(57)【要約】【課題】本発明は、耐酸性・耐アルカリ性に優れ、硬い金属片によってもキズつき難く、透明なろ過ケースおよびろ過材からなるろ過器およびその製造方法を提供するものであり、しかも当該ろ過器により貴金属・レアメタルを回収する方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係るろ過器は、ろ過器を構成するろ過材と当該ろ過材を保持し複数の通液部を有する保持板と当該ろ過材と当該保持板を内部に支持するろ過ケースが単結晶サファイアからなることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろ過材と、当該ろ過材を保持し複数の通液部を有する保持板と、当該ろ過材と当該保持板を内部に支持するろ過ケースと、を備えたろ過器であって、前記ろ過材と、前記保持板と、前記ろ過ケースが単結晶サファイアからなることを特徴とするろ過器。
【請求項２】
請求項１記載のろ過器の製造方法であって、
開口部分の外周部が前記ろ過ケース側壁断面の形状を有するスリットを坩堝容器内に配置し、当該坩堝容器内に酸化アルミニウムを溶融させ、前記スリット内を上昇してきた酸化アルミニウム融液に種結晶となる前記保持板を接触させ、その後に前記保持板を引き上げることによって、前記保持板と前記ろ過ケースを一体形成することを特徴とするろ過器の製造方法。
【請求項３】
次の１）乃至３）の工程を有することを特徴とする金属回収方法。
１）金属含有物を酸溶液又はアルカリ溶液に浸漬させ金属を浸出させる工程
２）請求項１記載のろ過器を用い、溶解残渣と金属浸出液に分離する工程
３）当該金属浸出液から金属を回収する工程
【請求項４】
請求項３記載の金属回収方法であって、
金属を回収した後、前記溶解残物を含む前記ろ過器を加熱し前記溶解残物を焼却することを特徴とする金属回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パソコンや携帯電話など家電製品、自動車等の廃棄物に含まれている金や銀等の貴金属あるいはレアメタルを湿式法により酸またはアルカリ溶液に浸出させて回収する際に用いる、ろ過器およびその製造方法に関する。また、当該ろ過器を用いて貴金属やレアメタルの金属を回収する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
貴金属は、金 (Au)とともに、銀 (Ag)、白金 (Pt)、パラジウム (Pd)、ロジウム (Rh)、イリジウム (Ir)、ルテニウム (Ru)およびオスミウム (Os) の6つの白金族を加えた8元素の総称をいう。
【０００３】
レアメタルとは、地球上の存在量が稀であるか、技術的・経済的な理由で抽出困難な金属のうち、安定供給の確保が政策的に重要で、産業に利用されるケースが多い希少な非鉄金属を指し、リチウム（Li）、ベリリウム（Be）、ホウ素（B）、 希土類、チタン、（Ti）、バナジウム（V）、クロム（Cr）、マンガン（Mn）、コバルト（Co）、ニッケル（Ni）、ガリウム（Ga）、ゲルマニウム（Ge）、セレン（Se）、ルビジウム（Rb）、ストロンチウム（Sr）、ジルコニウム（Zr）、ニオブ（Nb）、モリブデン（Mo）、パラジウム（Pd）、インジウム（In）、アンチモン（Sb）、テルル（Te）、セシウム（Cs）、バリウム（Ba）、ハフニウム（Hf）、タンタル（Ta）、タングステン（W）、レニウム（Re）、白金（Pt）、タリウム（Tl）、ビスマス（Bi）の31種類をいう（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
貴金属やレアメタルは、パソコンや携帯電話などの家電製品、自動車等に不可欠な素材であり、産業競争力の要となっている。これらは、希少で高価な資源であり、有効活用することが必要である。したがって、貴金属・レアメタルを含有する使用済みの廃棄材料、例えば、廃電子基板、廃電子部品、廃液晶パネル、廃磁石モータ、燃料電池や自動車排ガス用の廃触媒等（以下、廃電子基板等という。）から、これに含まれる貴金属・レアメタルを効率よく回収して再利用することが重要となっている。
【０００５】
このように貴金属やレアメタルが含まれる廃電子基板等から貴金属・レアメタルを回収する方法の例として、廃電子基板等を粉砕し、粉砕した廃電子基板等を容器内で酸あるいはアルカリ溶液に浸漬して金属を浸出させ回収する方法がある（例えば、特許文献１乃至３、非特許文献２参照）。
