JP4595048B2 - Aqueous solution for pickling, method for producing the same and resource recovery method - Google Patents
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Description
本発明は、主としてチタン等の金属のための酸洗用水溶液およびその製造方法、ならびに、酸洗用水溶液の製造に伴う資源回収方法に関するものである。 The present invention relates to an aqueous solution for pickling mainly for metals such as titanium and a method for producing the same, and a resource recovery method associated with the production of an aqueous solution for pickling.
チタンやステンレス鋼の板は、熱間圧延や冷間圧延によって製造されているが、圧延によって硬度が増して加工しにくくなるので、高温に加熱して軟化する処理(焼鈍と呼ばれる)が行なわれる。熱間圧延や焼鈍においては、これらの金属の表面が空気中の酸素と化学反応して酸化物の層(酸化スケールと呼ばれる)を形成するので、これを除去する目的で、酸による洗浄(酸洗と呼ばれる)が行なわれる。なお、酸洗処理は酸化スケール除去だけでなく、表面粗さや光沢の調整などの目的でも行なわれることもある。 Titanium and stainless steel plates are manufactured by hot rolling or cold rolling, but the rolling increases the hardness and makes it difficult to process, so a process of heating to high temperature and softening (called annealing) is performed. . In hot rolling and annealing, the surface of these metals reacts with oxygen in the air to form an oxide layer (called oxide scale). Called wash). The pickling treatment may be performed not only for removing the oxide scale but also for the purpose of adjusting the surface roughness and gloss.
チタンやオーステナイト系ステンレス鋼の酸洗には、硝酸とふっ化水素酸を混合した水溶液(硝ふっ酸と呼ばれる)が最も多く用いられており、これに被処理材を浸漬することによって表面が溶解し、酸化スケールが除去(脱スケール)される。また、チタン合金はチタンの外にアルミニウム、バナジウム、すず、パラジウムなどの金属を含む合金であるが、組成としては大部分がチタンなので、硝ふっ酸による酸洗が可能である。 For pickling titanium and austenitic stainless steel, an aqueous solution containing nitric acid and hydrofluoric acid (called nitric hydrofluoric acid) is most often used, and the surface is dissolved by immersing the material to be treated. Then, the oxide scale is removed (descaled). The titanium alloy is an alloy containing metals such as aluminum, vanadium, tin, and palladium in addition to titanium, but most of the composition is titanium, so that it can be pickled with nitric hydrofluoric acid.
チタンを硝ふっ酸で酸洗する際には、チタン中に水素が吸収されて脆くなる現象を防ぐために、通常、硝酸とふっ化水素酸の濃度比(重量比)を10:1以上に調整しているが、この場合には、チタンは4価のふっ化物として溶解する。一方、水素の吸収を問題にしない場合には、硝酸を含まないふっ化水素酸の水溶液で酸洗が行なわれることもあり、この場合には、チタンは3価のふっ化物として溶解する。 When pickling titanium with nitric hydrofluoric acid, the concentration ratio (weight ratio) of nitric acid and hydrofluoric acid is usually adjusted to 10: 1 or more in order to prevent the phenomenon that hydrogen is absorbed into titanium and becomes brittle. In this case, however, titanium is dissolved as a tetravalent fluoride. On the other hand, if absorption of hydrogen is not a problem, pickling may be performed with an aqueous solution of hydrofluoric acid not containing nitric acid. In this case, titanium is dissolved as a trivalent fluoride.
以上のように、チタンやチタン合金、あるいはステンレス鋼を硝ふっ酸やふっ化水素酸で酸洗することにより、硝酸やふっ化水素酸が消費されるので、酸洗処理量が増すにつれて酸洗能力が低下する。そこで、新しい酸を追加して酸洗能力を回復させたり、酸洗液の一部または全部を廃酸として廃棄する操作が行なわれる。しかし、この廃酸中には未反応の酸(遊離酸と呼ばれる)やチタン等の金属のふっ化物が含まれるので、そのまま一般の下水に放流することはできない。従って、従来は水酸化カルシウム等のアルカリを添加して遊離酸を中和すると同時に、金属のふっ化物を金属の水酸化物とふっ化カルシウムの沈殿に変えた後、最終処分場などに埋め立てる処理が行なわれてきた。 As mentioned above, nitric acid or hydrofluoric acid is consumed by pickling titanium, titanium alloy, or stainless steel with nitric hydrofluoric acid or hydrofluoric acid, so pickling as the pickling amount increases. Ability is reduced. Therefore, an operation of adding new acid to recover the pickling ability or discarding part or all of the pickling solution as waste acid is performed. However, since the waste acid contains unreacted acid (called free acid) and metal fluoride such as titanium, it cannot be discharged into general sewage as it is. Therefore, conventionally, alkali such as calcium hydroxide is added to neutralize the free acid, and at the same time, the metal fluoride is converted to metal hydroxide and calcium fluoride precipitate, and then landfilled at the final disposal site. Has been done.
ところが、近年は公害防止や省資源の必要性が高まるにつれて、廃酸の有効利用が盛んに研究されるようになり、実用化も徐々に進んでいる。本発明者らも、かつて、チタンの酸洗に用いた廃酸をアンモニア等で中和してチタンを水酸化物の沈殿として回収すると同時に、溶液を電気透析処理またはイオン交換処理して硝酸やふっ化水素酸を再生する方法を特開2003−236564号公報に開示した。しかし、この方法によれば、廃酸中に含まれる遊離酸がアンモニアによって中和されるので、貴重な酸やアンモニアが無駄に消費されるという問題点がある。 However, in recent years, as the need for pollution prevention and resource saving increases, the effective use of waste acid has been actively researched, and its practical application is gradually progressing. The inventors of the present invention also neutralized the waste acid once used for the pickling of titanium with ammonia to recover titanium as a precipitate of hydroxide, and at the same time, the solution was subjected to electrodialysis or ion exchange to treat nitric acid or A method for regenerating hydrofluoric acid was disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-236564. However, according to this method, since the free acid contained in the waste acid is neutralized by ammonia, there is a problem that valuable acid and ammonia are wasted.
一方、半導体製造産業のシリコンウエーハ製造工程においては、シリコン(金属けい素)の単結晶からウエーハをスライスし、機械研磨したときに生ずる表面の加工変質層を除去するために、硝酸、ふっ化水素酸および酢酸の混酸を用いた、化学的なエッチングが行なわれている。従来は、この混酸の廃液中に含まれる遊離酸をアルカリで中和した後、廃棄しているので、中和スラジの埋め立て処理や排水処理のために多大の費用を要する。 On the other hand, in the silicon wafer manufacturing process of the semiconductor manufacturing industry, nitric acid and hydrogen fluoride are used to remove the work-affected layer on the surface when a wafer is sliced from a single crystal of silicon (silicon silicon) and mechanically polished. Chemical etching is performed using a mixed acid of acid and acetic acid. Conventionally, since the free acid contained in the mixed acid waste liquid is neutralized with an alkali and then discarded, a large amount of cost is required for the landfill treatment of the neutralized sludge and the wastewater treatment.
そこで、近年は公害防止や省資源の観点から、この廃液の有効利用が研究されるようになり、例えば、特開平9−302483号公報には、蒸留法によって硝酸を回収する方法が開示されており、特開2005−324164号公報には、有機溶媒を用いた抽出法によって酢酸、硝酸およびふっ化水素酸を分離・回収する方法が開示されている。 Therefore, in recent years, effective use of this waste liquid has been studied from the viewpoint of pollution prevention and resource saving. For example, JP-A-9-302483 discloses a method for recovering nitric acid by a distillation method. JP-A-2005-324164 discloses a method for separating and recovering acetic acid, nitric acid and hydrofluoric acid by an extraction method using an organic solvent.
しかし、前者の方法を実施するためには、耐食性および耐熱性の優れた特殊な蒸留装置が必要であり、多大な設備費に起因する処理コストの増加は避けらない。また、後者の方法で回収された酸には有機溶媒が混入しているので、これを酸洗やエッチングに再使用した場合の悪影響が懸念される。さらに、いずれの公報にも、廃液に含まれるけい素のふっ化物からけい素やふっ素を回収して利用する技術については何も開示されていない。
そこで、本発明が解決しようとする第1の課題は、チタンおよびチタン合金の酸洗に使用された水溶液、あるいは、金属けい素のエッチングに用いられた混酸の廃液中に残存する遊離酸を有効に利用しながら、再びチタン等の酸洗に用いることができる水溶液を製造することである。また、第2の課題は、酸洗やエッチングによって溶け込んだチタンやけい素を資源として回収することである。 Therefore, the first problem to be solved by the present invention is to effectively use the free acid remaining in the aqueous solution used for the pickling of titanium and titanium alloy or the mixed acid waste solution used for the etching of silicon metal. It is to produce an aqueous solution that can be used again for pickling of titanium or the like. A second problem is to recover titanium or silicon dissolved by pickling or etching as a resource.
上記の、チタンおよびチタン合金の酸洗に使用された水溶液、あるいは、金属けい素のエッチングに用いられた混酸の廃液中の遊離酸を利用するためには、これをアンモニアのようなアルカリで中和することなく、酸性のままでチタンやけい素を沈殿させる必要がある。本発明者はその手段を種々検討した結果、水溶液中のチタンまたはけい素をヘキサフルオロチタン酸塩またはヘキサフルオロけい酸塩として析出させる方法を思い付き、そのための必要条件等を実験によって詳細に調査した。 In order to use the free acid in the aqueous solution used for the pickling of titanium and titanium alloy or the mixed acid waste solution used for etching silicon metal, the solution is used with an alkali such as ammonia. It is necessary to precipitate titanium and silicon while keeping the acidity without being softened. As a result of various studies on the means, the present inventors have come up with a method for precipitating titanium or silicon in an aqueous solution as hexafluorotitanate or hexafluorosilicate, and the necessary conditions and the like have been investigated in detail by experiments. .
その結果、硝ふっ酸を用いて酸洗した時に溶解したチタンは、通常、その一部または大部分がヘキサフルオロチタン酸(H2TiF6)として含まれているので、これに適当なアルカリ金属のイオンを添加することにより、難溶性のヘキサフルオロチタン酸塩として析出させることができることを見出した。同様に、硝酸、ふっ化水素酸および酢酸の混酸を用いて溶解したけい素は、その一部または大部分がヘキサフルオロけい酸(H2SiF6)となるので、これに適当なアルカリ金属のイオンを添加することにより、難溶性のヘキサフルオロけい酸塩として析出させることができることも見出した。As a result, the titanium dissolved when pickled with nitric hydrofluoric acid is usually partially or mostly contained as hexafluorotitanic acid (H 2 TiF 6 ). It was found that it can be precipitated as a hardly soluble hexafluorotitanate by adding the ions. Similarly, silicon dissolved using a mixed acid of nitric acid, hydrofluoric acid and acetic acid is partly or mostly hexafluorosilicic acid (H 2 SiF 6 ). It has also been found that by adding ions, it can be precipitated as sparingly soluble hexafluorosilicate.
例えば、アルカリ金属としてカリウムを用いた場合には、チタンはヘキサフルオロチタン酸カリウム(K2TiF6)、けい素はヘキサフルオロけい酸カリウム(K2SiF6)として析出する。カリウムイオンを添加するためには、ふっ化カリウム(KF)のような電解質を用いればよく、この場合の析出反応は下記の(1)式または(2)式によると推測される。また、この析出反応によって、ふっ化水素(HF)が生み出されるので、チタンの酸洗能力が高まる。もし、ふっ化カリウムの代わりに硝酸カリウム(KNO3)を用いるならば、ヘキサフルオロチタン酸カリウムの析出反応は下記の(3)式または(4)式となり、やはりチタンの酸洗に有用な硝酸(HNO3)が生み出される。
H2TiF6+2KF→K2TiF6+2HF (1)式
H2SiF6+2KF→K2SiF6+2HF (2)式
H2TiF6+2KNO3→K2TiF6+2HNO3 (3)式
H2SiF6+2KNO3→K2SiF6+2HNO3 (4)式For example, when potassium is used as the alkali metal, titanium is precipitated as potassium hexafluorotitanate (K 2 TiF 6 ), and silicon is precipitated as potassium hexafluorosilicate (K 2 SiF 6 ). In order to add potassium ions, an electrolyte such as potassium fluoride (KF) may be used, and the precipitation reaction in this case is presumed to be according to the following formula (1) or (2). Moreover, since hydrogen fluoride (HF) is produced by this precipitation reaction, the pickling ability of titanium is enhanced. If potassium nitrate (KNO 3 ) is used instead of potassium fluoride, the precipitation reaction of potassium hexafluorotitanate becomes the following formula (3) or (4), and nitric acid (also useful for pickling titanium) ( HNO 3 ) is produced.
H 2 TiF 6 + 2KF → K 2 TiF 6 + 2HF (1) Formula H 2 SiF 6 + 2KF → K 2 SiF 6 + 2HF (2) Formula H 2 TiF 6 +2 KNO 3 → K 2 TiF 6 + 2HNO 3 (3) Formula H 2 SiF 6 + 2KNO 3 → K 2 SiF 6 + 2HNO 3 (4) Formula
上記の(1)〜(4)式で反応するヘキサフルオロチタン酸(H2TiF6)またはヘキサフルオロけい酸(H2SiF6)は、硝酸とふっ化水素酸を主成分とする混酸でチタンまたは金属けい素を溶解した場合に生成する化合物であり、化合物中のふっ素(F)とチタン(Ti)またはけい素(Si)のモル比は6:1である。しかし、溶解によって、未反応のふっ化水素酸がほとんど無くなったような場合には、この比率が6:1より小さい化合物が生成し、ヘキサフルオロチタン酸カリウムまたはヘキサフルオロけい酸カリウムとして析出するチタンやけい素の量が少なくなる。そこで、このような場合には、水溶液中に含まれるふっ素とチタンまたはけい素のモル比が6:1以上になるように、ふっ化水素(HF)やふっ化物(KF等)を添加すれば、ヘキサフルオロチタン酸カリウムまたはヘキサフルオロけい酸カリウムとして析出するチタンやけい素の量を増すことができる。Hexafluorotitanic acid (H 2 TiF 6 ) or hexafluorosilicic acid (H 2 SiF 6 ) reacting in the above formulas (1) to (4) is a mixed acid mainly composed of nitric acid and hydrofluoric acid. Alternatively, it is a compound produced when metal silicon is dissolved, and the molar ratio of fluorine (F) to titanium (Ti) or silicon (Si) in the compound is 6: 1. However, when almost no unreacted hydrofluoric acid is dissolved by dissolution, a compound having this ratio of less than 6: 1 is formed and precipitated as potassium hexafluorotitanate or potassium hexafluorosilicate. The amount of silicon is reduced. Therefore, in such a case, if hydrogen fluoride (HF) or fluoride (KF, etc.) is added so that the molar ratio of fluorine and titanium or silicon contained in the aqueous solution is 6: 1 or more. The amount of titanium or silicon deposited as potassium hexafluorotitanate or potassium hexafluorosilicate can be increased.
以上のようにして析出させた難溶性のヘキサフルオロチタン酸塩またはヘキサフルオロけい酸塩を適当な方法で分離した後、得られた水溶液に、必要に応じて、硝酸、ふっ化水素酸または水を添加して濃度を調節した後、チタン等の金属の酸洗用に再利用することができる。なお、チタン等の酸洗に用いるためだけならば、必ずしも析出したヘキサフルオロチタン酸塩またはヘキサフルオロけい酸塩を分離する必要はなく、共存したままで酸洗することも可能である。 After separating the hardly soluble hexafluorotitanate or hexafluorosilicate precipitated as described above by an appropriate method, nitric acid, hydrofluoric acid or water is added to the obtained aqueous solution as necessary. Can be reused for pickling of metals such as titanium. Note that it is not always necessary to separate the precipitated hexafluorotitanate or hexafluorosilicate for use in pickling titanium or the like, and pickling can be performed while coexisting.
一方、硝酸を含まないふっ化水素酸の水溶液でチタンの酸洗が行なわれる場合には、前述のように、チタンは3価のふっ化物として溶解しているので、これを酸化して4価のふっ化物に変え、ヘキサフルオロチタン酸塩として析出させることができる。そのための酸化剤として、例えば、硝酸や酸素などが利用できる。 On the other hand, when the pickling of titanium is performed with an aqueous solution of hydrofluoric acid not containing nitric acid, titanium is dissolved as a trivalent fluoride as described above. In the form of hexafluorotitanate. For example, nitric acid or oxygen can be used as an oxidizing agent for that purpose.
