥粒に付着しているSi水和物は溶媒中に脱離される。
Si水和物が周囲に付着した砥粒に対し、物理的な接触衝突エネルギーを与えるための具体的な手法としては、後述する実施例にて詳述するように、高速撹拌処理、バブリング処理、超音波処理、高圧噴射について行った。
また、この第1の工程のSi水和物脱離技術においては、それぞれの接触衝突技術に用いる脱離エネルギーを最小化することにより、最適な装置スペックを決定することを次なる目的とする。
And as a 1st process of this invention, the abrasive grain (Si hydrate which is glass processing waste adheres to the circumference | surroundings of an abrasive grain) in the used slurry obtained by the said pre-processing is made a physical contact. The object is to recover the regenerated abrasive grains by a treatment operation to desorb Si hydrate by collision (giving physical contact collision energy). By this contact collision, Si hydrate adhering to the abrasive grains is desorbed into the solvent.
As a specific method for giving physical contact collision energy to the abrasive grains around which Si hydrate adheres, as described in detail in the examples described later, high-speed stirring treatment, bubbling treatment, Sonication and high pressure injection were performed.
Further, in the Si hydrate desorption technique of the first step, the next object is to determine an optimum apparatus specification by minimizing the desorption energy used in each contact collision technique.

なお、東北大学大学院工学研究科久保研究室において開発する量子分子動力学法、分子動力学法、第一原理計算を融合したSi水和物の脱離シミュレーション技術を確立し、脱離メカニズムの解明と計算科学に基づく脱離条件の最適化を行った。
その結果、理想的なSi水和物を脱離させるための最適条件として以下のように提言された。
(ア)砥粒を接触衝突させる時に、0砥粒を正面から衝突させずに擦り合わせるように衝突させること。
(イ)Si水和物を脱離させるには、一回だけではなく複数回接触衝突させるように、回転速度及び撹拌時間を上げること。
(ウ)砥粒とSi水和物間のCe−O結合と水分子との化学反応性を挙げるため、温度を上げること。
このように、Si水和物の脱離シミュレーションから、Si水和物を脱離させるための最適条件を理論的立場から導出することに成功した。
Establishing a desorption simulation technology for Si hydrates, which combines the quantum molecular dynamics method, molecular dynamics method, and first-principles calculations developed at Kubo Laboratory, Graduate School of Engineering, Tohoku University, and elucidating the desorption mechanism And desorption conditions based on computational science were optimized.
As a result, the optimum conditions for desorbing ideal Si hydrate were proposed as follows.
(A) When the abrasive grains are brought into contact collision, the 0 abrasive grains are caused to collide with each other without colliding from the front.
(A) In order to desorb Si hydrate, increase the rotation speed and the stirring time so as to make a contact collision not only once but multiple times.
(C) Raising the temperature to increase the chemical reactivity of the Ce-O bond between the abrasive grains and the Si hydrate and water molecules.
Thus, from the theoretical standpoint, we succeeded in deriving the optimum conditions for desorbing Si hydrate from the Si hydrate desorption simulation.

前記シミュレーション結果を踏まえ、高速撹拌処理、バブリング処理、超音波処理、高圧噴射のそれぞれに関し、以下のように実験を構築した。
高速撹拌処理は、撹拌機を用いて90〜1400rpmの範囲で撹拌を行い、接触衝突することにより、Si水和物の脱離を図る。
エアバブリング処理は、脱離・沈降貯槽内部に配備されたエア配管より、エアを0.1〜2.0Mpaの圧力にて噴射することにより、Si水和物の脱離を図る。ここで、槽内のエアノズル配置は、それぞれが10°〜120°の角度で配備した。エアノズル配置につきまして10°〜120°の範囲で可変とした。
高圧噴射は、スラリーを脱離・沈降貯槽内部に設けた衝突壁に向けて高圧ポンプにて10°から90°の角度にて噴射することにより、Si水和物の脱離を図る。
超音波処理は、脱離・沈降貯槽内部に超音波振動子を配備し、25kH以上、0.2kW〜1.5kWの超音波によるキャビテーションを用いてSi水和物の脱離を図る。
これらの高速撹拌処理、高圧エアを用いたバブリング処理、高圧ポンプを用いた高圧噴射、超音波を用いたキャビテーション処理では、何れも効率よくSi水和物を脱離することができたが、中でもバブリング処理、高圧噴射、超音波処理では、特に短時間で、高いSi脱離率を実現できることが確認された。
Based on the simulation results, experiments were constructed as follows for each of high-speed stirring processing, bubbling processing, ultrasonic processing, and high-pressure injection.
In the high-speed stirring treatment, stirring is performed in the range of 90 to 1400 rpm using a stirrer, and contact with and colliding makes it possible to desorb Si hydrate.
In the air bubbling process, Si hydrate is desorbed by injecting air at a pressure of 0.1 to 2.0 Mpa from an air pipe arranged inside the desorption / sedimentation storage tank. Here, the air nozzle arrangement in the tank was arranged at an angle of 10 ° to 120 °. The air nozzle arrangement was variable in the range of 10 ° to 120 °.
In the high-pressure injection, dehydration of Si hydrate is attempted by injecting slurry at an angle of 10 ° to 90 ° with a high-pressure pump toward a collision wall provided inside the desorption / sedimentation storage tank.
In the ultrasonic treatment, an ultrasonic vibrator is provided inside the desorption / sedimentation storage tank, and Si hydrate is desorbed using cavitation by ultrasonic waves of 25 kW or more and 0.2 kW to 1.5 kW.
In these high-speed stirring treatments, bubbling treatments using high-pressure air, high-pressure jets using high-pressure pumps, and cavitation treatments using ultrasonic waves, all were able to efficiently desorb Si hydrates. It was confirmed that a high Si desorption rate can be realized particularly in a short time by bubbling, high-pressure injection, and ultrasonic treatment.

続く第2の工程として、前記第1の工程にて脱離後に浮遊するSi水和物と再生砥粒とを分別させる操作を行う。即ち再生砥粒を沈降させ、浮遊するSi水和物と比重差を利用し、Si水和物の再付着を抑制して分別させる。このために沈降技術が重要である。
その後の後処理技術として、排出するSi水和物を含む溶液の廃液処理技術も開発することを次なる目的とする。
As the subsequent second step, an operation of separating the Si hydrate floating after desorption in the first step and the recycled abrasive grains is performed. That is, the regenerated abrasive grains are settled and separated from the suspended Si hydrate by utilizing the difference in specific gravity to suppress reattachment of Si hydrate. For this reason, sedimentation techniques are important.
As a subsequent post-treatment technique, the next object is to develop a waste liquid treatment technique for a solution containing discharged Si hydrate.

ガラス材を酸化セリウム砥粒を用いた研磨加工を行った使用後の研磨廃液中には、未使用状の砥粒と、ガラス加工屑が砥粒に付着した使用済み砥粒が混在している。再生処理プロセスを効率化するため、遠心力・重力・電界強度の傾きを用いて上記の未使用砥粒と使用済み砥粒とを分離する前処理を行い、目標として、使用済みスラリーに残存する未使用砥粒の内、分離率50%以上/回を目指し、多段化することで80%の分離を目指した。   In the polishing waste liquid after use after polishing the glass material with cerium oxide abrasive grains, unused abrasive grains and used abrasive grains with glass processing waste adhering to the abrasive grains are mixed. . In order to improve the efficiency of the regeneration process, pretreatment is performed to separate the above-mentioned unused abrasive grains and used abrasive grains using the gradient of centrifugal force, gravity, and electric field strength, and the target remains in the used slurry. Aiming at a separation rate of 50% or more of the unused abrasive grains, the separation was aimed at 80% by increasing the number of stages.

〔未使用砥粒を分離する電界フィルタリング部の開発〕
1)電界フィルタリング部の構成
電界フィルタリング技術は、使用済みスラリーから未使用砥粒と砥粒にSi水和物が付着した使用済み砥粒とを遠心力・重力・電界強度の傾きを用いて分離する技術である。図1にこの電界フィルタリング技術の模式図を示す。
図に示すように、質量の重い使用済み砥粒は重力の作用により内側排出口より排出される。また、質量の軽い未使用砥粒は、分離槽の自転による遠心力と、槽内に設けた傾斜により外周部に向かって増加する電界による吸引力の作用によって、外側排出口より排出する。これらの力を最適化することで良好な分離作用が発揮される電界フィルタリング技術を確立する。
図2に試作開発を行った再生実験装置(電界フィルタリング部)の全体図を示す。
本装置部は、スラリー投入部、分離処理を行う分離槽、分離槽に電界を供給するためのスリップリングシステム、分離槽を自転させる分離槽回転モーター、未使用砥粒排出口、ガラス加工屑排出口の2系統の排出口より構成され、分離槽は5.3〜267rpmの範囲で回転数が変化可能である。また、本装置は電界を用いるため、電極並びにスラリー流路には絶縁処理を施した。
図3に分離槽内部の断面図を示す。
分離槽は直径φ141mmであり、上下に電極が具備可能な構成となっている。
[Development of electric field filtering unit to separate unused abrasive grains]
1) Structure of the electric field filtering unit Electric field filtering technology separates unused abrasive grains from used slurry and used abrasive grains with Si hydrate attached to the abrasive grains using the gradient of centrifugal force, gravity, and electric field strength. Technology. FIG. 1 shows a schematic diagram of this electric field filtering technique.
As shown in the figure, the used abrasive grains having a heavy mass are discharged from the inner discharge port by the action of gravity. Moreover, unused abrasive grains having a light mass are discharged from the outer discharge port by the action of the centrifugal force due to the rotation of the separation tank and the suction force due to the electric field that increases toward the outer periphery due to the inclination provided in the tank. By optimizing these forces, we establish an electric field filtering technique that exhibits a good separation effect.
FIG. 2 shows an overall view of a reproduction experiment apparatus (electric field filtering unit) for which trial development was performed.
This unit consists of a slurry charging unit, a separation tank for performing separation processing, a slip ring system for supplying an electric field to the separation tank, a separation tank rotating motor for rotating the separation tank, an unused abrasive discharge port, and glass processing waste discharge. It consists of two outlets of the outlet, and the separation tank can change the rotation speed in the range of 5.3 to 267 rpm. In addition, since this apparatus uses an electric field, the electrode and the slurry flow path were insulated.
FIG. 3 shows a sectional view of the inside of the separation tank.
The separation tank has a diameter of 141 mm and can be provided with electrodes on the upper and lower sides.

