(57)【要約】【課題】ＣＭＰ排水から粉体を得る。【解決手段】粉体製造装置は、ＣＭＰ排水を処理する濾過装置１０と、濾過装置１０により高濃度に濃縮されたスラリーを乾燥させる真空凍結乾燥器２０とからなり、濾過装置１０内には、孔径が０．２５μｍの濾過膜の表面にゲル層を形成したゲル濾過膜が少なくとも１枚以上配設された膜モジュール１２が配置されている。さらにポンプ１４により膜モジュール１２のゲル濾過膜内から排水が吸引される。濾過装置１０により得られた高濃度スラリーをそのままの形態で各用途に供してもよく、搬送ポンプ１６により真空凍結乾燥器２０に搬送し乾燥して粉体が得てもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐＨを３以上８以下に調整した低濃度微粒子含有溶液を１重量％から５０重量％の高濃度微粒子含有スラリーに濃縮することを特徴とする高濃度微粒子濃縮物。
【請求項２】
ｐＨを３以上８以下に調整した低濃度微粒子含有溶液を１重量％から５０重量％の高濃度微粒子含有スラリーに濃縮することを特徴とする高濃度微粒子濃縮物の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の高濃度微粒子濃縮物である前記高濃度微粒子含有スラリーを、さらに、乾燥後に得る粉体粒径に応じて、再分散時に微粒子含有スラリー濃度を調整し、次いで乾燥を行うことを特徴とする粉体製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載の高濃度微粒子含有スラリーを、さらに、乾燥後に得る粉体粒径に応じて、再分散時に微粒子含有スラリー濃度を調整し、次いで乾燥を行うことを特徴とする粉体製造方法。
【請求項５】
ｐＨを３以上８以下に調整した２０重量％から５０重量％の濃度の微粒子を含有するスラリーを真空凍結乾燥させて粉体を生成させることを特徴とする粉体製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の前記微粒子の平均粒径は、５０ｎｍから５００ｎｍであることを特徴とする高濃度微粒子濃縮物。
【請求項７】
請求項２に記載の前記微粒子の平均粒径は、５０ｎｍから５００ｎｍであることを特徴とする高濃度微粒子濃縮物の製造方法。
【請求項８】
請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の前記微粒子の平均粒径は、５０ｎｍから５００ｎｍであることを特徴とする粉体製造方法。
【請求項９】
請求項１に記載の高濃度微粒子濃縮物において、前記低濃度微粒子含有溶液は、ＣＭＰ排水であることを特徴とする高濃度微粒子濃縮物。
【請求項１０】
請求項２に記載の高濃度微粒子濃縮物の製造方法において、前記低濃度微粒子含有溶液は、ＣＭＰ排水であることを特徴とする高濃度微粒子濃縮物の製造方法。
【請求項１１】
請求項１または請求項６に記載の高濃度微粒子濃縮物において、
前記微粒子は、少なくともＳｉＯ2を含むことを特徴とする高濃度微粒子濃縮物。
【請求項１２】
請求項２または請求項７に記載の高濃度微粒子濃縮物の製造方法において、
前記微粒子は、少なくともＳｉＯ2を含むことを特徴とする高濃度微粒子濃縮物の製造方法。
【請求項１３】
請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のに記載の粉体製造方法において、
前記微粒子は、少なくともＳｉＯ2を含むことを特徴とする粉体製造方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の高濃度微粒子濃縮物において、前記低濃度微粒子含有溶液は、ｐＨが３以上８以下になるように、酸性ＣＭＰ排水と塩基性ＣＭＰ排水とを混合して調整されることを特徴とする高濃度微粒子濃縮物。