ところで、前述の(1)式や(3)式の反応においては、1分子のヘキサフルオロチタン酸に対して2分子のふっ化カリウムまたは硝酸カリウムが反応するが、実際にはかなり過剰のふっ化カリウムや硝酸カリウム(すなわち、カリウムイオン)を添加しなければヘキサフルオロチタン酸カリウムの析出は起きにくい。従って、ヘキサフルオロチタン酸カリウムを分離した後の酸洗用水溶液中には多量のカリウムイオンが含まれる。 By the way, in the reactions of the above-mentioned formulas (1) and (3), two molecules of potassium fluoride or potassium nitrate react with one molecule of hexafluorotitanic acid, but in fact, a considerably excessive amount of potassium fluoride. In addition, precipitation of potassium hexafluorotitanate hardly occurs unless potassium nitrate (that is, potassium ion) is added. Therefore, a large amount of potassium ions is contained in the aqueous pickling solution after separating potassium hexafluorotitanate.
この酸洗用水溶液を用いてチタンやチタン合金を酸洗すると、チタンが溶解して生じたヘキサフルオロチタン酸とカリウムイオンが反応して、ヘキサフルオロチタン酸カリウムが析出する。そして、チタンやチタン合金の帯板を連続的に酸洗する場合には、析出したヘキサフルオロチタン酸カリウムの一部が帯板に付随して酸洗槽外へ運び出されるため、チタンの回収率が低下するのは避けがたい。一方、上記の酸洗用水溶液を用いてステンレス鋼を酸洗し、酸洗後に廃棄することを想定すると、廃液中に含まれる多量のカリウムが無駄に廃棄されることになる。 When titanium or a titanium alloy is pickled using this pickling aqueous solution, hexafluorotitanic acid generated by dissolving titanium reacts with potassium ions to precipitate potassium hexafluorotitanate. When titanium or titanium alloy strips are pickled continuously, a portion of the precipitated potassium hexafluorotitanate is carried out of the pickling tank along with the strips. It is inevitable that the price will drop. On the other hand, if it is assumed that stainless steel is pickled using the aqueous solution for pickling and discarded after pickling, a large amount of potassium contained in the waste liquid is wasted.
そこで、本発明者は、前述のヘキサフルオロチタン酸カリウムを分離した後の酸洗用水溶液中に多量に含まれるカリウムイオンを回収する方法を検討した結果、この水溶液にヘキサフルオロけい酸イオンを添加して、カリウムをヘキサフルオロけい酸カリウムとして析出させ、これを分離・回収する方法を見出した。すなわち、ヘキサフルオロけい酸カリウムはヘキサフルオロチタン酸カリウムがほとんど析出しないような低いカリウムイオン濃度においても析出するので、大部分のカリウムイオンを回収することができる。この時の析出反応は下記の(5)式によると推測される。
2K++SiF6 2−→K2SiF6 (5)式Therefore, as a result of studying a method for recovering potassium ions contained in a large amount in the aqueous pickling solution after separating the potassium hexafluorotitanate, the present inventors added hexafluorosilicate ions to the aqueous solution. Then, a method for precipitating potassium as potassium hexafluorosilicate and separating and recovering it was found. That is, since potassium hexafluorosilicate precipitates even at a low potassium ion concentration such that potassium hexafluorotitanate hardly precipitates, most of potassium ions can be recovered. The precipitation reaction at this time is presumed to be according to the following equation (5).
2K + + SiF 6 2− → K 2 SiF 6 (5) Formula
なお、上記の(5)式は、前述の(2)式や(4)式で反応するヘキサフルオロけい酸、ふっ化カリウムおよび硝酸カリウムがイオンに解離して、ヘキサフルオロけい酸イオンおよびカリウムイオンを生じ、それらが結合してヘキサフルオロけい酸カリウムを生成する際の反応式(イオン反応式)である。 In the above formula (5), hexafluorosilicate, potassium fluoride and potassium nitrate which react in the formulas (2) and (4) are dissociated into ions, and hexafluorosilicate ions and potassium ions are converted into ions. This is a reaction formula (ion reaction formula) when they are combined to form potassium hexafluorosilicate.
本発明者は、さらに、金属けい素のエッチングに用いられた混酸の廃液中に残存する遊離酸を有効に利用するための別の手段として、該廃液をチタンやステンレス鋼の酸洗に用いた後、アルカリ金属イオンを添加する方法についても検討した。チタンを酸洗した場合には、チタンの酸洗によって生成したヘキサフルオロチタン酸と酸洗前から含まれていたヘキサフルオロけい酸が水溶液中に含まれるので、それらがヘキサフルオロチタン酸塩およびヘキサフルオロけい酸塩として析出する。 The present inventor further used the waste liquid for pickling titanium and stainless steel as another means for effectively using the free acid remaining in the mixed acid waste liquid used for etching silicon metal. Later, the method of adding alkali metal ions was also examined. When titanium is pickled, hexafluorotitanic acid produced by the pickling of titanium and hexafluorosilicic acid contained before the pickling are contained in the aqueous solution. Precipitate as fluorosilicate.
ただし、前述のように、水溶液中の大分部のチタンをヘキサフルオロチタン酸塩として析出させるためには、アルカリ金属イオンを大過剰に添加する必要があるので、析出した塩を分離した後の水溶液中には、高濃度のアルカリ金属イオンが残存する。従って、アルカリ金属イオン濃度を低めるためには、ヘキサフルオロけい酸イオンを添加して、ヘキサフルオロけい酸塩として析出・分離する必要がある。 However, as described above, in order to precipitate most of the titanium in the aqueous solution as hexafluorotitanate, it is necessary to add a large excess of alkali metal ions, so the aqueous solution after separating the precipitated salt A high concentration of alkali metal ions remains inside. Therefore, in order to reduce the alkali metal ion concentration, it is necessary to add hexafluorosilicate ions to precipitate and separate as hexafluorosilicate.
以上に述べたように、(1)〜(4)式の反応を利用して製造した酸洗用水溶液中には、主成分のふっ化水素酸や硝酸以外に、カリウム等のアルカリ金属のイオン、ヘキサフルオロチタン酸イオンおよびヘキサフルオロけい酸イオンが含まれ、それらの濃度は製造条件によって異なる。 As described above, in the aqueous solution for pickling produced by using the reactions of the formulas (1) to (4), ions of alkali metals such as potassium are contained in addition to the main components hydrofluoric acid and nitric acid. , Hexafluorotitanate ions and hexafluorosilicate ions are included, and their concentrations vary depending on the production conditions.
次に、本発明者は、析出分離したヘキサフルオロチタン酸塩およびヘキサフルオロけい酸塩からチタンやけい素を資源として回収する方法を研究した結果、これらの塩にアンモニア(NH3)を添加することによって水酸化チタン(Ti(OH)4)またはけい酸(SiO2・nH2O)の沈殿に変えることができること、および、これを分離して水等で洗浄した後、加熱、焼成することによって二酸化チタン(TiO2)または二酸化けい素(SiO2)に変えることができることを見出した。なお、アンモニアは水溶液またはガスのいずれで添加してもよいが、水が共存する必要がある。アルカリ金属としてカリウムを用いた場合の一連の反応は下記の(6)〜(9)式によると推測される(ただし、n=0.5〜1.0)。
K2TiF6+4NH3+4H2O→Ti(OH)4+2KF+4NH4F (6)式
K2SiF6+4NH3+4H2O→SiO2・nH2O+2KF+4NH4F
+(2−n)H2O (7)式
Ti(OH)4→TiO2+2H2O (8)式
SiO2・nH2O→SiO2+nH2O (9)式Next, as a result of studying a method of recovering titanium and silicon as resources from precipitated and separated hexafluorotitanate and hexafluorosilicate, the present inventor added ammonia (NH 3 ) to these salts. Can be converted into titanium hydroxide (Ti (OH) 4 ) or silicic acid (SiO 2 .nH 2 O) precipitate, and this is separated and washed with water, and then heated and fired. Has been found to be able to change to titanium dioxide (TiO 2 ) or silicon dioxide (SiO 2 ). Ammonia may be added either as an aqueous solution or as a gas, but water needs to coexist. A series of reactions when potassium is used as the alkali metal is presumed to be according to the following formulas (6) to (9) (where n = 0.5 to 1.0).
K 2 TiF 6 + 4NH 3 + 4H 2 O → Ti (OH) 4 + 2KF + 4NH 4 F (6) Formula K 2 SiF 6 + 4NH 3 + 4H 2 O → SiO 2 .nH 2 O + 2KF + 4NH 4 F
+ (2-n) H 2 O (7) Formula Ti (OH) 4 → TiO 2 + 2H 2 O (8) Formula SiO 2 · nH 2 O → SiO 2 + nH 2 O (9) Formula
上記の(6)式および(7)式の反応から分かるように、水酸化チタンまたはけい酸を分離した後の水溶液にはふっ化カリウム(KF)とふっ化アンモニウム(NH4F)が含まれる。そこで、これに水酸化カリウム(KOH)のようなアルカリ金属の水酸化物を添加すると、下記の(10)式のように、ふっ化アンモニウムと水酸化カリウムが反応して、ふっ化カリウムとアンモニア(NH3)が生成する。また、水酸化カリウムの代わりに、水酸化カルシウム(Ca(OH)2)のようなアルカリ土類金属の水酸化物を添加すると、下記の(11)式のように、ふっ化アンモニウムと水酸化カルシウムが反応して、ふっ化カルシウム(CaF2)とアンモニアが生成する。
NH4F+KOH→KF+NH3+H2O (10)式
2NH4F+Ca(OH)2→CaF2+2NH3+2H2O (11)式As can be seen from the reactions of the above formulas (6) and (7), the aqueous solution after separation of titanium hydroxide or silicic acid contains potassium fluoride (KF) and ammonium fluoride (NH 4 F). . Therefore, when an alkali metal hydroxide such as potassium hydroxide (KOH) is added to this, ammonium fluoride and potassium hydroxide react as shown in the following formula (10), and potassium fluoride and ammonia are reacted. (NH 3 ) is produced. Further, when an alkaline earth metal hydroxide such as calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) is added instead of potassium hydroxide, ammonium fluoride and hydroxide are expressed as shown in the following formula (11). Calcium reacts to produce calcium fluoride (CaF 2 ) and ammonia.
NH 4 F + KOH → KF + NH 3 + H 2 O (10) Formula 2NH 4 F + Ca (OH) 2 → CaF 2 + 2NH 3 + 2H 2 O (11) Formula
上記の(10)式や(11)式の反応で生成したアンモニアは水蒸気蒸留等の方法で分離・回収し、上記の(6)式および(7)式の反応のために再利用できる。また、(11)式の反応で生成したふっ化カルシウムはほとんどが沈殿になるので、これをろ過等の方法で分離して、ふっ化水素酸製造の原料等のために再利用できる。結局、水酸化チタン、アンモニアおよびふっ化カルシウムを分離した後の水溶液にはふっ化カリウムのみが含まれるので、これを(1)式や(2)式の反応のために再利用できる。 The ammonia produced by the reactions of the above formulas (10) and (11) can be separated and recovered by a method such as steam distillation and reused for the reactions of the above formulas (6) and (7). Further, most of the calcium fluoride produced by the reaction of the formula (11) is precipitated, so that it can be separated by a method such as filtration and reused for raw materials for producing hydrofluoric acid. After all, since the aqueous solution after separating titanium hydroxide, ammonia and calcium fluoride contains only potassium fluoride, it can be reused for the reaction of the formulas (1) and (2).
また、この水溶液を電気透析処理またはイオン交換処理することにより、ふっ化水素酸と水酸化カリウムの水溶液を得ることもできる。ふっ化カリウムのような塩類の水溶液から、電気透析処理またはイオン交換処理によって酸とアルカリの水溶液を得る技術は、例えば、前述の特開2003−236564号公報等に開示されているので、それを適用すればよい。これらの処理によって、1分子のふっ化カリウム(KF)から1分子のふっ化水素(HF)と1分子の水酸化カリウム(KOH)が生成する。得られたふっ化水素の水溶液(すなわち、ふっ化水素酸)はチタン等の酸洗に再利用することができ、水酸化カリウムは上記の(10)式の反応のために再利用できる。 Further, an aqueous solution of hydrofluoric acid and potassium hydroxide can be obtained by subjecting this aqueous solution to electrodialysis treatment or ion exchange treatment. A technique for obtaining an aqueous solution of an acid and an alkali from an aqueous solution of a salt such as potassium fluoride by electrodialysis or ion exchange is disclosed in, for example, the aforementioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-236564. Apply. By these treatments, one molecule of hydrogen fluoride (HF) and one molecule of potassium hydroxide (KOH) are generated from one molecule of potassium fluoride (KF). The obtained aqueous solution of hydrogen fluoride (that is, hydrofluoric acid) can be reused for pickling of titanium or the like, and potassium hydroxide can be reused for the reaction of the above formula (10).
本発明は、以上の検討に基づいて完成した発明であって、後記(1)〜(9)の酸洗用水溶液およびその製造方法ならびに資源回収方法を要旨としている。 This invention is the invention completed based on the above examination, Comprising: It makes the summary the aqueous solution for pickling of postscript (1)-(9), its manufacturing method, and a resource recovery method.
(1)容積1dm3中に、硝酸10〜600g、ふっ化水素酸1〜200gおよびアルカリ金属イオン0.02〜200gを含有し、さらに、ヘキサフルオロチタン酸イオン50g未満およびヘキサフルオロけい酸イオン50g未満の一方または双方を含有することを特徴とする酸洗用水溶液。(1) A volume of 1 dm 3 contains 10 to 600 g of nitric acid, 1 to 200 g of hydrofluoric acid and 0.02 to 200 g of alkali metal ions, and less than 50 g of hexafluorotitanate ions and 50 g of hexafluorosilicate ions. An aqueous solution for pickling characterized by containing one or both of less.
(2)容積1dm3中に、ふっ化水素酸1〜200g、アルカリ金属イオン0.02〜200gおよびヘキサフルオロチタン酸イオン50g未満を含有し、さらに、ヘキサフルオロけい酸イオン50g未満を含有すること、または、ヘキサフルオロけい酸イオンを含有しないことを特徴とする酸洗用水溶液。(2) The volume of 1 dm 3 contains 1 to 200 g of hydrofluoric acid, 0.02 to 200 g of alkali metal ions and less than 50 g of hexafluorotitanate ions, and further contains less than 50 g of hexafluorosilicate ions. Or an aqueous solution for pickling characterized by not containing hexafluorosilicate ions.
(3)後記の(5)または(6)に記載の方法で製造したことを特徴とする、前記の(1)に記載の酸洗用水溶液。 (3) The aqueous pickling solution according to (1) above, which is produced by the method described in (5) or (6) below.
(4)後記の(7)または(8)に記載の方法で製造したことを特徴とする、前記の(2)に記載の酸洗用水溶液。 (4) The pickling aqueous solution according to (2) above, which is produced by the method described in (7) or (8) below.
(5)硝酸およびふっ化水素酸を含有し、さらに、チタンおよび/またはけい素のふっ化物を含有する水溶液を原料として、後記の工程A、BおよびCの一部または全部を行なうことを特徴とする酸洗用水溶液の製造方法:
(工程A)必要に応じて、ふっ化水素を前記の水溶液に添加する工程:
(工程B)アルカリ金属イオンを前記の水溶液に添加する工程:および
(工程C)前記の工程AおよびBを行なうことにより生じた沈殿物を分離する工程。(5) A part or all of the following steps A, B and C are carried out using an aqueous solution containing nitric acid and hydrofluoric acid and further containing titanium and / or silicon fluoride as a raw material. A method for producing an aqueous solution for pickling:
(Step A) Step of adding hydrogen fluoride to the aqueous solution as necessary:
(Step B) A step of adding alkali metal ions to the aqueous solution: and (Step C) A step of separating a precipitate generated by performing the steps A and B.
(6)さらに後記の工程DおよびEを行なうことを特徴とする前記の(5)に記載の酸洗用水溶液の製造方法:
(工程D)前記の工程Cにより沈殿物を分離した水溶液に、ヘキサフルオロけい酸イオンを添加する工程:および
(工程E)前記の工程Dにより生じた沈殿物を分離する工程。(6) The method for producing an aqueous solution for pickling according to the above (5), which further comprises the steps D and E described later:
(Step D) Step of adding hexafluorosilicate ion to the aqueous solution from which the precipitate has been separated in Step C: and (Step E) Step of separating the precipitate generated in Step D.
(7)ふっ化水素酸およびチタンのふっ化物を含有する水溶液を原料とし、後記の工程F、G、HおよびIの一部または全部を行なうことを特徴とする酸洗用水溶液の製造方法:
(工程F)必要に応じて、ふっ化水素を前記の水溶液に添加する工程:
(工程G)アルカリ金属イオンを前記の水溶液に添加する工程:
(工程H)前記の水溶液中に含まれる3価のチタンのふっ化物を酸化して、4価のチタンのふっ化物に変える工程:および
(工程I)前記の工程F、GおよびHを行なうことにより生じた沈殿物を分離する工程。(7) A method for producing an aqueous solution for pickling, wherein an aqueous solution containing hydrofluoric acid and a fluoride of titanium is used as a raw material, and part or all of the following steps F, G, H and I are performed:
(Step F) Step of adding hydrogen fluoride to the aqueous solution as necessary:
(Step G) Step of adding alkali metal ions to the aqueous solution:
(Step H) A step of oxidizing the trivalent titanium fluoride contained in the aqueous solution to convert it to a tetravalent titanium fluoride: and (Step I) performing steps F, G and H described above. Separating the precipitate generated by the step.