2)電界フィルタリング部の電極構成
この電界フィルタリングにおいては、分離率は電界強度の傾斜が大きな影響を及ぼす。電界強度は上下の電極間距離に依存することから、傾斜角が異なる3種類の電極を試作開発し、最適な傾きを求める。
図4に試作した3種類の電極外観写真、並びに断面図を示す。電極には耐食性、絶縁性に配慮し、アルマイト処理を施したアルミ材を用いた。
電極(1)の傾斜角は10°、電極(2)の傾斜角は8°、電極(3)の傾斜角は5°となっており、それぞれ異なる電界強度にて実験が可能である。また、それぞれの電極には使用済み砥粒のガラス加工屑を排出するための排出穴が設けられており、分離効率を高める排出穴系の選択が可能となっている。
2) Electrode configuration of electric field filtering unit In this electric field filtering, the gradient of the electric field strength greatly affects the separation rate. Since the electric field strength depends on the distance between the upper and lower electrodes, three types of electrodes with different inclination angles are developed and the optimum inclination is obtained.
FIG. 4 shows three types of electrode appearance photographs and cross-sectional views. The electrodes were made of anodized aluminum in consideration of corrosion resistance and insulation.
The tilt angle of the electrode (1) is 10 °, the tilt angle of the electrode (2) is 8 °, and the tilt angle of the electrode (3) is 5 °. Experiments can be performed with different electric field strengths. In addition, each electrode is provided with a discharge hole for discharging glass processing waste of used abrasive grains, and a discharge hole system that increases separation efficiency can be selected.

3)小型高圧低周波印加装置
a)信号発生部、電圧増幅部の回路一体化
電界フィルタリング部の実用化を念頭に置くと、電界供給源となる本装置の小型化ならびに大幅な低廉化への可能性が開かれないと、大きな障害になる。(従来は高電圧供給源だけで、200万円以上する。)高い絶縁性や良好な冷却性などの機能を保持しつつ、組込ソフトウエアを実装した専用のCPU回路でカスタム化し、低周波信号発生回路を同じ基板上に形成することで小型化を図った。開発した小型高圧低周波電源回路図を図5に示す。
b)小型高圧低周波高電圧の制御方法の確立
この電界フィルタリングでは周波数を変更してフィルタリングの効果を確認するため、出力電圧ならびに周波数を制御可能な電源装置として開発する。しかし、既存の回路方式では制御が複雑になり実現性が乏しい。そこで、組込ソフトウエアを導入して、低周波信号の波形生成、最適な印加周波数の制御を行うことにより、回路を簡略化するとともに使用部品点数を低減させて最小限のハード構成により、およそ1/13の小型化に成功し、さらに軽量な電源装置を開発するに至った。開発した電界制御部を図6に示す。得られた波形を図7に示す。繰り返し方形波にて、印加周波数は0.5〜200Hzの範囲調整が可能となった。
3) Small high-voltage low-frequency application device a) Circuit integration of signal generator and voltage amplifier When the electric field filtering unit is put into practical use, this device, which is an electric field supply source, can be downsized and greatly reduced in cost. If the possibility is not opened, it becomes a big obstacle. (Traditionally, it costs over 2 million yen only with a high-voltage supply source.) While maintaining functions such as high insulation and good cooling, it is customized with a dedicated CPU circuit equipped with embedded software, and low frequency Miniaturization was achieved by forming the signal generation circuit on the same substrate. Fig. 5 shows the developed high-voltage low-frequency power supply circuit diagram.
b) Establishment of control method for small high voltage low frequency high voltage In this electric field filtering, in order to change the frequency and confirm the effect of filtering, it is developed as a power supply device capable of controlling the output voltage and frequency. However, existing circuit schemes are complicated and difficult to implement. Therefore, by introducing built-in software, generating a low-frequency signal waveform and controlling the optimum applied frequency, the circuit is simplified and the number of components used is reduced to minimize the hardware configuration. We succeeded in reducing the size to 1/13, and led to the development of a lighter power supply. The developed electric field controller is shown in FIG. The obtained waveform is shown in FIG. The applied frequency can be adjusted in the range of 0.5 to 200 Hz with repeated square waves.

〔電界フィルタリング処理条件の最適化〕
1)電界フィルタリング予備実験
1)−1実験試料
試作開発した電界フィルタリング部を用いて、初めに分離槽回転数・印加電圧の基礎的条件を求めるため、予備実験として未使用砥粒の粒径選別実験を実施した。
本実験に用いる砥粒を決定するため、粒度分布計(島津製作所製SALD−1100)を用いて砥粒A・砥粒B・砥粒Cの3種類の未使用状態の砥粒を測定した。図8にそれぞれの測定結果を示す。この結果より、幅広い粒度分布を持ち、我々が想定する使用済みスラリーに含まれる未使用砥粒に近似可能な粒度分布を有する『砥粒B』を使用することとした。
[Optimization of electric field filtering processing conditions]
1) Preliminary experiment for electric field filtering 1) -1 experimental sample In order to obtain the basic conditions of the separation vessel rotation speed and applied voltage at first using the experimentally developed electric field filtering section, particle size selection of unused abrasive grains as a preliminary experiment Experiments were performed.
In order to determine the abrasive grains used in this experiment, three kinds of unused abrasive grains of abrasive grains A, abrasive grains B, and abrasive grains C were measured using a particle size distribution meter (SALD-1100 manufactured by Shimadzu Corporation). FIG. 8 shows each measurement result. From this result, it was decided to use “abrasive grain B” having a wide particle size distribution and having a particle size distribution that can be approximated to unused abrasive grains contained in the used slurry assumed by us.

1)−2 実験条件
分離予備実験条件を以下に示す。
(1)砥粒/濃度:砥粒B/5wt%
(2)分離槽回転数:40,90,120,150rpm
(3)印加電圧:(1)0kV,(2)1kV
(4)周波数:20Hz
(5)波形:矩形波
上記、印加電界条件にて、ラボ基礎実験を実施した。
1) -2 Experimental conditions The preliminary separation experimental conditions are shown below.
(1) Abrasive grain / concentration: abrasive grain B / 5 wt%
(2) Separation tank rotation speed: 40, 90, 120, 150 rpm
(3) Applied voltage: (1) 0 kV, (2) 1 kV
(4) Frequency: 20Hz
(5) Waveform: Rectangular wave The laboratory basic experiment was carried out under the applied electric field conditions described above.

1)−3評価準備
評価手法としては、実施計画書では、ガラス加工屑(Si水和物の付着した砥粒)の分離評価には、白色顕微干渉計を用いた粒径把握を行う予定であったがより高精細に測定・計測を行うため、電子顕微鏡(SEM)を用いて評価した。はじめに内外の排出口から得られるスラリー排出量のバランスを評価するため、排出スラリー重量を測定する。第二に分離効果の確認手法は、2−1−1項で述べたそれぞれの排出口より得られる砥粒をSEMにて粒径比較を行った。SEMによる砥粒観察は、スラリーを乾燥させる必要がある。
図9に示すように砥粒を純水に分散させた後に乾燥させて、凝集等の変化を確認したところ、未使用状態と同様の画像が得られることから、本評価手法は適用可能であると判断した。本手法を用いて電界有無時に得られる砥粒径の比較を行う。
1) -3 Preparation for evaluation As an evaluation method, in the implementation plan, the particle size grasp using a white microscopic interferometer is planned for the separation evaluation of glass processing waste (abrasive grains to which Si hydrate adheres). However, in order to perform measurement / measurement with higher definition, evaluation was performed using an electron microscope (SEM). First, in order to evaluate the balance of the amount of slurry discharged from the internal and external discharge ports, the weight of the discharged slurry is measured. Secondly, as a method for confirming the separation effect, the abrasive grains obtained from the respective outlets described in the section 2-1-1 were subjected to particle size comparison by SEM. To observe abrasive grains with SEM, it is necessary to dry the slurry.
As shown in FIG. 9, the abrasive grains are dispersed in pure water and then dried, and when changes such as agglomeration are confirmed, an image similar to that in an unused state is obtained. Therefore, this evaluation method is applicable. It was judged. Using this method, the abrasive grain sizes obtained with and without an electric field are compared.

