(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫酸廃液を蒸留して硫酸を得る装置が、
硫酸蒸留領域と該硫酸よりも低沸点成分の蒸留領域とが単一蒸留塔で一体化して形成されてなり、前記硫酸蒸留領域が、
原液を入れた容器を加熱して硫酸を含む原液成分を蒸発させる手段と、
原液の沸騰により蒸留領域への原液成分の混入を防ぐ手段と、
硫酸蒸気を液化して目標濃度の硫酸を得ると共に、目標濃度以下の硫酸を原液に還流させる手段と、
を備え、また、低沸点成分の蒸留領域が、
水を主体とする源液中の低沸点成分を蒸留する手段とを少なくとも備えてなることを特徴する硫酸蒸留装置。
【請求項２】
原液を加熱して水を主成分とする低沸点成分を蒸留する工程と、
硫酸二水化物の沸点以下の温度に保持した冷媒により、原液より蒸発してくる硫酸水加物を蒸留して後に原液に還流して硫酸濃度を高めた後、該高濃度の硫酸を採取する工程と、
を含むことを特徴とする硫酸蒸留方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は洗浄処理の終わった硫酸を再生して使用する硫酸蒸留装置に関する。研磨などの表面処理の終わった各種の基板には脱脂や酸洗浄などの洗浄処理が施されているが、酸洗浄として硫酸（Ｈ２  ＳＯ４  ）が一般に使用されている。
【０００２】
例えば、半導体集積回路が形成されているシリコン（Ｓｉ  ）  は引上げ法（  チョクラルスキー法）  などで形成した単結晶インゴットを約５００  μｍ  の厚さにスライスした後、研磨して平滑なウェーハを形成し、次に、濃硫酸に過酸化水素（Ｈ２  Ｏ２  ）を添加した酸化剤を用いて洗浄し、ウェーハ表面に付着している汚染物質や研磨剤などを溶解除去する処理が行われている。
【０００３】
このようにして処理の終わった硫酸はそのまゝ捨てる場合もあるが、高濃度の硫酸が主成分であることから、公害防止と経済的な面から、蒸留して再生する処理が行われている。
【０００４】
【従来の技術】
図２は従来の硫酸蒸留装置の構成を示す断面図であって、低沸点蒸留塔１と高沸点蒸留塔２の二つから形成されている。
【０００５】
以下、Ｓｉ  ウェーハの洗浄に用いた硫酸廃液の場合について説明すると、硫酸廃液は低沸点蒸留塔１のフラスコ２に設けてある注入口３より第１のコック４を経てフラスコ２に注入し、第１のヒータ５により加熱するよう構成されており、また、第１のフラスコ２の上部にある第１の蒸留塔６には冷却用の第１のコンデンサ７と第１の受け皿８と第１の導出管９と第１の受け器１０が設けられている。
【０００６】
また、高沸点蒸留塔２は低沸点蒸留塔１と第２のコック１２を介して連結管１３により連結しており、第２の蒸留塔１４には同様に冷却用の第２のコンデンサ１５と第２の受け皿１６と第２の導出管１７と第２の受け器１８が設けられている。
【０００７】
また、第２のフラスコ１９には第３のコック２０を介して排出口２１があり、また、第２のヒータ２２により加熱できるよう構成されている。
そして、蒸留手順としては、まず、第一のコック４を開けて注入口３より硫酸廃液２４を注入し、第１のコンデンサに冷却水２５を供給して循環させてある状態で１００  ℃以上にまで加熱し、硫酸廃液２４に含まれている水（低沸点溶液）を蒸留して第１の受け器１０に溜めて分離する。
【０００８】
このようにして、硫酸廃液２４に含まれている水分を除去した後は、第２のコック１２を開け、連結管１３により硫酸廃液２４を第１のフラスコ２より第２のフラスコ１９に移し、第２のコンデンサ１５を冷却水２７で冷却している状態で第２のヒータ２２により硫酸廃液２４を硫酸の沸点以上の温度（例えば３６０  ℃）に加熱することにより硫酸を蒸留して第２の受け器１８に溜めて分離する。
【０００９】
そして、第２のフラスコ１９の底部には高沸点の硫酸塩が残留するが、これは第３のコック２０を開けて排出口２１より分離している。