(8)さらに後記の工程JおよびKを行なうことを特徴とする前記の(7)に記載の酸洗用水溶液の製造方法:
(工程J)前記の工程Iにより沈殿物を分離した水溶液に、ヘキサフルオロけい酸イオンを添加する工程:および
(工程K)前記の工程Jにより生じた沈殿物を分離する工程。(8) The method for producing an aqueous solution for pickling according to the above (7), which further comprises the steps J and K described later:
(Step J) A step of adding hexafluorosilicate ions to the aqueous solution from which the precipitate has been separated in Step I above: and (Step K) a step of separating the precipitate produced in Step J above.
(9)後記の工程L、M、N、O、PおよびQの一部または全部を行なうことを特徴とする、酸洗用水溶液の製造に伴う資源回収方法:
(工程L)前記の(5)に記載の工程C、および/または前記の(6)に記載の工程E、および/または前記の(7)に記載の工程I、および/または前記の(8)に記載の工程Kにより分離した沈殿物にアンモニアを添加する工程:
(工程M)前記の工程Lにより生じた沈殿物を分離する工程:
(工程N)前記の工程Mにより分離した沈殿物を洗浄した後、加熱、焼成する工程:
(工程O)前記の工程Mにより沈殿物を分離した水溶液に、必要に応じて、アルカリ金属の水酸化物、および/またはアルカリ土類金属の水酸化物を添加した後、アンモニアを分離する工程:
(工程P)前記の工程Oにより生じた沈殿物を分離する工程:および
(工程Q)前記の工程O、または前記の工程OおよびPにより得られた水溶液を電気透析処理またはイオン交換処理する工程。(9) A method for recovering resources accompanying the production of an aqueous solution for pickling, characterized in that a part or all of the following steps L, M, N, O, P and Q are performed
(Step L) Step C according to (5) above and / or Step E according to (6) above and / or Step I according to (7) above and / or (8 above) Step of adding ammonia to the precipitate separated by the step K described in
(Process M) The process of isolate | separating the deposit produced by the said process L:
(Step N) Steps of heating and baking after washing the precipitate separated in the step M:
(Step O) Step of separating ammonia after adding an alkali metal hydroxide and / or an alkaline earth metal hydroxide, if necessary, to the aqueous solution from which the precipitate has been separated in the above step M :
(Step P) Step of separating the precipitate produced in the step O: and (Step Q) Step of electrodialysis or ion exchange treatment of the step O or the aqueous solution obtained in the steps O and P .
本発明の酸洗用水溶液およびその製造方法ならびに資源回収方法により、チタンおよびチタン合金を酸洗した水溶液、あるいは、金属けい素のエッチングに用いられた混酸の廃液を原料として、チタン等の酸洗に用いるための水溶液を製造することができる。また、その製造工程と付加工程によって、二酸化チタン、二酸化けい素、ふっ化水素酸、ふっ化カルシウム等を資源として回収できる。したがって、産業廃棄物の発生量を大幅に削減することができ、環境に対する負荷が軽減されるなど、工業的あるいは社会的に大きな効果が得られる。 Using the aqueous solution for pickling of the present invention, the production method thereof, and the resource recovery method, an aqueous solution obtained by pickling titanium and a titanium alloy, or a mixed acid waste solution used for etching metal silicon, as a raw material. An aqueous solution for use in the production can be produced. Moreover, titanium dioxide, silicon dioxide, hydrofluoric acid, calcium fluoride, etc. can be recovered as resources by the manufacturing process and the addition process. Therefore, the industrial waste generation amount can be greatly reduced, and the environmental load can be reduced. Thus, a great industrial and social effect can be obtained.
1 処理槽
2 撹拌機
3 ヒーター
4 温度センサー
5 pHセンサー
6 冷却器
7 冷却水
8 留出液受槽
9 留出液
10 送入管
11 排出管
12 ガス送入管
13 ガス排出管
14−1〜3 バルブ
15 電解槽
16 陽極
17 陰極
18−1、2 陽イオン交換膜
19 陰イオン交換膜
20 直流電源
21 導線
22〜25 セル(小室)
26 イオン交換樹脂容器
27−1、2 多孔板
28 液送入管
29 液排出管
30 イオン交換樹脂DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
26 Ion Exchange Resin Container 27-1, 2
本発明による酸洗用水溶液は、主成分が硝酸とふっ化水素酸の硝ふっ酸系水溶液と、主成分がふっ化水素酸のふっ化水素酸系水溶液に分けられる。両者共、必須成分として、1〜200g/dm3のふっ化水素酸を含有する。ふっ化水素酸は金属表面を活性化し、金属をイオンとして溶出させる機能を有するが、1g/dm3未満の濃度では、その機能が弱いために金属の酸洗に長時間を要し、200g/dm3を越えると、チタン等の金属の溶解反応が激しくなり過ぎて、制御が困難となる。The pickling aqueous solution according to the present invention is divided into a nitric hydrofluoric acid aqueous solution whose main components are nitric acid and hydrofluoric acid, and a hydrofluoric acid aqueous solution whose main components are hydrofluoric acid. Both contain 1 to 200 g / dm 3 of hydrofluoric acid as an essential component. Hydrofluoric acid has a function of activating the metal surface and eluting the metal as ions, but at a concentration of less than 1 g / dm 3 , the function is weak, so that it takes a long time for pickling the metal. If dm 3 is exceeded, the dissolution reaction of metals such as titanium becomes so intense that it becomes difficult to control.
前者の硝ふっ酸系水溶液の場合は、ふっ化水素酸以外に10〜600g/dm3の硝酸を含有する。硝酸は、金属がイオンとして溶出する反応を促進する機能を有するが、10g/dm3未満の濃度では、その機能が弱いために金属の酸洗に比較的長時間を要し、600g/dm3を越える濃度では、その効果が飽和するだけでなく、窒素酸化物のガスが多量に発生するので、作業環境上好ましくない。In the case of the former aqueous solution of nitric hydrofluoric acid, 10 to 600 g / dm 3 of nitric acid is contained in addition to hydrofluoric acid. Nitric acid has a function of promoting a reaction in which a metal is eluted as an ion. However, at a concentration of less than 10 g / dm 3 , the function is weak, so that it takes a relatively long time for pickling the metal, and 600 g / dm 3 If the concentration exceeds 1, the effect is not only saturated, but a large amount of nitrogen oxide gas is generated, which is not preferable in the working environment.
本発明による酸洗用水溶液は、0.02〜200g/dm3のアルカリ金属イオンを含有する。アルカリ金属イオンは、原料水溶液中のチタンやけい素を難溶性のヘキサフルオロチタン酸塩やヘキサフルオロけい酸塩として析出・分離するために添加されるが、その残存濃度を0.02g/dm3未満とすることは、技術的には可能であっても、製造コスト上昇の原因となるので、経済的には好ましくない。また、200g/dm3を越える濃度で残存すると、製造した酸洗用水溶液を使用または廃棄する過程で失われる量が過大となるので、やはり、経済的には好ましくない。The aqueous pickling solution according to the present invention contains 0.02 to 200 g / dm 3 of alkali metal ions. Alkali metal ions are added to precipitate and separate titanium or silicon in the raw material aqueous solution as sparingly soluble hexafluorotitanate or hexafluorosilicate, but the residual concentration is 0.02 g / dm 3. Although it is technically possible to make it less than this, it causes an increase in manufacturing cost, which is not preferable economically. Further, if it remains at a concentration exceeding 200 g / dm 3 , the amount lost in the process of using or discarding the produced pickling aqueous solution becomes excessive, which is also not economically preferable.
アルカリ金属としては、カリウム、ナトリウムおよびルビジウムが利用できるが、添加の効果および費用の面から、カリウムが最も推奨される。ナトリウムはヘキサフルオロチタン酸塩の溶解度が比較的大きく、ふっ化物の溶解度が小さいので、単独での使用は困難であるが、カリウムと併用することはできる。一方、ルビジウムは、効果は優れているが高価であるため、費用の面から使用が制限される。 As the alkali metal, potassium, sodium and rubidium can be used, but potassium is most recommended from the viewpoint of the effect and cost of addition. Sodium has relatively high solubility of hexafluorotitanate and low solubility of fluoride, so that it is difficult to use alone, but it can be used in combination with potassium. On the other hand, rubidium has an excellent effect but is expensive, and its use is limited in terms of cost.
酸洗用水溶液の製造において、アルカリ金属イオンを添加するために用いられる電解質としては、ふっ化物が最も推奨され、硝ふっ酸系水溶液の場合には硝酸塩の使用も推奨される。ただし、その他の電解質(例えば、塩化物、硫酸塩など)であっても、被処理材の酸洗に悪影響を及ぼさないものであれば使用してもよい。 In the production of an aqueous solution for pickling, fluoride is most recommended as an electrolyte used for adding alkali metal ions, and nitrate is also recommended in the case of a nitric hydrofluoric acid aqueous solution. However, other electrolytes (for example, chloride, sulfate, etc.) may be used as long as they do not adversely affect the pickling of the material to be treated.
表1は本発明による酸洗用水溶液およびその製造方法の例を示したものである。表1のNo.1〜8の酸洗用水溶液は、いずれも、原料水溶液にアルカリ金属イオンを添加するための電解質としてふっ化カリウムを用い、チタンをヘキサフルオロチタン酸カリウム、けい素をヘキサフルオロけい酸カリウムとして析出・分離することによって製造された例を示している。以下に、それぞれの例について、さらに詳しく説明する。 Table 1 shows examples of the pickling aqueous solution and the method for producing the same according to the present invention. No. in Table 1 The aqueous pickling solutions 1 to 8 all use potassium fluoride as an electrolyte for adding alkali metal ions to the raw material aqueous solution, and deposit titanium as potassium hexafluorotitanate and silicon as potassium hexafluorosilicate. -The example manufactured by separating is shown. Each example will be described in more detail below.
表1のNo.1の酸洗用水溶液は、硝ふっ酸を用いてチタンを酸洗した水溶液を原料とし、これにふっ化カリウムを添加して、析出したヘキサフルオロチタン酸カリウムを分離することによって製造された例を示している。この時、カリウムイオンとチタンのモル比が6〜10程度になるようにふっ化カリウムを添加することによって製造した、上段の組成の酸洗用水溶液中に残存するヘキサフルオロチタン酸イオンは少量または微量になるが、多量のカリウムインが残存する。 No. in Table 1 Example 1 was prepared by using an aqueous solution obtained by pickling titanium using nitric hydrofluoric acid as a raw material, adding potassium fluoride thereto, and separating the precipitated potassium hexafluorotitanate. Is shown. At this time, the amount of hexafluorotitanate ions remaining in the pickling aqueous solution of the upper composition produced by adding potassium fluoride so that the molar ratio of potassium ions to titanium is about 6 to 10 or A small amount of potassium in remains.
また、上記のモル比が2程度になるようにふっ化カリウムを添加することによって製造した、下段の組成の酸洗用水溶液中に残存するカリウムイオンは少量になるが、ヘキサフルオロチタン酸イオンは多量に残存する。なお、ここで用いた、多量、少量および微量という言葉は、それぞれ、概略10g/dm3以上、1〜10g/dm3および1g/dm3未満の濃度で含まれることを意味する。In addition, the potassium ion remaining in the pickling aqueous solution of the lower composition produced by adding potassium fluoride so that the molar ratio is about 2 is small, but the hexafluorotitanate ion is A large amount remains. Incidentally, as used herein, multimers, the term minor and trace, respectively, schematic 10 g / dm 3 or more, which means that in a concentration of less than 1 to 10 g / dm 3 and 1 g / dm 3.
表1のNo.2の酸洗用水溶液は、上記のNo.1の上段の組成の酸洗用水溶液にヘキサフルオロけい酸イオンを添加し、析出したヘキサフルオロけい酸カリウムを分離することによって製造された例を示している。この場合には、カリウムイオンとけい素のモル比が2程度になるようにすれば、製造した酸洗用水溶液中に残存するカリウムイオン、ヘキサフルオロチタン酸イオンおよびヘキサフルオロけい酸イオンを、いずれも、少量または微量にすることができる。 No. in Table 1 The aqueous solution for pickling of No. 2 is the above-mentioned No.2. An example is shown in which hexafluorosilicate ions are added to an aqueous pickling solution having an upper composition of 1, and the precipitated potassium hexafluorosilicate is separated. In this case, if the molar ratio of potassium ion to silicon is about 2, the potassium ion, hexafluorotitanate ion and hexafluorosilicate ion remaining in the produced pickling aqueous solution are all Can be in small or trace amounts.
この時に、カリウムイオンとけい素のモル比が2未満になるように、ヘキサフルオロけい酸イオンを過剰に添加すれば、酸洗用水溶液中のカリウムイオンをさらに少なくすることは可能であるが、完全に除去することはできない。これは、前記の(5)式の反応で生成したヘキサフルオロけい酸カリウムが全て析出する訳ではなく、一部が溶解した後、カリウムイオンとヘキサフルオロけい酸イオンに解離するためと推測される。 At this time, if excessive hexafluorosilicate ions are added so that the molar ratio of potassium ions to silicon is less than 2, it is possible to further reduce potassium ions in the pickling aqueous solution. Cannot be removed. This is presumed to be because not all potassium hexafluorosilicate produced by the reaction of the above formula (5) precipitates but dissociates into potassium ions and hexafluorosilicate ions after some of them are dissolved. .
表1のNo.3の酸洗用水溶液は、硝酸、ふっ化水素酸および酢酸を主成分とする混酸を用いて金属けい素(シリコンウエーハ)をエッチングした廃液を原料とし、これにふっ化カリウムを添加して、けい素をヘキサフルオロけい酸カリウムとして析出・分離することによって製造された例を示している。また、No.4の酸洗用水溶液は、上記の混酸の廃液を用いて、チタンを含有しないステンレス鋼を酸洗した後、これにふっ化カリウムを添加して、けい素をヘキサフルオロけい酸カリウムとして析出・分離することによって製造された例を示している。これらの例においては、カリウムイオンとけい素のモル比が2程度になるようにふっ化カリウムを添加すれば、製造した酸洗用水溶液中に残存するカリウムイオンとヘキサフルオロけい酸イオンを少量または微量にすることができる。 No. in Table 1 The aqueous solution for pickling of No. 3 uses as a raw material a waste liquid obtained by etching metal silicon (silicon wafer) using a mixed acid mainly composed of nitric acid, hydrofluoric acid and acetic acid, and potassium fluoride is added thereto. An example is shown in which silicon is precipitated and separated as potassium hexafluorosilicate. No. The aqueous solution for pickling No. 4 uses the above mixed acid waste solution to pickle stainless steel that does not contain titanium, and then potassium potassium fluoride is added thereto to precipitate silicon as potassium hexafluorosilicate. The example manufactured by isolate | separating is shown. In these examples, if potassium fluoride is added so that the molar ratio of potassium ions to silicon is about 2, small amounts or trace amounts of potassium ions and hexafluorosilicate ions remaining in the produced pickling aqueous solution are used. Can be.
表1のNo.5の酸洗用水溶液は、No.3と同じ混酸の廃液を用いてチタンを酸洗した後、ふっ化カリウムを添加して、けい素をヘキサフルオロけい酸カリウム、チタンをヘキサフルオロチタン酸カリウムとして析出・分離することによって製造された例を示している。上段の組成の酸洗用水溶液は、チタンのモル数の6〜10倍とけい素のモル数の3倍を加えたモル数のカリウムイオンを添加したものであり、酸洗用水溶液中に残存するヘキサフルオロチタン酸イオンとヘキサフルオロけい酸イオンは少量または微量となるが、多量のカリウムイオンが残存する。また、下段の組成の酸洗用水溶液は、上記のカリウムイオンのモル数をけい素のモル数の3倍程度にしたものであり、酸洗用水溶液中に残存するカリウムイオンとヘキサフルオロけい酸イオンは少量となるが、多量のヘキサフルオロチタン酸イオンが残存する。 No. in Table 1 No. 5 aqueous solution for pickling After pickling titanium using the same mixed acid waste liquid as No. 3, potassium fluoride was added, and it was produced by separating and separating silicon as potassium hexafluorosilicate and titanium as potassium hexafluorotitanate. An example is shown. The aqueous solution for pickling having the upper composition is obtained by adding 6-10 times the number of moles of titanium and 3 times the number of moles of silicon to add potassium ions, and remains in the aqueous solution for pickling. Hexafluorotitanate ions and hexafluorosilicate ions are in small or trace amounts, but a large amount of potassium ions remain. The aqueous solution for pickling having the lower composition is one in which the number of moles of the above potassium ions is about three times the number of moles of silicon, and the potassium ions remaining in the pickling aqueous solution and hexafluorosilicic acid. Although the amount of ions is small, a large amount of hexafluorotitanate ions remain.