1)−4 予備実験結果
図10に各回転の排出口より得られたスラリー量を示す。無電界時の分離槽回転数40rpmでは未使用砥粒に加わる遠心力が弱く、スラリーの排出は確認できなかった。一方、分離槽回転数が120又は150rpmでは発生する遠心力が強いため、ガラス加工屑(Si水和物付着砥粒)排出口から多くのスラリーが排出され、未使用砥粒排出口からのスラリーは少量のしか得られなかった。分離槽回転数90rpmでは、未使用砥粒排出口とガラス加工屑排出口より同程度のスラリーが排出された。
1kVの印加電界時にて分離槽回転数40rpmでは、未使用砥粒排出口から少量ではあるが、スラリー排出が確認できた。これは電界による吸引力が作用したためであると考えられる。また、分離槽回転数120又は150rpmでは、無電界時よりも未使用砥粒排出口からのスラリー排出が顕著であり、40rpm同様、電界による吸引力が作用しやすいものと考える。分離槽回転数90rpmでは、無電界時と同様、未使用砥粒排出口とガラス加工屑排出口より排出されたスラリーは、ほぼ同等量が確認された。これより、スラリーの排出量としては90rpmが適当であることを得た。
1) -4 Preliminary Experimental Results FIG. 10 shows the amount of slurry obtained from the discharge port of each rotation. When the rotation speed of the separation tank was 40 rpm when no electric field was applied, the centrifugal force applied to the unused abrasive grains was weak, and the discharge of the slurry could not be confirmed. On the other hand, since the centrifugal force generated at the separation tank rotational speed of 120 or 150 rpm is strong, a lot of slurry is discharged from the glass processing waste (Si hydrate-attached abrasive grains) discharge port, and the slurry from the unused abrasive discharge port. Was only available in small quantities. At a separation tank rotational speed of 90 rpm, the same level of slurry was discharged from the unused abrasive grain outlet and the glass processing waste outlet.
At an applied electric field of 1 kV, at a separation tank rotational speed of 40 rpm, slurry discharge could be confirmed though a small amount from the unused abrasive grain discharge port. This is thought to be due to the attraction force due to the electric field. Moreover, at the separation tank rotation speed of 120 or 150 rpm, the slurry discharge from the unused abrasive grain discharge port is more remarkable than when there is no electric field, and it is considered that the suction force by the electric field is likely to act like 40 rpm. At a separation tank rotational speed of 90 rpm, as in the case of no electric field, almost the same amount of slurry was discharged from the unused abrasive grain outlet and the glass processing waste outlet. From this, it was found that 90 rpm was appropriate as the amount of slurry discharged.

図11に上記各条件下で排出された砥粒のSEM画像を示す。
無電界時はいずれの回転数においても各排出口より排出された。それぞれの砥粒径に大きな差は確認できず、分離効果は得られなかった。一方、1kVの電界印加時は、分離槽回転数40又は120rpmにて、砥粒粒径に差は確認できなかったが、90又は150rpmでは、未使用砥粒排出口より排出された砥粒では小径砥粒が、ガラス加工屑排出口より排出されたスラリーには大径砥粒が多く含まれていることが確認でき、良好な分離効果が得られた。
以上の結果より、各排出口から同程度のスラリー量を取得でき、良好な分離効果が得られる90rpm,1kVを基礎条件と設定し、使用済みのスラリーを用いた電界フィルタリング実験を行う。
FIG. 11 shows SEM images of the abrasive grains discharged under the above conditions.
When there was no electric field, it was discharged from each outlet at any number of revolutions. A large difference in the respective abrasive grain sizes could not be confirmed, and no separation effect was obtained. On the other hand, when an electric field of 1 kV was applied, the difference in the abrasive grain size could not be confirmed at the separation tank rotation speed of 40 or 120 rpm, but at 90 or 150 rpm, the abrasive grains discharged from the unused abrasive grain discharge port It was confirmed that the large-diameter abrasive grains were contained in the slurry discharged from the glass processing waste discharge port, and a good separation effect was obtained.
From the above results, the same amount of slurry can be obtained from each discharge port, and 90 rpm and 1 kV at which a good separation effect is obtained are set as basic conditions, and an electric field filtering experiment using used slurry is performed.

2)使用済み砥粒を用いた電界フィルタリング技術最適化実験
2)−1使用済みスラリーの製作
電界フィルタリング実験で用いる使用済みスラリーは、以下の条件で研磨を行い準備した。
(1)研磨機:4way両面研磨装置
(2)加工圧:105gf/cm2
(3)回転数:40rpm
(4)工作物:BK−7
(5)試料枚数:9枚/回
(6)スラリー:砥粒B+純水
(7)スラリー濃度/使用砥粒量:5wt%/1.25kg
砥粒には予備実験同様、砥粒Bを採用し、スラリー濃度も、同様に5wt%と設定した。上記の条件にて繰り返し研磨を行い、研磨レートの低下が使用済みと定義した。図12に研磨レートの推移を示す。研磨時間が2280分経過し研磨レートが約10%低下したため、使用済みスラリーであると判断し、本砥粒を用いて分離実験を行う。
2) Electric field filtering technology optimization experiment using used abrasive grains 2) -1 Production of used slurry The used slurry used in the electric field filtering experiment was prepared by polishing under the following conditions.
(1) Polishing machine: 4-way double-side polishing machine (2) Processing pressure: 105 gf / cm 2
(3) Rotation speed: 40rpm
(4) Workpiece: BK-7
(5) Number of samples: 9 sheets / time (6) Slurry: Abrasive grain B + pure water (7) Slurry concentration / Abrasive grain amount used: 5 wt% / 1.25 kg
As in the preliminary experiment, abrasive grain B was adopted as the abrasive grain, and the slurry concentration was similarly set to 5 wt%. Polishing was repeated under the above conditions, and a decrease in polishing rate was defined as used. FIG. 12 shows the transition of the polishing rate. Since the polishing time has decreased by about 10% after the polishing time of 2280 minutes, it is determined that the slurry is a used slurry, and a separation experiment is performed using the present abrasive grains.

2)−2電界フィルタリング実験条件
以下に使用済みスラリーの状態を示す。
(1)砥粒/濃度:砥粒B/6.8wt%(比重1.06)
(2)使用時間:2280分(38時間)
(3)工作物:BK−7
(4)pH9.3
また、電界フィルタリング実験条件を以下に示す。
(1)分離槽回転数:90rpm
(2)印加電圧:0、0.5、1.0、2.0、3.0kV
(3)周波数:20Hz
(4)波形:矩形波
分離槽の回転数は予備実験で得た90rpmと設定し、最適な電界印加条件を得るために電圧を4水準に振り、分離槽回転数との相関を評価した。フィルタリング効果の評価は、分離予備実験同様、SEM画像による評価を採用した。
2) -2 Electric field filtering experimental conditions The state of the used slurry is shown below.
(1) Abrasive grain / concentration: abrasive grain B / 6.8 wt% (specific gravity 1.06)
(2) Usage time: 2280 minutes (38 hours)
(3) Workpiece: BK-7
(4) pH 9.3
The electric field filtering experimental conditions are shown below.
(1) Separation tank rotation speed: 90 rpm
(2) Applied voltage: 0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0 kV
(3) Frequency: 20Hz
(4) Waveform: Rectangular wave The rotation speed of the separation tank was set to 90 rpm obtained in the preliminary experiment, the voltage was changed to 4 levels to obtain the optimum electric field application conditions, and the correlation with the rotation speed of the separation tank was evaluated. The evaluation by the SEM image was adopted for the evaluation of the filtering effect as in the separation preliminary experiment.

2)−3電界フィルタリング実験結果
図13に各条件におけるSEM画像を示す。印加電圧を2、3kVとした場合、未使用砥粒排出口から粒径の大きい砥粒が排出された。これは電界による吸引力が強くガラス加工屑も未使用砥粒排出口側に引き寄せられたためであると考える。また無電界時には、分離予備実験と同様未使用砥粒排出口から大径のガラス加工屑(Si水和物付着砥粒)が排出されており、フィルタリング効果は得られなかった。
そこで印加電圧0.5,1.0kVにした場合、未使用砥粒排出口からは小径の未使用砥粒が、内側のガラス加工屑排出口からは大径のガラス加工屑が排出されたことを確認した。
これより、0.5,1.0kVの電圧印加によって、良好な分離効果が得られた。
図14にE=1kV印加時の内側、外側から得られた砥粒の拡大画像を示す。
外側から排出された砥粒のSEM画像には粒子径の大きい砥粒は存在せず、これより90%以上の分離率を得た。また、内側より得られた砥粒は無電界時と比較すると、大きな凝集体を作っており、興味深いデータが得られた。今後の補完研究により、これらの詳細を明らかにしていく。
2) -3 Electric field filtering experiment results FIG. 13 shows SEM images under various conditions. When the applied voltage was set to 2 or 3 kV, large abrasive grains were discharged from the unused abrasive discharge port. This is considered to be because the suction force by the electric field is strong and the glass processing waste is also drawn to the unused abrasive grain outlet side. Moreover, when there was no electric field, large-diameter glass processing waste (Si hydrate-attached abrasive grains) was discharged from the unused abrasive discharge port as in the preliminary separation experiment, and a filtering effect was not obtained.
Therefore, when the applied voltage was 0.5 and 1.0 kV, small-diameter unused abrasive grains were discharged from the unused abrasive grain discharge port, and large-diameter glass processing waste was discharged from the inner glass processing waste outlet. It was confirmed.
Thus, a good separation effect was obtained by applying a voltage of 0.5, 1.0 kV.
FIG. 14 shows enlarged images of abrasive grains obtained from the inside and outside when E = 1 kV is applied.
There were no abrasive grains having a large particle diameter in the SEM image of the abrasive grains discharged from the outside, and a separation rate of 90% or more was obtained. In addition, the abrasive grains obtained from the inside formed large aggregates compared to when no electric field was applied, and interesting data were obtained. These details will be clarified in future complementary studies.