このように従来は二段蒸留法により硫酸廃液の再生が行われていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
先に記したように従来の硫酸廃液の再生には二段蒸留法が使用されている。
然し、二個のヒータを使用するなど経済的に問題がある。そこで、単一蒸留により硫酸を再生させることが課題である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は硫酸蒸留領域が、蒸留する硫酸原液を入れた容器を加熱して硫酸を含む原液成分を気化させる手段と、
原液の沸騰により蒸留領域への原液の混入を防ぐ手段と、
硫酸蒸気を液化して目標濃度の硫酸を得ると共に、目標濃度以下の硫酸を原液に還流させる手段とを備え、
また、低沸点成分の蒸留領域が水を主体とする源液中の低沸点成分を液化する手段とを少なくとも備え、
硫酸蒸留領域と硫酸よりも低沸点成分の蒸留領域とを単一蒸留塔で一体化して硫酸蒸留装置を形成することにより解決することができる。
【００１２】
【作用】
本発明は単一蒸留法で硫酸廃液を再生する方法として硫酸廃液を入れたフラスコの近くに硫酸蒸留領域を設け、一方、低沸点成分（水分）の蒸留領域をこれと離して設けることにより単一蒸留を実現するものである。
【００１３】
こゝで、硫酸は３４０  ℃で分解する強酸であるが、共沸混合物であるために一定の沸点を示さず、例えば、市販の濃硫酸の濃度は９７％であり、加熱すると約２９０  ℃から三酸化硫黄（ＳＯ３  ）を放出して分解を始め、沸点は３１５  ℃から３３８  ℃に上昇して濃度が９８．３％に上昇すると云う性質がある。
【００１４】
このように硫酸はＳＯ３  −Ｈ２  Ｏ系から構成されており、この系の中にはＨ２  ＳＯ４  以外にＨ２  ＳＯ４  −Ｈ２  Ｏ（沸点２９０  ℃），Ｈ２  ＳＯ４  −２Ｈ２  Ｏ（沸点１６７  ℃）が存在し、それぞれその温度で蒸留される。そのため、濃Ｈ２  ＳＯ４  を得るためには少なくとも３００  ℃以上に加熱する必要がある。
【００１５】
然し、この加熱過程においてＨ２  ＳＯ４  −Ｈ２  ＯやＨ２  ＳＯ４  −２Ｈ２  Ｏなどの水加物が蒸留してくるので、Ｈ２  ＳＯ４  組成のものを得ようとする場合は、他の水加物は蒸留液の受け器には行かないようにすると共に、この水加物の脱水を進行させ、最終的にはＨ２  ＳＯ４  にして蒸留させる必要がある。
【００１６】
また、硫酸廃液を３００  ℃以上にまで加熱する場合には沸騰により廃液が蒸留領域まで飛散して蒸留液に混入する恐れがあり、これらを考慮して単一蒸留塔を形成する必要がある。
【００１７】
【実施例】
図１は本発明に係る単一蒸留方式をとる硫酸蒸留装置の断面図である。
すなわち、硫酸蒸留装置は総て石英からなり、蒸留を行うフラスコ３０には蒸留塔３１と硫酸廃液２４を供給する注入口３２があり、また、硫酸水加物を還流する還流管３３を備えて構成されている。
【００１８】
こゝで、蒸留塔３１は硫酸蒸留領域３４と低沸点成分蒸留領域３５とからなり、硫酸蒸留領域には第１のコンデンサ３６と第１の温度計３７と第２の温度計３８があり、硫酸蒸留時の蒸気温度を計測する。
【００１９】
また、第１のコンデンサ３６の下には第１の受け皿４０があり、第１の導出管４１を経て硫酸受け器４２がある。また、第１の導出管４１の途中には第１のコック４３、また、還流管３３には第２のコック４４がある。
【００２０】
次に、低沸点成分蒸留領域３５には第２のコンデンサ４５があり、この下には第２の受け器４６がある。
また、フラスコ３０の下には第３のコック４８を経て廃液を取り出す排出口４９があり、また、フラスコ３０の下部を覆ってヒータ５０が設けられている。
【００２１】
なお、蒸留塔３１の硫酸蒸留領域３４の下には多孔質のフィルタ５２があり、沸騰した硫酸廃液の飛沫が硫酸蒸留領域３４に侵入して第１の受け皿４０に溜まるのを防いでいる。
【００２２】