【０００６】
この方法では、容器内の金属がイオン化して浸出した浸出液と廃電子基板等のガラスや樹脂等の非金属の溶解残渣をろ過によって固液分離する。ろ過後に液に浸出している金属は、例えば、特許文献１に記載されている浸出液を中和して析出する方法、非特許文献２に記載されている還元剤により還元する方法、イオン交換樹脂や活性炭に吸着させて回収する方法、溶媒抽出法により回収から分離精製まで行う方法、電解採取による方法などにより、固体の金属として再生することが可能である。また、ろ過器内に残渣するガラスや樹脂等の非金属の溶解残渣は、ろ過の後に除去し廃棄処理できる。この場合、樹脂等の有機化合物の溶解残渣については、焼却し廃棄処理する。
【０００７】
従来、ろ過器は、前記廃電子基板等を浸漬する前記容器と同様に、耐酸性・耐アルカリ性の高い、ガラスやテフロン（登録商標）、プラスチック、セラミック等が用いられていた。またろ過器内のろ過材もろ紙やガラス等が用いられていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
しかしながら、従来のろ過器は、ガラスやテフロン（登録商標）、プラスチックの場合、硬い金属片によって傷つきやすいという欠点を有していた。またテフロン（登録商標）およびセラミックスの場合、透明でないためろ過器内部の溶解残渣の様子を観測できないという欠点があった。このため、これらを材料とするろ過器を用いて廃電子基板等から貴金属・レアメタルを回収する場合、その取扱いが容易でなく、作業性に問題が生じていた。
【０００９】
また、ろ過器内に残る溶解残渣の廃棄処理については、ろ過器から当該溶解残渣を取り除き樹脂等を分別してからこれらの溶解残渣を焼却するなど別工程の処理が必要となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−１５５７１７号公報
【特許文献２】特開２００９−２４２８７７号公報
【特許文献３】特開２０１３−００１９９２号公報
【特許文献４】特開２００６−１３１４８３号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】「レアメタルリサイクルシステムの構築を目指して」、官公庁環境専門資料、ＶＯＬ．４４、Ｎｏ．１、２００９年、ｐ．１−１４
【非特許文献２】柴田隼次、奥田晃彦、「貴金属のリサイクル技術」、資源と素材、１１８巻１号、２００２年、ｐ．１−８
【非特許文献３】Ｈ．Ｅ．ＬａＢｅｌｌｅ，Ｊｒ、Ｍａｔ．  Ｒｅｓ．  Ｂｕｌｌ．  Ｖｏｌ．６，  ｐｐ．５８１−５９０（１９７１）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑み、従来の廃電子基板等から貴金属・レアメタルを回収する方法における上記の問題を解決したものであって、耐酸性・耐アルカリ性に優れ、硬い金属片によってもキズつき難く、透明なろ過ケースおよびろ過材からなるろ過器およびその製造方法を提供するものであり、しかも当該ろ過器により貴金属・レアメタルを回収する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１発明のろ過器は、ろ過材と、当該ろ過材を保持し、複数の通液部を有する保持板と、当該ろ過材と当該保持板を内部に支持するろ過ケースと、を備えたろ過器であって、前記ろ過材と、前記保持板と、前記ろ過ケースが単結晶サファイアからなることを特徴とする。
【００１４】
第２発明のろ過器の製造方法は、請求項１記載のろ過器の製造方法であって、開口部分の外周部が前記ろ過ケース側壁断面の形状を有するスリットを坩堝容器内に配置し、当該坩堝容器内に酸化アルミニウムを溶融させ、前記スリット内を上昇してきた酸化アルミニウム融液に種結晶となる前記保持板を接触させ、その後に前記保持板を引き上げることによって、前記保持板と前記ろ過ケースを一体形成する工程を含むことを特徴とする。
【００１５】
第３発明の金属回収方法は、（１）廃電子基板等の金属含有物を酸溶液又はアルカリ溶液に浸漬させ金属を浸出させる工程、（２）請求項１記載の発明に係るろ過器を用い、溶解残渣と金属浸出液に分離する工程、（３）当該金属浸出液から金属を回収する工程、を有することを特徴とする。
【００１６】
第４発明の金属回収方法は、請求項３記載の発明であって、金属を回収した後、前記溶解残物を含む前記ろ過器を加熱し前記溶解残物を焼却することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
