JP6832576B2

JP6832576B2 - ホウフッ化物含有廃液の処理方法

Info

Publication number: JP6832576B2
Application number: JP2017045816A
Authority: JP
Inventors: 直輝石川; 孝仁中島; 将斗森田; 藤原　武史; 武史藤原
Original assignee: NSC Co Ltd
Current assignee: NSC Co Ltd
Priority date: 2017-03-10
Filing date: 2017-03-10
Publication date: 2021-02-24
Anticipated expiration: 2037-03-10
Also published as: JP2018149469A

Description

本発明は、ホウフッ化物含有廃液の処理方法に関し、特にカリウムを含むアルカリ水溶液を用いて効率的にホウフッ化物含有廃液を処理する方法に関する。

ホウ素およびフッ素を含む廃液はガラス基板の表面処理分野、半導体のエッチング分野等の様々な産業分野から排出される。ホウ素およびフッ素は、下水道法や水質汚濁防止法等の環境関連法令によって、排水基準値が厳しく制限されているため、従来から廃液処理方法について様々な研究が行われてきた。一般的な処理方法としては、廃液に薬品を添加して、ホウ素およびフッ素を不溶性反応物として生成させた後に固液分離を行うことでホウ素およびフッ素の濃度を低下させる処理方法が挙げられる。

ホウ素およびフッ素を含む溶液の廃液処理の難点の一つとして、ホウ素イオンとフッ素イオンが溶液中で結合してホウフッ化物イオン（BF₄ ^-）が生じることである。ホウフッ化物イオンは、難分解性で安定した性質を有しており、そのままの状態では難溶性の沈殿として除去することが困難である。ホウフッ化物含有溶液を処理するためには、ホウフッ化物イオンをホウ素とフッ素に分解してから固液分離処理しなければならない。そのため、従来では、アルミニウム化合物等を利用してホウフッ化物を分解した後に、カルシウム化合物によってホウ素およびフッ素を固形物として除去していた（例えば、特許文献１。）。

特開２０１４−２００７４３号公報

従来のホウフッ化物含有廃液の処理は、ホウフッ化物を分解する工程とホウ素およびフッ素を除去する工程という２段階の処理が必要であった。多段階の処理を行うため、廃液処理設備が大型化してしまったり、使用薬液が増加してしまったりするという問題点があった。また、カルシウム化合物を用いた処理では、固液分離処理で発生する汚泥量が増加してしまう。このため、汚泥の発生量を削減することが可能な廃液処理方法が求められていた。

本発明の目的は、カリウムを含むアルカリ水溶液を使用してホウフッ化物含有溶液を効率的に処理する方法を提供することである。

本発明に係るホウフッ化物含有廃液の処理方法は、前処理工程、ホウフッ化物除去工程および固液分離工程を含む処理方法である。前処理工程は、少なくともホウフッ化物を含む廃液にナトリウム化合物またはカルシウム化合物を添加する工程である。ホウフッ化物除去工程は、前処理工程で得られた溶液に少なくともカリウムを含むアルカリ水溶液を添加する工程である。固液分離工程は、ホウフッ化物除去工程で得られた溶液を固液分離する工程である。

前処理工程は、ナトリウム化合物またはカルシウム化合物を用いて被処理溶液中にホウフッ化物イオン以外の形態で存在するフッ素を除去する工程である。ホウフッ化物除去工程でフッ素イオンが存在すると、ホウフッ化物の除去効率が低下するため、前処理工程において、フッ化ナトリウムまたはフッ化カルシウムとして廃液中のフッ素を除去する。ホウフッ化物除去工程は、ホウフッ化物イオンをホウフッ化カリウムとして析出させる工程である。カリウム溶液を添加することで、ホウフッ化物イオンを分解することなく、不溶性生成物として析出させることが可能になる。固液分離工程は、フィルタプレス等の脱水機を用いて廃液を固液分離する工程である。

