JP2015224162A - ケイフッ化ナトリウムの製造方法および廃液処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】ケイフッ化水素酸を含むフッ素系廃液から簡易な方法によって高純度のケイフッ化ナトリウムを製造するケイフッ化ナトリウムの製造方法を提供する。【解決手段】廃液処理システム１０において、少なくともケイフッ化水素酸を含むフッ素系廃液に対して、ケイフッ化水素酸の０．５当量以下のナトリウム化合物を添加するステップが実行される。続いて、ナトリウム化合物が添加されたフッ素系廃液を２〜１２時間反応させるステップが実行される。そして、反応後のフッ素系廃液を固液分離することによってケイフッ化ナトリウムを回収するステップが実行され、ケイフッ化ナトリウムが製造される。【選択図】図１

Description

本発明は、ケイフッ化水素酸を含むフッ素系廃液を利用してケイフッ化ナトリウムを製造するケイフッ化ナトリウムの製造方法および廃液処理システムに関する。

ケイフッ化水素酸を含むフッ素系廃液に炭酸ナトリウムを添加すると、ケイフッ化水素酸と炭酸ナトリウムとが化学反応を起こして、ケイフッ化ナトリウムが生成する。

Ｈ₂ＳｉＦ₆ ＋ Ｎａ₂ＣＯ₃ → Ｎａ₂ＳｉＦ₆ ＋ Ｈ₂ＣＯ₃

このケイフッ化ナトリウムは、ガラス着色剤ガラス・ほうろう原料等に利用可能であり有価物として取引可能であるため、フッ素系廃液から有価物を回収すべくこの方法が注目されてきた。

ここで、生成するケイフッ化ナトリウムの量は、ケイフッ化水素酸の濃度やケイフッ化水素酸に対するナトリウム化合物のモル当量を増やしていくにつれて増加する。このため、従来技術の中には、廃液に含まれるフッ化水素酸と二酸化ケイ素等の酸化ケイ素化合物とを予め反応させることによってフッ化水素酸をケイフッ化水素酸に変換した上で、ケイフッ化ナトリウムの回収を図るものが存在する（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１１−２０１７７０号公報

ところが、ナトリウム化合物の添加量がある量を超えると、ナトリウム化合物がフッ素系廃液に含まれるガラス由来の溶解成分アルミニウムと化学反応を起こして、６フッ化アルミン酸ナトリウムの析出が始まってしまうことがある。６フッ化アルミン酸ナトリウムの析出があると、フィルタープレス等によって固液分離したときのケーキに含まれるケイフッ化ナトリウムの純度が低下するという問題があるが、上記特許文献１を含む従来技術においてはこの問題が考慮されていなかった。

この発明の目的は、上述の問題を解消し、ケイフッ化水素酸を含むフッ素系廃液から簡易な方法によって高純度のケイフッ化ナトリウムを製造するケイフッ化ナトリウムの製造方法および廃液処理システムを提供することである。

本発明に係るケイフッ化ナトリウムの製造方法は、少なくともケイフッ化水素酸を含むフッ素系廃液に対して、ケイフッ化水素酸の０．５当量以下のナトリウム化合物を添加するステップと、ナトリウム化合物が添加されたフッ素系廃液を２〜１２時間反応させるステップと、反応後のフッ素系廃液を固液分離することによってケイフッ化ナトリウムを回収するステップと、を含んでいる。この方法においては、添加するナトリウム化合物の量を敢えてケイフッ化水素酸の０．５当量以下に抑えるという簡易な工夫によって、６フッ化アルミン酸ナトリウムの析出が効果的に防止される。この結果、フィルタープレス等によってフッ素系廃液を固液分離したときのケーキにアルミニウム系の析出物が含まれることが防止されるため、回収するケイフッ化ナトリウムの純度が高められる。

本発明に係るケイフッ化ナトリウムの製造方法において、ナトリウム化合物とフッ素系廃液との反応における反応温度が３５度以下になるように制御されることが好ましい。反応温度を３５度以下に保つことによって、６フッ化アルミン酸ナトリウムの析出がより効果的に防止される。

また、本発明に係るケイフッ化ナトリウムの製造方法において、ナトリウム化合物が炭酸ナトリウムであり、ケイフッ化水素酸の０．２〜０．５当量の炭酸ナトリウムが添加されることが好ましい。炭酸ナトリウムをケイフッ化水素酸の０．２〜０．５当量の範囲で添加することで、６フッ化アルミン酸ナトリウムの析出を適正に抑制することによって回収されるケイフッ化ナトリウムの純度が高まり、かつ、混酸廃液のフッ素濃度を効果的に低減することが可能になる。

このように、ケイフッ化水素酸に対して添加するナトリウム化合物のモル当量を最適な範囲に調整するという簡易な手法によって、６フッ化アルミン酸ナトリウムの析出を抑制しつつ、例えば純度９８％以上の高純度のケイフッ化ナトリウムを製造することが可能になる。

