JP3784331B2 - 金を含有するガリウムの精製方法、及び金を含有するガリウムからの金の採取方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金を含有するガリウムを簡便且つ高効率で精製する方法、および、金を含有するガリウムより簡便且つ高効率で金を採取する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＰ、ＧａＡｓ等の含ガリウム半導体化合物ウエハー等のスクラップ材から回収された金を含有する粗ガリウムの精製には、精製電解法、分別結晶法、ゾーンメルト法および単結晶引き上げ法等が用いられ、ガリウム精製と金の採取とがおこなわれてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記方法による金を含有する粗ガリウムからの、ガリウム精製および金の採取には、次のような問題点があることが本発明者によって明らかにされた。
まず、精製電解法においては、電解操作によってガリウムに含有されている金がコロイド状になり、再びガリウム中へ分散してしまうため、ガリウムの精製が困難であると同時に、採取される金の歩留まりが低い。
次に、分別結晶法、ゾーンメルト法および単結晶引き上げ法はいずれもガリウムに対する金の偏析現象を利用した方法だが、金はガリウムに対して偏析係数が大きいため、必要なガリウムの精製度を得、金を採取する歩留まりを向上させるためには多数回の処理を必要としていた。
【０００４】
本発明は、上述のような背景のもとでなされたものであり、金を含有するガリウムより、簡便な方法、且つ高い歩留まりでガリウムを精製すると同時に、金をも高い歩留まりで採取できる新規な方法の提供を目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明者らが鋭意研究した結果、金を含有するガリウム中へ、マグネシウムおよび／またはアルミニウムを添加し撹拌し、混合させ、融解状態とさせると、このマグネシウムおよび／またはアルミニウムと金とが、ガリウム中で高融点合金を生成することを見出した。
さらに、この高融点合金が水と接触して反応すると、マグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物と金とに分解し、且つ生成した金はマグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物の沈殿中に捕捉されて、ガリウム中へは再融解しないことを解明したものである。
【０００６】
この解明結果より、本発明者らは、簡便且つ高効率に、前記金を含有するガリウムより金を除去してガリウムの精製をおこなうと同時に、前記金を捕捉したマグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物の沈殿物を回収し、例えば酸処理することで、簡便且つ高効率に金を採取できる方法に想到したものである。
【０００７】
すなわち、第１の発明は、金を含有するガリウムからガリウムを精製する方法であって、
金を含有する融液状のガリウムと、マグネシウムおよび／またはアルミニウムと、水とを混合して混合物を得る第１の工程と、
前記第１の工程で得られた混合物を冷却して、固化したガリウムと、金を含むマグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物を含む水とに分離する第２の工程とを有することを特徴とする金を含有するガリウムの精製方法である。
【０００８】
第２の発明は、金を含有するガリウムからガリウムを精製する方法であって、
金を含有する融液状のガリウムに、マグネシウムおよび／またはアルミニウムを添加混合し、次いで水を添加混合して混合物を得る第１の工程と、
前記第１の工程で得られた混合物を冷却して、固化したガリウムと、金を含むマグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物を含む水とに分離する第２の工程とを有することを特徴とする金を含有するガリウムの精製方法である。
【０００９】
第３の発明は、金を含有するガリウムからの金の採取方法であって、
金を含有する融液状のガリウムと、マグネシウムおよび／またはアルミニウムと、水とを混合して混合物を得る第１の工程と、
前記第１の工程で得られた混合物を冷却して、固化したガリウムと、金を含むマグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物を含む水とに分離する第２の工程と、