本発明では、カリウムを含有する水溶液を用いてホウフッ化物の除去処理を行っている。このため、アルミニウム化合物を用いてホウフッ化物を分解した後に、カルシウム化合物を用いて固液分離処理を行うといったような多段階の処理を行うことなく効率的にホウフッ化物を除去することができる。さらに、除去処理に使用する薬液の使用量や汚泥の発生量も削減することできるので、環境負荷を軽減することが可能になる。

また、ホウフッ化物除去工程において、アルカリ水溶液添加後の被処理溶液のｐＨを酸性物質によって調整する工程をさらに含むことが好ましい。ホウフッ化物除去工程は、ｐＨ１０以上のアルカリ領域で行うことによって、反応性が高く効率の良い処理を可能にしている。しかし、固液分離処理で発生する汚泥がアルカリ性になると取り扱いが困難になったり、環境負荷が増大したりするおそれがあるため、酸性物質によって被処理溶液のｐＨを中性領域に調整することが好ましい。酸性物質としては、塩酸を添加することで、不要な生成物等の発生を抑制しつつｐＨ調整を行うことが可能である。

また、前処理工程において、被処理溶液のｐＨが５を超えるまでナトリウム化合物またはカルシウム化合物を添加することが好ましい。前処理工程では、ホウフッ化物の処理前に廃液中に存在するフッ素イオンの除去を行っているが、除去処理に伴って発生する汚泥のｐＨが５以下の酸性領域であると、耐酸性を有する処理設備が必要となり、処理コストが上昇する。また、酸性汚泥は、非常に取り扱いが困難であるため、被処理溶液のｐＨが５を超えるようにナトリウム化合物またはカルシウム化合物を添加することによって、発生する汚泥を中性領域に調整している。

この発明によれば、カリウムを含むアルカリ水溶液を利用して、効率的にホウフッ化物含有廃液を処理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設備の概略示す図である。

本発明の一実施形態として、液晶パネル等のフラットパネルディスプレイに利用されるガラス基板のエッチング廃液を処理する方法について説明する。ガラス基板のエッチング処理は、フッ酸を含むエッチング液が利用されており、フッ酸とガラス基板に含まれるホウ素が反応することで、エッチング廃液中にはホウ素およびフッ素が含まれている。

図１は、ガラスエッチング廃液を処理するための廃液処理設備の概略を示す図である。廃液処理設備は、ガラス基板のエッチング装置１０にて使用されたエッチング廃液からホウ素およびフッ素を除去するように構成される。エッチング装置１０は、ガラス基板に対してエッチング液を噴射することによって薄型化等の表面処理を行うための枚葉式のエッチング装置である。

エッチング装置１０で使用されたエッチング廃液は、前処理槽１２に供給される。前処理槽１２では、エッチング廃液に前処理液であるナトリウム化合物またはカルシウム化合物を添加することによって、廃液中の遊離フッ素の除去処理が行われる。また、遊離フッ素以外にもケイフッ化水素酸（H₂SiF₆）が廃液中に存在する場合は、ケイフッ化水素酸も同時に除去される。前処理液として使用されるナトリウム化合物またはカルシウム化合物の一例としては、塩化ナトリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、塩化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム等が挙げられる。前処理液は、前処理槽１２に接続される前処理液収容槽１４に収容されている。前処理液を前処理槽１２に投入することによって、廃液中のフッ素イオンがフッ化ナトリウムやフッ化カルシウムとして析出する。前処理槽１２では、攪拌機や散気管等によって反応が促進されることが好ましい。

前処理槽１２で処理された廃液は、フィルタプレス１６に供給されることによって固液分離処理が行われる。なお、本実施形態では、フィルタプレスを用いて固液分離を行っているが、ベルトプレスやスクリュープレス等の固液分離装置を使用することも可能である。また、前処理槽１２からフィルタプレス１６に被処理溶液を供給する前段に凝集沈殿槽を配置することによって、固液分離処理の効率を向上させても良い。フィルタプレス１６によって固液分離された被処理液は、ホウフッ化物処理槽２０に供給され、脱水された固形成分は汚泥収容槽１８に収容され、適宜後処理が行われる。

