JPWO2008117649A1 - 導電性のある酸化物を含有するスクラップからの有価金属の回収方法 - Google Patents
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Abstract
Description
導電性のある酸化物(導電性酸化物)はITOに限らず、IGZO(In−Ga−Zn−O系複合酸化物)、ZnO、Zn−SnO2、SnO2等、多数の導電性のある酸化物が存在する。そして、同様にターゲットを作製し、これをスパッタリングして薄膜を形成し、各種の電子部品に利用されている。
したがって、使用済みのスパッタリングターゲットには多くの非エロージョン部、すなわち未使用のターゲット部分が残存することになり、これらの導電性のある酸化物は全てスクラップとなる。また、スパッタリングターゲットの製造時においても、研磨粉や切削粉からスクラップ(端材)が発生する。
例えば、ITOスクラップの場合は、同スクラップを洗浄及び粉砕後、塩酸に溶解し、溶解液に硫化水素を通して、亜鉛、錫、鉛、銅などの不純物を硫化物として沈殿除去した後、これにアンモニアを加えて中和し、水酸化インジウムとして回収する方法である。
しかし、この方法によって得られた水酸化インジウムは、ろ過性が悪く操作に長時間を要し、Si、Al等の不純物が多く、また生成する水酸化インジウムはその中和条件及び熟成条件等により、粒径や粒度分布が変動するため、その後ITOターゲットを製造する際に、ITOターゲットの特性を安定して維持できないという問題があった。導電性のある他の酸化物も同様である。
その一つとして、基板上に被着されたITO膜を電解液中で電気化学的反応により還元させ、さらにこの還元された透明導電膜を電解液に溶解させる透明導電膜のエッチング方法がある(特許文献1参照)。但し、目的がマスクパターンを高精度で得る方法であり、回収方法とは異なる技術である。
ITOからの有価金属を回収するための事前処理として、バッキングプレートとの接合に用いていたIn系のロウ材に含まれる不純物を電解液中で分離する技術がある(特許文献2参照)。しかし、これはITOから有価金属を回収する直接的な技術に関するものではない。
また、高純度インジウムの回収方法として、ITOを塩酸で溶解し、これにアルカリを加えてpHが0.5〜4となるようにし、錫を水酸化物として除去し、次に硫化水素ガスを吹き込み銅、鉛等の有害物を硫化物として除去し、次いでこの溶解液を用いて電解によりインジウムメタルを電解採取する技術が開示されている(特許文献4参照)。この技術も精製工程が複雑であるという問題がある。
これ自体は有効な方法であるが、導電性のある酸化物のスクラップの基本的な回収方法ではないという欠点がある。
以上から、効率的かつ回収工程に汎用性がある方法が求められている。
一般に、例えばITO等のスクラップは酸化物系セラミックスであるから、本来電解法で有価金属を回収することを予想することはできない。しかし、このITO自体が酸化物系セラミックスであるにもかかわらず導電性を有する。本願発明はここに着目し、電解による有価金属(例えば、ITOの場合は、インジウム又は錫及びこれらの化合物)の回収を試み、それを可能としたものである。
このことが本願発明の大きな特徴の一つである。従来は、回収すべき原材料である金属スクラップをアノードにすることが常であり、本願発明のように逆転した発想の技術は存在せず、またこの方法を示唆するような一切の文献も存在していない。また、カソードから発生する水素ガスを利用する例も存在していない。
したがって、本願発明の導電性のある酸化物を含有するスクラップからの有価金属の回収方法は基本発明となるものである。
これらの工程において問題となるのは、導電性のある酸化物を含有するスクラップの粉砕工程で不純物が混入することであり、その後の工程で、粉砕工程で混入した不純物を、さらに除去する必要があるので、工程がより煩雑になるということである。