【請求項１５】
請求項２に記載の高濃度微粒子濃縮物の製造方法において、前記低濃度微粒子含有溶液は、ｐＨが３以上８以下になるように、酸性ＣＭＰ排水と塩基性ＣＭＰ排水とを混合して調整されることを特徴とする高濃度微粒子濃縮物の製造方法。
【請求項１６】
請求項１または請求項６に記載の高濃度微粒子濃縮物において、
前記微粒子は、少なくともＳｉＯ2、セリア、アルミナ、チタニア、金属水酸化物、酸化物、セラミック、インジウム、水酸化鉄、弗化カルシウムを含むことを特徴とする高濃度微粒子濃縮物。
【請求項１７】
請求項２または請求項７に記載の高濃度微粒子濃縮物の製造方法において、
前記微粒子は、少なくともＳｉＯ2、セリア、アルミナ、チタニア、金属水酸化物、酸化物、セラミック、インジウム、水酸化鉄、弗化カルシウムを含むことを特徴とする高濃度微粒子濃縮物の製造方法。
【請求項１８】
請求項３、請求項４、請求項８のいずれか１項に記載の粉体製造方法において、
前記微粒子は、少なくともＳｉＯ2、セリア、アルミナ、チタニア、金属水酸化物、酸化物、セラミック、インジウム、水酸化鉄、弗化カルシウムを含むことを特徴とする粉体製造方法。
【請求項１９】
請求項５に記載の粉体製造方法において、
前記微粒子は、少なくともＳｉＯ2、セリア、アルミナ、チタニアを含むことを特徴とする粉体製造方法。
【請求項２０】
請求項３，４，５，８，１３，１８，１９のいずれか１項に記載の粉体製造方法において、
得られた粉体の比表面積は、１０ｍ2／ｇから４００ｍ2／ｇであることを特徴とする粉体製造方法。
【請求項２１】
請求項５，８，１３，１９，２０のいずれか１項に記載の粉体製造方法において得られた粉体の平均粒径が５μｍから１００μｍであることを特徴とする粉体。
【請求項２２】
請求項３，４，８，１３，１８，１９，２０のいずれか１項に記載の粉体製造方法において得られる粉体である。
【請求項２３】
請求項１，６，９，１１，１４，１６のいずれか１項に記載の高濃度微粒子濃縮物を含有する上薬。
【請求項２４】
請求項１，６，９，１１，１４，１６のいずれか１項に記載の高濃度微粒子濃縮物を含有する研磨剤。
【請求項２５】
請求項１，６，９，１１，１４，１６のいずれか１項に記載の高濃度微粒子濃縮物を含有する化粧料。
【請求項２６】
請求項３，４，５，８，１３，１９，２０のいずれか１項に記載の粉体製造方法において得られた粉体からなる多孔質材料。
【請求項２７】
請求項３，４，５，８，１３，１９，２０のいずれか１項に記載の粉体製造方法において得られた粉体を含有する化粧料。
【請求項２８】
請求項３，４，５，８，１３，１９，２０のいずれか１項に記載の粉体製造方法において得られた粉体を含有する吸着剤。
【請求項２９】
請求項３，４，５，８，１３，１９，２０のいずれか１項に記載の粉体製造方法において得られた粉体を含有するセラミック。
【請求項３０】
請求項３，４，５，８，１３，１９，２０のいずれか１項に記載の粉体製造方法において得られた粉体を含有する濾過助剤。
【請求項３１】
請求項３，４，５，８，１３，１９，２０のいずれか１項に記載の粉体製造方法において得られた粉体を含有する親水処理剤。
【請求項３２】
請求項３，４，５，８，１３，１９，２０のいずれか１項に記載の粉体製造方法において得られた粉体を含有する分析機器用充填剤。
【請求項３３】
