JPH08119608A - 硫酸蒸留装置と硫酸蒸留方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 硫酸の蒸留装置と蒸留方法に関し、コスト低
減を目的とする。 【構成】 硫酸廃液を蒸留して硫酸を得る装置が、硫酸
蒸留領域と硫酸よりも低沸点成分の蒸留領域とが単一蒸
留塔で一体化して形成されてなり、硫酸蒸留領域が、原
液を入れた容器を加熱して硫酸を含む原液成分を蒸発さ
せる手段と、原液の沸騰により蒸留領域への原液成分の
混入を防ぐ手段と、硫酸蒸気を液化して目標濃度の硫酸
を得ると共に、目標濃度以下の硫酸を原液に還流させる
手段とを備え、また、低沸点成分の蒸留領域が、水を主
体とする原液中の低沸点成分を蒸留する手段とを少なく
とも備えて硫酸蒸留装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は洗浄処理の終わった硫酸
を再生して使用する硫酸蒸留装置に関する。研磨などの
表面処理の終わった各種の基板には脱脂や酸洗浄などの
洗浄処理が施されているが、酸洗浄として硫酸（Ｈ₂ Ｓ
Ｏ₄ ）が一般に使用されている。

【０００２】例えば、半導体集積回路が形成されている
シリコン（Ｓi ) は引上げ法( チョクラルスキー法) な
どで形成した単結晶インゴットを約500 μm の厚さにス
ライスした後、研磨して平滑なウェーハを形成し、次
に、濃硫酸に過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂ ）を添加した酸化剤
を用いて洗浄し、ウェーハ表面に付着している汚染物質
や研磨剤などを溶解除去する処理が行われている。

【０００３】このようにして処理の終わった硫酸はその
まゝ捨てる場合もあるが、高濃度の硫酸が主成分である
ことから、公害防止と経済的な面から、蒸留して再生す
る処理が行われている。

【０００４】

【従来の技術】図２は従来の硫酸蒸留装置の構成を示す
断面図であって、低沸点蒸留塔１と高沸点蒸留塔２の二
つから形成されている。

【０００５】以下、Ｓi ウェーハの洗浄に用いた硫酸廃
液の場合について説明すると、硫酸廃液は低沸点蒸留塔
１のフラスコ２に設けてある注入口３より第１のコック
４を経てフラスコ２に注入し、第１のヒータ５により加
熱するよう構成されており、また、第１のフラスコ２の
上部にある第１の蒸留塔６には冷却用の第１のコンデン
サ７と第１の受け皿８と第１の導出管９と第１の受け器
10が設けられている。

【０００６】また、高沸点蒸留塔２は低沸点蒸留塔１と
第２のコック12を介して連結管13により連結しており、
第２の蒸留塔14には同様に冷却用の第２のコンデンサ15
と第２の受け皿16と第２の導出管17と第２の受け器18が
設けられている。

【０００７】また、第２のフラスコ19には第３のコック
20を介して排出口21があり、また、第２のヒータ22によ
り加熱できるよう構成されている。そして、蒸留手順と
しては、まず、第一のコック４を開けて注入口３より硫
酸廃液24を注入し、第１のコンデンサに冷却水25を供給
して循環させてある状態で100 ℃以上にまで加熱し、硫
酸廃液24に含まれている水（低沸点溶液）を蒸留して第
１の受け器10に溜めて分離する。

【０００８】このようにして、硫酸廃液24に含まれてい
る水分を除去した後は、第２のコック12を開け、連結管
13により硫酸廃液24を第１のフラスコ２より第２のフラ
スコ19に移し、第２のコンデンサ15を冷却水27で冷却し
ている状態で第２のヒータ22により硫酸廃液24を硫酸の
沸点以上の温度（例えば360 ℃）に加熱することにより
硫酸を蒸留して第２の受け器18に溜めて分離する。

【０００９】そして、第２のフラスコ19の底部には高沸
点の硫酸塩が残留するが、これは第３のコック20を開け
て排出口21より分離している。このように従来は二段蒸
留法により硫酸廃液の再生が行われていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】先に記したように従来
の硫酸廃液の再生には二段蒸留法が使用されている。然
し、二個のヒータを使用するなど経済的に問題がある。
そこで、単一蒸留により硫酸を再生させることが課題で
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題は硫酸蒸留領
域が、蒸留する硫酸原液を入れた容器を加熱して硫酸を
含む原液成分を気化させる手段と、原液の沸騰により蒸
留領域への原液の混入を防ぐ手段と、硫酸蒸気を液化し
て目標濃度の硫酸を得ると共に、目標濃度以下の硫酸を
原液に還流させる手段とを備え、また、低沸点成分の蒸
留領域が水を主体とする源液中の低沸点成分を液化する
手段とを少なくとも備え、硫酸蒸留領域と硫酸よりも低
沸点成分の蒸留領域とを単一蒸留塔で一体化して硫酸蒸
留装置を形成することにより解決することができる。