第１発明によれば、ろ過材と保持板とろ過ケースを備えたろ過器が、強度、剛性および耐摩耗性に優れ、かつ透明な単結晶サファイアからなるため、ろ過の際に固い金属片によっても、ろ過器が傷つかず割れにくく取扱いが非常に容易である。また、ろ過器内部の溶解残渣の様子も観察しながらろ過でき作業性が向上する。
【００１８】
第２発明によれば、ＥＦＧ法（Edge-defined Film-fed Growth Method）（例えば、特許文献４、非特許文献３参照）により、開口部分の外周部が前記ろ過ケース側壁断面の形状を有するスリットを坩堝容器内に配置し、当該スリット内を上昇してきた酸化アルミニウム融液にろ過器の底板となる保持板を種結晶として接触させ、当該保持板を引き上げて結晶成長させてろ過ケースを作製し保持板とろ過ケースが一体形成されているため、当該保持板が当該ろ過ケースに固定される。これにより、ろ過器を傾けたり逆さにしても保持板が擦れたり落ちたりすることがなく、ろ過器の取扱い、保管が容易であるというメリットを有している。
【００１９】
第３発明によれば、請求項１記載の発明に係るろ過器を用いて、溶解残渣と金属浸出液に分離するため、作業性が向上するメリットがある。
【００２０】
第４発明によれば、ろ過器が融点２０５０℃という耐熱性の高い単結晶サファイアで構成されているため、特に有機物の溶解残渣について、ろ過器に残ったままろ過器を加熱して焼却することができる。これにより、溶解残物の処理工程が簡略化でき、さらにろ過材も含めてろ過器も再利用できるという効果を奏している。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明のろ過器を示す断面構造である。
【図２（ａ）】図２（ａ）は、本発明のろ過器の底に配置する第２の保持板の平面図である。
【図２（ｂ）】図２（ｂ）は、本発明のろ過器の底に配置する第１の保持板の平面図である。
【図３】図３は、本発明のろ過器におけるろ過ケースの製造方法を説明する図である。
【図４】図４は、廃電子基板等から金属を浸出させ回収する方法を示す工程図である。
【図５（ａ）】図５（ａ）は、第１の金属を浸出させる工程を説明する図である。
【図５（ｂ）】図５（ｂ）は、第２の金属を浸出させる工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態に係るろ過器およびその製造方法ならびにろ過器を用いた金属の回収方法を説明する。
【００２３】
＜ろ過器＞
本発明に係るろ過器は、図１に示すように、円筒形状のろ過ケース１と当該ろ過ケース１の内部に配置された平面形状が円形の保持板２と当該保持板２上には配置されたろ過材３で構成されている。前記ろ過ケース１は、ｚ軸方向に２つの部分ＡとＢから成り、Ａ部の内径はＢ部の内径より小さい。当該内径差によって、前記ろ過ケース１の内周壁に保持板支持部４が形成されている。前記保持板２は、当該保持板支持部４において支持され、前記ろ過ケース１内で落下するのが防止されている。
【００２４】
図２（ａ）は、図１に示すろ過器で用いられている円板状の保持板２の平面図である。当該保持板２は、溶液を通す円形の孔２１aが空いた複数の通液部２１を有する。当該通液部２１の孔径は、前記ろ過材３の外径より小さい。前記ろ過材３は落下せず、前記保持板２は前記ろ過材３を保持する。
【００２５】
図２（ｂ）は、図２（ａ）の保持板２とは別の実施態様の保持板２である。当該保持板２は、当該保持板２を貫通する複数の切込み２１ｂからなる通液部２１を有する。当該通液部の切込み２１ｂの幅は、前記ろ過材３の外径より小さい。前記保持板２は前記ろ過材３を保持する。
【００２６】
以上のように、前記保持板２を貫通する通液部２１は、前記ろ過材３が下（ｚ軸マイナス方向に）に落ちないが、溶液は流れ落ちる構造となっていればよく、その形状は、円形の孔に限られず、切込みの形状であってもよい。
【００２７】
本発明に係るろ過器においては、前記ろ過ケース１、前記保持板２および前記ろ過材３は、何れも単結晶サファイアで形成されている。
【００２８】
ろ過ケース１は、後述するＥＦＧ法により作製した円筒状の単結晶サファイア管において、一方の側の管の内壁をドリル加工等でくりぬきその内径を大きくし、内径の小さいＡ部と内径の大きいＢ部の２つの部分を形成して作製する。
【００２９】