請求項３，４，５，８，１３，１９，２０のいずれか１項に記載の粉体製造方法において得られた粉体を含有する印刷用トナーの添加剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高濃度微粒子濃縮物、高濃度微粒子濃縮物の製造方法、粉体および粉体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造に使用するシリコン基板及びウェーハのような薄い基板は、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）システムを使用して研磨され、平坦化される。一般に、ＣＭＰシステムは、半導体装置の製造工程において露光を施す層を完全に平坦化し、露光技術の負担を軽減し、歩留まりを安定させることができるため、例えば、層間絶縁膜、ＢＰＳＧ膜の平坦化、シャロー・トレンチアイソレーション分離等を行う際に必須となる技術である。
【０００３】
半導体装置の製造工程において、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、化学的蒸着法）、低圧−ＣＶＤ等の方法で形成される酸化ケイ素絶縁膜等無機絶縁膜層を平坦化するためのＣＭＰ研磨剤として、例えば酸化セリウム（セリア、ＣｅＯ2）、シリカ粒子、アルミナ粒子、チタニア（酸化チタン、ＴｉＯ2）粒子などが適用されている。また、上記研磨剤は、通常、水等の溶媒などに分散され、さらに、適宜水酸化カリウムなどの化学反応触媒や有機高分子や界面活性剤などの分散剤が、この分散液に添加されて、研磨スラリーが形成されている。
【０００４】
このＣＭＰシステムでは、リテーニングによって、キャリアプレートまたは圧力板と回転可能な研磨テーブルまたはプラテンによって支持される研磨パッドの間に、基板（例えば、半導体ウェーハ）が配置され、研磨される。研磨パッドには、基板を研磨パッドの表面に密着させた際でも基板の中央部まで上記研磨スラリーを供給可能なように、その表面に微細な溝が形成されており、研磨している間、研磨パッドには、上述したような研磨スラリーがポンプ等で連続的に供給されている。
【０００５】
このようなＣＭＰシステムにより、ＳｉＯ2絶縁膜表面の凹凸を解消し、半導体基板全面に渡って、平滑な面とすることができる。
【０００６】
なお、半導体基板上のＳｉＯ2絶縁膜層のＣＭＰについて説明したが、これに限るものではなく、所定の配線を有する配線板、ガラス、窒化ケイ素等の無機絶縁膜、フォトマスク・レンズ・プリズム等の光学ガラス、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）等の無機導電膜、ガラス及び結晶質材料で構成される光集積回路・光スイッチング素子・光導波路、光ファイバの端面、シンチレータ等の光学用単結晶、固体レーザ単結晶、青色レーザー用ＬＥＤサファイア基板、ＳｉＣ，ＧａＰ，ＧａＡｓ等の半導体単結晶、磁気ディスク用ガラス基板、磁気ヘッド等も、ＣＭＰにより研磨される。
【０００７】
上記ＣＭＰシステムにおいて排出されるＣＭＰ排水には、例えば、研磨剤に用いたセリア粒子、シリカ粒子、アルミナ粒子、チタニア粒子、及び研磨された金属化合物の微粒子などの有用な金属化合物の微粒子が含まれている。
【０００８】
そこで、これら有用な金属化合物微粒子を回収して再利用することが望まれている。
【０００９】
近年、例えば、ＣＭＰ排水中に含まれる金属化合物の微粒子を濾過膜を用いて濃縮する装置が開発されている。この従来の装置では、ＣＭＰ排水中の微粒子を１０００〜５０００ｍｇ／リットルまで濃縮することができるようになってきている。
【００１０】
しかしながら、この程度の濃縮度では微粒子の再利用には難しかった。
【００１１】
そこで、ごく最近、孔径が０．２５μｍの濾過膜の表面に、ゲル濾過膜を形成し、さらに、濾過膜内から排水をポンプで吸引する形式として、また、膜表面の洗浄は空気の泡を軽く発生させるだけとした濾過装置「スラリークローザ」（商品名）が開発されている（例えば、特許文献１）。上記濾過装置によれば、例えば微粒子を１万〜３０万ｍｇ／リットルまで濃縮することができ、濃縮効率が著しく向上する。