前記第２の工程で分離された金を含むマグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物を回収し、この回収された水酸化物より金を採取する第３の工程とを有することを特徴とする金を含有するガリウムからの金の採取方法である。
【００１０】
第４の発明は、金を含有するガリウムからの金の採取方法であって、
金を含有する融液状のガリウムに、マグネシウムおよび／またはアルミニウムを添加混合し、次いで水を添加混合して混合物を得る第１の工程と、
前記第１の工程で得られた混合物を冷却して、固化したガリウムと、金を含むマグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物を含む水とに分離する第２の工程と、
前記第２の工程で分離された金を含むマグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物を回収し、この回収された水酸化物より金を採取する第３の工程とを有することを特徴とする金を含有するガリウムからの金の採取方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１、２は、本発明の実施の形態に係る、金を含有するガリウムからガリウムを精製し、金を採取する工程例を示すフロー図である。図１に示す方法は、比較的大量のガリウムを扱う際に好ましい工程例であり、図２に示す方法は、比較的少量のガリウムを扱う際に好ましい工程例である。
尚、本実施の形態例において、上述した第１の工程とは混合工程、第２の工程とは分離工程、第３の工程とは採取工程にそれぞれ対応する。
【００１２】
以下、まず図１を参照しながら、金を含有するガリウムよりガリウムを精製し、金を採取する工程について説明する。
【００１３】
（１）混合工程
（ａ）加熱融解
金を含有するガリウムを融点以上に加熱して融解する。
ここで、ガリウムの加熱温度は高い方が、作業時間の短縮上好ましいが、工程の省エネルギーを考慮すると６０℃程度が好ましい温度である。
【００１４】
（ｂ）マグネシウムおよび／またはアルミニウムの添加
金を含有するガリウム融解液の温度が所望の温度になったら、マグネシウムおよび／またはアルミニウムを添加する。添加量は、ガリウム融解液に含有される金と高融点合金を生成する当量以上であればよいが、実際の作業においてはガリウム融解液の重量に対して０．０１〜５重量％であることが好ましい。
これはマグネシウムおよび／またはアルミニウムの添加量が０．０１〜５重量％の範囲にあると、金との高融点合金が十分に生成し、且つ後工程の作業性も良好であるからである。
添加するマグネシウム及び／又はアルミニウムは純度３Ｎ以上であることが好ましい。純度３Ｎ以下では、添加により却って、精製されるガリウムや、採取される金を汚染してしまう恐れがあるからである。
また、添加するマグネシウム及び／又はアルミニウムはチップ状及び／又は削り状のものを用いると、ガリウム融解液へとの反応性が速く作業性の点で好ましい。
【００１５】
（ｃ）撹拌
撹拌器を用いて、マグネシウムおよび／またはアルミニウムを添加したガリウム融解液を撹拌する。
尚、上述した「（ａ）加熱融解」にてガリウムが融解したら、攪拌を開始し、ここへマグネシウムおよび／またはアルミニウムを添加する工程とすることも好ましい。何となれば、この工程を採ることで攪拌工程における反応性が向上し、マグネシウムおよび／またはアルミニウムの添加量を削減できるからである。
【００１６】
この攪拌中に、未反応のマグネシウムおよび／またはアルミニウムがガリウム融解液の表面に浮いてくることがあるので、この浮遊金属を再度、ガリウム混合融液中へ沈降させることが可能な攪拌力を有する攪拌機を用いることが望ましい。
この段階で、ガリウム混合融液中に含まれる金と、マグネシウムおよび／またはアルミニウムとが高融点合金を生成する。
撹拌時間は長い方が好ましいが、作業性等を考慮するとマグネシウムおよび／またはアルミニウムが混合融液の表面に浮遊しなくなってから１〜２４時間程度が好ましい。なお、この工程中、または終了後でも作業の都合等により中断し、ガリウム混合融液を冷却し、ガリウム混合物（固体）として保管することも可能である。
【００１７】
（ｄ）加水攪拌
上述した撹拌が完了したら、攪拌を継続したままガリウム混合融液へ５０℃以上の温純水を添加し、ガリウムと水との混合物とする。この際、ガリウム混合物が固体である時は、加熱し融液状にするのが望ましい。
純水の温度を５０℃以上とするのは、純水の添加によりガリウム混合融液を水の吸熱により固化させないためである。温純水の添加量は、重量比でガリウム混合融液の１〜６倍程度添加すればよい。