【００１２】

【作用】本発明は単一蒸留法で硫酸廃液を再生する方法
として硫酸廃液を入れたフラスコの近くに硫酸蒸留領域
を設け、一方、低沸点成分（水分）の蒸留領域をこれと
離して設けることにより単一蒸留を実現するものであ
る。

【００１３】こゝで、硫酸は340 ℃で分解する強酸であ
るが、共沸混合物であるために一定の沸点を示さず、例
えば、市販の濃硫酸の濃度は97％であり、加熱すると約
290℃から三酸化硫黄（ＳＯ₃ ）を放出して分解を始
め、沸点は315 ℃から338 ℃に上昇して濃度が98.3％に
上昇すると云う性質がある。

【００１４】このように硫酸はＳＯ₃ −Ｈ₂ Ｏ系から構
成されており、この系の中にはＨ₂ＳＯ₄ 以外にＨ₂ Ｓ
Ｏ₄ −Ｈ₂ Ｏ（沸点290 ℃），Ｈ₂ ＳＯ₄ −２Ｈ₂ Ｏ
（沸点167 ℃）が存在し、それぞれその温度で蒸留され
る。そのため、濃Ｈ₂ ＳＯ₄ を得るためには少なくとも
300 ℃以上に加熱する必要がある。

【００１５】然し、この加熱過程においてＨ₂ ＳＯ₄ −
Ｈ₂ ＯやＨ₂ ＳＯ₄ −２Ｈ₂ Ｏなどの水加物が蒸留して
くるので、Ｈ₂ ＳＯ₄ 組成のものを得ようとする場合
は、他の水加物は蒸留液の受け器には行かないようにす
ると共に、この水加物の脱水を進行させ、最終的にはＨ
₂ ＳＯ₄ にして蒸留させる必要がある。

【００１６】また、硫酸廃液を300 ℃以上にまで加熱す
る場合には沸騰により廃液が蒸留領域まで飛散して蒸留
液に混入する恐れがあり、これらを考慮して単一蒸留塔
を形成する必要がある。

【００１７】

【実施例】図１は本発明に係る単一蒸留方式をとる硫酸
蒸留装置の断面図である。すなわち、硫酸蒸留装置は総
て石英からなり、蒸留を行うフラスコ30には蒸留塔31と
硫酸廃液24を供給する注入口32があり、また、硫酸水加
物を還流する還流管33を備えて構成されている。

【００１８】こゝで、蒸留塔31は硫酸蒸留領域34と低沸
点成分蒸留領域35とからなり、硫酸蒸留領域には第１の
コンデンサ36と第１の温度計37と第２の温度計38があ
り、硫酸蒸留時の蒸気温度を計測する。

【００１９】また、第１のコンデンサ36の下には第１の
受け皿40があり、第１の導出管41を経て硫酸受け器42が
ある。また、第１の導出管41の途中には第１のコック4
3、また、還流管33には第２のコック44がある。

【００２０】次に、低沸点成分蒸留領域35には第２のコ
ンデンサ45があり、この下には第２の受け器46がある。
また、フラスコ30の下には第３のコック48を経て廃液を
取り出す排出口49があり、また、フラスコ30の下部を覆
ってヒータ50が設けられている。

【００２１】なお、蒸留塔31の硫酸蒸留領域34の下には
多孔質のフィルタ52があり、沸騰した硫酸廃液の飛沫が
硫酸蒸留領域34に侵入して第１の受け皿40に溜まるのを
防いでいる。

【００２２】こゝで、この蒸留装置の動作手順として
は、注入口32に繋がる第４のコック51を開けて硫酸廃液
24をフラスコ30に注入した後、第４のコック51を閉じ、
ヒータ50に通電して廃液24を加熱する。