電界を用いた分離技術を導入するため、電界フィルタリング部の開発を行い、使用済みスラリーを用いた分離実験では、分離筒回転数90rpm、印加電圧0.5,1.0kVにおいて未使用砥粒とガラス加工屑とは、優れた分離効果が得られた。これより、電界を印加することによって、砥粒の凝集が抑制され、後段の脱離処理が容易になる可能性を得た。90%の分離率を得た。   In order to introduce a separation technique using an electric field, an electric field filtering unit was developed. In a separation experiment using a used slurry, an unused abrasive grain was removed at a separation cylinder rotation speed of 90 rpm and an applied voltage of 0.5 and 1.0 kV. An excellent separation effect was obtained from glass processing waste. From this, by applying an electric field, agglomeration of abrasive grains was suppressed, and there was a possibility that the subsequent desorption process would be easy. A separation rate of 90% was obtained.

〔ガラス加工屑に付着しているSi水和物の脱離技術の開発〕
本装置部は、前処理工程である電界フィルタリング部にて分離されたガラス加工屑に対し、物理的な接触衝突エネルギーを与え、Si水和物の脱離除去を行う装置部である。図15にSi水和物脱離処理のイメージ図を示す。ガラス加工屑(Si水和物が付着した使用済み砥粒)に物理的なエネルギーを与えることにより、それぞれを接触衝突させる。この接触衝突により、砥粒に付着しているSi水和物は溶媒中に脱離される。更に脱離したSi水和物を除去することで砥粒の再生を実現するものである。
[Development of desorption technology for Si hydrate adhering to glass processing waste]
This apparatus part is an apparatus part which gives physical contact collision energy to the glass processing waste separated by the electric field filtering part which is a pretreatment process, and desorbs and removes Si hydrate. FIG. 15 shows an image diagram of the Si hydrate desorption treatment. By applying physical energy to glass processing waste (used abrasive grains to which Si hydrate is adhered), they are brought into contact with each other. By this contact collision, Si hydrate adhering to the abrasive grains is desorbed into the solvent. Furthermore, the recovery of the abrasive grains is realized by removing the detached Si hydrate.

・ラボレベルSi水和物脱離実験
(1)高速撹拌処理によるSi水和物脱離実験
初めに、バブリング処理・超音波処理・高速撹拌処理による脱離手法において、もっとも衝突物理エネルギーが低いと予想される高速撹拌処理について、Si水和物脱離実験を行い、研磨実験を通して評価・比較した。ラボレベルの実験において、研究を進める上で実験試料数増加を目的として、当初予定の試料容量を2Lから500mlに変更した。
・ Lab level Si hydrate desorption experiment (1) Si hydrate desorption experiment by high-speed agitation treatment First of all, in the desorption technique by bubbling treatment, ultrasonic treatment and high-speed agitation treatment, the lowest collision physical energy Si hydrate desorption experiments were conducted on the expected high-speed stirring treatment, and evaluated and compared through polishing experiments. In a laboratory level experiment, the sample volume initially planned was changed from 2 L to 500 ml for the purpose of increasing the number of experimental samples in the course of research.

a)撹拌再生実験及び研磨実験装置
再生した砥粒は、図16に示す簡易撹拌実験装置により再生した。装置に用いた機材 を、表1に示す。また、研磨評価実験装置の概要を表2、実験研磨機を図17に示す。
a) Stirring regeneration experiment and polishing experiment apparatus The regenerated abrasive grains were regenerated by a simple stirring experiment apparatus shown in FIG. Table 1 shows the equipment used for the equipment. Further, an outline of the polishing evaluation experimental apparatus is shown in Table 2, and the experimental polishing machine is shown in FIG.

b)砥粒再生実験手順
砥粒の再生実験手順を図18に示す。Si水和物分離工程(1)の凝集剤添加後のpH値は、事前実験を実施して求めたものである。詳細については「迅速砥粒沈降技術の確立」で後述する。
c)実験結果
撹拌速度については、濁度を比較実験の指標として用いたその結果を図19に示す。ここで、濁度は水の濁りの程度を数値化したもので、測定値が小さいほど濁りの度合いが低いことを示す。この結果から脱離処理としては、回転速度200rpm以上が良好であることが明らかになった。ただし、実験過程において、200rpmではビーカー底面部の砥粒が十分に撹拌されていない場合もあったため、最適撹拌速度は300rpm以上とした。また、撹拌時間依存性の研磨実験結果を図20に示す。ここではバージンスラリー(未使用砥粒)の研磨レートを100としたところ、撹拌時間2分において最も研磨レートが回復することが分かった。
b) Abrasive Grain Reproduction Experiment Procedure The abrasive grain regeneration experiment procedure is shown in FIG. The pH value after the addition of the flocculant in the Si hydrate separation step (1) is obtained by conducting a preliminary experiment. Details will be described later in “Establishment of Rapid Grain Settling Technology”.
c) Experimental Results FIG. 19 shows the results of using the turbidity as an index for the comparative experiment for the stirring speed. Here, turbidity is a numerical value of the degree of turbidity of water, and the smaller the measured value, the lower the degree of turbidity. From this result, it became clear that the rotational speed of 200 rpm or more is good as the desorption treatment. However, in the course of the experiment, the abrasive on the bottom surface of the beaker may not be sufficiently stirred at 200 rpm, so the optimum stirring speed was set to 300 rpm or more. Further, FIG. 20 shows the result of the polishing experiment depending on the stirring time. Here, when the polishing rate of the virgin slurry (unused abrasive grains) was set to 100, it was found that the polishing rate was recovered most in the stirring time of 2 minutes.

(2)多段化処理によるSi水和物脱離実験
(1)項の脱離工程(高速撹拌処理)を洗浄と呼ぶことにすると、Si水和物の除去率は、繰り返し洗浄することで向上するものと考えられる。そこで、洗浄回数と研磨レートとの関係を調査する。
a)再生条件
砥粒にはTH−1300(中国製)を用い、バージンスラリー、使用済みスラリー、及び洗浄回数1〜3回の再生スラリーを表2と同条件で実験を実施し比較した。砥粒の再生手順は前項同様、撹拌時間2分、撹拌速度300rpm、凝集剤添加後のpH値6.2、静置時間5分とした。
b)実験結果
多段洗浄された研磨実験結果を図21に示す。洗浄回数を重ねることによってSi水和物の排出によって研磨レートが向上し、バージンスラリーに近づいていることが確認された。洗浄回数を重ねることでSi水和物を脱離排出できる知見を得た。また、また、他の衝突エネルギーによる脱離方法は本案よりも高いエネルギーが砥粒に供給されるため、ラボ実験での評価を実機レベルの評価へ移行することとした。
c)まとめ
バブリング処理、超音波処理、高圧噴射、高速撹拌処理による脱離手法において、もっとも衝突物理エネルギーが低いと予想される高速撹拌処理について、ラボレベルにおける最適な砥粒再生条件として、撹拌時間2分、撹拌速度は300rpm以上、洗浄回数3回以上が必要であることを得た。
(2) Si hydrate desorption experiment by multi-stage treatment If the desorption step (high-speed stirring treatment) in (1) is called washing, the removal rate of Si hydrate is improved by repeated washing. It is thought to do. Therefore, the relationship between the number of cleanings and the polishing rate is investigated.
a) Regeneration conditions TH-1300 (manufactured in China) was used as abrasive grains, and virgin slurry, used slurry, and regenerated slurry with 1 to 3 washings were subjected to experiments under the same conditions as in Table 2 and compared. The procedure for regenerating abrasive grains was the same as in the previous section, with a stirring time of 2 minutes, a stirring speed of 300 rpm, a pH value of 6.2 after adding the flocculant, and a standing time of 5 minutes.
b) Experimental Results FIG. 21 shows the polishing experimental results after multistage cleaning. It was confirmed that the polishing rate was improved by discharging the Si hydrate by repeating the cleaning, and approaching the virgin slurry. The knowledge that Si hydrate can be desorbed and discharged by repeated washing was obtained. In addition, since the desorption method using other collision energy supplies the abrasive grains with higher energy than the present plan, the evaluation in the laboratory experiment is shifted to the evaluation at the actual machine level.
c) Summary In the desorption method using bubbling, ultrasonic treatment, high-pressure jetting, and high-speed agitation, high-speed agitation, which is expected to have the lowest collision physical energy, is used as an optimum abrasive grain regeneration condition at the laboratory level. It was found that 2 minutes, the stirring speed was 300 rpm or more and the number of washings was 3 times or more.

