KR20100048603A - Method of collecting phosphoric acid from waste solution - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 인산, 질산, 아세트산 및 몰리브덴을 포함하는 폐용액으로부터 인산을 회수하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for recovering phosphoric acid from a waste solution comprising phosphoric acid, nitric acid, acetic acid and molybdenum.
반도체 장치에서 기판 위에 금속 배선을 형성하는 과정은 통상적으로 스퍼터링에 의한 금속막 형성공정; 포토레지스트 도포, 노광 및 현상에 의한 포토레지스트 패턴의 형성공정; 및 에칭 공정에 의한 단계로 구성되고, 개별적인 단위 공정 전후의 세정 공정 등을 포함한다. 이러한 에칭 공정은 포토레지스트 마스크를 사용하여 선택적인 영역에 금속막을 남기는 공정을 의미하며, 통상적으로 플라즈마 등을 이용한 건식 에칭 또는 에칭 용액을 사용하는 습식 에칭이 사용된다. In the semiconductor device, the process of forming the metal wiring on the substrate is typically a metal film forming process by sputtering; Forming a photoresist pattern by photoresist coating, exposure and development; And a step by an etching process, and a cleaning process before and after an individual unit process, and the like. This etching process refers to a process of leaving a metal film in a selective region using a photoresist mask, and typically, dry etching using a plasma or the like or wet etching using an etching solution is used.
이러한 반도체 장치에서, TFT-LCD(thin film transistor liquid crystal display)의 배선재료로서 일반적으로 사용되는 몰리브덴을 포함하는 몰리브덴계 금속막의 경우, 통상적으로 인산, 질산, 아세트산을 주성분으로 하는 에칭액으로 에칭되며, 여기에서 발생하는 폐에칭액에는 인산, 질산, 초산, 몰리브덴이 다량 존재하게 된다. In such a semiconductor device, in the case of a molybdenum-based metal film containing molybdenum which is generally used as a wiring material for a thin film transistor liquid crystal display (TFT-LCD), it is usually etched with an etching solution mainly containing phosphoric acid, nitric acid, and acetic acid, In the waste etching solution generated here, a large amount of phosphoric acid, nitric acid, acetic acid and molybdenum are present.
상기 폐에칭액은 에칭공정의 반응조건 및 반응상태에 따라 차이가 있기는 하지만 평균적으로 인산 50~70wt%, 아세트산 2~10wt%, 질산 1~10wt%, 잔량의 물과 금속물질을 함유한다. 특히, 상기와 같은 폐에칭액 중에는 몰리브덴 금속 이온이 다량 포함되어 있기 때문에 처리가 어려우며, 처리법도 개발되어 있지 않은 상태이다. Although the waste etching solution differs depending on the reaction conditions and reaction conditions of the etching process, on average, it contains 50 to 70 wt% of phosphoric acid, 2 to 10 wt% of acetic acid, 1 to 10 wt% of nitric acid, and residual amount of water and metal. In particular, since such a large amount of molybdenum metal ions is contained in the waste etching solution as described above, the treatment is difficult and no treatment method has been developed.
상기와 같은 폐에칭액은 대부분 처리업체에 위탁하여 처리되며, 처리업체에서는 중화처리하여 폐기하고 있다. 상기 중화처리에 있어서, 인산 이온(PO4 3-)은, 칼슘과 난용성염을 형성하기 때문에, 탄산칼슘이나 수산화 칼슘을 사용하여 중화 침전을 유도하여 제거되며, 중화에 의해 제거되지 않은 초산이온(CH3COO-)이나 질산이온(NO3 -)은 활성오니로 처리하여 분리되고 있다.Most of the waste etching liquids as described above are entrusted to a treatment company and disposed of by neutralization treatment. In the neutralization treatment, since phosphate ions (PO 4 3- ) form poorly soluble salts with calcium, acetate ions are removed by inducing neutralization precipitation using calcium carbonate or calcium hydroxide, and not removed by neutralization. CH 3 COO -) and nitrate ions (NO 3 -) it is separated by treatment with activated sludge.