【００１８】
尚、工程短縮の観点より、上述の純水の添加を「（ｂ）マグネシウムおよび／またはアルミニウムの添加」と同時におこなうことも可能である。但し、このときは純水とマグネシウムとが直接反応しないよう注意する。
【００１９】
この段階で、前記高融点合金が水と接触し、マグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物と金とに分解し、且つ生成した金はマグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物の沈殿中に捕捉された形で、ガリウム中より温純水中へ移行する。
温純水添加後、ガリウム混合水の温度を５０℃以上に保ち、３０分間程度攪拌を続けた後、加水撹拌を完了する。
【００２０】
（２）分離工程
加水攪拌が完了したガリウム混合融液と温水との混合物を、静置して冷却しガリウムを固化させる。
このとき、混合物中の金、および、マグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物は、ガリウム中より水中へ移行し終わっているので、固化したガリウム中にはこれらの成分は含まれない。この結果、固化したガリウムのかたちで、精製されたガリウムを得ることができる。
一方、前記固化したガリウムと分離された水中には、金を補足したマグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物の沈殿が含まれている。
ここで、金を補足したマグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物の沈殿物を回収する。
【００２１】
（３）採取工程
（ａ）酸溶解
前記回収された金を補足したマグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物の沈殿物へ、酸を添加しこれを溶解する。酸としては塩酸が好ましい。
すると金以外の成分は酸に溶解するが、金は溶解せず金属として残留する。
【００２２】
（ｂ）金回収
前記、金と酸溶液との混合物を、濾紙等にて濾過すると金を回収することができる。
【００２３】
次に、図２を参照しながら、金を含有するガリウムよりガリウムを精製し、金を採取する、図１とは異なる工程について説明する。
【００２４】
（１）混合工程
（ａ）マグネシウムおよび／またはアルミニウムの添加
金を含有するガリウムへ、マグネシウムおよび／またはアルミニウムを添加し適宜な容器内に設置する。マグネシウムおよび／またはアルミニウムの添加量は、図１にて説明したのと同様に、ガリウムの重量に対して０．０１〜５重量％であることが好ましい。さらに純度、形状等も図１にて説明したものと同様のものが好ましい。
容器としては、７０℃程度以上の耐熱温度を有するプラスチック容器、例えばポリプロピレン容器等が好ましい。
【００２５】
（ｂ）加熱混合
前記、ガリウムが設置された容器を、ガリウムの融点以上、好ましくは５０℃以上で容器の耐熱温度以下の雰囲気下に１０〜１５時間程度載置して、ガリウムを融解させ、さらにガリウム中へマグネシウムおよび／またはアルミニウムを混合させる。
【００２６】
（ｃ）加水攪拌
上述の「（ｂ）加熱混合」が完了したら、容器内のガリウム混合融液を５０℃以上の温純水へ投入する。
純水の温度を５０℃以上とするのは、純水への投入時にガリウムを固化させないためである。ガリウムを投入する温純水の量は、重量比でガリウムの４〜６倍程度あればよい。
ガリウム投入後、ガリウム溶融液の温度を５０℃以上に保ち、３０分間程度攪拌を続けたのち加水撹拌を完了する。
【００２７】
尚、工程短縮の観点より、上述の温純水へ投入に換えて「（ａ）マグネシウムおよび／またはアルミニウムの添加」の際、前記容器内へ温純水を添加することも可能である。
但し、このときは十分な容量の容器を用いることと、純水とマグネシウムおよび／またはアルミニウムとが直接反応しないよう注意する。
【００２８】
（２）分離工程
加水攪拌が完了したら、図１で説明したのと同様に、ガリウム融解液と温水との混合物を、静置して冷却しガリウムを固化させる。
この結果、固化したガリウムのかたちで、精製されたガリウムを得ることができる。
一方、図１で説明したのと同様に、前記固化したガリウムと分離された水中には、金を補足したマグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物の沈殿が含まれているので、この沈殿物を回収する。
【００２９】
（３）採取工程
（ａ）酸溶解