・Si水和物脱離部の構成
図22に、試作開発を行ったSi水和物脱離部の全体図を示す。本装置部は主に(1)電界フィルタリング部より得られる使用済み砥粒すなわち加工屑を含むスラリーを貯液する加工屑貯槽、(2)Si水和物脱離処理並びに、その後段工程である砥粒の沈降処理を行う脱離・沈降貯槽、(3)得られた再生砥粒をストックする再生砥粒貯槽、(4)脱離したSi水和物をストックする廃液貯槽から構成されている。
各貯槽底部には、槽内の砥粒の残存を抑制するため、30°〜80°の傾斜が設けられており、槽材質は耐食性に配慮し、ステンレス材を用いた。
-Configuration of Si Hydrate Desorbed Part FIG. 22 shows an overall view of the Si hydrate desorbed part that was experimentally developed. This device is mainly (1) a processing waste storage tank for storing used abrasive grains obtained from the electric field filtering unit, that is, a slurry containing processing waste, (2) Si hydrate desorption treatment, and subsequent steps. It consists of a desorption / sedimentation storage tank that performs sedimentation of abrasive grains, (3) a regenerated abrasive storage tank that stocks the obtained regenerated abrasive grains, and (4) a waste liquid storage tank that stocks the desorbed Si hydrate. .
Each storage tank bottom is provided with an inclination of 30 ° to 80 ° in order to suppress residual abrasive grains in the tank, and the tank material is made of stainless steel in consideration of corrosion resistance.

図23にSi水和物脱離部のフロー図を示す。
ガラス加工屑は加工屑貯槽より、モーターポンプによって脱離・沈降貯槽に移送され、搭載された各接触衝突手法によりSi脱離処理を行う。その後、同槽に具備されているpH連動式の薬注ポンプを用いて、pH管理方式にて沈降剤を投入し、砥粒を迅速に沈降させる。
沈降した砥粒とSi水和物が含まれる上澄み液の分離方法としては、配管中に光電センサーを具備し、透過率の差をセンシングすることにより、電動弁を切り替え、沈降砥粒は再生砥粒貯槽へ、Si水和物を含む上澄み液は廃液貯槽へ送る。
更に、再生砥粒貯槽はモーターポンプと配管されており、再度、脱離・沈降貯槽へ送液し、多段処理を行う事が可能である。
廃液貯槽は、脱離・沈降貯槽と同様に、pH連動式の薬注ポンプを搭載し、廃液処理技術の最適化実験が可能である。
各槽を接続している配管並びに給水配管には、電動弁及び給水電磁弁が具備され、脱離処理プロセスの自動運転が可能である。
FIG. 23 shows a flow diagram of the Si hydrate desorbing part.
Glass processing waste is transferred from the processing waste storage tank to a desorption / sedimentation storage tank by a motor pump, and Si desorption processing is performed by each contact collision method installed. Thereafter, using a pH-linked type chemical injection pump provided in the tank, a precipitating agent is charged by a pH control method, and the abrasive grains are rapidly settled.
As a method for separating the precipitated abrasive and the supernatant liquid containing Si hydrate, a photoelectric sensor is provided in the pipe, and the motorized valve is switched by sensing the difference in transmittance. The supernatant liquid containing Si hydrate is sent to the waste liquid storage tank.
Furthermore, the regenerated abrasive grain storage tank is connected to a motor pump, and can be sent again to the desorption / sedimentation storage tank for multistage processing.
As with the desorption / sedimentation storage tank, the waste liquid storage tank is equipped with a pH-linked chemical injection pump, enabling optimization of waste liquid treatment technology.
The pipes connecting the tanks and the water supply pipes are equipped with an electric valve and a water supply electromagnetic valve so that the desorption treatment process can be automatically operated.

・Si水和物脱離部の各脱離処理方式
図24に脱離処理沈降槽に具備されている高速撹拌方式、エアバブリング方式、高圧ポンプ方式、超音波方式を実施する各装置を示す。
高速撹拌方式は、撹拌機を用いて90〜1400rpmの範囲で撹拌を行い、接触衝突を実現する。
エアバブリング方式は、脱離・沈降貯槽内部に配備されたエア配管より、0.5Mpaの圧力にてエアを噴射する。ここで、砥粒同士が擦り合わされるように接触することが有効であるという東北大学のシミュレーション結果を踏まえ、槽内のエアノズル配置はそれぞれが対向する形で配備した。
高圧ポンプ方式は、スラリーを脱離・沈降貯槽内部に設けた衝突壁に向けて高圧噴射し、Siの脱離を図った。
超音波方式は、脱離・沈降貯槽内部に超音波振動子を配備し、超音波によるキャビテーションを用いて脱離を図った。
本研究に於いては脱離効果が高く且つ安価な手法を確立する必要があるため、実験により、これらより最適な方式を決定する。
-Each desorption processing method of Si hydrate desorption part FIG. 24 shows each apparatus which implements the high-speed stirring method, the air bubbling method, the high-pressure pump method, and the ultrasonic method provided in the desorption treatment sedimentation tank.
In the high-speed stirring method, stirring is performed in the range of 90 to 1400 rpm using a stirrer to realize contact collision.
In the air bubbling method, air is injected at a pressure of 0.5 Mpa from an air pipe arranged inside the desorption / sedimentation storage tank. Here, based on the simulation results of Tohoku University that it is effective to contact the abrasive grains so that they are rubbed together, the air nozzles in the tank are arranged so that they face each other.
In the high-pressure pump system, the slurry was ejected at high pressure toward the collision wall provided inside the desorption / sedimentation storage tank to desorb Si.
In the ultrasonic method, an ultrasonic transducer was installed inside the desorption / sedimentation storage tank, and desorption was attempted using ultrasonic cavitation.
In this study, it is necessary to establish a method with high desorption effect and low cost.

〔実用化レベルのSi水和物脱離技術の最適化〕
1)Si水和物脱離部における脱離実験条件
開発したSi水和物脱離部を用いて、最適な接触衝突手法を決定するため、前述のラボレベルにおける脱離実験結果と前述のSi水和物の脱離メカニズムの解明から得られたシミュレーション結果を基に、脱離処理実験を行った。
脱離処理実験には、電界フィルタリング技術最適化実験において得られた使用済み砥粒すなわちガラス加工屑を含むスラリーを用いた。以下に脱離実験で用いる使用済みスラリーの状態を示す。
(1)砥粒:砥粒B
(2)濃度:約6.8wt%(比重1.060)
(3)スラリー量:1.192L
(4)使用時間:2280分(38時間)
(5)pH:9.3
[Optimization of Si hydrate desorption technology at a practical level]
1) Desorption experiment conditions in the Si hydrate desorption part In order to determine the optimal contact collision method using the developed Si hydrate desorption part, the above-mentioned desorption experiment results at the laboratory level and the above-mentioned Si Based on the simulation results obtained from the elucidation of the mechanism of hydrate desorption, desorption treatment experiments were conducted.
In the desorption treatment experiment, used abrasive grains obtained in the electric field filtering technique optimization experiment, that is, a slurry containing glass processing waste was used. The state of the used slurry used in the desorption experiment is shown below.
(1) Abrasive grain: Abrasive grain B
(2) Concentration: about 6.8 wt% (specific gravity 1.060)
(3) Amount of slurry: 1.192L
(4) Usage time: 2280 minutes (38 hours)
(5) pH: 9.3

また、Si水和物脱離処理実験条件を以下に示す。
(1)接触衝突手法:
・実施例1;高速撹拌(1200rpm)
・実施例2;エアバブリング(0.5Mpa)
エアノズル配置につきまして10°〜120°の範囲で可変とした。
・実施例3;高圧ポンプを用いたスラリー噴射による衝突
衝突壁に向けて10°から90°の角度にて噴射した。
・実施例4;超音波振動子によるキャビテーション
25kH以上、0.2kW〜1.5kWにて実施した。
(2)脱離処理時間:2min(前述のラボレベルにおける脱離実験結果より設定)
(3)沈降剤:凝集剤A
(4)処理段数:1段
なお、脱離処理時間、沈降剤条件は前述のラボレベルにおける脱離実験より設定した。
得られた再生砥粒の評価は、電界フィルタリング実験同様、SEM画像による砥粒形状評価並びに再生砥粒を用いた研磨評価を採用した。
Moreover, Si hydrate desorption treatment experimental conditions are shown below.
(1) Contact collision method:
-Example 1: High-speed stirring (1200 rpm)
-Example 2; Air bubbling (0.5 Mpa)
The air nozzle arrangement was variable in the range of 10 ° to 120 °.
Example 3 Collision by slurry injection using a high-pressure pump Injection was performed at an angle of 10 ° to 90 ° toward the collision wall.
-Example 4: Cavitation by an ultrasonic vibrator It implemented at 25 kW or more and 0.2 kW-1.5 kW.
(2) Desorption treatment time: 2 min (set from the desorption experiment results at the laboratory level described above)
(3) Precipitating agent: flocculant A
(4) Number of treatment stages: 1 stage The desorption treatment time and the precipitating agent conditions were set from the desorption experiment at the laboratory level described above.
Evaluation of the obtained reclaimed abrasive grains employed abrasive grain shape evaluation by SEM images and polishing evaluation using regenerated abrasive grains, as in the electric field filtering experiment.