表1のNo.6の酸洗用水溶液は、上記のNo.5の上段の組成の酸洗用水溶液にヘキサフルオロけい酸イオンを添加して、析出したヘキサフルオロけい酸カリウムを分離することによって製造された例を示している。この場合には、カリウムイオンとけい素のモル比が2程度になるようにすれば、製造した酸洗用水溶液中に残存するカリウムイオンとヘキサフルオロけい酸イオンおよびヘキサフルオロチタン酸イオンを少量または微量にすることができる。 No. in Table 1 No. 6 aqueous solution for pickling is the same as the above No. 1. 5 shows an example produced by adding hexafluorosilicate ions to an aqueous pickling solution having the upper composition of 5, and separating the precipitated potassium hexafluorosilicate. In this case, if the molar ratio of potassium ion to silicon is about 2, small amounts or trace amounts of potassium ion, hexafluorosilicate ion and hexafluorotitanate ion remaining in the produced pickling aqueous solution are used. Can be.
表1のNo.7の酸洗用水溶液は、ふっ化水素酸を用いてチタンを酸洗した水溶液を原料とし、これにふっ化カリウムおよび硝酸(酸化剤)を添加して、析出したヘキサフルオロチタン酸カリウムを分離することによって製造された例を示している。この時、カリウムイオンとチタンのモル比が6〜10程度になるようにふっ化カリウムを添加することによって製造した、上段の組成の酸洗用水溶液中に残存するヘキサフルオロチタン酸イオンは少量または微量になるが、多量のカリウムインが残存する。 No. in Table 1 The aqueous solution for pickling of No. 7 is made from an aqueous solution obtained by pickling titanium using hydrofluoric acid, and potassium fluoride and nitric acid (oxidant) are added thereto to separate the precipitated potassium hexafluorotitanate. The example manufactured by doing is shown. At this time, the amount of hexafluorotitanate ions remaining in the pickling aqueous solution of the upper composition produced by adding potassium fluoride so that the molar ratio of potassium ions to titanium is about 6 to 10 or A small amount of potassium in remains.
また、上記のモル比が2程度になるようにふっ化カリウムを添加することによって製造した、下段の組成の酸洗用水溶液中に残存するカリウムイオンは少量になるが、ヘキサフルオロチタン酸イオンは多量に残存する。上記の例において、酸化剤として用いる硝酸は、原料水溶液中に含まれる3価のチタンのふっ化物を4価のチタンのふっ化物に変えるのに必要な量を、過不足無く添加する必要がある。 In addition, the potassium ion remaining in the pickling aqueous solution of the lower composition produced by adding potassium fluoride so that the molar ratio is about 2 is small, but the hexafluorotitanate ion is A large amount remains. In the above example, nitric acid used as an oxidizing agent needs to be added in an amount sufficient to change the trivalent titanium fluoride contained in the raw material aqueous solution to the tetravalent titanium fluoride. .
表1のNo.8の酸洗用水溶液は、上記のNo.7の上段の組成の酸洗用水溶液にヘキサフルオロけい酸イオンを添加して、析出したヘキサフルオロけい酸カリウムを分離することによって製造された例を示している。この場合には、カリウムイオンとけい素のモル比が2程度になるようにすれば、製造した酸洗用水溶液中に残存するカリウムイオンとヘキサフルオロチタン酸イオンおよびヘキサフルオロけい酸イオンを少量または微量にすることができる。 No. in Table 1 The aqueous pickling solution of No. 8 is the above-mentioned No. 7 shows an example produced by adding hexafluorosilicate ion to an aqueous solution for pickling having an upper composition of 7 to separate precipitated potassium hexafluorosilicate. In this case, if the molar ratio of potassium ions to silicon is about 2, small amounts or trace amounts of potassium ions, hexafluorotitanate ions and hexafluorosilicate ions remaining in the produced pickling aqueous solution are used. Can be.
本発明法による方法で酸洗用水溶液を製造する場合には、ヘキサフルオロチタン酸イオンおよびヘキサフルオロけい酸イオンを完全に排除することは困難であり、また、その必要は無い。ヘキサフルオロチタン酸イオンの許容濃度は厳密には限定し難いが、50g/dm3を越えるとチタンおよびチタン合金の酸洗速度が低下する傾向が大きくなるので好ましくない。また、ヘキサフルオロけい酸イオンの許容濃度も厳密には限定し難いが、50g/dm3を越えるとステンレス鋼の酸洗速度が低下する傾向が大きくなるので好ましくない。When an aqueous solution for pickling is produced by the method of the present invention, it is difficult to completely eliminate hexafluorotitanate ions and hexafluorosilicate ions, and it is not necessary. The permissible concentration of hexafluorotitanate ions is difficult to limit strictly, but if it exceeds 50 g / dm 3 , the tendency of the pickling rate of titanium and titanium alloy to decrease is not preferable. Further, although it is difficult to strictly limit the allowable concentration of hexafluorosilicate ion, if it exceeds 50 g / dm 3 , the tendency of the pickling rate of stainless steel to decrease is not preferable.
本発明法の酸洗用水溶液は主成分としてふっ化水素酸および硝酸、添加成分としてアルカリ金属イオンを含むが、その他の成分であっても、チタンおよびチタン合金の酸洗に悪影響を及ぼさないものであれば添加してもよい。例えば、ふっ化水素酸系または硝ふっ酸系水溶液に200g/dm3未満の塩酸や硫酸等の非酸化性酸を添加してもよく、硝ふっ酸系水溶液に、酸化窒素ガス発生を抑制するために、100g/dm3未満の尿素や過酸化水素等を添加してもよい。The aqueous pickling solution according to the present invention contains hydrofluoric acid and nitric acid as main components and alkali metal ions as additive components, but other components do not adversely affect the pickling of titanium and titanium alloys. If so, it may be added. For example, less than 200 g / dm 3 of non-oxidizing acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid may be added to a hydrofluoric acid-based or nitric hydrofluoric acid-based aqueous solution, and the generation of nitric oxide gas is suppressed in the nitric hydrofluoric acid-based aqueous solution. Therefore, urea, hydrogen peroxide or the like less than 100 g / dm 3 may be added.
また、金属けい素をエッチングした、硝酸、ふっ化水素酸および酢酸を主成分とする混酸の廃液を原料とした場合には、本発明法によって製造した酸洗用水溶液に多量の酢酸が含まれる。酢酸は、チタンやステンレス鋼の酸洗速度を低下させる傾向を示すので、その濃度を200g/dm3未満とすることが望ましい。In addition, when a mixed acid waste solution containing nitric acid, hydrofluoric acid and acetic acid as a main component after etching silicon metal is used as a raw material, a large amount of acetic acid is contained in the pickling aqueous solution produced by the method of the present invention. . Since acetic acid tends to reduce the pickling rate of titanium or stainless steel, the concentration is preferably less than 200 g / dm 3 .
次に、前述の表1に示した酸洗用水溶液およびその製造方法の内、代表的な3例(表1のNo.2、No.5およびNo.8)について、製造方法とそれに伴う資源回収方法の手順を図示した例を図1〜4に示す。図1は、前述の表1のNo.2の酸洗用水溶液に関するものであり、硝ふっ酸系水溶液を用いてチタンを酸洗した廃液を原料として酸洗用水溶液を製造するとともに、その過程で生成するヘキサフルオロチタン酸塩やヘキサフルオロけい酸塩から二酸化チタンや二酸化けい素等を資源として回収する手順の一例を示している。以下に、図の手順に沿って、酸洗用水溶液の製造方法および資源回収方法の実施内容をさらに具体的に説明する。 Next, among the representative examples of the pickling aqueous solution shown in Table 1 and the manufacturing method thereof (No. 2, No. 5, and No. 8 in Table 1), the manufacturing method and accompanying resources The example which illustrated the procedure of the collection | recovery method is shown in FIGS. FIG. 1 shows No. 1 in Table 1 above. In addition to producing a pickling aqueous solution from a waste solution obtained by pickling titanium using a fluorinated hydrofluoric acid aqueous solution, hexafluorotitanate and hexafluoro produced in the process An example of a procedure for recovering titanium dioxide, silicon dioxide, etc. from silicate as a resource is shown. Below, according to the procedure of a figure, the implementation content of the manufacturing method of an aqueous solution for pickling and a resource recovery method is demonstrated more concretely.
原料の硝ふっ酸系水溶液中に含まれるチタンの量が多く、遊離ふっ化水素酸が少ない場合には、ふっ化水素を添加すると共に、ふっ化カリウムを添加する。ふっ化水素を添加するには、通常、48〜50%程度の濃度のふっ化水素酸を用いればよい。また、ふっ化カリウムは1〜2mol/dm3程度の濃度の水溶液で添加するのが簡便であるが、水溶液の濃度をなるべく薄めないためには、ふっ化カリウムの薬品で添加して溶解してもよい。When the amount of titanium contained in the raw material nitric hydrofluoric acid aqueous solution is large and the amount of free hydrofluoric acid is small, hydrogen fluoride is added and potassium fluoride is added. In order to add hydrogen fluoride, it is usually sufficient to use hydrofluoric acid having a concentration of about 48 to 50%. In addition, it is easy to add potassium fluoride in an aqueous solution having a concentration of about 1 to 2 mol / dm 3 , but in order to reduce the concentration of the aqueous solution as much as possible, it can be added and dissolved with potassium fluoride chemicals. Also good.
ふっ化水素の添加量は、廃液中のふっ素と添加するふっ化水素およびふっ化カリウムのふっ素の合量とチタンのモル比(F/Tiモル比)が6以上になるようにするのがよい。また、ふっ化カリウムの添加量は、カリウムとチタンのモル比(K/Tiモル比)が6以上で、水溶液中のカリウムの濃度が0.6モル/dm3以上になるようにするのがよい。ただし、これらの条件に満たない添加量であっても、ヘキサフルオロチタン酸カリウムは生成する(生成量は比較的少ない)。The amount of hydrogen fluoride added should be such that the total amount of fluorine in the waste liquid and hydrogen fluoride and potassium fluoride to be added and the molar ratio of titanium (F / Ti molar ratio) is 6 or more. . The addition amount of potassium fluoride is such that the molar ratio of potassium to titanium (K / Ti molar ratio) is 6 or more and the concentration of potassium in the aqueous solution is 0.6 mol / dm 3 or more. Good. However, even if the addition amount does not satisfy these conditions, potassium hexafluorotitanate is produced (the production amount is relatively small).
ヘキサフルオロチタン酸カリウムの生成および分離を工業規模で行なう場合には、生成処理槽の低部に沈降するヘキサフルオロチタン酸カリウムの沈殿を効率良く捕集するための設備や装置(例えば、沈殿が集積するように設計された室やその室から沈殿を溶液と共にろ過装置へ送るためのポンプや配管等)が必要である。 When producing and separating potassium hexafluorotitanate on an industrial scale, facilities and devices for efficiently collecting the precipitate of potassium hexafluorotitanate that settles in the lower part of the production treatment tank (for example, precipitation A chamber designed to accumulate and a pump or piping to send the precipitate from the chamber with the solution to the filtration device.
ろ過によってヘキサフルオロチタン酸カリウムの沈殿を分離した場合には、ろ紙またはろ布上の沈殿を水で洗い流して適当な容器に移し入れ、水およびアンモニアを添加して混合する。添加する水の量は特に厳密に規定する必要はないが、沈殿中に含まれるチタンの重量の300〜1000倍程度が適当である。アンモニアは、溶液のpHが9以上(さらに望ましくは、10以上)になるように添加する必要がある。また、アンモニアは10〜28%の水溶液で添加するのが簡便であるが、本発明法による再生処理の過程で生成するアンモニアガスを吹き込んでもよい。 When the precipitate of potassium hexafluorotitanate is separated by filtration, the precipitate on the filter paper or filter cloth is washed with water, transferred to a suitable container, and water and ammonia are added and mixed. The amount of water to be added does not need to be particularly strictly defined, but about 300 to 1000 times the weight of titanium contained in the precipitation is appropriate. Ammonia needs to be added so that the pH of the solution is 9 or more (more desirably 10 or more). Ammonia can be easily added as a 10 to 28% aqueous solution, but ammonia gas generated during the regeneration process according to the method of the present invention may be blown.
アンモニアを添加して混合した後、溶液を60〜100℃に加熱して30分間〜2時間程度保持する必要がある。その後、常温〜50℃付近まで冷却して再びpHを測定し、pHが9未満になった場合には、9以上になるようにアンモニアを追加した後、生成した水酸化チタンの沈殿をろ過等の方法で分離する。分離した水酸化チタンの沈殿は水で十分に洗浄した後、電気炉などを用いて800〜1000℃で1〜5時間加熱することによって二酸化チタン(TiO2)に変えることができる。After adding and mixing ammonia, it is necessary to heat the solution to 60 to 100 ° C. and hold it for about 30 minutes to 2 hours. Then, after cooling to room temperature to around 50 ° C. and measuring the pH again, when the pH is less than 9, after adding ammonia so that it becomes 9 or more, the generated titanium hydroxide precipitate is filtered, etc. Separate by the method. The separated titanium hydroxide precipitate can be converted into titanium dioxide (TiO 2 ) by thoroughly washing with water and then heating at 800 to 1000 ° C. for 1 to 5 hours using an electric furnace or the like.
上記の処理において、アンモニアを添加した溶液のpHが9未満であったり、アンモニア添加後の加熱を省略した場合には、生成した水酸化チタンの沈殿に多くのふっ素が含まれるため、これを加熱・焼成して二酸化チタンを得る際に、チタンの一部が四ふっ化チタン(TiF4)として揮散し、回収率が低下する。In the above treatment, when the pH of the solution to which ammonia is added is less than 9 or the heating after the addition of ammonia is omitted, a large amount of fluorine is contained in the generated titanium hydroxide precipitate. -When titanium dioxide is obtained by firing, a part of titanium is volatilized as titanium tetrafluoride (TiF 4 ), and the recovery rate decreases.