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−１３５９１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
この高濃縮した微粒子スラリーの付加価値を向上させることが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、例えば、排水中から回収された微粒子の付加価値を増大させ、さらなるリサイクル向上を図ることを目的とする。
【００１５】
本発明は、以下の特徴を有する。
【００１６】
（１）ｐＨを３以上８以下に調整した低濃度微粒子含有溶液を１重量％から５０重量％の高濃度微粒子含有スラリーに濃縮することにより得られる高濃度微粒子濃縮物である。
【００１７】
上述のような高濃度微粒子濃縮物は、そのままでも各分野に用いることができ、また高濃縮であるため乾燥（水分調節）を行っても短時間で所望の粉体を得ることができる。
【００１８】
（２）ｐＨを３以上８以下に調整した低濃度微粒子含有溶液を１重量％から５０重量％の高濃度微粒子含有スラリーに濃縮する高濃度微粒子濃縮物の製造方法である。
【００１９】
上述同様、高濃度微粒子濃縮物は、そのままでも各分野に用いることができ、また高濃縮であるため乾燥（水分調節）を行っても短時間で所望の粉体を得ることができる。
【００２０】
（３）上記（１）記載の高濃度微粒子濃縮物である前記高濃度微粒子含有スラリーを、さらに、乾燥後に得る粉体粒径に応じて、再分散時に微粒子含有スラリー濃度を調整し、次いで乾燥（水分調節）を行う粉体製造方法である。
【００２１】
高濃度微粒子含有スラリーを、さらに、乾燥後に得る粉体粒径に応じて、再分散時の微粒子スラリー濃度を調整するため、後の乾燥（水分調節）において、所望の会合状態、すなわち所望の粒径の粉体を得ることができる。
【００２２】
（４）上記（２）に記載の高濃度微粒子含有スラリーを、さらに、乾燥後に得る粉体粒径に応じて、再分散時に微粒子含有スラリー濃度を調整し、次いで乾燥を行う粉体製造方法である。
【００２３】
上述同様、高濃度微粒子含有スラリーを、さらに、乾燥後に得る粉体粒径に応じて、再分散時の微粒子スラリー濃度を調整するため、後の乾燥（水分調節）において、所望の会合状態、すなわち所望の粒径の粉体を得ることができる。
【００２４】
（５）ｐＨを３以上８以下に調整した２０重量％から５０重量％の濃度の微粒子を含有するスラリーを真空凍結乾燥させて粉体を生成させる粉体製造方法である。
【００２５】
高濃度粉体のスラリーを用いて真空凍結乾燥を行うため、粉体乾燥の時間を大幅に短縮することができるとともに、スラリーより付加価値の高い粉体を得ることができる。
【００２６】
（６）上記（１）に記載の前記微粒子の平均粒径は、５０ｎｍから５００ｎｍである高濃度微粒子濃縮物である。
【００２７】
（７）上記（２）に記載の前記微粒子の平均粒径は、５０ｎｍから５００ｎｍである高濃度微粒子濃縮物の製造方法である。
【００２８】
（８）上記（３），（４），（５）のいずれか１つに記載の前記微粒子の平均粒径は、５０ｎｍから５００ｎｍである粉体製造方法である。
【００２９】
（９）上記（１）に記載の高濃度微粒子濃縮物において、前記低濃度微粒子含有溶液は、ＣＭＰ排水である。
【００３０】
（１０）上記（２）に記載の高濃度微粒子濃縮物の製造方法において、前記低濃度微粒子含有溶液は、ＣＭＰ排水である。
【００３１】
（１１）上記（１）または（６）に記載の高濃度微粒子濃縮物において、前記微粒子は、少なくともＳｉＯ2を含む。
【００３２】
（１２）上記（２）または（７）に記載の高濃度微粒子濃縮物の製造方法において、前記微粒子は、少なくともＳｉＯ2を含む。
【００３３】
（１３）上記（３），（４），（５）のいずれか１つに記載の粉体製造方法において、前記微粒子は、少なくともＳｉＯ2を含む。