그러나, 상기와 같은 중화처리법은 많은 양의 침전물 생성과 활성오니의 사용으로 인하여 처리비용이 많이 소요되는 단점이 있다. 특히, 고가인 인산 등의 성분을 재생하기 위한 공정이 전혀 없어 자원 낭비가 심한 문제가 있다. However, the neutralization treatment as described above has a disadvantage in that the treatment cost is high due to the generation of a large amount of precipitate and the use of activated sludge. In particular, there is no problem in the waste of resources because there is no process for regenerating components such as expensive phosphoric acid.
상기와 같은 중화처리법 외에 폐에칭액 중의 산을 회수하는 방법으로는 막분리법, 이온교환법, 용매추출법 등이 사용될 수 있다. 이들 중 막분리법은 산의 회수율이나 회수한 산의 순도가 높은 장점은 있으나, 막재료나 장치 등의 설비비가 많이 투자되어야 하고 조작이 복잡한 단점이 있으며, 이온교환법은 음이온 교환수지 혹은 칼슘형 제올라이트 등을 사용하여 산을 회수하지만, 이들 이온교환수지는 일반적으로 교환용량이 작아, 전농도 산에서만 적용할 수 있는 문제점이 있다. 그리고 용매추출법은 클로즈드 시스템(Closed System)이고, 연속처리가 가능하며, 설비비가 저렴하고 추출액의 순도가 좋으나, 추출액이 인산용액에 포함되고, 추출 잔액인 폐용액이 많이 발생하는 단점이 있다.In addition to the neutralization treatment as described above, as the method for recovering the acid in the waste etching solution, a membrane separation method, an ion exchange method, a solvent extraction method, or the like may be used. Among them, membrane separation method has advantages of high acid recovery rate and high purity of recovered acid, but it requires a lot of equipment cost such as membrane material and equipment, and complicated operation, and ion exchange method is anion exchange resin or calcium zeolite. Although acid is recovered by using these ion exchange resins in general, the exchange capacity is small, there is a problem that can be applied only to the full concentration of acid. And solvent extraction method is a closed system (Closed System), it is possible to continuously process, the equipment cost is low and the purity of the extract is good, but the extract is included in the phosphate solution, there is a disadvantage that a lot of the waste solution is extracted.
한편, 고순도의 인산을 얻기 위해서는 재결정 방법을 사용할 수 있는데, 이 방법은 고순도 인산 정제가 가능하나, 효율이 50% 이하로 낮고 설비를 갖추어야 하며, 결정성장이 어려운 단점이 있다.On the other hand, in order to obtain a high purity phosphoric acid can be used a recrystallization method, this method is possible to purify high purity phosphoric acid, but the efficiency is less than 50% and equipped with facilities, there is a disadvantage in difficult crystal growth.
본 발명은, 종래기술의 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 인산, 질산, 아세트산 및 몰리브덴을 포함하는 폐용액으로부터 고농도의 인산을 효율적으로 회수하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a method for efficiently recovering high concentration of phosphoric acid from a waste solution containing phosphoric acid, nitric acid, acetic acid and molybdenum.
본 발명은, The present invention,
a) 40~200℃의 온도에서 인산, 질산, 아세트산 및 몰리브덴을 포함하는 폐용액을 감압증류하여 질산 및 아세트산을 분리하여 제거하고, 폐용액을 농축시키는 단계; a) distilling under reduced pressure the waste solution containing phosphoric acid, nitric acid, acetic acid and molybdenum at a temperature of 40-200 ° C. to separate and remove nitric acid and acetic acid, and concentrating the waste solution;
b) 상기 a) 단계에서 얻어진 폐용액에 황화수소를 흡입수시켜 몰리브덴을 황화몰리브덴 결정으로 석출 시키는 단계;b) inhaling hydrogen sulfide into the waste solution obtained in step a) to precipitate molybdenum into molybdenum sulfide crystals;
c) 상기 b) 단계에서 석출된 황화몰리브덴 결정을 여과하여 제거하는 단계; 및c) filtering and removing the molybdenum sulfide crystals precipitated in step b); And
d) 상기 c) 단계에서 얻어진 폐용액을 산화시켜 잔류 황화수소를 제거하는 단계를 포함하는 인산, 질산, 아세트산 및 몰리브덴을 포함하는 폐용액에서 인산을 회수하는 방법을 제공한다.d) recovering phosphoric acid from a waste solution comprising phosphoric acid, nitric acid, acetic acid and molybdenum comprising the step of oxidizing the waste solution obtained in step c) to remove residual hydrogen sulfide.