したがって、導電性のある酸化物を含有するスクラップから電解により直接有価金属を回収できることは、極めて大きな利点を持つことが理解できるであろう。
また、本発明は、カソードに生成したメタル又は亜酸化物を酸又はアルカリで溶解し、電解採取によりメタルを回収する前記導電性のある酸化物を含有するスクラップからの有価金属の回収方法、回収したメタル溶解液から水酸化物として回収する前記導電性のある酸化物を含有するスクラップからの有価金属の回収方法、及び回収したメタルの溶解液を電解により、メタル又は合金として回収する前記導電性のある酸化物を含有するスクラップからの有価金属の回収方法を提供する。
導電性のある酸化物を含有するスクラップからの有価金属の回収に際しては、電解液のpHを酸性領域に調整して電解し、カソードの導電性のある酸化物を含有するスクラップをメタルに還元することができる。上記で回収したメタル溶解液は、その構成メタルの一部(価値の低いメタル)を、置換法、溶媒抽出等により除去し、さらにその溶液から電解採取により有価金属を回収することが可能となる。
また、電流密度等の電解条件は、端材等のスクラップであるために一義的に決められるものではなく、電流密度はその端材の量や材料の性質に応じて適宜選択して実施する。電解質溶液の液温は、通常0〜100°Cの範囲とするが、室温(15〜30°C)で十分である。
焙焼温度としては、100〜1000°Cとする。好ましくは100〜500°Cとするのが良い。100°C未満では水分が残り、1000°Cを超えると焼結してしまうので、上記の範囲とする。但し、材料によっては、この範囲を超えることがあることは言うまでもない。一般的な焙焼条件の目安として提案したものである。
この他に、電流効率を上げるために、一般に知られている公知の添加材を使用することも可能である。このように、再生した2種以上の酸化酸化物が同時に回収でき、再生製品に近いものであれば、再生効率が高くなることは容易に理解されるであろう。
また、電解液のpHを7以下に調整して電解することが望ましい。これは還元する好適な条件であり、それはカソードより水素ガスを発生させて酸化物をメタルに還元させるという理由による。なお、好ましいpHは例示したものであって、スクラップ材料の相異により替え得るものであることは、容易に理解されるべきものである。
電解条件は原料の種類により、適宜に調整することが望ましい。この場合に調整する要素は、生産効率のみである。一般に、大電流、高電圧で電解する方が、生産性が良いと言える。しかし、これらの条件に限定される必要はなく、その選択は任意である。
不溶性の電極からなるアノード及び2種以上の水酸化物スクラップからなるカソードに通電し、電解を開始すると、アノードでは酸素ガス等が発生するが、特に問題となるものではない。
しかし、通電時間が長くなると、スクラップのカソードの表面に若干の厚みのメタル(例えば、ITOスクラップでは、In、Sn)が蓄積し、このメタル表層の下に、スポンジ状のメタルの亜酸化物が形成され、それ以上の還元が抑制されるので、電解を中止するなどして、生成したメタル及び当該メタルの亜酸化物を、酸を用いて溶解させ、新しい酸化物を含有する表面を露出させることが望ましい。これによって、新生面が現れさらに還元が進行する。
一方、上記に回収したメタル溶解液を電解することにより、合金として回収することもできる。
このメタル溶解液から、さらに必要とする形態、すなわちメタル、2種以上のメタルの合金、メタルの溶解液、水酸化物、酸化物として回収することが可能となる。
横長20mm×縦長100×厚さ6tのITO(酸化インジウム−酸化錫)の板状端材(スクラップ)90gを原料とした。この原料中の成分は酸化錫(SnO2)が9.8wt%、残部酸化インジウム(In2O3)であった。
この原料をカソードとし、アノードには、不溶性電極であるカーボンを使用した。硫酸ナトリウム70g/Lを含有する電解液1Lを使用し、pH:4.0、電解温度:30°Cとして電解を行った。電圧は10V(定電圧)、電流は2.95A(開始時)〜1.2A(終了時)、通電時間60分(1時間)で実施した。