【００３４】
上記ＳｉＯ2は、試薬として広範囲な分野に用いられる有用な物質であるため、粉体として得ることによって付加価値が増大する。
【００３５】
（１４）上記（１）に記載の高濃度微粒子濃縮物において、前記低濃度微粒子含有溶液は、ｐＨが３以上８以下になるように、酸性ＣＭＰ排水と塩基性ＣＭＰ排水とを混合して調整される。
【００３６】
（１５）上記（２）に記載の高濃度微粒子濃縮物の製造方法において、前記低濃度微粒子含有溶液は、ｐＨが３以上８以下になるように、酸性ＣＭＰ排水と塩基性ＣＭＰ排水とを混合して調整される。
【００３７】
（１６）上記（１）または（６）に記載の高濃度微粒子濃縮物において、前記微粒子は、少なくともＳｉＯ2、セリア、アルミナ、チタニア、金属水酸化物、酸化物、セラミック、インジウム、水酸化鉄、弗化カルシウムを含む。
【００３８】
（１７）上記（２）または（７）に記載の高濃度微粒子濃縮物の製造方法において、前記微粒子は、少なくともＳｉＯ2、セリア、アルミナ、チタニア、金属水酸化物、酸化物、セラミック、インジウム、水酸化鉄、弗化カルシウムを含む。
【００３９】
（１８）上記（３），（４），（８）のいずれか１つに記載の粉体製造方法において、前記微粒子は、少なくともＳｉＯ2、セリア、アルミナ、チタニア、金属水酸化物、酸化物、セラミック、インジウム、水酸化鉄、弗化カルシウムを含む。
【００４０】
上述の微粒子は、いずれも有用な金属化合物であり、回収再利用が望まれている。
【００４１】
（１９）上記（５）に記載の粉体製造方法において、前記微粒子は、少なくともＳｉＯ2、セリア、アルミナ、チタニアを含む。
【００４２】
例えば、後述するＣＭＰ排水中に含まれる上記少なくともＳｉＯ2、セリア、アルミナ、チタニアを広範囲な用途に利用可能な付加価値の高い粉体として得ることができる。
【００４３】
（２０）上記（３），（４），（５），（８），（１３），（１８），（１９）のいずれか１つに記載の粉体製造方法において、得られた粉体の比表面積は、１０ｍ2／ｇから４００ｍ2／ｇである。
【００４４】
乾燥を行うことにより、得られる粉体の比表面積を増大させることができる。さらに、乾燥の条件を変更させることにより、得られる粉体の比表面積の度合いを制御することができる。
【００４５】
（２１）上記（５），（８），（１３），（１９），（２０）に記載の粉体製造方法において得られた粉体の平均粒径が５μｍから１００μｍであることを特徴とする粉体。
【００４６】
（２２）上記（３），（４），（８），（１３），（１８），（１９），（２０）のいずれか１つに記載の粉体製造方法において得られる粉体である。
【００４７】
（２３）上記（１），（６），（９），（１１），（１４），（１６）のいずれか１つに記載の高濃度微粒子濃縮物を含有する上薬である。
【００４８】
（２４）上記（１），（６），（９），（１１），（１４），（１６）のいずれか１つに記載の高濃度微粒子濃縮物を含有する研磨剤である。
【００４９】
（２５）上記（１），（６），（９），（１１），（１４），（１６）のいずれか１つに記載の高濃度微粒子濃縮物を含有する化粧料である。
【００５０】
（２６）上記（３），（４），（５），（８），（１３），（１９），（２０）のいずれか１つに記載の粉体製造方法において得られた粉体からなる多孔質材料である。
【００５１】
（２７）上記（３），（４），（５），（８），（１３），（１９），（２０）のいずれか１つに記載の粉体製造方法において得られた粉体を含有する化粧料である。
【００５２】
（２８）上記（３），（４），（５），（８），（１３），（１９），（２０）のいずれか１つに記載の粉体製造方法において得られた粉体を含有する吸着剤である。
【００５３】