본 발명의 인산 회수 방법에 의하면, 별도의 설비 없이 효율적으로 인산, 질산, 아세트산 및 몰리브덴을 포함하는 폐용액으로부터 인산을 고농도로 회수하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명의 인산 회수 방법에 의하면 자원의 효율적인 재활용에 의한 경제적인 효과뿐만 아니라, 환경오염도 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다. According to the phosphoric acid recovery method of the present invention, it is possible to efficiently recover phosphoric acid from a waste solution containing phosphoric acid, nitric acid, acetic acid and molybdenum at high concentration without additional equipment. Therefore, according to the phosphoric acid recovery method of the present invention, it is possible to obtain not only an economic effect by efficient recycling of resources, but also an effect of reducing environmental pollution.
본 발명은, The present invention,
a) 40~200℃의 온도에서 인산, 질산, 아세트산 및 몰리브덴을 포함하는 폐용액을 감압증류하여 질산 및 아세트산을 분리하여 제거하고, 폐용액을 농축시키는 단계; a) distilling under reduced pressure the waste solution containing phosphoric acid, nitric acid, acetic acid and molybdenum at a temperature of 40-200 ° C. to separate and remove nitric acid and acetic acid, and concentrating the waste solution;
b) 상기 a) 단계에서 얻어진 폐용액에 황화수소를 흡입시켜 몰리브덴을 황화몰리브덴 결정으로 석출 시키는 단계;b) inhaling hydrogen sulfide into the waste solution obtained in step a) to precipitate molybdenum into molybdenum sulfide crystals;
c) 상기 b) 단계에서 석출된 황화몰리브덴 결정을 여과하여 제거하는 단계; 및 c) filtering and removing the molybdenum sulfide crystals precipitated in step b); And
d) 상기 c) 단계에서 얻어진 폐용액을 산화시켜 잔류 황화수소를 제거하는 단계를 포함하는 인산, 질산, 아세트산 및 몰리브덴을 포함하는 폐용액에서 인산을 회수하는 방법에 관한 것이다.d) a method of recovering phosphoric acid from a waste solution comprising phosphoric acid, nitric acid, acetic acid and molybdenum comprising the step of oxidizing the waste solution obtained in step c) to remove residual hydrogen sulfide.
상기 인산의 회수 방법에서, 상기 b) 내지 d) 단계는 목적하는 인산의 순도가 얻어질 때까지 반복하여 수행될 수 있다. 이러한 반복에 의해서 몰리브덴의 농도가 1ppm 이하인 인산용액을 얻을 수 있다. In the recovery method of the phosphoric acid, the steps b) to d) may be repeatedly performed until the desired purity of the phosphoric acid is obtained. By this repetition, a phosphoric acid solution having a molybdenum concentration of 1 ppm or less can be obtained.
상기 d) 단계의 폐용액의 산화는 오존 또는 과산화수소를 이용하여 수행될 수 있으며, 공기 또는 오존은 폐용액에 흡입시키는 방식으로, 과산화수소는 폐용액에 용해시키는 방법으로 사용될 수 있다. Oxidation of the waste solution of step d) may be performed using ozone or hydrogen peroxide, air or ozone may be inhaled into the waste solution, and hydrogen peroxide may be used as a method of dissolving it in the waste solution.
상기 b) 단계의 황화몰리브덴의 결정 석출 과정에서 황화수소는 몰리브덴 1당량에 대하여 1~10 당량으로 흡입시키는 것이 바람직하다.In the crystal precipitation process of molybdenum sulfide in step b), the hydrogen sulfide is preferably inhaled at 1 to 10 equivalents to 1 equivalent of molybdenum.