ヘキサフルオロチタン酸カリウムの沈殿にアンモニアおよび水を添加して水酸化チタンに変える処理を工業的に行なうための装置としては、例えば、図5に断面の模式図を示すような装置が推奨される。ヘキサフルオロチタン酸カリウムの沈殿と水を混合したものを送入管10から処理槽1に装入した後、撹拌機2で溶液を撹拌し、同時にpHセンサー5を用いて溶液のpHを測定しながら、送入管10からアンモニア水を添加する。アンモニア水の代わりに(または、アンモニア水と共に)、ガス送入管12からアンモニアガスを吹き込んでもよい。
As an apparatus for industrially performing a process of adding ammonia and water to a precipitate of potassium hexafluorotitanate to convert it to titanium hydroxide, an apparatus having a schematic cross section shown in FIG. 5 is recommended. . A mixture of potassium hexafluorotitanate precipitate and water is charged into the treatment tank 1 through the
溶液のpHが9〜10になったらヒーター3を用いて溶液を加熱し、60〜100℃で30分間〜2時間程度保持する。その後、常温〜50℃付近まで冷却しながらpHを測定し、pHが9未満になった場合には、9以上になるようにアンモニアを追加した後、生成した水酸化チタンの沈殿を溶液と共に排出管11から装置外へ排出し、ろ過装置等へ移し入れる。なお、液面から水蒸気と共に蒸発したアンモニアガスはガス排出管13から冷却器6に導かれてアンモニア水となり、留出液受槽8に蓄えられる。
When the pH of the solution becomes 9-10, the solution is heated using the
図5の装置はアンモニアの蒸留のためにも利用できる。すなわち、水酸化チタンを分離した後の溶液を送入管10から処理槽1に装入した後、撹拌機2で溶液を撹拌しながらヒーター3を用いて溶液の温度が80〜100℃になるように加熱する。さらに、ガス装入管12から空気と100℃付近の水蒸気を送り込んで、溶液中のアンモニアを水蒸気と共に蒸発させ、これをガス排出管13から冷却器6に導いてアンモニア水とし、留出液受槽8に蓄える。
The apparatus of FIG. 5 can also be used for the distillation of ammonia. That is, after the titanium hydroxide is separated, the solution is charged into the treatment tank 1 from the
溶液中のアンモニアが全て蒸発し、溶液のpHが中性付近になったことを確認した後、処理槽内の溶液を少量採取してアンモニウムイオン濃度を分析し、液量に乗じてアンモニウムイオン量を算出する。次に、前述の(10)式の反応により、このアンモニウムイオン(すなわち、ふっ化アンモニウム)を全てアンモニアとふっ化カリウムに変えるのに必要な量の水酸化カリウム(水溶液)を送入管10から添加した後、撹拌機2で溶液を撹拌しながらヒーター3を用いて溶液の温度が80〜100℃になるように加熱する。さらに、ガス装入管12から空気と100℃付近の水蒸気を送り込んで、溶液中のアンモニアを水蒸気と共に蒸発させ、これをガス排出管13から冷却器6に導いてアンモニア水とし、留出液受槽8に蓄える。
After confirming that the ammonia in the solution has all evaporated and the pH of the solution is near neutral, a small amount of the solution in the treatment tank is collected and analyzed for the ammonium ion concentration. Is calculated. Next, an amount of potassium hydroxide (aqueous solution) necessary for changing all of the ammonium ions (that is, ammonium fluoride) into ammonia and potassium fluoride by the reaction of the above-described formula (10) is supplied from the feeding
アンモニアを分離した溶液を電気透析処理する装置としては、例えば、図6に模式図(側面図)を示すような装置が推奨される。本装置の電解槽15は2枚の陽イオン交換膜18−1および18−2と1枚の陰イオン交換膜19で区切られた4個のセル(室)22〜25から成り、陽極16および陰極17へは導線21を通して直流電源20から直流電圧が供給される。
As an apparatus for electrodialyzing a solution from which ammonia has been separated, for example, an apparatus having a schematic diagram (side view) shown in FIG. 6 is recommended. The
ここで、陽極16を備えたセル24には硫酸(H2SO4)等の酸の水溶液を入れ、陰極17を備えたセル25には低濃度の水酸化カリウム(KOH)の水溶液を入れる。また、陽イオン交換膜18−2と陰イオン交換膜19との間に形成されるセル22にはアンモニアを分離した後の溶液(すなわち、ふっ化カリウムの水溶液)を入れ、陽イオン交換膜18−1と陰イオン交換膜19との間に形成されるセル23には低濃度のふっ化水素酸水溶液または純水を入れる。Here, an aqueous solution of an acid such as sulfuric acid (H 2 SO 4 ) is placed in the
この状態で、陽極16と陰極17の間に直流電圧を加えると、セル22の水溶液中のふっ化カリウムが解離して生じたふっ化物イオン(F−)は電気的な力によって陽極方向へ移動し、陰イオン交換膜19を通ってセル23へ入る。同時に、セル24中の硫酸が解離して生じた水素イオン(H+)は電気的な力によって陰極方向へ移動し、陽イオン交換膜18−1を通ってセル23へ入る。このようにして、セル23に入ったふっ化物イオンと水素イオンが結合してふっ化水素酸(HF)が生成し、電気透析が進むにつれてその濃度が高まるので、適当な濃度に達したら、これをチタン等の酸洗のために再利用することができる。When a DC voltage is applied between the
また、セル22の水溶液中のふっ化カリウムが解離して生じたカリウムイオン(K+)は電気的な力によって陰極方向へ移動し、陽イオン交換膜18−2を通ってセル25へ入る。この時、セル25では、陰極表面で下記の(12)式に示す電極反応によって水酸イオン(OH−)が生成する(同時に、水素ガスが発生する)ので、これがセル22から入ってきたカリウムイオンと結合して水酸化カリウム(KOH)を生成する。
2H2O+2e→2OH−+H2 (12)式
このようにして、セル25中の水酸化カリウム水溶液の濃度は電気透析が進むにつれて高くなるので、適当な濃度に達したら、これをアンモニア蒸留処理のために再利用することができる。In addition, potassium ions (K + ) generated by dissociation of potassium fluoride in the aqueous solution of the
2H 2 O + 2e → 2OH − + H 2 (12) In this way, the concentration of the potassium hydroxide aqueous solution in the
一方、セル24では陽極16の表面で下記の(13)式に示す電極反応によって水素イオン(H+)が生成し(同時に、酸素ガスが発生し)、セル23へ入った水素イオンが補充されるので、硫酸の濃度はほとんど変化しない。
2H2O→4H++O2+4e (13)式On the other hand, in the
2H 2 O → 4H + + O 2 + 4e (13)
次に、アンモニアを分離した溶液をイオン交換処理する装置としては、例えば、図7に模式図(断面図)を示すような装置が推奨される。装置上部の液送入管28から注入された溶液は多孔板27−1、イオン交換樹脂30および多孔板27−2を通って、装置下部の液排出管29から流れ出る。イオン交換樹脂としては、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂のいずれを用いてもよいが、陰イオン交換樹脂の場合には、あらかじめその官能基をOH−型に転換したものを用いる。Next, as an apparatus for ion-exchange treatment of a solution from which ammonia has been separated, for example, an apparatus having a schematic diagram (cross-sectional view) shown in FIG. The solution injected from the
アンモニアを分離した溶液中のふっ化カリウムが解離して生じたふっ化物イオン(F−)は陰イオン交換樹脂の官能基に捕捉された水酸化物イオン(OH−)と入れ替わり、下記の(14)式に示すように、水酸化カリウム(KOH)が生成するので、これをアンモニア蒸留処理のために再利用することができる。なお、(14)式においてR+は正電荷を帯びた陰イオン交換樹脂の基体を示す。
KF+R+OH−→KOH+R+F− (14)式Fluoride ions (F − ) generated by dissociation of potassium fluoride in the ammonia-separated solution are replaced with hydroxide ions (OH − ) captured by the functional groups of the anion exchange resin, and the following (14 As shown in the formula, potassium hydroxide (KOH) is produced and can be reused for the ammonia distillation treatment. In the formula (14), R + represents a positively charged anion exchange resin substrate.
KF + R + OH - → KOH + R + F - (14) the formula
次に、装置上部の液送入管28から水(H2O)を注入すると、陰イオン交換樹脂の官能基に捕捉されたふっ化物イオン(F−)は、下記の(15)式に示すように、ふっ化水素酸(HF)となって流出するので、これをチタン等の酸洗のために再利用することができる。なお、陰イオン交換樹脂は再びOH−型に戻る。
H2O+R+F−→HF+R+OH− (15)式Next, when water (H 2 O) is injected from the
H 2 O + R + F − → HF + R + OH − (15) Formula
一方、前記のヘキサフルオロチタン酸カリウムを分離した後の溶液は、前述の表1のNo.1の酸洗用水溶液に相当するものであるが、組成1の例のように、カリウムイオンとチタンのモル比が6〜10になるようにふっ化カリウムを過剰に添加した場合には、この酸洗用水溶液には多量のカリウムイオン(ふっ化カリウム)が含まれる。そして、この水溶液をチタンやチタン合金の酸洗に用いる場合には、酸洗によって溶け出したチタンが直ちにヘキサフルオロチタン酸カリウムとして析出する。従って、工業的な酸洗操業においては、析出したヘキサフルオロチタン酸カリウムの回収などに関する対策や設備が必要である。 On the other hand, the solution after separating the potassium hexafluorotitanate was No. 1 in Table 1 above. 1 in the case of excessive addition of potassium fluoride so that the molar ratio of potassium ion to titanium is 6 to 10 as in the example of composition 1. The pickling aqueous solution contains a large amount of potassium ions (potassium fluoride). When this aqueous solution is used for pickling of titanium or a titanium alloy, titanium dissolved by the pickling immediately precipitates as potassium hexafluorotitanate. Therefore, in industrial pickling operations, measures and facilities relating to the recovery of precipitated potassium hexafluorotitanate are required.
そこで、上記の多量に含まれるカリウムイオンを削減するために、図1に示した酸洗用水溶液の製造方法ではヘキサフルオロけい酸を添加して、ヘキサフルオロけい酸カリウムを析出させている。ヘキサフルオロけい酸は強酸なので、水溶液中では下記の(16)式のように、大部分が水素イオン(H+)とヘキサフルオロけい酸イオン(SiF6 2−)に解離し、生じたヘキサフルオロけい酸イオンが前述の(5)式の反応によってカリウムイオンと結合し、ヘキサフルオロけい酸カリウムになる。
H2SiF6→2H++SiF6 2− (16)式Therefore, in order to reduce the potassium ions contained in a large amount, hexafluorosilicate is added to precipitate potassium hexafluorosilicate in the method for producing the pickling aqueous solution shown in FIG. Since hexafluorosilicate is a strong acid, most of it is dissociated into hydrogen ions (H + ) and hexafluorosilicate ions (SiF 6 2− ) in the aqueous solution as shown in the following formula (16). Silicate ions are combined with potassium ions by the reaction of the above-described formula (5) to form potassium hexafluorosilicate.
H 2 SiF 6 → 2H + + SiF 6 2− (16) Formula
また、ヘキサフルオロけい酸の代わりに、ヘキサフルオロけい酸アンモニウム((NH4)2SiF6)のような易溶性の塩を添加してもよい。この場合には、溶解した塩が下記の(17)式のように解離して、ヘキサフルオロけい酸イオンを生成する。
(NH4)2SiF6→2NH4 ++SiF6 2− (17)式Further, instead of hexafluorosilicate, a readily soluble salt such as ammonium hexafluorosilicate ((NH 4 ) 2 SiF 6 ) may be added. In this case, the dissolved salt is dissociated as shown in the following formula (17) to generate hexafluorosilicate ions.
(NH 4 ) 2 SiF 6 → 2NH 4 + + SiF 6 2− (17) Formula
また、添加するヘキサフルオロけい酸は必ずしも純度の良い薬品である必要は無く、例えば、ガラスをふっ化水素酸で溶解した廃液や、金属けい素をふっ化水素酸と硝酸を含む混酸で溶解した廃液(例えば、シリコンウェーハのエッチング廃液)を添加してもよい。
これらの廃液中には、下記の(18)式や(19)式の反応によって、ガラスの主成分である二酸化けい素(SiO2)や金属けい素(Si)が溶解して生じたヘキサフルオロけい酸が含まれる。
SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O (18)式
Si+6HF+2HNO3→H2SiF6+2HNO2+2H2O (19)式In addition, the hexafluorosilicic acid to be added does not necessarily have to be a high-purity chemical. For example, waste liquid obtained by dissolving glass with hydrofluoric acid or metal silicon dissolved with a mixed acid containing hydrofluoric acid and nitric acid. Waste liquid (for example, silicon wafer etching waste liquid) may be added.
In these waste liquids, hexafluoro produced by the dissolution of silicon dioxide (SiO 2 ) and metal silicon (Si), which are the main components of glass, by the reactions of the following formulas (18) and (19): Contains silicic acid.
SiO 2 + 6HF → H 2 SiF 6 + 2H 2 O (18) Formula Si + 6HF + 2HNO 3 → H 2 SiF 6 + 2HNO 2 + 2H 2 O (19)
一方、上述のようにヘキサフルオロけい酸イオンそのものを直接的に添加する方法ではなく、前記のヘキサフルオロチタン酸カリウムを分離した後の溶液に、ガラスや金属けい素を浸漬し、上記の(18)式や(19)式の反応によってヘキサフルオロけい酸を生成させるような間接的な添加方法でもよく、直接的な方法と間接的な方法を併用してもよい
。On the other hand, not the method of directly adding hexafluorosilicate ions themselves as described above, but glass or metal silicon is immersed in the solution after separating the potassium hexafluorotitanate, and the above (18 ) Or (19), or an indirect addition method in which hexafluorosilicic acid is generated by the reaction of the formula (19), or a direct method and an indirect method may be used in combination.
ヘキサフルオロけい酸の添加量は、溶液中のカリウムと添加したヘキサフルオロけい酸のけい素のモル比(K/Siモル比)が2程度になるようにすればよいが、必ずしもこれにこだわる必要は無い。K/Siモル比が2を越えると、溶液中に残留するカリウムが比較的多くなり、ヘキサフルオロけい酸イオンが比較的少なくなる。また、K/Siモル比が2未満の場合は、逆に、溶液中に残留するカリウムが比較的少なくなり、ヘキサフルオロけい酸イオンが比較的多くなる。 The amount of hexafluorosilicic acid added may be such that the molar ratio of potassium in the solution to silicon of the added hexafluorosilicic acid (K / Si molar ratio) is about 2, but it is not necessarily limited to this. There is no. When the K / Si molar ratio exceeds 2, a relatively large amount of potassium remains in the solution and a relatively small amount of hexafluorosilicate ions. On the other hand, when the K / Si molar ratio is less than 2, the amount of potassium remaining in the solution is relatively small, and the amount of hexafluorosilicate ions is relatively large.
生成したヘキサフルオロけい酸カリウムの沈殿をろ過等の方法で分離した後、溶液を酸洗用水溶液として再使用することができる。一方、分離したヘキサフルオロけい酸カリウムから二酸化けい素やふっ化水素酸を得るための処理条件は、前述のヘキサフルオロチタン酸カリウムの場合と同じなので、説明を省略する。なお、図1では、分離したヘキサフルオロチタン酸カリウムとヘキサフルオロけい酸カリウムを別々に処理する手順を示したが、これらを一緒に処理することも可能であり、この場合には二酸化チタンと二酸化けい素の混合物およびふっ化水素酸等が資源として得られる。 After the produced precipitate of potassium hexafluorosilicate is separated by a method such as filtration, the solution can be reused as an aqueous solution for pickling. On the other hand, the processing conditions for obtaining silicon dioxide and hydrofluoric acid from the separated potassium hexafluorosilicate are the same as in the case of the above-mentioned potassium hexafluorotitanate, and thus the description thereof is omitted. Although FIG. 1 shows a procedure for separately treating the separated potassium hexafluorotitanate and potassium hexafluorosilicate, it is also possible to treat them together, in which case titanium dioxide and titanium dioxide are treated together. A mixture of silicon, hydrofluoric acid and the like are obtained as resources.
図2は、図1と同じく、前述の表1のNo.2の酸洗用水溶液に関するものであり、硝ふっ酸系水溶液を用いてチタンを酸洗した廃液を原料として酸洗用水溶液を製造するとともに、その過程で生成するヘキサフルオロチタン酸塩やヘキサフルオロけい酸塩から二酸化チタンや二酸化けい素等を資源として回収する手順の一例を示している。水酸化チタンの沈殿を分離するところまでは図1と同じなので、説明を省略する。水酸化チタンを分離した溶液中には過剰に添加したアンモニアが含まれるので、図1の場合と同様に、溶液を図5の装置の処理槽に装入し、温度が80〜100℃になるように加熱した後、空気と100℃付近の水蒸気を送り込んで、溶液中のアンモニアを水蒸気と共に蒸発させ、アンモニア水として捕集する。 2 is the same as FIG. In addition to producing a pickling aqueous solution from a waste solution obtained by pickling titanium using a fluorinated hydrofluoric acid aqueous solution, hexafluorotitanate and hexafluoro produced in the process An example of a procedure for recovering titanium dioxide, silicon dioxide, etc. from silicate as a resource is shown. The process up to separation of the titanium hydroxide precipitate is the same as in FIG. Since the excessively added ammonia is contained in the solution from which the titanium hydroxide is separated, the solution is charged into the treatment tank of the apparatus of FIG. 5 and the temperature becomes 80 to 100 ° C. as in the case of FIG. After heating in this manner, air and water vapor at around 100 ° C. are sent in to evaporate the ammonia in the solution together with the water vapor and collect it as ammonia water.
溶液中のアンモニアが全て蒸発し、溶液のpHが中性付近になったことを確認した後、溶液中のアンモニウムイオン量を分析し、前述の(11)式の反応により、ふっ化アンモニウムを全てアンモニアとふっ化カルシウムに変えるのに必要な量の水酸化カルシウム(水と混合した溶液)を送入管10から添加した後、撹拌機2で溶液を撹拌しながらヒーター3を用いて溶液の温度が80〜100℃になるように加熱する。さらに、ガス装入管12から空気と100℃付近の水蒸気を送り込んで、溶液中のアンモニアを水蒸気と共に蒸発させ、これをガス排出管13から冷却器6に導いてアンモニア水とし、留出液受槽8に蓄える。アンモニアを分離した後の溶液にはふっ化カルシウムの沈殿が含まれるので、これを溶液と共に排出管11から装置外へ排出し、ろ過装置等へ移し入れる。
After confirming that all the ammonia in the solution had evaporated and the pH of the solution was near neutral, the amount of ammonium ions in the solution was analyzed, and all the ammonium fluoride was removed by the reaction of the formula (11) described above. After adding the amount of calcium hydroxide (solution mixed with water) necessary for changing to ammonia and calcium fluoride from the
ふっ化カルシウムの沈殿を分離した溶液中にはふっ化カリウムのみが含まれるので、必要ならば加熱・濃縮した後、前述の(1)式または(2)式の反応によるヘキサフルオロチタン酸カリウム生成のために再利用することができる。また、図1の場合と同様に、電気透析処理やイオン交換処理によって、ふっ化水素酸と水酸化カリウムを得ることも可能である。 Since the solution from which calcium fluoride precipitate is separated contains only potassium fluoride, it is heated and concentrated if necessary, and then potassium hexafluorotitanate is produced by the reaction of the above formula (1) or (2). Can be reused for. Further, as in the case of FIG. 1, hydrofluoric acid and potassium hydroxide can be obtained by electrodialysis or ion exchange.