（２９）上記（３），（４），（５），（８），（１３），（１９），（２０）のいずれか１つに記載の粉体製造方法において得られた粉体を含有するセラミックである。
【００５４】
（３０）上記（３），（４），（５），（８），（１３），（１９），（２０）のいずれか１つに記載の粉体製造方法において得られた粉体を含有する濾過助剤である。
【００５５】
（３１）上記（３），（４），（５），（８），（１３），（１９），（２０）のいずれか１つに記載の粉体製造方法において得られた粉体を含有する親水処理剤である。
【００５６】
（３２）上記（３），（４），（５），（８），（１３），（１９），（２０）のいずれか１つに記載の粉体製造方法において得られた粉体を含有する分析機器用充填剤である。
【００５７】
（３３）上記（３），（４），（５），（８），（１３），（１９），（２０）のいずれか１つに記載の粉体製造方法において得られた粉体を含有する印刷用トナーの添加剤である。
【発明の効果】
【００５８】
本発明によれば、リサイクル可能な高濃度スラリーおよびこのスラリーに比べ付加価値の高い粉体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】
以下に、本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００６０】
図１に、本発明の粉体製造方法に用いる粉体製造装置の構成を示す。図１に示すように、本実施の形態の粉体製造装置は、大きく分けて、上述したＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）排水を処理する濾過装置１０と、この濾過装置１０により高濃度、１重量％〜５０重量％、好ましくは２０重量％〜５０重量％まで濃縮されたスラリーを真空凍結乾燥を行う真空凍結乾燥器２０とからなる。そして、濾過装置１０内には、上述したように、孔径が０．２５μｍの濾過膜の表面に、ゲル層を形成したゲル濾過膜が少なくとも１枚以上配設された膜モジュール１２が配置されている。さらに、ポンプ１４は、膜モジュール１２のゲル濾過膜内から排水を吸引する。なお、上記濾過装置１０としては、例えば、さらに膜表面に空気の泡を軽く発生させている「スラリークローザ」（商品名）（三洋アクアテクノ株式会社製）が好ましい。
【００６１】
上記ＣＭＰ排水中の微粒子としては、例えば、ＣＭＰシステムに用いた研磨剤、例えば、酸化セリウム（セリア、ＣｅＯ2）、シリカ粒子、アルミナ粒子、チタニア（酸化チタン、ＴｉＯ2）粒子が挙げられ、これら研磨剤の微粒子がＣＭＰ排水の主成分であるが、その他、半導体基板のＳｉＯ2絶縁膜層の研磨屑であるＳｉＯ2粒子や、金属水酸化物、酸化物、セラミック、インジウム、水酸化鉄、弗化カルシウムなども含まれている。
【００６２】
特に、半導体基板のＳｉＯ2絶縁膜層をシリカ粒子からなる研磨剤を用いて研磨した際に発生するＣＭＰ排水は、そのｐＨが１０付近であることから塩基性ＣＭＰ排水と称され、この塩基性ＣＭＰ排水は、ＣＭＰ排水中の無機微粒子がほぼ１００％ＳｉＯ2である。そして、ＣＭＰ排水としては、上記塩基性ＣＭＰ排水の占める割合が多い。一方、半導体分野又はそれ以外の分野における研磨の際に生じるものであって、ＳｉＯ2以外の金属を多く含むＣＭＰ排水は、そのｐＨが２付近であることから酸性ＣＭＰ排水と称されている。
【００６３】
このような、ＣＭＰ排水中の微粒子の平均粒径は、５０ｎｍから５００ｎｍであって、コロイドといわれる粒子の粒子径範囲であり、好ましくは５０ｎｍから２００ｎｍであり、通常は、１００ｎｍ付近のものが多い。例えば、微粒子がＳｉＯ2の場合は、コロイダルシリカの状態である。
【００６４】