상기 b) 내지 d) 단계는 20~40℃에서 수행될 수 있으며, 상기 c) 단계의 여과는 0.05~1㎛ 필터를 사용하여 수행할 수 있다. 특히, 여러 겹으로 적층된 필터를 사용할 경우 여과가 더 효과적으로 수행될 수 있다. Steps b) to d) may be performed at 20 to 40 ° C., and filtration of step c) may be performed using a 0.05 to 1 μm filter. In particular, filtration can be performed more effectively when using filters stacked in multiple layers.
상기 a) 단계에서 폐용액 중의 인산 농도는 80중량% 이상이 될 때까지 농축시키는 것이 바람직하다. In step a), the concentration of phosphoric acid in the waste solution is preferably concentrated to 80% by weight or more.
상기와 같은 인산의 회수 방법에 의해서 1ppm 이하의 몰리브덴을 포함하는 80중량% 이상의 고농도 인산용액을 회수 할 수 있다. By the above-mentioned method of recovering phosphoric acid, a high concentration of phosphoric acid solution of 80% by weight or more containing molybdenum of 1 ppm or less can be recovered.
또한, 상기에서 회수된 인산용액은 금속막의 에칭액 원료로 다시 사용할 수 있으며, 이러한 재생 인산용액을 포함하는 에칭액은 효과 면에서 시판품인 인산용액을 사용하는 것과 거의 차이가 없다. In addition, the phosphate solution recovered above can be used as a raw material of the etching solution of the metal film, the etching solution containing such a regenerated phosphoric acid solution is almost no difference from the use of commercially available phosphate solution in terms of effect.
특히, 몰리브덴을 포함하는 막의 에칭액에 상기 재생 인산용액을 사용하는 경우에는 시판품을 사용하는 경우와 동일한 성능을 나타낸다. In particular, the use of the regenerated phosphoric acid solution in the etching solution of the film containing molybdenum exhibits the same performance as in the case of using a commercially available product.
그러므로, 본 발명의 회수 방법에 의하여 제조된 재생 인산용액은 전극 재료로서 몰리브덴을 포함하는 막을 주로 사용하는 평판디스플레이의 박막트랜지스터(TFT)의 소스 전극 및 드레인 전극의 형성시에 사용되는 에칭액의 원료로서 손색 없는 품질을 갖는다. Therefore, the regenerated phosphoric acid solution prepared by the recovery method of the present invention is used as a raw material of the etching solution used in the formation of the source electrode and the drain electrode of the thin film transistor (TFT) of the flat panel display which mainly use a film containing molybdenum as the electrode material. The quality is comparable.
이하에서, 본 발명을 실시예를 이용하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되지 않고 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail using examples. However, the following examples are provided to illustrate the present invention, and the present invention is not limited to the following examples and may be variously modified and changed.
실시예 1.Example 1.
TFT-LCD용으로 사용되는 인산용액(85%) 700g, 질산 용액(70%) 71g, 아세트산용액(100%) 100g 및 물 129g 으로 구성된 에칭액 1kg에 상기 에칭액 중량 대비 250ppm의 몰리브덴 파우더를 녹여 폐에칭액과 유사한 형태의 폐용액을 준비하였다. 100~150℃에서 감압 증류하여 질산 및 아세트산을 분리하여 제거하여, 잔류 용액 중량 대비 350ppm 몰리브덴이 녹아 있는 83중량%의 고농도 인산을 수득했다.Waste etching solution was dissolved by dissolving 250 ppm molybdenum powder to the weight of the etching solution in 1 kg of an etching solution composed of 700 g of phosphoric acid solution (85%), 71 g of nitric acid solution (70%), 100 g of acetic acid solution (100%), and 129 g of water used for TFT-LCD. A waste solution similar to the one was prepared. Distillation under reduced pressure at 100 to 150 ° C separated and removed nitric acid and acetic acid to obtain 83% by weight of highly concentrated phosphoric acid in which 350 ppm molybdenum was dissolved relative to the residual solution weight.