またその他の作製方法として、その他のろ過ケース１の製造方法としては、Ｂ部に相当する円筒状の単結晶サファイア管を種結晶にして、ＥＦＧ法によりＢ部のサファイアを結晶成長させて、Ａ部とＢ部を有するろ過ケース１を作製することもできる。
【００３０】
保持板２は、円形状の単結晶サファイア板にドリル加工または超音波加工により所定の大きさ穴を複数穿設して作製する。
【００３１】
ろ過材３は、所定太さの棒状の単結晶サファイアを細片に加工することによって作製する。
【００３２】
なおろ過ケース１は、円筒に限られない。角柱でもあってもよい。角柱の場合は、平面形状が矩形の保持板２を用いる。
【００３３】
＜ろ過器の製造方法＞
本発明に係るろ過器の製造方法は、図３に示すように、ろ過器において、保持板２を種結晶にしてＥＦＧ法によりろ過ケース１を製造する。
【００３４】
すなわち、原料である酸化アルミニウムをダイと呼ばれるスリット５が設置されたイリジウム金属製の坩堝６に充填し、加熱コイル７のパワーを上昇させ溶解温度２０５０℃以上の雰囲気にて酸化アルミニウムを溶融させ、その後に、アルゴンガス流雰囲気にて、酸化アルミニウム融液８から毛細管現象を利用し前記スリット５を上がってきた溶融酸化アルミニウムとサファイア種結晶である平面形状が円形の保持板２を接触させ、所定の引き上げ速度にてｚ軸方向に引き上げろ過ケース１を製造する。スリット５は、ｚ軸方向の外周の断面が円環形状をなしており、引き上げられたろ過ケース１は、円筒状のものとなる。
【００３５】
なお前記ろ過ケース１は、円筒状のものであることに限られない。平面形状が矩形の保持板２とｚ軸方向の外周の断面が矩形のスリットを用いることによって、角柱状のろ過ケース１を作製できる。
【００３６】
前記保持板２は、カイロポーラス法（原料である酸化アルミニウムを坩堝内で加熱溶融した後に、種子結晶を原料溶液に接触させ、液面下で温度を徐冷して結晶を析出させて育成する方法）より作製した単結晶サファイアを板状に加工し、ドリル加工あるいは超音波加工にて貫通孔を形成する。なお、保持板２は、ＣＺ法等によって形成した単結晶サファイアを板状に加工してもよいが、大面積のものを形成できる点でカイロポーラス法を用いて作製することが好ましい。
【００３７】
＜金属回収方法＞
本発明の金属回収方法は、図４に示すように、前述したろ過器を用いて、廃電子基板等に含まれる貴金属やレアメタルの金属を回収する方法である。
【００３８】
すなわち、当該金属回収方法は、（１）細かく粉砕した、貴金属やレアメタルの金属を含有する廃電子基板等を、容器に入れた塩酸、硝酸、硫酸、酢酸、王水若しくは弗酸から選ばれた少なくとも１種の酸溶液、またはシアン化カリウム、シアン化ナトリウムから選ばれた少なくとも１種のアルカリ溶液に浸出させる第１工程、（２）請求項１記載のろ過器を用い、ろ過後の前記ろ過材３上に残る溶解残渣と前記ろ過材３と前記保持板２の孔を通して流れ出た金属浸出液とに分離する第２工程、（３）第２工程で得られた前記金属浸出液から金属を回収する第３工程からなる。
【００３９】
第３工程である金属回収工程では、回収する金属の性質に応じて、浸出液を中和して析出する方法、還元剤により還元する方法、イオン交換樹脂や活性炭に吸着させて回収する方法、溶媒抽出法により回収から分離精製まで行う方法、電解採取による方法いずれかの方法によって所望の金属を回収する。
【００４０】
さらに、溶解に用いる酸溶液あるいはアルカリ溶液を変えるなどして多段階の浸出工程とすることもできる。
【００４１】
すなわち、図５（ａ）に示すように、ろ過材３の上に廃電子基板等９を入れたろ過器を、第１の酸またはアルカリ溶液１０１が入った第１の容器１１１に当該廃電子基板等９と共に入れ、第１の金属を浸出させる第１工程、および当該ろ過材３の上に残る溶解残渣と共に当該ろ過器を引き上げることによって当該溶解残渣と金属浸出液を固液分離する第２工程、を経て第１の金属の浸出液を回収する。
【００４２】
次いで、当該溶解残渣が入ったまま当該ろ過器を純水で洗浄し、図５（ｂ）に示すように、前記第１の酸またはアルカリ溶液１０１と異なる第２の酸またはアルカリ溶液１０２が入った第２の容器１１２に入れて、前記第１の酸またはアルカリ溶液１０１に溶解しないが第２の酸またはアルカリ溶液１０２に溶解する第２の金属を浸出させる第１工程、および溶解残渣と共に当該ろ過器を引き上げることによって当該溶解残渣と金属浸出液とを固液分離する第２工程を経て、第２の金属の浸出液を回収する。
【００４３】