上記濾過装置１０に供給する低濃度微粒子含有溶液、特にＣＭＰ排水のｐＨは、３以上８以下に調整されていることが好ましい。図２に示すように、無機微粒子が１００％ＳｉＯ2である低濃度微粒子含有溶液において、ｐＨ４付近での比表面積が最も高く、このｐＨが等電点であることが分かる。また、上述した粉体製造装置により濃縮・真空凍結乾燥した後のＳｉＯ2粉体の比表面積が、高機能粒子として使用可能な比表面積１３０ｍ2／ｇ以上であるためには、ｐＨ８以下であることが望ましいことが分かる。一方、低濃度微粒子含有溶液のｐＨが３未満の場合、比表面積が減少していくだけでなく、濾過装置１０における濃縮処理の際に腐食が発生するおそれがあることから好ましくない。
【００６５】
更に、低濃度微粒子含有溶液のｐＨと濃縮・真空凍結乾燥後の粉体の比表面積の関係について、ＳｉＯ2微粒子のみを含む低濃度微粒子含有溶液を例にとって、図３〜図５を用いて詳細に説明する。
【００６６】
図３に示すように、ＳｉＯ2微粒子含有溶液のｐＨが等電点ｐＨ４より低い、すなわち４未満場合（ここで、「酸性溶液」という）には、微粒子表面の帯電により粒子間斥力によって粒子間距離が開き、その結果、凝集し難く、比表面積が小さくなる傾向がある。また、図４に示すように、ＳｉＯ2微粒子含有溶液のｐＨが等電点ｐＨ４より大きい、すなわち４を超えた場合（ここで、「塩基性溶液」という）も、微粒子表面の帯電により粒子間斥力によって粒子間距離が開き、その結果、凝集し難くなり、比表面積が小さくなる傾向がある。一方、図５に示すように、ＳｉＯ2微粒子含有溶液のｐＨが等電点ｐＨ４の場合（ここで、「中性溶液」という）には、微粒子表面が帯電していないので、粒子間斥力が生じず、粒子間距離が近接し粒子が凝集し易くなり、その結果、比表面積が大きくなる。
【００６７】
上記低濃度微粒子含有溶液のｐＨの調整方法としては、（ａ）上述した酸性ＣＭＰ排水と塩基性ＣＭＰ排水とを適宜混合して、ｐＨを３以上８以下の調整してもよい。また、（ｂ）酸性および／または塩基性ＣＭＰ排水にｐＨ調整剤を添加してｐＨ調整済みの低濃度微粒子含有溶液を調製してもよい。ここで、ｐＨ調整剤としては、例えば、水酸化カリウム、水酸化アンモニウムなどを用いることができる。また、他の態様として、（ｃ）上記濃縮装置１０にｐＨ未調整の低濃度微粒子含有溶液を供給したのち、適宜上記濃縮装置１０内でｐＨを上記ｐＨ調整剤により調整してもよい。更に、他の態様として、（ｄ）ｐＨ未調整の低濃度微粒子含有溶液を上記濃縮装置１０に供給し、濃縮装置１０内でｐＨをモニターしながらｐＨが３以上８以下の範囲を超える場合には、その濃縮処理を終了させて、高濃度微粒子含有スラリーとしてもよい。
【００６８】
本実施の形態では、ＣＭＰ排水としては、特にＳｉＯ2微粒子を主体とする塩基性ＣＭＰ排水のｐＨを調整して濃縮・真空凍結乾燥を行うことが好ましい。かかる場合、純度の高い純粋なＳｉＯ2粉体が得られることから、高付加価値粉体として再利用することができる。
【００６９】
また、上記低濃度微粒子含有溶液を上記濾過装置１０により高濃度、１重量％〜５０重量％、好ましくは２０重量％〜５０重量％まで濃縮したスラリーにすることが好ましい。特に、２０重量％〜５０重量％に高濃度に濃縮したスラリーを真空凍結乾燥を行うことにより、乾燥時間を大幅に短縮することができ、また、得られた粉体の粒径を均一に保つことができる。
【００７０】
本実施の形態では、高濃度微粒子含有スラリーの乾燥を行うための乾燥器として、真空凍結乾燥器２０を用いることが好ましい。真空凍結乾燥の条件としては、高濃度微粒子含有スラリーの濃度に応じて適宜選択されるが、例えば、−７０℃から０℃、好ましくは−６０℃から−５℃、より好ましくは−１０℃から−５℃（氷温）で、真空度が２〜５ｍｍＨｇ（２．７〜６．７ｈＰａ（Ｎ／ｍ2））であることが好ましい。真空凍結乾燥器としては、例えば、「ＴＦＤ−５５０−８ＳＰ」（株式会社 宝製作所  製）を用いることができる。