상기에서 수득된 고농도 인산용액에 황화수소를 몰리브덴량의 10배당량을 주입하여 인산용액에 녹아 있는 몰리브덴 이온과 반응시켜 황화몰리브덴 결정을 형성시켰다. 형성된 황화몰리브덴 결정을 0.05~0.4㎛ 필터를 사용하여 여과하여 제거한 후, 오존(03)을 사용하여 고농도 인산용액을 산화하는 과정을 수행했다. 상기 황화수소를 주입하는 공정, 황화몰리브덴 결정을 여과하여 제거하는 공정 및 오존으로 산화하는 공정을 3회 반복 수행하여 하기 표 1과 같은 결과를 얻었다.Hydrogen sulfide was injected into the high concentration phosphoric acid solution obtained above to 10 times the equivalent of molybdenum and reacted with molybdenum ions dissolved in the phosphoric acid solution to form molybdenum sulfide crystals. The molybdenum sulfide crystal formed was filtered and removed using a 0.05-0.4 μm filter, followed by oxidizing a high concentration of phosphoric acid solution using ozone (0 3 ). The process of injecting hydrogen sulfide, the process of filtering out molybdenum sulfide crystals by filtration, and the process of oxidizing with ozone were repeated three times to obtain results as shown in Table 1 below.
실시예 2.Example 2.
TFT-LCD용으로 사용되는 인산용액(85%) 700g, 질산 용액(70%) 71g, 아세트산용액(100%) 100g 및 물 129g 으로 구성된 에칭액 1kg에 상기 에칭액 중량 대비 300ppm의 몰리브덴 파우더를 녹여 폐에칭액과 유사한 형태의 폐용액을 준비하였다. 100~150℃에서 감압 증류하여 질산 및 아세트산을 분리하여 제거하여, 잔류 용액 중량 대비 410ppm의 몰리브덴이 녹아 있는 83중량%의 고농도 인산을 수득했다.Waste etching solution was dissolved by dissolving 300 ppm molybdenum powder in 1 kg of etching solution consisting of 700 g of phosphoric acid solution (85%), 71 g of nitric acid solution (70%), 100 g of acetic acid solution (100%) and 129 g of water used for TFT-LCD. A waste solution similar to the one was prepared. Distillation under reduced pressure at 100 to 150 ° C separated and removed nitric acid and acetic acid to obtain 83% by weight of high concentration of phosphoric acid in which 410 ppm molybdenum was dissolved relative to the residual solution weight.
상기에서 수득된 고농도 인산용액에 황화수소를 몰리브덴량의 10배당량을 주입하여 인산용액에 녹아 있는 몰리브덴 이온과 반응시켜 황화몰리브덴 결정을 형성시켰다. 형성된 황화몰리브덴 결정을 0.05~0.4㎛ 필터를 사용하여 여과하여 제거한 후, 오존(03)을 사용하여 고농도 인산용액을 산화하는 과정을 수행했다. 상기 황화수소를 주입하는 공정, 황화몰리브덴 결정을 여과하여 제거하는 공정 및 오존으로 산화하는 공정을 3회 반복 수행하여 하기 표 1과 같은 결과를 얻었다.Hydrogen sulfide was injected into the high concentration phosphoric acid solution obtained above to 10 times the equivalent of molybdenum and reacted with molybdenum ions dissolved in the phosphoric acid solution to form molybdenum sulfide crystals. The molybdenum sulfide crystal formed was filtered and removed using a 0.05-0.4 μm filter, followed by oxidizing a high concentration of phosphoric acid solution using ozone (0 3 ). The process of injecting hydrogen sulfide, the process of filtering out molybdenum sulfide crystals by filtration, and the process of oxidizing with ozone were repeated three times to obtain results as shown in Table 1 below.
실시예 3.Example 3.