2)Si水和物脱離部における脱離実験結果
図25に各接触衝突手法で得られた再生砥粒のSEM画像を示す。
実施例1;高速撹拌を用いて得られた再生砥粒には、凝集状態の大径砥粒が多く含まれていることを確認した。一方、実施例2;エアバブリング、実施例4;超音波加振によるキャビテーション、実施例3;高圧ポンプによる噴射衝突を用いて得られた再生砥粒は、小径の砥粒が多く含まれていることを確認した。
Siの残存量については、当初、ICP MS(誘導プラズマ質量分析装置)にて評価を行う予定であったが、装置内のフィルターで情報が閉ざされる心配があり、十分な評価ができなかった。そこで、エネルギー分散型X線分析(EDX)によって評価を行った。その測定例を図26に、Si残存量を図27に示す。いずれの手法もガラスの主成分SiO2に起因するSiが残存していた。これらの結果より、高速撹拌を除く接触衝突手法において良好なSiの脱離が行われた可能性があるが、沈降・分離工程にはまだ検討の余地があることが示唆される。
2) Desorption experiment result in Si hydrate desorbing portion FIG. 25 shows SEM images of regenerated abrasive grains obtained by each contact collision method.
Example 1 It was confirmed that the regenerated abrasive grains obtained by using high-speed stirring contained a large number of aggregated large-diameter abrasive grains. On the other hand, Example 2; Air bubbling, Example 4 Cavitation by ultrasonic vibration, Example 3 Regenerated abrasive grains obtained by injection collision with a high-pressure pump contain many small-diameter abrasive grains. It was confirmed.
The remaining amount of Si was initially planned to be evaluated by ICP MS (Induction Plasma Mass Spectrometer), but there was a concern that information would be closed by a filter in the apparatus, and sufficient evaluation could not be performed. Therefore, evaluation was performed by energy dispersive X-ray analysis (EDX). An example of the measurement is shown in FIG. 26, and the remaining amount of Si is shown in FIG. In any of the methods, Si resulting from the main component SiO 2 of glass remained. These results suggest that good Si desorption may have been performed in the contact collision method except high-speed agitation, but there is still room for study in the sedimentation / separation process.

更に、上記各再生砥粒を用いて表3の条件にて研磨評価実験を実施した。
Further, a polishing evaluation experiment was conducted using the above-mentioned recycled abrasive grains under the conditions shown in Table 3.

図28に研磨実験結果を示す。
未使用砥粒の研磨レートを100%としたとき、使用済み砥粒の研磨レートは65%まで低下した。そこで、実施例1;高速撹拌により得られた再生砥粒を用いた研磨実験によって、研磨レートは77%まで回復した。したがって、明らかな砥粒の再生効果が確認された。
更に実施例2;高圧エアを用いたバブリング、実施例3;高圧噴射による衝突、実施例4;超音波振動子によるキャビテーションの3つの接触衝突手法により得られた再生砥粒を用いた研磨実験によって、研磨レートは未使用砥粒を用いた時の97%まで回復し、高い再生効果を実証することができた。
このとき使用済み砥粒が提供する研磨レートの低下率は35%に対し、再生による研磨レートの回復率のパーセンテージをSi脱離率と定義し、91%を達成した。
また、高い再生効果を得た上記3つの手法の内、研磨レートを勘案すると、最も安価な、実施例2;バブリング方式が最適な脱離手法であることを得た。
FIG. 28 shows the results of the polishing experiment.
When the polishing rate of unused abrasive grains was 100%, the polishing rate of used abrasive grains decreased to 65%. Thus, in Example 1; a polishing experiment using regenerated abrasive grains obtained by high-speed stirring, the polishing rate was recovered to 77%. Therefore, a clear abrasive grain regeneration effect was confirmed.
Further, Example 2: Bubbling using high-pressure air, Example 3; Collision by high-pressure injection, Example 4; Polishing experiment using regenerated abrasive grains obtained by three contact collision methods of cavitation using an ultrasonic vibrator The polishing rate recovered to 97% when the unused abrasive grains were used, and a high regeneration effect could be demonstrated.
At this time, the rate of decrease of the polishing rate provided by the used abrasive grains was 35%, while the percentage of the recovery rate of the polishing rate by regeneration was defined as the Si desorption rate, and 91% was achieved.
In addition, among the above three methods that obtained a high regeneration effect, it was found that the most inexpensive, Example 2; bubbling method was the most suitable desorption method considering the polishing rate.

〔研究成果〕
ラボレベルにおける脱離実験結果を基に、Si水和物脱離部の試作開発を行った。また、Si水和物の脱離メカニズムのシミュレーション結果を基に、Si水和物脱離部の各接触衝突手法を用いて脱離処理実験を行った。
実験結果より、実施例1;高速撹拌方式、実施例2;高圧エアを用いたバブリング方式、実施例3;高圧ポンプを用いたスラリー高圧噴射方式、実施例4;超音波を用いたキャビテーション方式の全ての方式で、砥粒の再生効果が確認された。しかも、実施例2〜4では、91%のSi脱離率を実現でき、目標である脱離率30%以上を達成し、高い再生効果を得た。
〔reaserch result〕
Based on the results of desorption experiments at the laboratory level, we developed a prototype of the Si hydrate desorption site. Moreover, based on the simulation result of the desorption mechanism of Si hydrate, desorption treatment experiments were performed using each contact collision method of the Si hydrate desorption part.
From the experimental results, Example 1; high-speed stirring method, Example 2; bubbling method using high-pressure air, Example 3; slurry high-pressure injection method using a high-pressure pump, Example 4; cavitation method using ultrasonic waves In all methods, the effect of regenerating abrasive grains was confirmed. Moreover, in Examples 2 to 4, a Si desorption rate of 91% was achieved, the target desorption rate of 30% or more was achieved, and a high regeneration effect was obtained.

〔再生研磨砥粒を用いた研磨評価実験の実施〕
1)Si水和物脱離実験による再生砥粒研磨実験
前述のように実験した通り、開発した砥粒再生装置によって再生した砥粒について、実施例1;撹拌プロセス、実施例2;バブリング、実施例3;高圧噴射、実施例4;超音波分散の4種類の再生プロセスによる研磨レートを図28のように得た。
[Implementation of polishing evaluation experiment using recycled abrasive grains]
1) Recycled abrasive polishing experiment by Si hydrate desorption experiment As described above, with respect to the abrasive grains regenerated by the developed abrasive regenerator, Example 1; stirring process, Example 2; bubbling, implementation Example 3: High pressure injection, Example 4: Polishing rates by four types of regeneration processes of ultrasonic dispersion were obtained as shown in FIG.

2)再生砥粒研磨実験による表面粗さ
図29に示す白色顕微干渉計(ZYGO社製NewView6300)を用い、再生スラリーによる研磨表面品位を、未使用スラリー、使用済みスラリーと比較した。
その結果を図30に示す。
未使用スラリーの研磨品位はRa値で0.741nmだったのものが、38時間使用済みスラリーでは0.840nmと悪化し、傷も増えていた。
これに対し、実施例1;撹拌プロセスでは粗さは0.839nmと回復せず不十分であることが分かった。また、研磨レートが回復した実施例2;バブリングプロセスでは、Raは0.744nmと未使用スラリー並みに向上したが、細かい傷が確認できた。実施例3;高圧噴射プロセスでは、Raも向上し、傷の発生も抑えられている事がわかった。実施例2;バブリングプロセスでも未使用スラリー並みの粗さは得られたが、傷まで含めた十分な再生には実施例2;高圧噴射が必要であると考えられる。
2) Surface Roughness by Recycled Abrasive Polishing Experiment Using a white microscopic interferometer (New View 6300 manufactured by ZYGO) shown in FIG. 29, the polished surface quality of the regenerated slurry was compared with unused slurry and used slurry.
The result is shown in FIG.
The polishing quality of the unused slurry was 0.741 nm in terms of Ra value, but the 38 hour spent slurry was deteriorated to 0.840 nm and the number of scratches was increased.
On the other hand, it was found that in Example 1; stirring process, the roughness was 0.839 nm and did not recover and was insufficient. Further, in Example 2 in which the polishing rate was recovered; in the bubbling process, Ra was 0.744 nm, which was improved to the level of the unused slurry, but fine scratches could be confirmed. Example 3 It was found that in the high pressure injection process, Ra was also improved and generation of scratches was suppressed. Example 2: Although the same level of roughness as that of an unused slurry was obtained even in the bubbling process, Example 2; high pressure injection is considered necessary for sufficient regeneration including scratches.