この結果、ITO端材の表面はIn及びSnメタルと、内部は亜酸化物のスポンジ状となっていた。
電解することにより得たIn及びSnメタル及び亜酸化物を硫酸で酸浸出してインジウムと錫の溶液とし、この溶液をpH2.0に調整して錫を水酸化錫として除去し、さらにインジウムを電解温度30°C、電流密度2A/dm2という条件で電解採取した。
以上により、ITOスクラップから約1.5gのInの有価金属を回収することができた。
実施例1のITO端材をカソードに、アノードにPtを用い、硝酸ナトリウム100g/Lの液を用いて、pH:6.0、電解温度:30°Cとして電解を行った。電圧は10V(定電圧)、電流は2.95A(開始時)〜1.2A(終了時)、通電時間60分(1時間)で実施した。
この結果、実施例1と同様に、ITO端材の表面はIn及びSnメタルであり、内部は亜酸化物のスポンジ状となっており、インジウム、錫及びこれらの亜酸化物が得られた。電解による合計量は、インジウムと錫のメタル換算で約1.4gであった。
電圧を5Vで一定とし、他の条件は実施例1と同様の条件で電解した。積算電流量も同じとした。この結果、実施例1と同様に、ITO端材の表面はIn及びSnメタルであり、内部は亜酸化物のスポンジ状となっていた。インジウム、錫及びこれらの亜酸化物が得られ、電解による合計量はインジウムと錫のメタル換算で約2.0gであった。
電圧を2Vで一定とし、他の条件は実施例1と同様の条件で電解した。積算電流量も同じとした。この結果、実施例1と同様に、ITO端材の表面はIn及びSnメタルであり、内部は亜酸化物のスポンジ状となっていた。インジウム、錫及びこれらの亜酸化物が得られ、電解による合計量はインジウムと錫のメタル換算で約2.2gであった。
電圧を20Vで一定とし、他の条件は実施例1と同様の条件で電解した。積算電流量も同じとした。この結果、実施例1と同様に、ITO端材の表面はIn及びSnメタルであり、内部は亜酸化物のスポンジ状となっていた。インジウム、錫及びこれらの亜酸化物が得られ、電解による合計量はインジウムと錫のメタル換算で約1.7gであった。
横長20mm×縦長100×厚さ6tのITO(酸化インジウム−酸化錫)の板状端材(スクラップ)をカソードボックスに10kg入れ原料とした。この原料中の成分は酸化錫(SnO2)が9.8wt%、残部酸化インジウム(In2O3)であった。
この原料をカソードとし、アノードにはPtを使用した。塩化ナトリウム100g/Lを含有する電解液1Lを使用し、pH:3.0、電解温度:30°Cとして電解を行った。電圧は10V(定電圧)、電流は2.95A(開始時)〜1.2A(終了時)で実施した。電解の積算電流量は10000AHrであった。この結果、インジウム、錫及びこれらの亜酸化物が得られ、電解による合計量はインジウムと錫のメタル換算で約6.0kgであった。この混合物の純度は、実施例1と同程度であった。
実施例1と同様のITO(酸化インジウム−酸化錫)スクラップ2kgを原料とした。この原料中の成分は酸化錫(SnO2)が9.7wt%、残部酸化インジウム(In2O3)であった。これをカソードとし、アノードに不溶性カーボンを用いた。電解条件としてpH12で電解した。
この結果、カソードには何らの変化も現れず、インジウム、錫及びこれらの亜酸化物の回収はできなかった。
また、ITOにさらに少量の副成分を添加したものもあるが、基本的にITOが基本成分であれば、本願発明は、これらにも適用できることは言うまでもない。
次に、ITO以外の実施例について説明する。
・回収対象スクラップ:IGZO(In‐Ga‐Zn‐O系複合酸化物)
アノードには不溶性陽極であるカーボンを使用した。IGZO系の板状端材スクラップを対極(電極)とし、硫酸ナトリウム70g/Lを含有する電解液1Lを用いて、pH9、温度20°Cで電解を行なった。その結果、In,Ga,Znの水酸化物を得た。歩留まりは98%であった。