前処理液は、前処理槽１２内の廃液のｐＨが５を超えるまで投入される。前処理槽１２中の被処理溶液のｐＨは５〜７に制御されることが好ましい。前処理液は、廃液のｐＨをｐＨ測定器等でモニタリングしながら投入される。ｐＨが５を超えるまで前処理液を添加することによって、廃液中の遊離フッ素またはケイフッ化水素酸をほとんど除去することが可能になる。また、ｐＨを上昇させることで、フィルタプレス１６や配管やポンプ等の廃液処理設備への負荷を軽減することができる。なお、ｐＨが７を超えるまで前処理液を添加したとしても、コストメリットがほとんどない。さらに、ｐＨ調整することによってフィルタプレス１６によって固液分離される汚泥も、酸汚泥ではなく中性汚泥として排出されるので、後工程における取り扱いが容易になり、作業者への負担も軽減される。また、ホウフッ化物の除去工程では、高アルカリ領域で処理した方が反応効率が良い。前処理工程でｐＨを上昇させることにより、ホウフッ化物除去工程でのｐＨの調整が容易になったり、薬液の添加量を削減したりすることが可能になる。

廃液中にホウフッ化物以外の形態で多数のフッ素イオンが存在すると、後段におけるカリウム化合物を添加する工程において、カリウムとホウフッ化物の反応効率が低下してしまう。このため、廃液中にホウフッ化物以外の形態で存在しているフッ化物を前処理液で除去する工程が必要である。

ホウフッ化物処理槽２０は、フィルタプレス１６から供給された廃液を収容するように構成される。ホウフッ化物処理槽２０では、廃液に対して少なくともカリウムを含むアルカリ水溶液を添加することによって、廃液中のホウフッ化物をホウフッ化カリウムとして析出させる。アルカリ水溶液は、ホウフッ化物処理槽２０に接続されている処理液収容槽２２に収容される。アルカリ水溶液としては、炭酸カリウム、水酸化カリウム等を使用することができる。

アルカリ水溶液の添加量は、被処理溶液中のホウ素濃度によって決定される。一例として、ホウフッ化水素酸と水酸カリウムの反応式を下記に示すが、カリウム水溶液の添加量はホウ素のモル濃度に対して１〜１．５当量添加することが好ましい。この範囲でアルカリ水溶液を添加することによってホウフッ化物を過不足なく処理することが可能になる。アルカリ水溶液を添加することによって、ホウフッ化物イオンとカリウムイオンを反応させ、ホウフッ化カリウムが生成される。ホウフッ化物処理槽２０内では、散気管や攪拌機等に被処理溶液を撹拌することによって反応を促進させることが好ましい。

（化１）
HBF₄ + KOH → KBF₄ + H₂O

また、ホウフッ化物処理槽２０内でホウフッ化物の反応が進行する際は、被処理溶液の温度が４０℃以下になるように制御することが好ましい。ホウフッ化物の除去効率は、４０℃以下で反応させることによって除去効率が向上することが分かっている。アルカリ領域での処理は、反応熱によって被処理溶液の液温が上昇してしまうため、チラーやクーリングタワー等の冷却設備２１を設けることによってホウフッ化物処理槽２０内の被処理溶液を冷却することが好ましい。ホウフッ化物の除去処理時の液温としては、２０〜４０℃が好ましい。４０℃を超えると、ホウフッ化カリウムの析出量が減少してしまい、２０℃未満まで液温を低下させてもホウフッ化物の除去効率に顕著な変化は確認されなかった。