TFT-LCD용으로 사용되는 인산용액(85%) 700g, 질산 용액(70%) 71g, 아세트산용액(100%) 100g 및 물 129g 으로 구성된 에칭액 1kg에 상기 에칭액 중량 대비 400ppm의 몰리브덴 파우더를 녹여 폐에칭액과 유사한 형태의 폐용액을 준비하였다. 100~150℃에서 감압 증류하여 질산 및 아세트산을 분리하여 제거하여, 잔류 용액 중량 대비 550ppm의 몰리브덴이 녹아 있는 83중량%의 고농도 인산을 수득했다.Waste etching solution was dissolved by dissolving 400 ppm molybdenum powder by weight of the etching solution in 1 kg of an etching solution consisting of 700 g of phosphoric acid solution (85%), 71 g of nitric acid solution (70%), 100 g of acetic acid solution (100%), and 129 g of water used for TFT-LCD. A waste solution similar to the one was prepared. Distillation under reduced pressure at 100 to 150 ° C separated and removed nitric acid and acetic acid to obtain 83% by weight of highly concentrated phosphoric acid in which 550 ppm molybdenum was dissolved relative to the residual solution weight.
상기에서 수득된 고농도 인산용액에 황화수소를 몰리브덴량의 10배당량을 주입하여 인산용액에 녹아 있는 몰리브덴 이온과 반응시켜 황화몰리브덴 결정을 형성시켰다. 형성된 황화몰리브덴 결정을 0.05~0.4㎛ 필터를 사용하여 여과하여 제거한 후, 오존(03)을 사용하여 고농도 인산용액을 산화하는 과정을 수행했다. 상기 황화수소를 주입하는 공정, 황화몰리브덴 결정을 여과하여 제거하는 공정 및 오존으로 산화하는 공정을 3회 반복 수행하여 하기 표 1과 같은 결과를 얻었다.Hydrogen sulfide was injected into the high concentration phosphoric acid solution obtained above to 10 times the equivalent of molybdenum and reacted with molybdenum ions dissolved in the phosphoric acid solution to form molybdenum sulfide crystals. The molybdenum sulfide crystal formed was filtered and removed using a 0.05-0.4 μm filter, followed by oxidizing a high concentration of phosphoric acid solution using ozone (0 3 ). The process of injecting hydrogen sulfide, the process of filtering out molybdenum sulfide crystals by filtration, and the process of oxidizing with ozone were repeated three times to obtain results as shown in Table 1 below.
시험예 1.Test Example 1.
조성물 총 중량에 대하여, 상기 실시예 1에서 회수된 인산용액 60~70 중량%, 질산 2~10 중량%, 아세트산 1~10 중량% 및 잔량의 물을 함유하는 에칭액 1을 제조하였다. 또한, 상기 에칭액 1의 성분중 인산용액을 시판품으로 대체한 것을 제외하고는 동일한 성분 및 함량으로 에칭액 2를 제조하였다. Based on the total weight of the composition, an
유리기판에 Mo 단일막을 증착하여 시험편을 준비하였다. 상기 에칭액 1 및 2를 사용하여 스프레이 방식으로 상기 시험편을 에칭하고 주사전자현미경(SEM)으로 촬영하였다(도 1 및 2).A test piece was prepared by depositing a Mo single film on a glass substrate. The test pieces were etched by the spray method using the
도 1 및 2에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 방법에 의해 회수된 인산 용액을 포함하는 에칭액 1을 사용하여 Mo 단일막을 에칭한 경우(도 1) 와 시중에서 구입한 인산을 포함하여 제조된 에칭액 2로 Mo 단일막을 에칭한 경우(도 2)는 구분이 가지 않을 정도의 동일한 결과를 나타냈다. As shown in FIGS. 1 and 2, an etching solution prepared by etching Mo single layer using
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 회수된 재생 인산용액을 포함하는 에칭액 1을 사용하여 Mo 단일막을 에칭한 결과를 나타낸 SEM 이미지이다.FIG. 1 is an SEM image showing a result of etching a Mo single layer using the
도 2는 시판품인 인산용액을 포함하는 에칭액 2를 사용하여 Mo 단일막을 에칭한 결과를 나타낸 SEM 이미지이다. FIG. 2 is an SEM image showing a result of etching a Mo single film using an
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CN113292056A (en) * | 2020-12-31 | 2021-08-24 | 清大国华环境集团股份有限公司 | Method for recovering phosphoric acid from waste aluminum etching solution |
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