(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物中の該切削油を除去するために該ガリウム化合物の熱分解温度未満の温度で該澱物を加熱することにより、乾燥物を得る第１工程、および該砥粒を除去するために該乾燥物をガリウム分を主に含む細粉と該砥粒を主に含む粗粉とに分級することにより、該細粉を回収する第２工程からなるガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物からのガリウム分の濃縮方法。
【請求項２】
第１工程における澱物の加熱温度は、切削油の沸点以上である請求項１に記載のガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物からのガリウム分の濃縮方法。
【請求項３】
第２工程における乾燥物の分級は、風力分級である請求項１に記載のガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物からのガリウム分の濃縮方法。
【請求項４】
ガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物を有機溶媒に分散させて該切削油を溶解させた後に固液分離することにより、固形物を得る第１工程、該固形物中に残留する該切削油および該有機溶媒を除去するために該ガリウム化合物の熱分解温度未満の温度で該固形物を加熱することにより、乾燥物を得る第２工程、および該砥粒を除去するために該乾燥物をガリウム分を主に含む細粉と該砥粒を主に含む粗粉とに分級することにより、該細粉を回収する第３工程からなるガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物からのガリウム分の濃縮方法。
【請求項５】
第１工程で用いる有機溶媒の沸点は、切削油の沸点より低い請求項４に記載のガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物からのガリウム分の濃縮方法。
【請求項６】
第１工程で用いる有機溶媒は灯油である請求項４に記載のガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物からのガリウム分の濃縮方法。
【請求項７】
第１工程における固液分離は、切削油熔解後に澱物中の磁性物を除去してから行う請求項４に記載のガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物からのガリウム分の濃縮方法。
【請求項８】
第２工程における固形物の加熱温度は、切削油の沸点以上である請求項４に記載のガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物からのガリウム分の濃縮方法。
【請求項９】
第３工程における乾燥物の分級は、風力分級である請求項４に記載のガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物からのガリウム分の濃縮方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガリウムを含む化合物半導体結晶ウエハの製造過程で発生しガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物から、ガリウム分を濃縮して回収する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガリウムを含む化合物半導体結晶ウエハの製造過程で、ガリウムを含む化合物半導体結晶（以下「ガリウム化合物」という）を切断する際には、ダイヤモンド内周刃切断装置を用いていた。この際に切削屑として発生する澱物は、ガリウム化合物の切削粉がほとんどであり、金属ガリウム回収のための原料として利用されていた。
【０００３】
しかるに、近年、切断ロス低減による低コスト化のため、ガリウム化合物の切断方法が切断しろのより少ないワイヤーソー切断に置き換わってきた。ワイヤーソー切断では砥粒を分散させた切削油を用いる。そのためワイヤーソー切断の際に発生する澱物は、微細な切削粉（細粉）、より粗大な砥粒（粗粉）および切削油を含む混合物として捕集される。ワイヤーソー切断では砥粒の使用量が多いため、上記澱物は、ガリウム化合物含有量が１０重量％以下で、ガリウム濃度が低い（以下「重量％」を「％」と記す）。
【０００４】
このようなワイヤーソー切断の際に発生した澱物からガリウム分を回収しようとすると、（１）ガリウム分を酸に溶解させるために、ガリウム濃度が低い該澱物を処理する必要がある、（２）該澱物が切削油を含むので、回収される金属ガリウムに不純物が多く含まれる。そのため、上記澱物からガリウム分を回収することは経済的に見合わなかった。そこで、従来、上記澱物は産業廃棄物として処分されていた。
【０００５】