図3は、前述の表1のNo.5の酸洗用水溶液に関するものであり、金属けい素のエッチングに用いた混酸(硝酸+ふっ化水素酸+酢酸)の廃液でチタンを酸洗したものを原料水溶液として酸洗用水溶液を製造するとともに、その過程で生成するヘキサフルオロチタン酸塩やヘキサフルオロけい酸塩から二酸化チタンや二酸化けい素等を資源として回収する手順の一例を示した図である。 FIG. 3 shows No. 1 in Table 1 above. 5 is an aqueous solution for pickling using a waste solution of mixed acid (nitric acid + hydrofluoric acid + acetic acid) used for etching silicon metal as a raw material aqueous solution. And it is the figure which showed an example of the procedure which collect | recovers titanium dioxide, a silicon dioxide, etc. as a resource from the hexafluoro titanate and hexafluorosilicate which are produced | generated in the process.
酸洗用水溶液の製造方法や資源回収方法は図1の場合と同じなので、詳しい説明は省略するが、図3の場合には、原料水溶液中にヘキサフルオロチタン酸とヘキサフルオロけい酸の両方が含まれているので、ふっ化カリウムを添加することによって、ヘキサフルオロチタン酸カリウムとヘキサフルオロけい酸カリウムの両方が析出し得る。 Since the manufacturing method and the resource recovery method of the pickling aqueous solution are the same as those in FIG. 1, detailed explanation is omitted, but in the case of FIG. 3, both hexafluorotitanic acid and hexafluorosilicic acid are contained in the raw material aqueous solution. As it is contained, both potassium hexafluorotitanate and potassium hexafluorosilicate can be precipitated by adding potassium fluoride.
前述の表1でも説明したように、この時、チタンのモル数の6〜10倍とけい素のモル数の3倍を加えたモル数のふっ化カリウムを添加するならば、大部分のチタンとけい素はヘキサフルオロチタン酸カリウムおよびヘキサフルオロけい酸カリウムとして析出し、酸洗用水溶液中に残存するヘキサフルオロチタン酸イオンとヘキサフルオロけい酸イオンは少量または微量となるが、多量のカリウムイオンが残存する。もし、このカリウムイオンを回収する必要があるならば、図1や図2と同様に、ヘキサフルオロけい酸を添加して、ヘキサフルオロけい酸カリウムとして析出・分離すればよい。 As described in Table 1 above, at this time, most of the titanium and silicates can be obtained by adding potassium fluoride having a mole number of 6 to 10 times the mole number of titanium and 3 times the mole number of silicon. Elementary silicon precipitates as potassium hexafluorotitanate and potassium hexafluorosilicate, and the amount of hexafluorotitanate and hexafluorosilicate ions remaining in the pickling aqueous solution is small or trace, but a large amount of potassium ion remains. To do. If it is necessary to recover this potassium ion, hexafluorosilicate may be added and precipitated and separated as potassium hexafluorosilicate as in FIGS.
図4は、前述の表1のNo.8の酸洗用水溶液に関するものであり、ふっ化水素酸系水溶液を用いてチタンを酸洗した廃液を原料として酸洗用水溶液を製造するとともに、その過程で生成するヘキサフルオロチタン酸カリウムやヘキサフルオロけい酸カリウムから二酸化チタンや二酸化けい素等を資源として回収する手順の一例を示した図である。図1と異なる点は酸化剤として硝酸を添加することだけであり、そのほかは全く同じである。また、酸化剤として酸素を用いる場合には、水溶液に空気を吹き込んだり、空気中に水溶液を噴霧すればよい。この場合には、薬剤費はほとんど必要ないが、酸化速度が遅いので、比較的長時間を要する。 4 shows No. 1 in Table 1 above. 8 is used to produce a pickling aqueous solution from a waste solution obtained by pickling titanium using a hydrofluoric acid aqueous solution, and to produce potassium hexafluorotitanate and hexa It is the figure which showed an example of the procedure which collect | recovers titanium dioxide, silicon dioxide, etc. as a resource from potassium fluorosilicate. The only difference from FIG. 1 is that nitric acid is added as an oxidizing agent, and the others are exactly the same. In the case where oxygen is used as the oxidant, air may be blown into the aqueous solution or the aqueous solution may be sprayed into the air. In this case, almost no drug cost is required, but a relatively long time is required because the oxidation rate is slow.
硝酸200g/dm3、ふっ化水素酸30g/dm3を含有する硝ふっ酸系酸洗液1dm3に工業用純チタン(JIS1種:Ti含有率99.5%)9.67gを溶解した水溶液を試料溶液とし、これより各50cm3を採取して12個のプラスチック製容器に移し入れた。その内、11個の容器の試料溶液にふっ化カリウムまたはふっ化ルビジウムを0.0202、0.0505または0.1009mol添加して溶解し、残る1個には何も添加しなかった。30分間放置した後、ろ紙を用いてろ過し、ろ液を水で60cm3に希釈した。これより少量採取して、カリウムまたはルビジウムの濃度を分析すると共に、50cm3を採取して、プラスチック製容器に移し入れた。An aqueous solution obtained by dissolving 9.67 g of industrial pure titanium (JIS 1 type: Ti content 99.5%) in nitric hydrofluoric acid pickling solution 1 dm 3 containing nitric acid 200 g / dm 3 and hydrofluoric acid 30 g / dm 3 Was used as a sample solution, and 50 cm 3 was collected from each sample solution and transferred to 12 plastic containers. Among them, 0.0202, 0.0505 or 0.1009 mol of potassium fluoride or rubidium fluoride was dissolved in the sample solution in 11 containers, and nothing was added to the remaining one. After standing for 30 minutes, it was filtered using filter paper, and the filtrate was diluted to 60 cm 3 with water. A smaller amount was collected to analyze the concentration of potassium or rubidium, and 50 cm 3 was collected and transferred to a plastic container.
8個の容器の溶液にヘキサフルオロけい酸を0.0038〜0.0423mol添加して混合し、残る4個の容器の溶液には水を10cm3添加して混合し、30分間放置した後、ろ紙を用いてろ過した。ろ液を水で70cm3に希釈し、これより少量採取して、カリウムまたはルビジウム、ヘキサフルオロチタン酸イオン、ヘキサフルオロけい酸イオン、ふっ化水素酸および硝酸の濃度を分析すると共に、50cm3を採取してプラスチック製容器に移し入れ、チタンの酸洗試験に供した。After adding 0.0038 to 0.0423 mol of hexafluorosilicic acid to the solution of 8 containers and mixing, and adding 10 cm 3 of water to the solution of the remaining 4 containers and leaving it for 30 minutes, It filtered using the filter paper. The filtrate was diluted to 70cm 3 of water, was collected lesser amounts, potassium or rubidium, hexafluoro titanic acid ion, hexafluoro silicic acid ions, while analyzing the concentration of hydrofluoric acid and nitric acid, 50 cm 3 The sample was collected, transferred to a plastic container, and subjected to a pickling test for titanium.
なお、カリウム、ルビジウムおよびヘキサフルオロチタン酸イオンはICP発光分光分析法で分析し、ヘキサフルオロけい酸イオンはモリブデン青吸光光度法で分析した。また、ふっ化水素酸の濃度は、ランタン・アリザリンコンプレキソン吸光光度法で求めた全ふっ素濃度分析値から、ふっ化カリウムまたはふっ化ルビジウムのふっ素濃度分析値とヘキサフルオロチタン酸イオンおよびヘキサフルオロけい酸イオンのふっ素濃度分析値を差し引いた値から換算して求めた。また、硝酸の濃度は、吸光光度法による硝酸イオンの分析値から換算して求めた。 The potassium, rubidium and hexafluorotitanate ions were analyzed by ICP emission spectroscopic analysis, and the hexafluorosilicate ion was analyzed by molybdenum blue absorptiometry. The concentration of hydrofluoric acid was determined by analyzing the fluorine concentration of potassium fluoride or rubidium fluoride, hexafluorotitanate ion and hexafluorosilicate from the total fluorine concentration analysis obtained by lanthanum / alizarin complexone spectrophotometry. It calculated | required by converting from the value which deducted the fluorine concentration analysis value of an acid ion. The concentration of nitric acid was determined by conversion from the analysis value of nitrate ion by absorptiometry.
また、チタンの酸洗試験は、厚さ0.5mm、幅30mm、長さ30mmの工業用純チタン(JIS1種)試験片を、30℃に加熱した酸洗用水溶液中に5分間浸漬した後、取り出して水洗・乾燥し、浸漬前後の試験片重量差を酸洗による溶解減量とする方法で行なった。表2に、アルカリ金属含有化合物添加量等の試験条件、酸洗試験に供した水溶液の分析結果およびチタンの酸洗試験による溶解減量を示す。 In addition, the pickling test for titanium was conducted after immersing an industrial pure titanium (JIS type 1) test piece having a thickness of 0.5 mm, a width of 30 mm, and a length of 30 mm in an aqueous solution for pickling heated to 30 ° C. for 5 minutes. The sample was taken out, washed with water and dried, and the difference in the weight of the test piece before and after immersion was adjusted to decrease in dissolution by pickling. Table 2 shows test conditions such as the addition amount of the alkali metal-containing compound, the analysis result of the aqueous solution subjected to the pickling test, and the dissolution loss by titanium pickling test.
表2の試験No.1〜11は、本発明法によって製造した酸洗用水溶液およびそれによるチタンの溶解減量の例であるが、試験No.12の比較例に比べて水溶液中のふっ化水素酸濃度が高く、溶解減量も多かった。これは、本発明例においては、添加したふっ化カリウムやふっ化ルビジウムがヘキサフルオロチタン酸やヘキサフルオロけい酸と反応して、ふっ化水素酸を生成したためと推測される。 Test No. in Table 2 Examples 1 to 11 are examples of the pickling aqueous solution produced by the method of the present invention and the dissolution loss of titanium thereby. Compared to 12 comparative examples, the hydrofluoric acid concentration in the aqueous solution was high, and the dissolution loss was also large. This is presumably because in the examples of the present invention, the added potassium fluoride or rubidium fluoride reacted with hexafluorotitanic acid or hexafluorosilicic acid to generate hydrofluoric acid.
実施例1の表2の試験No.6〜8および試験No.12と同じ条件で製造した酸洗用水溶液50cm3をプラスチック製容器に入れて50℃に加熱し、これに、厚さ1mm、幅50mm、長さ50mmのステンレス鋼試験片(鋼種:SUS304)を浸漬し、10分間後に取り出して水洗し、乾燥した。浸漬前後の試験片重量を測定し、その差を酸洗による溶解減量とした。酸洗用水溶液の製造条件および酸洗による溶解減量を表3に示す。Test No. 1 in Table 2 of Example 1 6-8 and test no. A 50 cm 3 pickling aqueous solution produced under the same conditions as in No. 12 was placed in a plastic container and heated to 50 ° C., and a stainless steel test piece (steel type: SUS304) having a thickness of 1 mm, a width of 50 mm, and a length of 50 mm was added thereto. It was immersed, taken out after 10 minutes, washed with water and dried. The weight of the test piece before and after the immersion was measured, and the difference was taken as the dissolution loss by pickling. Table 3 shows the production conditions of the pickling aqueous solution and the dissolution loss by pickling.
表3の試験No.1〜3は、本発明法によって製造した酸洗用水溶液によるステンレス鋼の溶解減量の例であるが、試験No.4の比較例に比べて溶解減量が大幅に多かった。
これは、本発明例においては、添加したふっ化カリウムがヘキサフルオロチタン酸やヘキサフルオロけい酸と反応して、ふっ化水素酸を生成したためと推測される。Test No. in Table 3 1-3 are examples of weight loss of stainless steel by the pickling aqueous solution produced by the method of the present invention. Compared with the comparative example of 4, the dissolution weight loss was much larger.
This is presumed to be because the added potassium fluoride reacted with hexafluorotitanic acid or hexafluorosilicic acid to produce hydrofluoric acid in the inventive examples.
表4に組成を示す2種類の原料水溶液AまたはB各1dm3に、種々のアルカリ金属化合物(電解質)を添加・溶解し、生じたヘキサフルオロけい酸塩の沈殿をろ過・分離した。ろ液に水を加えて、液量を1.5または2dm3に調節し、酸洗用水溶液a〜fおよびh〜jを調製した。また、比較のため、原料水溶液AおよびB1dm3を水で1.5または2dm3に希釈した酸洗用水溶液gおよびkを調製した。Various alkali metal compounds (electrolytes) were added and dissolved in 1 dm 3 of each of the two raw material aqueous solutions A or B having the compositions shown in Table 4, and the resulting hexafluorosilicate precipitate was filtered and separated. Water was added to the filtrate to adjust the liquid volume to 1.5 or 2 dm 3 to prepare pickling aqueous solutions a to f and h to j. For comparison, the raw material solution A and B1dm 3 to prepare an aqueous solution g and k for pickling diluted 1.5 or 2 dm 3 of water.
これらの酸洗用水溶液から分析試料を採取し、ICP発光分光分析法によってアルカリ金属、塩化アルミニウム添加・モリブデン青吸光光度法(例えば、JISR1616の9.2項参照)によってヘキサフルオロけい酸イオンを定量分析した。なお、表4に示した酸洗用水溶液中の硝酸、ふっ化水素酸および酢酸の濃度は理論的に概算した推定値であるが、硝酸およびふっ化水素酸については、前述の実施例1と同じ分析方法により、ほぼ同様の分析値が得られた。 Analytical samples are collected from these pickling aqueous solutions, and hexafluorosilicate ions are quantified by ICP emission spectrophotometry with alkali metal, aluminum chloride added and molybdenum blue absorptiometry (for example, see 9.2 of JISR1616). analyzed. The concentrations of nitric acid, hydrofluoric acid, and acetic acid in the pickling aqueous solution shown in Table 4 are theoretically estimated values, but nitric acid and hydrofluoric acid are the same as those in Example 1 described above. Similar analysis values were obtained by the same analysis method.
次に、これらの11種類の酸洗用水溶液各100cm3をプラスチック製容器に入れ、50℃に調節された水浴中で加熱した。これに、厚さ1mm、幅50mm、長さ50mmのステンレス鋼試験片(鋼種:SUS304)を10分間浸漬した後、取り出して水洗し、乾燥した。この操作を3回繰り返し、各回毎に、浸漬前後の試験片重量を測定し、その差を酸洗による溶解減量とした。溶解減量の測定結果を表5に示す。Next, 100 cm 3 of each of these 11 kinds of pickling aqueous solutions was placed in a plastic container and heated in a water bath adjusted to 50 ° C. A stainless steel test piece (steel type: SUS304) having a thickness of 1 mm, a width of 50 mm, and a length of 50 mm was immersed in this for 10 minutes, then taken out, washed with water, and dried. This operation was repeated three times, and the weight of the test piece before and after immersion was measured each time, and the difference was taken as the dissolution loss by pickling. Table 5 shows the measurement results of dissolution loss.
記号a〜gは原料水溶液Aを用いて製造した酸洗用水溶液であるが、アルカリ金属含有化合物を添加しない比較例(記号g)に比べて、アルカリ金属含有化合物を添加してヘキサフルオロけい酸塩を析出・分離した本発明例(記号a〜f)の酸洗用水溶液による溶解減量は大きく、特に、アルカリ金属含有化合物としてふっ化カリウムを添加した場合(記号d)の溶解減量が大きかった。これは、ふっ化カリウムの添加により、ふっ化水素酸が生成したためと推測される。同様に、原料水溶液Bを用いて製造した酸洗用水溶液(記号h〜k)についても、アルカリ金属含有化合物を添加した場合の溶解減量が、添加しない場合より大きかった。 Symbols a to g are pickling aqueous solutions manufactured using the raw material aqueous solution A, but compared with a comparative example (symbol g) in which no alkali metal-containing compound is added, an alkali metal-containing compound is added and hexafluorosilicic acid is added. The dissolution loss by the pickling aqueous solution of the present invention example (symbols a to f) in which the salt was precipitated and separated was large, especially when potassium fluoride was added as the alkali metal-containing compound (symbol d). . This is presumably because hydrofluoric acid was produced by the addition of potassium fluoride. Similarly, with respect to the pickling aqueous solution (symbol h to k) produced using the raw material aqueous solution B, the dissolution loss when the alkali metal-containing compound was added was larger than when the alkali metal-containing compound was not added.
表6に組成を示す3種類の水溶液A、BおよびCに水を添加して、液量が4倍(濃度が1/4)になるように希釈した。ただし、水溶液Aはシリコンウエーハのエッチングに用いた混酸の廃液を模擬したものであり、硝酸、ふっ化水素酸、酢酸およびヘキサフルオロけい酸を含有する。一方、Bは酢酸を含有せず、Cは酢酸およびヘキサフルオロけい酸を含有しないものである。 Water was added to the three types of aqueous solutions A, B, and C whose compositions are shown in Table 6, and diluted so that the liquid amount became 4 times (concentration was 1/4). However, the aqueous solution A simulates a mixed acid waste solution used for etching a silicon wafer and contains nitric acid, hydrofluoric acid, acetic acid, and hexafluorosilicic acid. On the other hand, B does not contain acetic acid, and C does not contain acetic acid and hexafluorosilicic acid.