また、ホウフッ化物の処理に水溶液を使用することで粉体等と比較して作業員の負担が軽減される。粉体の処理剤を使用する場合、粉塵の発生による作業環境の悪化や、追加で保護具の装着が必要になったりするといった悪影響が発生する。また、粉体の処理剤は、被処理溶液に均一に溶解しにくく、十分にホウフッ化物を除去できないおそれがある。水溶液を使用することで廃液に対して均一な処理が行えるので、ホウフッ化物を効率的に除去することが可能になる。

アルカリ水溶液としては、特に水酸化カリウムを使用することが好ましい。水酸カリウムを添加することによって、高アルカリ領域で被処理溶液を反応させることができるので、ホウフッ化物の反応効率が向上する。ホウフッ化物を反応させる際の被処理溶液のｐＨは１０以上が好ましい。また、水酸化カリウムは、水溶液での運搬や保管等の取り扱いが容易であり、品質変化も起こりにくい。

また、アルカリ水溶液を添加してホウフッ化カリウムを析出させた後に、ｐＨ調整剤を添加することによって被処理溶液のｐＨを低下させることが好ましい。ｐＨ調整剤としては、塩酸等の酸性薬液を使用することができる。ｐＨ調整剤は、ホウフッ化物処理槽２０と接続されるｐＨ調整剤収容槽２４に収容される。ｐＨ調整剤は、ホウフッ化物処理槽２０内の被処理溶液のｐＨに応じて添加量が決定される。被処理溶液のｐＨは、ホウフッ化カリウムの生成後にｐＨ測定器等によって測定される。ｐＨ調整剤の添加によって被処理溶液のｐＨは、５〜９程度に調整されることが好ましい。

ホウフッ化カリウムを析出させる反応は高アルカリ領域で処理することが好ましいが、作業員の安全性や環境負荷の増大等の観点から、固液分離工程等の後工程においてアルカリ性の廃液や汚泥を取り扱うことは好ましくない。このため、ホウフッ化カリウムの析出後に塩酸を用いてｐＨの調整を行う。

ホウフッ化カリウムを析出させたエッチング廃液は、フィルタプレス１７で固液分離処理が行われる。脱水処理されたホウフッ化カリウム含有汚泥は、汚泥収容槽２６に収容される。また、ホウフッ化カリウムが除去された廃液は、濾液収容槽２８で回収される。濾液収容槽２８中のエッチング廃液は、フッ素およびホウ素の濃度が測定され、必要に応じて後工程でさらに処理が行われたり、前処理槽１２に返送されたりしても良い。

カリウムを含むアルカリ水溶液を使用することで、従来のアルミニウム化合物でホウフッ化物を分解した後にカルシウム化合物を添加するといった多段階の処理を行うことなく、ホウフッ化物を除去することが可能になる。また、カルシウム化合物を用いた処理と比較すると、廃液処理に伴って発生する汚泥の量も削減することができるので、環境負荷を軽減することが可能になる。また、各工程でｐＨ調整を行うことにより、設備への負荷や作業者への負担も軽減することができる。

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‐エッチング装置
１２‐前処理槽
１４‐前処理液収容槽
１６、１７‐フィルタプレス
１８‐汚泥収容槽
２０‐ホウフッ化物処理槽
２２‐カリウム溶液収容槽
２４‐ｐＨ調整剤収容槽
２６‐汚泥収容槽
２８‐濾液収容槽

Claims

少なくともホウフッ化物を含む廃液にｐＨが５を超えるまでナトリウム化合物またはカルシウム化合物を添加する前処理工程と、
前記前処理工程で得られた溶液のｐＨが１０以上になるように少なくともカリウムを含むアルカリ水溶液を添加し、前記アルカリ水溶液添加後に、酸性物質によって被処理溶液のｐＨを５〜９に調整するホウフッ化物除去工程と、
前記ホウフッ化物除去工程で得られた溶液を固液分離する固液分離工程と、
を含むホウフッ化物含有廃液の処理方法。