しかしながら、不足しがちなガリウム資源を有効に利用するという観点から、ワイヤーソー切断の際に発生した澱物から経済的に有利にガリウム分を回収することが強く要望されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記事情に鑑み、ガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物（以下「ガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物」を「澱物」と単にいう）からガリウム分を簡便に、かつ著しく濃縮して回収する方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１発明は、澱物中の切削油を除去するために該澱物中のガリウム化合物の熱分解温度未満の温度で該澱物を加熱することにより、乾燥物を得る第１工程、および該澱物中の砥粒を除去するために該乾燥物をガリウム分を主に含む細粉と該砥粒を主に含む粗粉とに分級することにより、該細粉を回収する第２工程からなる澱物からのガリウム分の濃縮方法である。
【０００８】
また、第２発明は、澱物を有機溶媒に分散させて切削油を溶解させた後に固液分離することにより、固形物を得る第１工程、該固形物中に残留する該切削油および該有機溶媒を除去するために該固形物中のガリウム化合物の熱分解温度未満の温度で該固形物を加熱することにより、乾燥物を得る第２工程、および該乾燥物中の砥粒を除去するために該乾燥物をガリウム分を主に含む細粉と該砥粒を主に含む粗粉とに分級することにより、該細粉を回収する第３工程からなる澱物からのガリウム分の濃縮方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
［第１発明］
（１）第１工程
第１発明において、第１工程では、澱物中の切削油を蒸発させ除去するために該澱物中のガリウム化合物の熱分解温度未満の温度で該澱物を加熱する。そして、ガリウム分を主に含む細粉と砥粒を主に含む粗粉とからなる乾燥物を得る。
【００１０】
上記ガリウム化合物の熱分解温度未満の温度を加熱温度とするのは、該熱分解温度以上とすると、該ガリウム化合物が熱分解し、生成した溶融金属ガリウムのためガリウムを主に含む細粉を第２工程（後述）で回収するのが困難となるからである。
【００１１】
また上記加熱温度が切削油の沸点以上であると、切削油を速やかに蒸発させることができて好ましい。なお、切削油の沸点や後述する有機溶媒の沸点には温度範囲が通常あるが、温度範囲のある沸点の高低をいう場合に用いる沸点は、「沸点の上限」を本明細書では意味する。
【００１２】
（２）第２工程
第２工程では、澱物中の砥粒を除去するために、ガリウム分を主に含む細粉と該砥粒を主に含む粗粉とに上記乾燥物を分級する。そして、上記細粉を回収する。
【００１３】
分級は、ガリウム分を主に含む細粉と砥粒を主に含む粗粉との粒径差や密度差などを利用して、該細粉と該粗粉とをできるだけ分離性よく分離する条件で行えばよい。分級方法は、特に制限はないが、風力分級が簡便で好ましい。
【００１４】
第１発明により、第１工程で澱物から切削油を除去し、また第１工程で得た乾燥物から第２工程で砥粒を除去するので、該澱物からガリウム分を簡便に、かつ著しく濃縮することができる。
【００１５】
［第２発明］
（１）第１工程および第２工程
第２発明において、第１工程では、澱物を有機溶媒に分散させて切削油を溶解・希釈した後に固液分離する。そして、残留する切削油および有機溶媒を含む固形物を得る。澱物に含まれる切削油および有機溶媒の大部分が第１工程で分離液に移行するので、第２工程の加熱の負担が著しく軽減される。
【００１６】
第２工程では、固形物中に残留する切削油および有機溶媒を蒸発させ除去するために該固形物中のガリウム化合物の熱分解温度未満の温度で該固形物を加熱する。そして、ガリウム分を主に含む細粉と砥粒を主に含む粗粉とからなる乾燥物を得る。固形物中に残留する切削油および有機溶媒を第２工程で除去するので、第３工程（後述）の分級で上記細粉と粗粉との分離性が向上するだけでなく、ガリウム分の濃縮率も向上する。
【００１７】
第１工程で澱物を分散させる有機溶媒は、上記蒸発の際に切削油が完全に蒸発する前に有機溶媒が蒸発してしまうように、切削油より蒸発しやすいもの、つまり沸点が切削油の沸点より低いものが好ましい。
【００１８】
有機溶媒を用いないで加熱すると、切削油中の不揮発成分がガリウム化合物と砥粒とを焼き付かせ密着凝集させる。これに対して、有機溶媒を用いると、該有機溶媒が上記不揮発成分を置換・除去して、ガリウム化合物と砥粒とを別々に分離させる。そのため、第３工程（後述）の分級でガリウム化合物と砥粒との分離性が向上する。
【００１９】
上記有機溶媒としては、（ａ）切削油と容易に混合できる、（ｂ）安価である、（ｃ）回収再利用がしやすいという点で、灯油が最も適当である。
【００２０】
澱物中に、ワイヤーソーのワイヤー片などの磁性物が含まれていると、第１工程で該磁性物を除去することが好ましい。具体的には、例えば有機溶媒に澱物を分散させた後、固液分離する前に、磁性物を磁石に吸着させ除去する。この除去により、金属ガリウムとして回収するまでに必要で、かつ繁雑な脱Ｆｅ処理を省くことができる。
【００２１】
第２工程における固形物の加熱温度は、第１発明・第１工程における澱物の加熱温度と同様に、切削油の沸点以上が好ましい。
【００２２】
（２）第３工程