その後は、通常実施されている湿式方法(酸浸出→溶媒抽出→電解等)を使用することにより、In,Ga,Znのメタルあるいは酸化物の回収を行なうことができた。
以上のように、導電性があるIGZO(In‐Ga‐Zn‐O系複合酸化物)は、効率良く有価物(金属)を回収することが可能であった。
・回収対象スクラップ:ZnO
アノードには不溶性陽極であるカーボンを使用した。ZnO の板状端材スクラップを対極とし、硫酸アンモニウム50g/Lを含有する電解液を用いて、pH10、温度50°Cで電解を行なった。その結果、Znの水酸化物が得られた。歩留まりは99.5%であった。純度は、元材(原料の純度)と同一であった。
この水酸化物を用いて、再度脱水、焼結することによりZnOターゲットとして使用可能であった。以上のように、導電性がある酸化物であるZnOは、効率良く回収することが可能であった。
・回収対象スクラップ:ZnO‐SnO2
アノードには不溶性陽極であるカーボンを使用した。ZnO‐SnO2の端材スクラップを対極とし、硫酸ナトリウム100g/Lを含有する電解液を用いて、pH9、電解温度70°Cで電解を行なった。
その結果、ZnとSnの水酸化物が得られた。歩留まりは99.0%であった。以上のように、導電性酸化物であるZnO‐SnO2は、効率良くZnとSnの水酸化物として回収することが可能であった。
・回収対象スクラップ:SnO2
アノードには不溶性陽極であるカーボンを使用した。SnO2の端材スクラップを対極とし、硫酸ナトリウム70g/Lの溶液で、pH2、電解温度30°Cで行なった。その結果、Snの水酸化物を得た。歩留まりは99.7%であった。以上のように、導電性酸化物であるSnO2は、効率良くSnの水酸化物として回収することが可能であった。
さらに、本願発明の酸化物系スクラップからの有価金属の回収は、電解に供するスクラップ自体の純度はそのまま維持できる。これは、本願発明の著しい利点である。従来の煩雑な工程及び製造途中で混入する不純物を除去する工程を必要とせず、生産効率を上昇させ、高純度の有価金属の回収が可能となるという優れたメリットを有し、酸化物系スクラップからの有価金属の回収方法として極めて有用である。
Claims (7)
- アノードに不溶性電極を使用し、カソードに酸化物系スクラップを使用して電解することにより、当該カソードのスクラップをメタル又は亜酸化物として回収することを特徴とする酸化物系スクラップからの有価金属の回収方法。
- 電解時にカソードに発生する水素により酸化物系スクラップをメタル又は亜酸化物に還元することを特徴とする請求項1記載の酸化物系スクラップからの有価金属の回収方法。
- カソードに生成したメタル又は亜酸化物を酸で溶解し、溶解液として回収することを特徴とする請求項1又は2記載の酸化物系スクラップからの有価金属の回収方法。
- カソードに生成したメタル又は亜酸化物を酸又はアルカリで溶解し、その溶解液からメタルを構成する金属の一部を除去し、除去後の溶液から電解採取により有価金属を回収することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の酸化物系スクラップからの有価金属の回収方法。
- 回収したメタル又は亜酸化物の溶解液から水酸化物として回収することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の酸化物系スクラップからの有価金属の回収方法。
- 回収した複数のメタルの溶解液を電解により、合金として回収することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の酸化物系スクラップからの有価金属の回収方法。
- 水酸化物又は亜酸化物を焙焼し、酸化物として回収することを特徴とする請求項5記載の酸化物系スクラップからの有価金属の回収方法。
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