【００２３】なお、硫酸蒸留領域34の第１のコンデンサ
36には水の沸点以上で硫酸２水加物の沸点（167 ℃）以
下の温度の冷媒を循環しておく。また、低沸点成分蒸留
領域35の第２のコンデンサ45には水を循環しておく。

【００２４】このような状態で、硫酸廃液24の温度が10
0 ℃に達すると、低沸点成分すなわち水は沸騰を始め、
水蒸気はフイルタ52と第１のコンデンサ36を通り、低沸
点成分蒸留領域35に達し、第２のコンデンサ45において
冷却されて水となり、第２の受け器46に溜まる。

【００２５】次に、硫酸廃液24の内で遊離水が蒸発して
無くなると、液温は167 ℃に上がって硫酸２水加物（Ｈ
₂ ＳＯ₄ −２Ｈ₂ Ｏ）の蒸発が始まるが、この際に第１
のコンデンサ36に流れる冷媒として例えば沸点が215 ℃
の弗素系不活性有機溶剤( 品名フロリナートFC-70,３Ｍ
社製）を150 ℃に保持して循環させておくと、硫酸二水
加物は蒸留されて第１の受け皿40に溜まるが、第１の導
出管41にある第１のコック43を閉じ、還流管33にある第
２のコック44を開けておくことによりフラスコ30に還流
され、これが繰り返されるが、この際の硫酸二水加物の
蒸気温度と蒸留後の蒸気温度は第１の温度計37と第２の
温度計38で測定しておく。

【００２６】こゝで、還流が繰り返される過程で水は次
第に除去されることから、硫酸二水加物の平衡はずれて
硫酸一水加物（Ｈ₂ ＳＯ₄ −Ｈ₂ Ｏ）に変わり、硫酸廃
液24の温度は290 ℃に上がって硫酸一水加物の蒸発が始
まり、第１のコンデンサ36で冷却されて第１の受け皿40
に溜まるが、従来と同様に第１のコック43は閉じ、第２
のコック44は開いておき、硫酸一水加物はフラスコ30に
還流させておく。

【００２７】このようにして還流を続けると、硫酸一水
加物の平衡は次第にずれて硫酸廃液24の温度が上昇して
第１の温度計の測定温度が300 ℃を超えると、この蒸気
は硫酸無水物の含有量が増していることを意味している
ので、第１のコック43を開け、第２のコック44を閉じて
硫酸を第１の導出管41を通して硫酸受け器42に溜めてゆ
く。

【００２８】なお、このようにして蒸留を続ける場合に
フラスコ30の底部に残っているものは高沸点の硫酸塩で
あるから、定期的に第３のコック48を開けて排出口49か
ら除去する。

【００２９】このような方法をとることにより、濃硫酸
の再生が可能である。

【００３０】

【発明の効果】本発明の実施により従来よりも少ない電
力で濃硫酸を再生させ繰り返し洗浄に使用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る硫酸蒸留装置の構成を示す断面
図である。

【図２】 従来の硫酸蒸留装置の構成を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

24 硫酸廃液 30 フラスコ 31 蒸留塔 33 還流管 34 硫酸蒸留領域 35 低沸点成分蒸留領域 36 第１のコンデンサ 37 第１の温度計 38 第２の温度計 40 第１の受け皿 41 第１の導出管 42 硫酸受け器 43 第１のコック 44 第２のコック

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 硫酸廃液を蒸留して硫酸を得る装置が、 硫酸蒸留領域と該硫酸よりも低沸点成分の蒸留領域とが
   単一蒸留塔で一体化して形成されてなり、前記硫酸蒸留
   領域が、 原液を入れた容器を加熱して硫酸を含む原液成分を蒸発
   させる手段と、 原液の沸騰により蒸留領域への原液成分の混入を防ぐ手
   段と、 硫酸蒸気を液化して目標濃度の硫酸を得ると共に、目標
   濃度以下の硫酸を原液に還流させる手段と、を備え、ま
   た、低沸点成分の蒸留領域が、 水を主体とする源液中の低沸点成分を蒸留する手段とを
   少なくとも備えてなることを特徴する硫酸蒸留装置。
2. 【請求項２】 原液を加熱して水を主成分とする低沸点
   成分を蒸留する工程と、 硫酸二水化物の沸点以下の温度に保持した冷媒により、
   原液より蒸発してくる硫酸水加物を蒸留して後に原液に
   還流して硫酸濃度を高めた後、該高濃度の硫酸を採取す
   る工程と、を含むことを特徴とする硫酸蒸留方法。