これにより、酸に溶解し易い貴金属を前段の第１の金属の浸出液で得ることができるなど、金属の溶解効率の差を利用した分離、金属回収工程とすることができる。
【００４４】
さらに、本発明に係る金属回収方法において、前記溶解残渣が樹脂等の有機物である場合、金属を回収した後、前記溶解残物を含む前記ろ過器を８００℃以上に加熱し、前記溶解残物を完全に焼却し廃却する。これにより、前記ろ過材を含むろ過器を再利用することができる。
【００４５】
なお前記溶解残渣がガラス成分である場合は、金属を回収した後、ガラス成分である前記溶解残渣を含む前記ろ過器を弗酸に浸漬させて当該ガラス成分を溶解させ、前記ろ過器を取り出し洗浄する。これにより、前記ろ過材を含むろ過器を再利用することができる。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明は、下記実施例に制限されるものではない。
【００４７】
＜ろ過器＞
本発明のろ過器は次のように作製した。すなわち、ろ過ケース１は、ＥＦＧ法で作製した、外形３５ｍｍ、内径２４ｍｍの単結晶サファイア管の内壁をドリル加工して、内径２８ｍｍに拡張して作製した。保持板２は、直径２６ｍｍ、厚さ２ｍｍの単結晶サファイア円板に幅０．５〜１ｍｍ、長さ８ｍｍの切込みを４５°間隔で８本形成し作製し、前記ろ過ケース１の内部に設置した。ろ過材３は、直径３ｍｍの単結晶サファイア棒を長さ３ｍｍの円柱状の小片に切断加工して作製した。そして前記ろ過材３を前記ろ過ケース内部の前記保持板の上に層をなすように複数個配置しろ過器を作製した。
【００４８】
＜実験＞
前記廃電子基板等として、粉砕した電子基板０．７５ｇおよび金（Ａｕ）片１．０１ｇを使用した。そして、当該基板と金片を２００ｍｌのテフロン（登録商標）製のビーカーに入った王水４０ｍｌ（塩酸（ＨＣｌ）と硝酸１０ｍｌの混合液）に室温で２４時間浸漬して金を溶解させた。次いで、この溶解残渣である当該基板と金浸出液との固液混合体を、前記ろ過器に流し込み、当該基板を前記ろ過材３の層の上に堆積させた。これにより、当該基板と当該金浸出液を固液分離し、当該金浸出液を回収した。その後、回収した当該金浸出液に、１．０４ｇの亜硝酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ３）を溶解させた水溶液１０ｇを加え、金を析出させた。
【００４９】
この析出した金を回収し、重量を電子天秤により計測するとその重量は０．８９ｇであった。回収した物質は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）およびＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザ）により評価した結果、金の粒子であることを確認した。回収率は８８％であった。
【００５０】
さらに、ろ過器の内部を純水で洗浄した後、ろ過器内に溶解残渣を残したままろ過器ごと、管状炉を用いて大気中で２時間、１１００℃で加熱した。これにより、溶解残渣は燃焼・除去されたが、当該ろ過器は全く反応も変形もせず、再利用可能であった。  
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明のろ過器およびその製造方法ならびにこれを用いた金属回収方法は、廃電子基板等に含有される貴金属やレアメタルを効率よく回収することができ、さらに溶解残渣も効率よく廃棄処理できる。
【００５２】
したがって、本発明のろ過器およびその製造方法ならびにこれを用いた金属回収方法は、金属資源の再利用に貢献することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１  ろ過ケース
２  保持板
２１  通液部
２１ａ  孔
２１ｂ  切込み
３  ろ過材
４  保持板支持部
５  スリット
６  坩堝
７  加熱コイル
８  酸化アルミニウム融液
９  廃電子基板等
１０１  第１の酸またはアルカリ溶液
１０２  第２の酸またはアルカリ溶液
１１１  第１の容器
１１２  第２の容器
【図１】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図３】
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【図４】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
2016165683.tif 000009