・研究成果
開発した砥粒再生装置によって再生した砥粒について、実施例1;撹拌プロセス、実施例2;バブリング、実施例3;高圧噴射、実施例4;超音波分散の4種類の再生プロセスによる研磨実験を通して評価を行った。その結果、研磨レート、表面粗さによる評価によって、再生プロセスを比較したところ、実施例1;撹拌プロセスはレート、粗さともに不十分で、実施例1;バブリングプロセス以上の物理衝突エネルギーによる再生が必要であることがわかった。
・ Research results Regarding the abrasive grains regenerated by the developed abrasive regenerator, Example 1; Stirring process, Example 2; Bubbling, Example 3; High-pressure injection, Example 4; Evaluation was carried out through polishing experiments. As a result, when the regeneration process was compared by evaluation based on the polishing rate and surface roughness, Example 1; the stirring process was insufficient in both rate and roughness, and Example 1 was regenerated by physical collision energy higher than the bubbling process. I found it necessary.

〔迅速砥粒沈降技術の確立〕
脱離処理後のスラリー液中に含まれるSiを効率的に排出除去するためには迅速に砥粒を沈降させる必要がある。基礎実験においては沈降に1時間を要したが、沈降技術の最適化を図り沈降時間30分以内を目指す。沈降技術として、スラリーを撹拌しながら凝集剤を投与する。比重の大きい砥粒を迅速に沈降させ、溶液中に脱離後浮遊しているSi水和物を速やかに排出することにより再付着を防止する。再分散性が良好で且つ研磨特性に悪影響を与えない凝集剤の選択を行い、沈降技術最適化実験を行う。
[Establishment of rapid abrasive sedimentation technology]
In order to efficiently discharge and remove Si contained in the slurry liquid after the desorption treatment, it is necessary to quickly settle the abrasive grains. In the basic experiment, it took 1 hour to settle, but we aim to optimize the sedimentation technique and set the sedimentation time within 30 minutes. As a sedimentation technique, the flocculant is administered while stirring the slurry. Reattachment is prevented by quickly precipitating abrasive grains having a large specific gravity and quickly discharging Si hydrate floating after desorption into the solution. A flocculant that has good redispersibility and does not adversely affect the polishing characteristics is selected, and a sedimentation technique optimization experiment is performed.

・ラボレベル凝集剤添加量と沈降特性の調査
1)凝集剤添加による分離工程概要
脱離したSi水和物の分離工程についての概要図を図31に示す。砥粒の迅速沈降には、脱離したSi水和物を効率良く分離可能な凝集剤添加が必要である。砥粒には凝集しやすいpH値、すなわち等電位点が存在し、凝集剤の過剰添加、または不足した場合は迅速沈降の妨げになると考えられる。したがって、凝集剤添加後の砥粒は、スラリー静置後の上澄み液中に含まれる砥粒量が少ない、すなわち上澄み液の濁度が小さくなるほど沈降速度が速いと考えられる。実験例を図32に示す。凝集剤を用いて実験を実施し、添加量と沈降特性について調査した。
2)実験条件
図16の攪拌実験装置を用い、砥粒はMIREK E−40、攪拌条件及び砥粒静置時間を一定にした条件の基で実験を実施し、上澄み液の濁度により比較する。手順を図33に示す。
・ Investigation of Lab Level Flocculant Addition Amount and Sedimentation Characteristics 1) Outline of Separation Process by Addition of Flocculant FIG. 31 shows a schematic diagram of the separation process of desorbed Si hydrate. For rapid sedimentation of the abrasive grains, it is necessary to add a flocculant that can efficiently separate the detached Si hydrate. It is considered that the abrasive grains have a pH value that easily aggregates, that is, an equipotential point, and if the flocculant is excessively added or insufficient, rapid settling is hindered. Therefore, it is considered that the abrasive grains after the addition of the flocculant has a faster sedimentation rate as the amount of abrasive grains contained in the supernatant liquid after the slurry is allowed to stand is smaller, that is, as the turbidity of the supernatant liquid becomes smaller. An experimental example is shown in FIG. Experiments were conducted using a flocculant, and the amount added and sedimentation characteristics were investigated.
2) Experimental conditions Using the stirring experimental apparatus of FIG. 16, the abrasive grains were subjected to the experiment under the conditions of MIREK E-40, the stirring conditions and the stationary time of the abrasive grains, and compared with the turbidity of the supernatant. . The procedure is shown in FIG.

3)実験結果とまとめ
実験は7種類の使用済みスラリーについて実施した。各スラリーについて上澄み液の濁度が最小値となったpH値、及びその時の凝集剤添加量に着目し、それぞれ最適凝集剤添加量及び最適pH値とした。結果を表5に示す。この結果から、すべての使用済みスラリーを最適沈降速度とする最適pH値は6.0近傍となった。また、pH値と最適凝集剤添加量の関係を図34に示す。
3) Experimental results and summary The experiment was conducted on 7 types of used slurries. Paying attention to the pH value at which the turbidity of the supernatant liquid became the minimum value for each slurry and the addition amount of the flocculant at that time, the optimum addition amount and the optimum pH value were set, respectively. The results are shown in Table 5. From this result, the optimum pH value at which all the used slurries are set to the optimum sedimentation rate was around 6.0. Further, FIG. 34 shows the relationship between the pH value and the optimum flocculant addition amount.

・ラボレベルにおける凝集剤添加量と再分散性の検討
1)実験概要
使用済みスラリーは、繰り返し研磨によって液中に加工屑が増えると、粘度の高い沈殿物が生成される場合がある。これより、研磨砥粒が液中に充分行き渡らなくなり、研磨レートの低下を招くおそれがある。そこで、使用済み砥粒と再生砥粒の再分散性を比較する実験を実施した。
2)実験手順および結果
MIREK E−21の使用済みスラリー及び再生スラリーを200gずつ用いて実験を実施した。実験手順を図35に示す。実験写真を図36、実験結果を図37に示す。最適pH値で再生した砥粒の再分散性は極めて良好であると考えられる。実機レベルでの再分散性に関する適用実験は、補完研究として継続して追及する。
-Examination of flocculant addition amount and redispersibility at lab level 1) Outline of experiment When used scraps increase in processing waste in the liquid by repeated polishing, precipitates with high viscosity may be generated. As a result, the abrasive grains do not spread sufficiently in the liquid, which may lead to a decrease in the polishing rate. Therefore, an experiment was conducted to compare the redispersibility of used abrasive grains and recycled abrasive grains.
2) Experimental procedure and results An experiment was conducted using 200 g each of the used slurry and regenerated slurry of MIREK E-21. The experimental procedure is shown in FIG. The experimental photograph is shown in FIG. 36, and the experimental result is shown in FIG. It is considered that the redispersibility of the abrasive grains regenerated at the optimum pH value is very good. The application experiment on redispersibility at the actual machine level will continue to be pursued as a complementary study.

・実機レベル(スラリー液量20Lにおける評価
実機レベルにて適用実験した結果については、〔実用化レベルのSi水和物脱離技術の最適化〕内の図18の砥粒再生手順の工程にあるように5分間での沈降が達成され、目標30分以内を達成した。
-Actual machine level (Evaluation at slurry liquid volume 20L The results of application experiments at the actual machine level are in the process of the abrasive grain regeneration procedure of FIG. 18 in [Optimization of Si hydrate desorption technology at practical level]. Thus, sedimentation in 5 minutes was achieved, and the target within 30 minutes was achieved.

・研究成果
脱離処理後のスラリー液中に含まれるSiを効率的に排出除去するために、凝集剤を投与して迅速に砥粒を沈降させる沈降技術の最適化を図った。その結果、最適凝集剤添加量は使用済みスラリーのpH値に依存し、指数関数曲線を描いた。また、最適pH値については、pH6.0近傍であることが分かった。実機レベルにて適用実験した結果6分間での沈降が達成され、目標30分以内を達成した。
・ Research results In order to efficiently discharge and remove Si contained in the slurry liquid after the desorption treatment, we optimized the sedimentation technique to quickly settle the abrasive grains by administering a flocculant. As a result, the optimum flocculant addition amount depended on the pH value of the used slurry, and an exponential curve was drawn. In addition, the optimum pH value was found to be around pH 6.0. As a result of an application experiment at the actual machine level, sedimentation in 6 minutes was achieved, and the target was within 30 minutes.

・再生スラリー調整技術並びに廃液処理技術の確立
(イ)目的と目標
得られた再生砥粒の研磨レートを向上させるためには、pH、砥粒個体濃度を調整する必要がある。よってpH調整剤の添加量の最適化を図り、pH最適値±0.5以内を目指す。また、本研究にて開発する再生処理プロセスには化学的処理が含まれる。従って、再生により発生した廃液の処理においては関係法令等を遵守した処理方法の確立が必須である。BOD排出基準は国160mg/L、秋田県条例30mg/Lであり、この基準値の達成を可能とする処理技術を確立する。具体的には廃液に対して凝集剤の添加を行い、これより廃棄物と水に分別する。有限会社さとう技研は凝集実験による添加量の最適化並びにBOD測定評価を行う。
-Establishment of recycled slurry adjustment technology and waste liquid treatment technology (a) Purpose and target In order to improve the polishing rate of the obtained recycled abrasive grains, it is necessary to adjust the pH and the individual concentration of abrasive grains. Therefore, the addition amount of the pH adjusting agent is optimized and the pH is within ± 0.5. The regeneration process developed in this study includes chemical treatment. Accordingly, in the treatment of waste liquid generated by regeneration, it is essential to establish a treatment method that complies with relevant laws and regulations. The BOD emission standards are 160 mg / L for the country and 30 mg / L for the Akita Prefecture Ordinance, and the processing technology that makes it possible to achieve this standard value will be established. Specifically, a flocculant is added to the waste liquid, and the waste is separated from water. Sato Giken Co., Ltd. optimizes the amount of addition by coagulation experiment and evaluates BOD measurement.