第３工程では、上記乾燥物から砥粒を除去するために該乾燥物を分級して、上記細粉を回収する。すなわち、この第３工程は、第１発明の第２工程と同様である。例えば、分級方法は、風力分級が簡便で好ましい。
【００２３】
第２発明により、第１工程および第２工程で澱物から切削油を除去し、また第２工程で得た乾燥物から第３工程で砥粒を除去するので、澱物からガリウム分を簡便に、かつ著しく濃縮することができる。
【００２４】
【実施例】
［実施例１］
リン化ガリウム単結晶（熱分解温度：６８０℃）をワイヤーソーで切断した際に切削屑として発生した澱物を処理した。この澱物は、リン化ガリウムの切削粉、ＳｉＣが主成分の砥粒、および切削油（沸点：２００〜３００℃）を含む。上記澱物を分析した結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
まず、上記澱物７７０ｇ（ガリウム含有量４８．７ｇ）を３００℃で加熱し、切削油分を蒸発させた。得られた乾燥物を分析した結果を表２に示す。
【００２７】
【表２】
0003539200.tif 000003
【００２８】
なお、上記乾燥物を顕微鏡で観察したところ、約１０μｍの粒子と１〜３μｍの粒子とが凝集してより大きな粒子を形成していることが確認された。
【００２９】
上記乾燥物を風力分級機により５μｍを境として分級して、５６ｇの細粉と６２７ｇの粗粉を得た。粗粉の主体をなすものはＳｉＣの砥粒であり、リン化ガリウムは細粉の方に多く含まれる。細粉の分析の結果を表３に示す。
【００３０】
【表３】
0003539200.tif 000004
【００３１】
上記細粉５６ｇから従来方法により金属ガリウムを回収した。すなわち、上記細粉を酸に溶解した後中和して、ガリウムを一旦水酸化ガリウムとした。その後、水酸化ガリウムをアルカリ性溶液に溶解し、電解にて金属ガリウムを回収した。その結果、２１ｇの金属ガリウムが得られた。
【００３２】
［実施例２］
実施例１で用いた澱物７６４ｇ（ガリウム含有量：４８．４ｇ）を灯油（沸点：１５０〜２８０℃）２０００ミリリットルに撹拌・分散した後、永久磁石を入れ磁石吸着物を除去し、該灯油ともども切削油を固液分離した。
【００３３】
得られた固形物を３００℃で加熱して残留灯油分を蒸発させ、乾燥物を得た。この乾燥物を分析した結果を表４に示す。
【００３４】
【表４】
0003539200.tif 000005
【００３５】
なお、上記乾燥物を顕微鏡で観察したところ、約１０μｍの粒子と１〜３μｍの粒子とが分離して存在していることが確認された。
【００３６】
上記乾燥物を風力分級機により５μｍを境として分級して、９２ｇの細粉と５８９ｇの粗粉を得た。粗粉の主体をなすものはＳｉＣの砥粒であり、細粉にはリン化ガリウムが濃縮されている。細粉の分析の結果を表５に示す。
【００３７】
【表５】
0003539200.tif 000006
【００３８】
表５に示す組成の細粉９２ｇから実施例１と同様の方法により金属ガリウムを回収したところ、３７ｇの金属ガリウムが得られた。
【００３９】
［比較例１］
実施例１で用いた澱物７１０ｇ（ガリウム含有量：４４．９ｇ）を３００℃で加熱して切削油分を蒸発させ、実施例１と同様の（表２に示す組成の）乾燥物６３９ｇを得た。
【００４０】
酸溶解・中和以降の実施例１と同様の方法により上記乾燥物６３９ｇから金属ガリウムを回収した。その結果、１７ｇの金属ガリウムが得られた。
【００４１】
実施例１と比較例１との結果を比較すると、次の通りである。
【００４２】
（１）当初の澱物からのガリウム回収率：
実施例１では４３％（２１ｇ／４８．７ｇ×１００）で、比較例１では３８％（１７ｇ／４４．９ｇ×１００）であり、ほぼ同等の値である。
【００４３】
（２）当初の澱物量に対する酸に溶解する細粉量：
実施例１では７％（５６ｇ／７７０ｇ×１００）にまで減少しているのに対して、比較例１では９０％（６３９ｇ／７１０ｇ×１００）にしか減少していない。
【００４４】
（３）酸に溶解する細粉量と回収した金属ガリウム量との比率：
実施例１では２．７（５６ｇ／２１ｇ）であるのに対して、比較例１が３７．６（６３９ｇ／１７ｇ）である。
【００４５】
また、実施例２についての上記と同様の結果は、次の通りである。
【００４６】
（１）当初の澱物からのガリウム回収率は７６％（３７ｇ／４８．４ｇ×１００）で、比較例１や実施例１より著しく高い。
【００４７】
（２）当初の澱物量に対する酸に溶解する乾燥物量は、１２％（９２ｇ／７６４ｇ×１００）で、実施例１より若干多いが比較例１より著しく減少している。
【００４８】
（３）酸に溶解する乾燥物量と回収した金属ガリウム量との比率は２．５（９２ｇ／３７ｇ）で、実施例１と同様に著しく小さい。
【００４９】
以上のことから、分級という簡便な工程を増やしただけで、酸溶解物（実施例１、２では細粉、比較例１では乾燥物）量を著しく減少させる（実施例１は比較例１の１／１３．９（２．７／３７．６））ことができることが分かる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、澱物からガリウム分を簡便に、かつ著しく濃縮する方法、つまり経済的に見合って澱物からガリウム分を回収する方法を提供することができる。