こゝで、この蒸留装置の動作手順としては、注入口３２に繋がる第４のコック５１を開けて硫酸廃液２４をフラスコ３０に注入した後、第４のコック５１を閉じ、ヒータ５０に通電して廃液２４を加熱する。
【００２３】
なお、硫酸蒸留領域３４の第１のコンデンサ３６には水の沸点以上で硫酸２水加物の沸点（１６７  ℃）以下の温度の冷媒を循環しておく。また、低沸点成分蒸留領域３５の第２のコンデンサ４５には水を循環しておく。
【００２４】
このような状態で、硫酸廃液２４の温度が１００  ℃に達すると、低沸点成分すなわち水は沸騰を始め、水蒸気はフイルタ５２と第１のコンデンサ３６を通り、低沸点成分蒸留領域３５に達し、第２のコンデンサ４５において冷却されて水となり、第２の受け器４６に溜まる。
【００２５】
次に、硫酸廃液２４の内で遊離水が蒸発して無くなると、液温は１６７  ℃に上がって硫酸２水加物（Ｈ２  ＳＯ４  −２Ｈ２  Ｏ）の蒸発が始まるが、この際に第１のコンデンサ３６に流れる冷媒として例えば沸点が２１５  ℃の弗素系不活性有機溶剤（  品名フロリナートＦＣ−７０，３Ｍ社製）を１５０  ℃に保持して循環させておくと、硫酸二水加物は蒸留されて第１の受け皿４０に溜まるが、第１の導出管４１にある第１のコック４３を閉じ、還流管３３にある第２のコック４４を開けておくことによりフラスコ３０に還流され、これが繰り返されるが、この際の硫酸二水加物の蒸気温度と蒸留後の蒸気温度は第１の温度計３７と第２の温度計３８で測定しておく。
【００２６】
こゝで、還流が繰り返される過程で水は次第に除去されることから、硫酸二水加物の平衡はずれて硫酸一水加物（Ｈ２  ＳＯ４  −Ｈ２  Ｏ）に変わり、硫酸廃液２４の温度は２９０  ℃に上がって硫酸一水加物の蒸発が始まり、第１のコンデンサ３６で冷却されて第１の受け皿４０に溜まるが、従来と同様に第１のコック４３は閉じ、第２のコック４４は開いておき、硫酸一水加物はフラスコ３０に還流させておく。
【００２７】
このようにして還流を続けると、硫酸一水加物の平衡は次第にずれて硫酸廃液２４の温度が上昇して第１の温度計の測定温度が３００  ℃を超えると、この蒸気は硫酸無水物の含有量が増していることを意味しているので、第１のコック４３を開け、第２のコック４４を閉じて硫酸を第１の導出管４１を通して硫酸受け器４２に溜めてゆく。
【００２８】
なお、このようにして蒸留を続ける場合にフラスコ３０の底部に残っているものは高沸点の硫酸塩であるから、定期的に第３のコック４８を開けて排出口４９から除去する。
【００２９】
このような方法をとることにより、濃硫酸の再生が可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の実施により従来よりも少ない電力で濃硫酸を再生させ繰り返し洗浄に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る硫酸蒸留装置の構成を示す断面図である。
【図２】従来の硫酸蒸留装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
２４                    硫酸廃液
３０                    フラスコ
３１          蒸留塔
３３          還流管
３４          硫酸蒸留領域
３５          低沸点成分蒸留領域
３６          第１のコンデンサ
３７          第１の温度計
３８          第２の温度計
４０          第１の受け皿
４１          第１の導出管
４２          硫酸受け器
４３          第１のコック
４４          第２のコック
【図１】
0003559076.tif 000002
【図２】
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