・研磨レート向上に資する再生スラリー調整技術の確立
使用済みスラリーの再生プロセスはpH 6.0付近で砥粒を沈降させ、上澄み液排出後に新しい水を投入する。したがって、再生スラリーのpH値はpH 6.0〜7.0付近となり、バージンスラリーと同等の値をとることがわかった。これより、pH調整剤は不要であると考えられる。
・ Establishment of regenerative slurry adjustment technology that contributes to improvement of polishing rate In the regeneration process of used slurries, abrasive grains are allowed to settle at around pH 6.0, and fresh water is added after discharging the supernatant liquid. Accordingly, it was found that the pH value of the regenerated slurry was around pH 6.0 to 7.0, which was equivalent to that of the virgin slurry. From this, it is thought that a pH adjuster is unnecessary.

・環境に配慮した廃液中Si水和物の廃棄方法の検討並びに提案
1)実験概要
再生過程で発生した廃液の処理には、図38に示す凝集剤を用いて、水と廃棄物に分別する。処理前の廃液と処理後の水について実験を実施し、BOD値を比較する。廃液処理には図19の凝集剤とpH値調整用の苛性ソーダを用いた。実験手順を図39に示す。
2)実験結果とまとめ
実験結果を図40に示す。廃液処理後のBOD値は、処理前の34.1mg/Lから3.5mg/Lに低下し、事業目標である秋田県条例30mg/L以下を達成した。
・ Examination and proposal of disposal method of Si hydrate in waste liquid considering environment 1) Outline of experiment For the treatment of waste liquid generated in the regeneration process, the flocculant shown in Fig. 38 is used to separate water and waste. . An experiment is performed on the waste liquid before treatment and water after treatment, and BOD values are compared. For the waste liquid treatment, the flocculant shown in FIG. 19 and caustic soda for adjusting the pH value were used. The experimental procedure is shown in FIG.
2) Experimental results and summary The experimental results are shown in FIG. The BOD value after waste liquid treatment decreased from 34.1 mg / L before treatment to 3.5 mg / L, and achieved the business target of 30 mg / L or less in the Akita Prefecture Ordinance.

・研究成果
使用済みスラリーの再生プロセスはpH6.0付近で砥粒を沈降させ、上澄み液排出後に新しい水を投入する。したがって、再生スラリーのpH値はpH6.0〜7.0付近となり、バージンスラリーと同等の値をとることがわかった。これより、pH調整剤は不要であると考えられる。また、廃液処理プロセスを検討した結果、BOD値は、処理前の34.1mg/Lから3.5mg/Lに低下し、事業目標である秋田県条例30mg/L以下を達成した。
・ Research results In the used slurry regeneration process, the abrasive grains are allowed to settle at around pH 6.0, and fresh water is added after the supernatant is discharged. Therefore, it was found that the pH value of the regenerated slurry was around pH 6.0 to 7.0, which was equivalent to the virgin slurry. From this, it is thought that a pH adjuster is unnecessary. In addition, as a result of examining the waste liquid treatment process, the BOD value decreased from 34.1 mg / L before treatment to 3.5 mg / L, and achieved the business target of 30 mg / L or less in the Akita Prefecture Ordinance.

図41に示す処理フローは、本発明に関わる前処理や後処理も含めて示すものであり、図42に示す処理フローは、本発明に関わる後処理を含めて示すものである。   The processing flow shown in FIG. 41 includes pre-processing and post-processing related to the present invention, and the processing flow shown in FIG. 42 includes post-processing related to the present invention.

Claims (6)

使用済み酸化セリウム砥粒の表面にSi水和物が付着している汚損砥粒を含むスラリーを、撹拌機を用いて90〜1400rpmの範囲で高速撹拌することにより、砥粒同士が擦り合わされるように接触又は衝突させる第1の工程と、該第1の工程にて脱離後に浮遊するSi水和物と再生砥粒とを分別させる第2の工程と、からなることを特徴とする酸化セリウム砥粒再生方法。   The abrasive grains are rubbed together by stirring the slurry containing contaminated abrasive grains with Si hydrate adhering to the surface of the used cerium oxide abrasive grains at a high speed in the range of 90 to 1400 rpm using a stirrer. And a second step of separating Si hydrate floating after desorption in the first step and reclaimed abrasive grains. Cerium abrasive grain regeneration method. 使用済み酸化セリウム砥粒の表面にSi水和物が付着している汚損砥粒を含む脱離・沈降貯槽内部に配備されたエア配管より、エアを噴射するバブリングにより、砥粒同士が擦り合わされるように接触又は衝突させる第1の工程と、該第1の工程にて脱離後に浮遊するSi水和物と再生砥粒とを分別させる第2の工程と、からなることを特徴とする酸化セリウム砥粒再生方法。   The abrasive grains are rubbed together by bubbling that injects air from the air piping provided inside the desorption / sedimentation storage tank containing fouling abrasive grains with Si hydrate adhering to the surface of the used cerium oxide abrasive grains. And a second step of separating the Si hydrate floating after the desorption in the first step and the recycled abrasive grains. Cerium oxide abrasive grain regeneration method. 使用済み酸化セリウム砥粒の表面にSi水和物が付着している汚損砥粒を含むスラリーを、脱離・沈降貯槽内部に設けた衝突壁に向けて高圧ポンプにより噴射することにより、砥粒同士が擦り合わされるように接触又は衝突させる第1の工程と、該第1の工程にて脱離後に浮遊するSi水和物と再生砥粒とを分別させる第2の工程と、からなることを特徴とする酸化セリウム砥粒再生方法。   By injecting a slurry containing fouling abrasive grains with Si hydrate adhering to the surface of the used cerium oxide abrasive grains onto a collision wall provided inside the desorption / sedimentation storage tank by a high pressure pump, the abrasive grains A first step of contacting or colliding with each other so that they are rubbed together, and a second step of separating Si hydrate floating after desorption in the first step and recycled abrasive grains. A method for regenerating cerium oxide abrasive grains. 使用済み酸化セリウム砥粒の表面にSi水和物が付着している汚損砥粒を含む脱離・沈降貯槽内部に、超音波振動子を配備し、超音波によるキャビテーションを用いて砥粒同士が擦り合わされるように接触又は衝突させる第1の工程と、該第1の工程にて脱離後に浮遊するSi水和物と再生砥粒とを分別させる第2の工程と、からなることを特徴とする酸化セリウム砥粒再生方法。   An ultrasonic vibrator is installed inside the desorption / sedimentation storage tank containing the fouling abrasive grains with Si hydrate adhering to the surface of the used cerium oxide abrasive grains, and the abrasive grains are separated from each other using ultrasonic cavitation. It comprises a first step of contacting or colliding so as to be rubbed together, and a second step of separating Si hydrate and regenerated abrasive particles that float after desorption in the first step. A method for regenerating cerium oxide abrasive grains. 前処理として、研磨屑と酸化セリウム砥粒を含有する使用済みの研磨スラリーを分離筒に収容した状態で、軸を中心に回転させて径方向に遠心力を作用させつつ、軸方向の上下に電極を臨ませると共に径方向の内側より外側での配設間隔を狭めた状態で電界を作用させる処理を施すことにより、径方向の内側に設けた排出口から研磨屑や使用済み酸化セリウム砥粒と研磨屑の結合物を分離し、径方向の外側に設けた回収口から酸化セリウム砥粒を回収した後、請求項1〜4の何れか一項に記載の再生方法を実施することを特徴とする酸化セリウム砥粒再生方法。   As pretreatment, in a state in which used polishing slurry containing polishing scraps and cerium oxide abrasive grains is housed in a separation cylinder, while rotating around the shaft and applying centrifugal force in the radial direction, it is moved up and down in the axial direction. By applying an electric field with the electrode facing and narrowing the arrangement interval outside the inside in the radial direction, polishing dust and used cerium oxide abrasive grains are discharged from the discharge port provided on the inside in the radial direction. And the scraps are separated from each other, and the cerium oxide abrasive grains are recovered from a recovery port provided on the outer side in the radial direction, and then the regeneration method according to any one of claims 1 to 4 is performed. A method for regenerating cerium oxide abrasive grains. 請求項1〜5の何れか一項に記載の再生方法を実施した後、後処理として、凝集剤を投入して砥粒を凝集沈降させ、Si水和物を含む上澄み液と分離するか、或いは遠心分離により砥粒とSi水和物とを分離して、再生砥粒を回収し、Si水和物を含む上澄み液を廃棄することを特徴とする酸化セリウム砥粒再生方法。   After carrying out the regeneration method according to any one of claims 1 to 5, as a post-treatment, the flocculant is added to aggregate and settle the abrasive grains, or separated from the supernatant liquid containing Si hydrate, Alternatively, a method for regenerating cerium oxide abrasive grains, comprising separating abrasive grains and Si hydrate by centrifugation, collecting the regenerated abrasive grains, and discarding the supernatant liquid containing Si hydrate.
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