本発明によれば、ケイフッ化水素酸を含むフッ素系廃液から簡易な方法によって高純度のケイフッ化ナトリウムを製造することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る廃液処理システムの概略を示す図である。 反応部における化学反応の概略を示す図である。 反応部における好適な処理の一例を示す図である。

以下、図を用いて本発明の一実施形態に係る廃液処理システム１０について説明する。廃液処理システム１０は、ガラス基板や半導体基板に対してフッ酸を含む混酸研磨液を使用して化学研磨処理を行う化学研磨工場１００で発生する混酸廃液を処理するように構成される。この化学廃液処理システム１０は、第１のフィルタープレス１２、汚泥収容槽１４、反応部１６、薬品収容部１８、第２のフィルタープレス２０、貯液タンク２２、およびケーキ収容槽２４を備える。

第１のフィルタープレス１２は、化学研磨工場１００の混酸廃液を濾過し酸汚泥を捕集するように構成される。汚泥収容槽１４は、第１のフィルタープレス１２にて捕集された酸汚泥を受け入れ収容するように構成される。汚泥収容槽１２に収容された酸汚泥は、必要に応じて産業廃棄物処理業者によって適正に取り扱われ処理される。

反応部１６は、第１の反応槽１６２および第２の反応槽１６４を備える。第１の反応槽１６２と第２の反応槽１６４の基本的構成は同一であるため、ここでは第１の反応槽１６２についてのみ説明を行い、第２の反応槽１６４については説明を省略する。第１の反応槽１６２は、第１のフィルタープレス１２の濾液を受け入れるように構成されるとともに、後述する薬品収容部１８からの薬品が投入可能に構成されている。第１の反応槽１６２において、濾液に対する薬品の添加が実行されて化学反応が促進される。この実施形態では、反応部１６に２つの反応槽が配置される構成が採用されているが、単一の反応槽や３つ以上の反応槽を配置する構成であっても本発明を実施することは可能である。

薬品収容部１８は、反応部１６の反応槽に添加すべき薬品を収容するように構成されている。ここでは、薬品収容部１８には、混酸廃液中のフッ素と効率良く反応する炭酸ナトリウムが収納されている。廃液処理システム１０では、ポンプやコンベア等の公知の搬送手段を用いて所望量の炭酸ナトリウムが反応部１６に供給されるように構成されている。第２のフィルタープレス２０は、本発明の固液分離手段に対応するものであるが、反応部１６にて所望時間反応が行われたスラリーを受け入れるとともに受け入れたスラリーを固液分離するように構成される。

貯液タンク２２は、第２のフィルタープレス２０から出される濾液を収容するように構成される。この実施形態では、反応部１６および第２のフィルタープレス２０を経由してフッ素濃度が低減した混酸廃液が収容される。ケーキ収容槽２４は、第２のフィルタープレス２０にて脱水されたケーキを収容するように構成される。この実施形態では、ケーキ収容槽２４にはケイフッ化ナトリウムが収容される。ケーキ収容槽２４に回収されたケイフッ化ナトリウムは、必要に応じて乾燥、粉砕、および梱包等の作業が行われた後、有価物として取引可能な完成品（製品）になる。

続いて、図２を用いて、反応部１６における化学反応の概略を説明する。廃液処理システム１０においては、ケイフッ化水素酸を含むフッ素系廃液に対して、ケイフッ化水素酸の０．５当量を超えるナトリウム化合物を添加しないようにしている。具体的には、反応部１６において、第１のフィルタープレスの濾液に対してケイフッ化水素酸の０．２〜０．５当量の炭酸ナトリウムを添加するようにしている。

図２（Ａ）に示すように、第１の反応槽１６２または第２の反応槽１６４内の濾液に対して炭酸ナトリウム等のナトリウム化合物を添加すると、図２（Ｂ）に示すように、ケイフッ化ナトリウムが析出する。このとき、ナトリウム化合物の添加量を増やすと、ケイフッ化ナトリウムの析出量が増える。その一方で、ナトリウム化合物の添加量を増やすにしたがって、図２（Ｃ）に示すように、濾液に含まれるガラス等から由来する溶解成分であるアルミニウムと化学反応を起こして、６フッ化アルミン酸ナトリウムが析出しやすくなる。この６フッ化アルミン酸ナトリウムの析出があると、ケーキ収容槽２４に回収されるケーキに６フッ化アルミン酸ナトリウムが含まれることになりケイフッ化ナトリウムの純度が低下してしまう。

廃液処理システム１０において、６フッ化アルミン酸ナトリウムが析出しにくい状況を形成するために、次のような創意工夫を採用している。まずは、上述のように、第１のフィルタープレスの濾液に対して添加するナトリウム化合物（ここでは、炭酸ナトリウム）の量をケイフッ化水素酸の０．２〜０．５当量の範囲に調整している。ナトリウム化合物の添加量が０．２当量未満の場合には、貯液タンク２２に回収される廃液のフッ素濃度を効果的に低減させることが困難になる一方で、０．５当量を超えると上述のように６フッ化アルミン酸ナトリウムが析出する可能性が増えることが出願人の実験から明らかになっている。