【００７１】
ここで、本発明者らの実験によれば、上記濃縮装置１０にて３０重量％まで濃縮したスラリー中の微粒子の平均粒径が１８．５μｍである場合に、凍結乾燥を行うと、粉砕することなく、その粉体の平均粒径は５９．０μｍであった。一方、同スラリーを加熱乾燥を行った場合、微粒子が焼結体となるため乳鉢で粉砕した。この粉砕した粉体の平均粒径は１２０．８μｍであった。したがって、粒子径の小さい粉体を得たい場合には、真空凍結乾燥を行うことが好ましい。
【００７２】
上記濾過装置１０により得られた高濃度微粒子濃縮物である高濃度スラリーは、そのままの形態で、焼き物の上薬、化粧料、研磨剤として用いることができる。また、用途に応じて、上記高濃度微粒子濃縮物に適宜他の添加剤を加えてもよい。
【００７３】
また、上述の粉体製造装置で、上述の条件により真空凍結乾燥を行うことにより得られる粉体の平均粒径は、５μｍから１００μｍであり、例えば粉体がＳｉＯ2である場合、平均粒径３０μｍ付近の粉体、すなわちヒュームドシリカが得られる。
【００７４】
また、上記濾過装置１０により得られた高濃度微粒子含有スラリーを、さらに、乾燥後に得る粉体粒径に応じて、再分散時に微粒子スラリー濃度を調整してから、乾燥を行うことが望ましい。
【００７５】
上記乾燥工程において、例えば真空凍結乾燥工程において、真空状態及び乾燥温度を適宜調整することによって、乾燥粉体の粒径を制御することができる。これにより、得られた粉体の用途に応じて、所望の粒径の粉体を精製させることができる。
【００７６】
また、上記乾燥において得られる粉体の比表面積は、１０ｍ2／ｇから４００ｍ2／ｇである。
【００７７】
乾燥を行うことにより、得られる粉体の比表面積を増大させることができる。さらに、乾燥の条件を変更させることにより、得られる粉体の比表面積の度合いを制御することができる。
【００７８】
上述の粉体製造装置及び粉体製造方法により得られた、粉体は、例えば、多孔質材料、化粧料、吸着剤、セラミック、濾過助剤、親水処理剤、分析機器用充填剤（例えば、ガスクロマトグラフィーなどの充填剤）、印刷用トナーの添加剤などに用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
高濃度スラリーは、そのスラリーに含有されている粉体に応じてその用途は適宜選択されるが、例えば、焼き物の上薬、化粧料、研磨剤として用いることができる。
【００８０】
また、ＣＭＰ排水を乾燥して得られた粉体を利用可能な分野であれば、いかなる分野でもよいが、例えば、多孔質材料、化粧料、吸着剤、セラミック、濾過助剤、親水処理剤、分析機器用充填剤（例えば、ガスクロマトグラフィーなどの充填剤）、印刷用トナーの添加剤などに好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施の形態の粉体製造装置の構成を説明する図である。
【図２】低濃度ＳｉＯ2微粒子含有溶液のｐＨと得られたＳｉＯ2粉体の比表面積との関係を示すグラフである。
【図３】酸性低濃度ＳｉＯ2微粒子含有溶液におけるＳｉＯ2粒子の表面状態を示す模式図である。
【図４】塩基性低濃度ＳｉＯ2微粒子含有溶液におけるＳｉＯ2粒子の表面状態を示す模式図である。
【図５】ＳｉＯ２の等電点付近の低濃度ＳｉＯ2微粒子含有溶液におけるＳｉＯ2粒子の表面状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０  濾過装置、１２  膜モジュール、１４  ポンプ、１６  搬送ポンプ、２０  真空凍結乾燥器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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