これらの希釈液各100cm3をプラスチック製容器に入れ、30℃または50℃に調節された水浴中で加熱した。これに、厚さ0.5mm、幅30mm、長さ30mmの工業用純チタン試験片(材質:JIS1種)または厚さ1mm、幅50mm、長さ50mmのステンレス鋼試験片(鋼種:SUS304)を5分間または10分間浸漬した後、取り出して水洗・乾燥し、浸漬前後の試験片の重量差を測定して、酸洗による溶解減量とした。100 cm 3 of each of these dilutions was placed in a plastic container and heated in a water bath adjusted to 30 ° C. or 50 ° C. To this, an industrial pure titanium test piece (material: JIS type 1) having a thickness of 0.5 mm, a width of 30 mm, and a length of 30 mm, or a stainless steel test piece (steel type: SUS304) having a thickness of 1 mm, a width of 50 mm, and a length of 50 mm. After dipping for 5 minutes or 10 minutes, the sample was taken out, washed with water and dried, and the weight difference between the test pieces before and after the immersion was measured to determine the loss of dissolution by pickling.
次に、これらの酸洗後の水溶液にふっ化カリウム(結晶)を各8g添加して溶解し、生成した沈殿をろ過・分離した。得られた水溶液に、厚さ0.5mm、幅30mm、長さ30mmの工業用純チタン試験片(材質:JIS1種)または厚さ1mm、幅50mm、長さ50mmのステンレス鋼試験片(鋼種:SUS304)を5分間または10分間浸漬した後、取り出して水洗・乾燥し、浸漬前後の試験片の重量差を測定して、酸洗による溶解減量とした。試験条件および溶解減量の測定結果をまとめて表7に示す。 Next, 8 g of potassium fluoride (crystal) was added and dissolved in each of these pickled aqueous solutions, and the resulting precipitate was filtered and separated. To the obtained aqueous solution, an industrial pure titanium test piece (material: JIS type 1) having a thickness of 0.5 mm, a width of 30 mm, and a length of 30 mm, or a stainless steel test piece having a thickness of 1 mm, a width of 50 mm, and a length of 50 mm (steel type: SUS304) was immersed for 5 minutes or 10 minutes, then taken out, washed with water and dried, and the weight difference between the test pieces before and after immersion was measured to determine the weight loss by pickling. Table 7 summarizes the test conditions and the measurement results of dissolution loss.
酸洗時機が1回目(ふっ化カリウム添加前)と2回目(ふっ化カリウム添加後)の酸洗減量を比較すると、酸洗用水溶液Cによる酸洗減量は1回目より2回目が少なくなった。これは、1回目の酸洗によって遊離ふっ化水素酸が減少したことが原因と推定される。一方、酸洗用水溶液AおよびBについては、2回目の酸洗減量の方が多くなった。これは、ふっ化カリウムを添加したために、前述の(1)式や(2)式の反応によって、1回目の酸洗で消費された量以上のふっ化水素酸が生成したためと推測される。 Comparing the pickling loss of the first pickling machine (before adding potassium fluoride) and the second picking (after adding potassium fluoride), the pickling weight loss by the pickling aqueous solution C was less than the first. . This is presumed to be because free hydrofluoric acid was reduced by the first pickling. On the other hand, for the pickling aqueous solutions A and B, the second pickling weight loss increased. This is presumably because the addition of potassium fluoride produced more hydrofluoric acid than the amount consumed in the first pickling due to the reactions of the above-mentioned formulas (1) and (2).
ふっ化水素酸50g/dm3を含有するふっ化水素酸系酸洗液1dm3に工業用純チタン(JIS1種:Ti含有率99.5%)15.21gを溶解した水溶液を試料溶液とし、これより各50cm3を採取して11個のプラスチック製容器に移し入れた。その内、10個の容器の試料溶液にふっ化カリウムを0.0318、0.0794または0.1588mol添加して溶解し、残る1個には何も添加しなかった。市販のORP計を用いて、酸化還元電位を測定しながら、約300g/dm3の濃度の硝酸水溶液を滴加し、3価のチタンを全て4価に変えた。30分間放置した後、ろ紙を用いてろ過し、ろ液を水で60cm3に希釈した。これより少量採取して、カリウムの濃度を分析すると共に、50cm3を採取して、プラスチック製容器に移し入れた。An aqueous solution prepared by dissolving 15.21 g of industrial pure titanium (JIS type 1: Ti content 99.5%) in hydrofluoric acid-based pickling solution 1 dm 3 containing hydrofluoric acid 50 g / dm 3 was used as a sample solution. From this, 50 cm 3 was collected and transferred to 11 plastic containers. Among them, 0.0318, 0.0794 or 0.1588 mol of potassium fluoride was added to the sample solution in 10 containers and dissolved, and nothing was added to the remaining one. While measuring the oxidation-reduction potential using a commercially available ORP meter, an aqueous nitric acid solution having a concentration of about 300 g / dm 3 was added dropwise to change all trivalent titanium to tetravalent. After standing for 30 minutes, it was filtered using filter paper, and the filtrate was diluted to 60 cm 3 with water. A small amount was collected to analyze the potassium concentration, and 50 cm 3 was collected and transferred to a plastic container.
7個の容器の溶液にヘキサフルオロけい酸を0.0060〜0.0665mol添加して混合し、残る4個の容器の溶液には水を10cm3添加して混合し、30分間放置した後、ろ紙を用いてろ過した。ろ液を水で70cm3に希釈し、これより少量採取して、カリウム、ヘキサフルオロチタン酸イオン、ヘキサフルオロけい酸イオンおよびふっ化水素酸の濃度を分析すると共に、50cm3を採取してプラスチック製容器に移し入れ、チタンの酸洗試験に供した。After adding 0.0060 to 0.0665 mol of hexafluorosilicic acid to the solution of 7 containers, and mixing the solution of the remaining 4 containers with 10 cm 3 of water, and leaving it for 30 minutes, It filtered using the filter paper. Dilute the filtrate to 70 cm 3 with water and collect a small amount of this to analyze the concentration of potassium, hexafluorotitanate ion, hexafluorosilicate ion and hydrofluoric acid, and collect 50 cm 3 to obtain plastic. The product was transferred to a container and subjected to a pickling test for titanium.
なお、カリウム、ヘキサフルオロチタン酸イオン、ヘキサフルオロけい酸イオンおよびふっ化水素酸の濃度は、前述の実施例1と同じ方法で分析した。また、チタンの酸洗試験は、厚さ0.5mm、幅30mm、長さ30mmの工業用純チタン(JIS1種)試験片を、30℃に加熱した酸洗用水溶液中に5分間浸漬した後、取り出して水洗・乾燥し、浸漬前後の試験片重量差を酸洗による溶解減量とする方法で行なった。表8に、アルカリ金属含有化合物添加量等の試験条件、酸洗試験に供した水溶液の分析結果およびチタンの酸洗試験による溶解減量を示す。 The concentrations of potassium, hexafluorotitanate ion, hexafluorosilicate ion and hydrofluoric acid were analyzed by the same method as in Example 1 described above. In addition, the pickling test for titanium was conducted after immersing an industrial pure titanium (JIS type 1) test piece having a thickness of 0.5 mm, a width of 30 mm, and a length of 30 mm in an aqueous solution for pickling heated to 30 ° C. for 5 minutes. The sample was taken out, washed with water and dried, and the difference in the weight of the test piece before and after immersion was adjusted to decrease in dissolution by pickling. Table 8 shows the test conditions such as the addition amount of the alkali metal-containing compound, the analysis result of the aqueous solution subjected to the pickling test, and the dissolution loss by titanium pickling test.
表8の試験No.1〜10は、本発明法によって製造した酸洗用水溶液およびそれによるチタンの溶解減量の例であるが、試験No.11の比較例に比べて水溶液中のふっ化水素酸濃度が高く、溶解減量も多かった。これは、本発明例においては、添加したふっ化カリウムがヘキサフルオロチタン酸やヘキサフルオロけい酸と反応して、ふっ化水素酸を生成したためと推測される。 Test No. in Table 8 Examples 1 to 10 are examples of the pickling aqueous solution produced by the method of the present invention and the dissolution loss of titanium thereby. Compared with 11 comparative examples, the hydrofluoric acid concentration in the aqueous solution was high, and the dissolution loss was also large. This is presumed to be because the added potassium fluoride reacted with hexafluorotitanic acid or hexafluorosilicic acid to produce hydrofluoric acid in the inventive examples.
実施例1の表2のNo.6〜10の試験について、最初にろ過・分離された沈殿(ヘキサフルオロチタン酸カリウム)を水で洗い流してプラスチック製容器に移し入れ、水を加えて液量を約250cm3に調節した後、濃度が約15%のアンモニア水を添加してpHを8.2〜10.1に調節した。4個の容器の溶液を95〜98℃に加熱し、1個の容器の溶液は室温で、1または2時間放置した後、アンモニア水でpHを8.5〜10.1に調節した。ろ紙を用いてろ過し、ろ紙上の沈殿(水酸化チタン)を水で十分に洗浄した後、ろ紙と共に白金製るつぼに移し入れ、電気炉を用いて1000℃で2時間加熱・焼成した。乾燥器中で冷却した後、焼成物(二酸化チタン)の重量を測定した。試験条件および測定結果を表9に示す。なお、表中のTiO2回収率とは、採取した試料溶液50cm3中のチタンが全てTiO2になった場合の重量(0.8025g)に対するTiO2測定値の百分率を示している。No. 1 in Table 2 of Example 1 For
試験No.3は、アルカリ金属(K)添加量が0.1009mol、アルカリ金属(K)/Tiモル比が10.0であり、初期および最終pH共に9以上(10.1)で、90℃以上(95℃)に1時間加熱した試験であるが、TiO2回収率は98%以上であった。これに対して、試験No.1および2は、アルカリ金属(K)添加量が0.0202および0.0505molと少なく、K/Tiモル比が2.0および5.0と低かったので、TiO2回収率は32.2および85.6%と低かった。また、試験No.4は、初期および最終pH共に9未満であったためにTiO2回収率は66.1%と低く、試験No.5は、アンモニア添加後に加熱しなかったために、TiO2回収率は38.8%と低かった。Test No. No. 3 has an alkali metal (K) addition amount of 0.1009 mol, an alkali metal (K) / Ti molar ratio of 10.0, and an initial and final pH of 9 or more (10.1), 90 ° C. or more (95 C.) for 1 hour, the TiO 2 recovery was 98% or more. In contrast, test no. 1 and 2 had low alkali metal (K) addition amounts of 0.0202 and 0.0505 mol and low K / Ti molar ratios of 2.0 and 5.0, so the TiO 2 recovery was 32.2 and It was as low as 85.6%. In addition, Test No. 4 had an initial and final pH of less than 9, so the TiO 2 recovery was as low as 66.1%. No. 5 was not heated after the addition of ammonia, so the TiO 2 recovery was as low as 38.8%.
実施例1の表2のNo.8〜10の試験およびNo.10と同じ条件の2組の試験について、2回目にろ過・分離された沈殿(ヘキサフルオロけい酸カリウム)を水で洗い流してプラスチック製容器に移し入れ、水を加えて液量を約500cm3に調節した後、濃度が約15%のアンモニア水を添加してpHを6.8〜10.1に調節した。4個の容器の溶液を97〜98℃に加熱し、1個の容器の溶液は室温で、2時間放置した後、アンモニア水でpHを6.5〜10.1に調節した。ろ紙を用いてろ過し、ろ紙上の沈殿(けい酸)を水で十分に洗浄した後、ろ紙と共に白金製るつぼに移し入れ、電気炉を用いて1000℃で2時間加熱・焼成した。乾燥器中で冷却した後、焼成物(二酸化けい素)の重量を測定した。試験条件および測定結果を表10に示す。なお、表中のSiO2回収率とは、添加したヘキサフルオロけい酸イオン中のけい素が全てSiO2になった場合の重量に対するSiO2測定値の百分率を示している。No. 1 in Table 2 of Example 1 Tests 8-10 and No. For two sets of tests under the same conditions as in No. 10, the second filtered and separated precipitate (potassium hexafluorosilicate) was rinsed with water, transferred to a plastic container, and water was added to a volume of about 500 cm 3 . After the adjustment, the pH was adjusted to 6.8 to 10.1 by adding ammonia water having a concentration of about 15%. The solution in four containers was heated to 97 to 98 ° C., and the solution in one container was allowed to stand at room temperature for 2 hours, and then the pH was adjusted to 6.5 to 10.1 with aqueous ammonia. The mixture was filtered using filter paper, and the precipitate (silicic acid) on the filter paper was thoroughly washed with water, then transferred to a platinum crucible together with the filter paper, and heated and fired at 1000 ° C. for 2 hours using an electric furnace. After cooling in the dryer, the weight of the fired product (silicon dioxide) was measured. Table 10 shows the test conditions and measurement results. Note that the SiO 2 recovery in the table shows the percentage of SiO 2 measurements for the weight of the case where the added silicon in the hexafluorosilicic acid ions all become SiO 2.
試験No.3は、アルカリ金属(K)/Siモル比が3.0であり、初期および最終pH共に9以上(10.0および10.1)で、98℃に2時間加熱した試験であるが、SiO2回収率は95.0%であった。これに対して、試験No.1および2は、K/Siモル比が1.6および2.0と低かったので、SiO2回収率は77.1および90.9%と低かった。また、試験No.4は、初期および最終pH共に9未満であり、試験No.5は、アンモニア添加後に加熱しなかったために、SiO2の粉末は得られなかった。Test No. No. 3 is a test in which the alkali metal (K) / Si molar ratio is 3.0 and the initial and final pH are 9 or more (10.0 and 10.1) and heated to 98 ° C. for 2 hours. 2 Recovery was 95.0%. In contrast, test no. Since 1 and 2 had low K / Si molar ratios of 1.6 and 2.0, the SiO 2 recovery was as low as 77.1 and 90.9%. In addition, Test No. 4 is less than 9 for both initial and final pH. Since No. 5 was not heated after addition of ammonia, no SiO 2 powder was obtained.
前述の実施例4の表6に示した希釈液Aの1dm3を用いて、工業用純チタン(JIS1種:チタン含有率99.5%)またはステンレス鋼(SUS304:けい素含有率0.47%)を酸洗し、それぞれ5.03gまたは3.11gを溶解した。酸洗後の水溶液(試料溶液A1またはA2)から各20cm3を正確に量りとって、12個のプラスチック製容器に移し入れ、濃度が2mol/dm3のアルカリ金属硝酸塩(KNO3、NaNO3またはRbNO3)水溶液を5、10または15cm3(アルカリ金属として0.01、0.2または0.03mol)添加し、水を加えて液量を40cm3に調節した後混合し、30分間放置した。ろ紙を用いてろ過した後、ろ紙上の沈殿(ヘキサフルオロけい酸塩およびヘキサフルオロチタン酸塩)を水で洗い流して、プラスチック製容器に移し入れた。Using 1 dm 3 of diluent A shown in Table 6 of Example 4 above, pure industrial titanium (JIS type 1: titanium content 99.5%) or stainless steel (SUS304: silicon content 0.47) %) Was pickled to dissolve 5.03 g or 3.11 g, respectively. Each 20 cm 3 is accurately weighed from the pickled aqueous solution (sample solution A1 or A2), transferred to 12 plastic containers, and alkali metal nitrate (KNO 3 , NaNO 3 or 2 mol / dm 3 concentration). RbNO 3 ) aqueous solution was added in 5, 10 or 15 cm 3 (0.01, 0.2 or 0.03 mol as alkali metal), water was added to adjust the liquid volume to 40 cm 3 , mixed and left for 30 minutes . After filtration using filter paper, the precipitate (hexafluorosilicate and hexafluorotitanate) on the filter paper was washed away with water and transferred to a plastic container.
水を加えて液量を約100cm3に調節した後、濃度が約15%のアンモニア水を添加してpHを6.8〜10.3に調節した。10個の容器の溶液を90〜96℃に加熱し、2個の容器の溶液は室温(25℃)で、1.5または2時間放置した後、アンモニア水でpHを6.6〜10.1に調節した。ろ紙を用いてろ過し、ろ紙上の沈殿を水で十分に洗浄した後、ろ紙と共に白金製るつぼに移し入れた。Water was added to adjust the liquid volume to about 100 cm 3 , and then aqueous ammonia having a concentration of about 15% was added to adjust the pH to 6.8 to 10.3. The solution in 10 containers was heated to 90-96 ° C., the solution in 2 containers was left at room temperature (25 ° C.) for 1.5 or 2 hours, and then the pH was adjusted to 6.6-10. Adjusted to 1. The mixture was filtered using filter paper, and the precipitate on the filter paper was thoroughly washed with water, and then transferred together with the filter paper into a platinum crucible.