さらに、第１の反応槽１６２または第２の反応槽１６４にナトリウム化合物が添加された後１２時間以内に第２のフィルタープレス２０による固液分離処理に移行するようにしている。具体的には、第１の反応槽１６２または第２の反応槽１６４における濾液（フッ素系廃液）とナトリウム化合物との反応時間を２〜１２時間の範囲で調整している。この理由は、反応時間が１２時間を超えると６フッ化アルミン酸ナトリウムが析出する可能性が増えるからである。また、反応時間が２時間未満だとケイフッ化ナトリウムの析出量自体も減少する結果、ターゲットであるケイフッ化ナトリウムの回収量が減ってしまうからである。

上述の創意工夫に加えて、廃液処理システム１０において、第１の反応槽１６２または第２の反応槽１６４でのナトリウム化合物とフッ素系廃液との反応における反応温度が摂氏３５度以下になるように制御することが好ましい。例えば、第１の反応槽１６２または第２の反応槽１６４の周囲にクーリングタワーまたはチラー等の冷却装置を設け、発熱によって反応温度が摂氏３５度を超えそうな場合に、必要に応じて冷却装置を作動させるような構成を採り入れることが可能である。第１の反応槽１６２または第２の反応槽１６４における反応温度を３５度以下に保つことによって、６フッ化アルミン酸ナトリウムの析出がより効果的に防止されることが出願人の実験によって分かっている。

上述のような創意工夫を採り入れることによって、反応後の濾液（フッ素系廃液）を固液分離することによって高純度のケイフッ化ナトリウムを回収することが可能になる。このように、基本的には、添加するナトリウム化合物の量を敢えてケイフッ化水素酸の０．５当量以下に抑えるという簡易な工夫によって、６フッ化アルミン酸ナトリウムの析出が効果的に防止される。この結果、ケーキ収容槽２４に回収されるケーキにアルミニウム系の析出物が含まれることを防止することが可能になり、回収するケイフッ化ナトリウムの純度を９８％以上まで高めることが可能になる。

続いて、図３（Ａ）および図３（Ｂ）を用いて、第１の反応槽１６２および第２の反応槽１６４の２つを駆使して、反応による待機時間を最小減に抑える手法について説明する。上述のように、第１の反応槽１６２または第２の反応槽１６４における反応は、２〜１２時間程度の時間（平均は、５〜６時間程度）かかるものである。

このため、図３（Ａ）に示すように、第１の反応槽１６２にナトリウム化合物を添加して第１の反応槽１６２にて反応が行われるときには、並行して第２の反応槽１６４の液を第２のフィルタープレス２０に導入して固液分離処理を実行するように工夫すると良い。また、図３（Ｂ）に示すように、第２の反応槽１６４にナトリウム化合物を添加して第２の反応槽１６４にて反応が行われるときには、並行して第１の反応槽１６２の液を第２のフィルタープレス２０に導入して固液分離処理を実行するように工夫すると良い。このように、第１の反応槽１６２および第２の反応槽１６４を交互に切り替えて運用することにより、廃液処理システム１０における作業効率が向上する。

以上のように、廃液処理システム１０においては、 前処理などの特別な操作を行うことなく比較的容易に高純度ケイフッ化ナトリウムを回収することが可能である。なお、上述の実施形態では、ナトリウム化合物として炭酸ナトリウムを用いる例を示したが、例えば、水酸化ナトリウムや炭酸水素ナトリウム等のその他のナトリウム化合物であっても本発明を好適に実施することが可能である。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０−廃液処理システム
１２−第１のフィルタープレス
１４−汚泥収容槽
１６−反応部
１８−薬品収容部
２０−第２のフィルタープレス
２２−貯液タンク
２４−ケーキ収容槽

Claims (4)

1. 少なくともケイフッ化水素酸を含むフッ素系廃液に対して、ケイフッ化水素酸の０．５当量以下のナトリウム化合物を添加するステップと、
   ナトリウム化合物が添加されたフッ素系廃液を２〜１２時間反応させるステップと、
   反応後のフッ素系廃液を固液分離することによってケイフッ化ナトリウムを回収するステップと、
   を含むケイフッ化ナトリウムの製造方法。
2. 前記ナトリウム化合物と前記フッ素系廃液との反応における反応温度が３５度以下になるように制御されることを特徴とする請求項１に記載のケイフッ化ナトリウムの製造方法。
3. 前記ナトリウム化合物が炭酸ナトリウムであり、ケイフッ化水素酸の０．２〜０．５当量の炭酸ナトリウムが添加されることを特徴とする請求項１または２に記載のケイフッ化ナトリウムの製造方法。
4. 少なくともケイフッ化水素酸を含むフッ素系廃液に対して、ケイフッ化水素酸の０．５当量以下のナトリウム化合物を添加するように構成された薬品収容部と、
   ナトリウム化合物が添加されたフッ素系廃液を２〜１２時間反応させるように構成された反応部と、
   反応後のフッ素系廃液を固液分離することによってケイフッ化ナトリウムを回収するように構成された固液分離手段と、
   を備えた廃液処理システム。

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