電気炉を用いて1000℃で2時間加熱・焼成したのち放冷し、焼成物(二酸化けい素および二酸化チタン)に炭酸ナトリウム2gを加えて、再び1000℃で20分間加熱して溶融した。放冷後、水および塩酸を用いて溶融物を溶解して水溶液とし、けい素をモリブデン青吸光光度法、チタンをICP発光分光分析法によって定量分析した。試験条件および分析結果を表11に示す。なお、表中のモル比(M/SiまたはM/Ti)とは、Mで表示したアルカリ金属とけい素またはチタンのモル比を意味し、SiO2回収率およびTiO2回収率とは、採取した水溶液20cm3中のけい素またはチタンが全てSiO2またはTiO2になった場合の重量に対するそれぞれの分析値の百分率を示している。After heating and firing at 1000 ° C. for 2 hours using an electric furnace, the mixture was allowed to cool, 2 g of sodium carbonate was added to the fired product (silicon dioxide and titanium dioxide), and again heated at 1000 ° C. for 20 minutes to melt. After standing to cool, the melt was dissolved in water and hydrochloric acid to obtain an aqueous solution, and silicon was quantitatively analyzed by molybdenum blue spectrophotometry and titanium was quantitatively analyzed by ICP emission spectrophotometry. Test conditions and analysis results are shown in Table 11. In the table, the molar ratio (M / Si or M / Ti) means the molar ratio of alkali metal to silicon or titanium represented by M, and the SiO 2 recovery rate and TiO 2 recovery rate were collected. The percentages of the respective analysis values with respect to the weight when silicon or titanium in 20 cm 3 of the aqueous solution are all SiO 2 or TiO 2 are shown.
試料溶液A1(工業用純チタンを酸洗した水溶液)を用いた回収試験の内、試験No.3および4は、アルカリ金属(M)添加量が0.03mol、M/Siモル比が7.20、M/Tiモル比が14.35であり、初期および最終pH共に9以上で、90℃に1.5時間加熱した試験であるが、いずれもSiO2回収率は95%以上、TiO2回収率は97%以上であった。これに対して、試験No.1および2は、アルカリ金属(M)添加量が0.01および0.02molと少なかったので、試験No.2のSiO2回収率は95%以上であったが、試験No.1のSiO2回収率は90.5%と低く、TiO2回収率は11.1および90.2%と低かった。また、試験No.5は、初期および最終pH共に9未満の6.8および6.6であったために、けい素およびチタンの酸化物の粉末は得られなかった(分析は省略した)。さらに、試験No.6はアンモニア添加後に加熱しなかったために、けい素およびチタンの酸化物の粉末は得られなかった。Among the recovery tests using the sample solution A1 (aqueous solution obtained by pickling industrial pure titanium), the test No. 3 and 4, the alkali metal (M) addition amount is 0.03 mol, the M / Si molar ratio is 7.20, and the M / Ti molar ratio is 14.35. In each of the tests, the SiO 2 recovery rate was 95% or more and the TiO 2 recovery rate was 97% or more. In contrast, test no. In Nos. 1 and 2, the alkali metal (M) addition amount was as small as 0.01 and 0.02 mol. The SiO 2 recovery of No. 2 was 95% or more. The SiO 2 recovery rate of No. 1 was as low as 90.5%, and the TiO 2 recovery rates were as low as 11.1 and 90.2%. In addition, Test No. Since 5 was 6.8 and 6.6, both initial and final pH were less than 9, silicon and titanium oxide powders were not obtained (analysis omitted). Furthermore, test no. Since No. 6 was not heated after the addition of ammonia, silicon and titanium oxide powders were not obtained.
試料溶液A2(ステンレス鋼を酸洗した水溶液)を用いた回収試験の内、試験No.8および12は、アルカリ金属(M)添加量が0.02mol、M/Siモル比が4.79であり、初期および最終pH共に9以上で、95℃以上に1.5時間加熱した試験であるが、SiO2回収率は95%以上であった。これに対して、試験No.7は、アルカリ金属(M)添加量が0.01と少なく、M/Siモル比が2.40と低かったので、SiO2回収率は92.5%と低かった。また、試験No.9は、初期および最終pH共に9未満の7.0および6.7であったために、けい素の酸化物の粉末は得られなかった。さらに、試験No.10はアンモニア添加後に加熱しなかったために、けい素の酸化物の粉末は得られなかった。また、試験No.11のSiO2回収率が試験No.8および12に比べて少し低かったのは、アルカリ金属としてNaを使用したため、ヘキサフルオロけい酸塩の生成量が少なかったことが起因していると推測される。Among the recovery tests using the sample solution A2 (aqueous solution obtained by pickling stainless steel), the test No. 8 and 12 are tests in which the amount of alkali metal (M) added was 0.02 mol, the M / Si molar ratio was 4.79, both the initial and final pH were 9 or more, and the sample was heated to 95 ° C. or more for 1.5 hours. However, the recovery rate of SiO 2 was 95% or more. In contrast, test no. No. 7 had an alkali metal (M) addition amount as small as 0.01 and an M / Si molar ratio as low as 2.40, so the SiO 2 recovery rate was as low as 92.5%. In addition, Test No. Since 9 was 7.0 and 6.7 with both initial and final pH less than 9, no silicon oxide powder was obtained. Furthermore, test no. Since No. 10 was not heated after the addition of ammonia, no silicon oxide powder was obtained. In addition, Test No. No. 11 SiO 2 recovery was Test No. The reason why it was a little lower than 8 and 12 is presumed to be that Na was used as the alkali metal, so that the amount of hexafluorosilicate produced was small.
実施例7の試験において、アンモニア水を添加して生じたけい酸の沈殿をろ過・分離した後の溶液の内、試験No.3の溶液(液量約650cm3)をガラス製容器に移し入れ、ヒーターで沸点付近まで加熱しながら約1時間、空気と100℃付近の水蒸気を吹き込んだ。室温まで冷却して溶液のpHを測定し(測定値:7.2)、水で正確に1000cm3に希釈した後、アンモニウムイオン濃度をネスラー法で測定した。これより200cm3を分取し、水酸化カルシウム0.667gを水50cm3と混合したものを添加した後、ヒーターで沸点付近まで加熱しながら約1時間、空気と100℃付近の水蒸気を吹き込んだ。なお、水酸化カルシウムの添加量は、前述の(11)式の反応により、ネスラー法で測定したアンモニウムイオン(すなわち、ふっ化アンモニウム)の量と過不足無く反応する水酸化カルシウムの量として計算したものである。In the test of Example 7, among the solutions after filtration and separation of the silicic acid precipitate generated by adding aqueous ammonia, test No. The solution of No. 3 (liquid amount of about 650 cm 3 ) was transferred to a glass container, and air and water vapor at around 100 ° C. were blown in for about 1 hour while heating to the vicinity of the boiling point with a heater. The solution was cooled to room temperature, and the pH of the solution was measured (measured value: 7.2). After being diluted accurately to 1000 cm 3 with water, the ammonium ion concentration was measured by the Nessler method. From this, 200 cm 3 was fractionated, and after adding 0.667 g of calcium hydroxide mixed with 50 cm 3 of water, air and water vapor near 100 ° C. were blown in for about 1 hour while heating to the vicinity of the boiling point with a heater. . The amount of calcium hydroxide added was calculated as the amount of calcium hydroxide that reacted without excess or deficiency with the amount of ammonium ions (that is, ammonium fluoride) measured by the Nessler method by the reaction of the above-mentioned equation (11). Is.
次に、溶液を室温まで冷却した後、pHを測定し(測定値:8.0)、ろ紙を用いてろ過した。ろ紙上のふっ化カルシウムの沈殿を水で洗浄した後、ろ紙と共に磁器製るつぼに移し入れ、電気炉を用いて800℃で2時間加熱・焼成した。乾燥器中で冷却した後、焼成物(ふっ化カルシウム)の重量を測定した結果、0.6886gであった。この量は、添加したヘキサフルオロけい酸の200/1000がヘキサフルオロけい酸カリウムとして100%沈殿し、その中のふっ素の4/6がふっ化カルシウムとして100%回収された場合の理論値(0.7027g)の約98%である。 Next, after cooling a solution to room temperature, pH was measured (measurement value: 8.0), and it filtered using the filter paper. The calcium fluoride precipitate on the filter paper was washed with water, transferred to a porcelain crucible with the filter paper, and heated and fired at 800 ° C. for 2 hours using an electric furnace. After cooling in the dryer, the weight of the fired product (calcium fluoride) was measured and found to be 0.6886 g. This amount is the theoretical value (0 when 200/1000 of the added hexafluorosilicic acid precipitates 100% as potassium hexafluorosilicate and 4/6 of the fluorine is 100% recovered as calcium fluoride. About 98% of .7027 g).
上記のふっ化カルシウムの沈殿をろ過・分離した後のろ液を前述の図6と同じ構造の装置のセル22に入れ、セル23には純水、セル24に濃度が100g/dm3の硫酸、セル25に濃度が50g/dm3の水酸化カリウムを入れた後、陽極16(酸化イリジウムを被覆したチタン板)と陰極17(ニッケル板)の間に3.2Vの直流電圧をかけて2時間保持した。なお、本実施例で使用した電気透析装置には、陽イオン交換膜18−1および18−2として、(株)トクヤマ製ネオセプタCM−1、陰イオン交換膜として、同AM−1を用いた。The filtrate after filtering and separating the calcium fluoride precipitate is put into the
上記の電気透析処理後に、セル23中の水溶液中のふっ化水素酸をアセチルアセトン鉄錯体退色吸光光度法で定量分析した結果、0.1765gのふっ化水素酸が生成したことを確認した。これは、添加したヘキサフルオロけい酸の200/1000がヘキサフルオロけい酸カリウムとして100%沈殿し、その中のカリウムがふっ化カリウムとなり、電気透析処理によってふっ化水素酸に変わって100%回収された場合の理論値(0.1801g)の約98%である。
After the above electrodialysis treatment, the hydrofluoric acid in the aqueous solution in the
本発明の酸洗用水溶液およびその製造方法ならびに資源回収方法は、チタン等の金属の酸洗コストを大幅に低減するために利用できる。また、産業廃棄物の削減および省資源の
ためにも利用される可能性が大きい。The pickling aqueous solution, the production method thereof, and the resource recovery method of the present invention can be used to significantly reduce the pickling cost of metals such as titanium. It is also highly likely to be used for industrial waste reduction and resource saving.
Claims (9)
[工程A]必要に応じて、ふっ化水素を前記の水溶液に添加する工程:
[工程B]アルカリ金属イオンを前記の水溶液に添加する工程:および
[工程C]前記の工程Bおよび必要に応じて行なう工程Aにより生じた沈殿物を分離する工程。Production of an aqueous solution for pickling characterized by performing the following steps A, B and C using an aqueous solution containing nitric acid and hydrofluoric acid and further containing titanium and / or silicon fluoride as a raw material Method:
[Step A] Step of adding hydrogen fluoride to the aqueous solution as necessary:
[Step B] A step of adding alkali metal ions to the aqueous solution: and [Step C] a step of separating the precipitate generated in the step B and step A performed as necessary .
[工程D]前記の工程Cにより沈殿物を分離した水溶液に、ヘキサフルオロけい酸イオンを添加する工程:および[Step D] Step of adding hexafluorosilicate ion to the aqueous solution from which the precipitate has been separated in the above step C: and
[工程E]前記の工程Dにより生じた沈殿物を分離する工程。[Step E] A step of separating the precipitate produced in the above step D.
[工程F]必要に応じて、ふっ化水素を前記の水溶液に添加する工程:
[工程G]アルカリ金属イオンを前記の水溶液に添加する工程:
[工程H]前記の水溶液中に含まれる3価のチタンのふっ化物を酸化して、4価のチタンのふっ化物に変える工程:および
[工程I]前記の工程G、Hおよび必要に応じて行なう工程Fにより生じた沈殿物を分離する工程。A method for producing an aqueous solution for pickling, characterized in that an aqueous solution containing hydrofluoric acid and a fluoride of titanium is used as a raw material, and the following steps F, G, H and I are performed :
[Step F] A step of adding hydrogen fluoride to the aqueous solution as necessary:
[Step G] Step of adding alkali metal ions to the aqueous solution:
[Step H] Steps of oxidizing the trivalent titanium fluoride contained in the aqueous solution to convert it into a tetravalent titanium fluoride: and [Step I] Steps G and H described above and, if necessary, The process of isolate | separating the deposit produced by the process F to perform .
[工程J]前記の工程Iにより沈殿物を分離した水溶液に、ヘキサフルオロけい酸イオンを添加する工程:および[Step J] Step of adding hexafluorosilicate ion to the aqueous solution from which the precipitate has been separated in Step I above:
[工程K]前記の工程Jにより生じた沈殿物を分離する工程。[Step K] A step of separating the precipitate produced in the step J.
[工程L]後記の工程a、b、cおよび/またはdにより分離した沈殿物にアンモニアを添加する工程:
〔工程a〕硝酸およびふっ化水素酸を含有し、さらに、チタンおよび/またはけい素のふっ化物を含有する水溶液を原料として、後記の工程e 、fおよびgを行なうことを特徴とする工程:
(工程e)必要に応じて、ふっ化水素を前記の水溶液に添加する工程:
(工程f)アルカリ金属イオンを前記の水溶液に添加する工程:および
(工程g)前記の工程fおよび必要に応じて行なう工程eにより生じた沈殿物を分離する工程。
〔工程b〕前記の工程aの後に、後記の工程hおよびiを行なうことを特徴とする工程:
(工程h)前記の工程gにより沈殿物を分離した水溶液に、ヘキサフルオロけい酸イオンを添加する工程:および
(工程i)前記の工程hにより生じた沈殿物を分離する工程。
〔工程c〕ふっ化水素酸およびチタンのふっ化物を含有する水溶液を原料とし、後記の工程j、k、mおよびnを行なうことを特徴とする工程:
(工程j)必要に応じて、ふっ化水素を前記の水溶液に添加する工程:
(工程k)アルカリ金属イオンを前記の水溶液に添加する工程:
(工程m)前記の水溶液中に含まれる3価のチタンのふっ化物を酸化して、4価のチタンのふっ化物に変える工程:および
(工程n)前記の工程k、mおよび必要に応じて行なう工程jにより生じた沈殿物を分離する工程。
〔工程d〕前記の工程cの後に、後記の工程pおよびqを行なうことを特徴とする工程:
(工程p)前記の工程nにより沈殿物を分離した水溶液に、ヘキサフルオロけい酸イオンを添加する工程:および
(工程q)前記の工程pにより生じた沈殿物を分離する工程。
[工程M]前記の工程Lにより生じた沈殿物を分離する工程:
[工程N]前記の工程Mにより分離した沈殿物を洗浄した後、加熱、焼成する工程:
[工程O]前記の工程Mにより沈殿物を分離した水溶液に、必要に応じて、アルカリ金属の水酸化物、および/またはアルカリ土類金属の水酸化物を添加した後、アンモニアを分離する工程:
[工程P]前記の工程Oにより生じた沈殿物を分離する工程:
[工程Q]前記の工程O、または前記の工程OおよびPにより得られた水溶液を電気透析処理またはイオン交換処理する工程。A method for recovering resources associated with the production of an aqueous solution for pickling, which comprises performing some or all of the following steps L, M, N, O, P and Q:
[Step L] A step of adding ammonia to the precipitate separated by the steps a, b, c and / or d described later :
[Step a] Steps e, f and g described below are carried out using an aqueous solution containing nitric acid and hydrofluoric acid and further containing titanium and / or silicon fluoride as raw materials:
(Step e) Step of adding hydrogen fluoride to the aqueous solution as necessary:
(Step f) Step of adding alkali metal ions to the aqueous solution: and
(Step g) A step of separating the precipitate generated in the step f and the step e performed as necessary.
[Step b] Steps h and i described later are performed after step a.
(Step h) Step of adding hexafluorosilicate ion to the aqueous solution from which the precipitate has been separated by the above step g: and
(Process i) The process of isolate | separating the deposit produced by said process h.
[Step c] A step characterized in that the following steps j, k, m and n are carried out using an aqueous solution containing hydrofluoric acid and a fluoride of titanium as raw materials:
(Step j) Step of adding hydrogen fluoride to the aqueous solution as necessary:
(Step k) Step of adding alkali metal ions to the aqueous solution:
(Step m) A step of oxidizing the trivalent titanium fluoride contained in the aqueous solution to convert it into a tetravalent titanium fluoride: and
(Step n) A step of separating the precipitate generated in the steps k and m and the step j performed as necessary.
[Step d] Step p and q described later are performed after step c.
(Step p) Step of adding hexafluorosilicate ion to the aqueous solution from which the precipitate has been separated by the above step n: and
(Process q) The process of isolate | separating the deposit produced by the said process p.
[Step M] A step of separating the precipitate generated in the above step L:
[Step N] Step of washing and precipitating the precipitate separated in Step M, followed by heating and baking:
[Step O] Step of separating ammonia after adding an alkali metal hydroxide and / or an alkaline earth metal hydroxide, if necessary, to the aqueous solution from which the precipitate has been separated in the above step M :
[Step P] A step of separating the precipitate generated in the above step O:
[Step Q] A step of subjecting the aqueous solution obtained by the step O or the steps O and P to an electrodialysis treatment or an ion exchange treatment.
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