ガリウムから分離されたマグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物の沈殿物へ、図１で説明したのと同様に酸を添加し、これを溶解する。すると金以外の成分は酸に溶解するが、金は溶解せず金属として残留する。
【００３０】
（ｂ）金回収
前記、金と酸溶液との混合物を、濾紙等にて濾過すると金を回収することができる。
【００３１】
（実施例１）
金を１重量％含有するガリウム１０ｋｇへ、チップ状の純度３Ｎのマグネシウムを１００ｇ添加し、容量３ｌのポリプロピレン容器に入れ５０℃の雰囲気下で１２時間載置してガリウム融解液とした。
次に、このガリウム融解液１０ｋｇを、５０℃の温純水５０ｌ中へ投入し３０分間攪拌した。
攪拌終了後、前記ガリウム融解液と温純水との混合物を冷却し、固化したガリウムを分離して、精製ガリウムと、金を補足したマグネシウム水酸化物沈殿とを得た。
そして、このマグネシウム水酸化物沈殿へ塩酸５００ｇを添加して、マグネシウム水酸化物を溶解した後、５Ｃの濾紙を用いて濾過し、濾紙上に残留した金を回収した。
この結果、採取された金は９５ｇ（歩留まり９５％）、精製されたガリウムは９６５０ｇ（歩留まり９７．５％）、精製ガリウム中の金の含有量は１２ＰＰＭであった。
【００３２】
（実施例２）
実施例１で精製されたのと同じ、金の含有量１２ＰＰＭのガリウム１０ｋｇへ、実施例１と同様のマグネシウムを１０ｇ添加した。
その後、実施例１と同様の処理を実施し、ガリウムを精製し、金を採取した。
この結果、採取できた金は０．１１ｇ（歩留まり９５％）、精製されたガリウムは９９２０ｇ（歩留まり９９．２％）、精製ガリウム中の金含有量は０．１ＰＰＭであった。
【００３３】
以上、実施例１、２の結果より、大量の金を含有しているガリウムであっても、本発明を、例えば２回実施することにより、金含有量０．１ＰＰＭのガリウムを９５％以上の歩留まりで得ることができ、且つ９５％以上の金を採取できることができることが判明した。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、金を含有する融液状のガリウムと、マグネシウムおよび／またはアルミニウムと、水とを混合した混合物を冷却し、固化したガリウムと、金を含むマグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物を含む水とに分離することで、従来精製が困難であった金を含有するガリウムより、簡便且つ高い歩留まりでガリウムを精製し、金を採取することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるガリウム精製方法のフロー図である。
【図２】本発明の異なる実施の形態にかかるガリウム精製方法のフロー図である。

Claims (4)

1. 金を含有するガリウムからガリウムを精製する方法であって、
   金を含有する融液状のガリウムと、マグネシウムおよび／またはアルミニウムと、水とを混合して混合物を得る第１の工程と、
   前記第１の工程で得られた混合物を冷却して、固化したガリウムと、金を含むマグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物を含む水とに分離する第２の工程とを有することを特徴とする金を含有するガリウムの精製方法。
2. 金を含有するガリウムからガリウムを精製する方法であって、
   金を含有する融液状のガリウムに、マグネシウムおよび／またはアルミニウムを添加混合し、次いで水を添加混合して混合物を得る第１の工程と、
   前記第１の工程で得られた混合物を冷却して、固化したガリウムと、金を含むマグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物を含む水とに分離する第２の工程とを有することを特徴とする金を含有するガリウムの精製方法。
3. 金を含有するガリウムからの金の採取方法であって、
   金を含有する融液状のガリウムと、マグネシウムおよび／またはアルミニウムと、水とを混合して混合物を得る第１の工程と、
   前記第１の工程で得られた混合物を冷却して、固化したガリウムと、金を含むマグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物を含む水とに分離する第２の工程と、
   前記第２の工程で分離された金を含むマグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物を回収し、この回収された水酸化物より金を採取する第３の工程とを有することを特徴とする金を含有するガリウムからの金の採取方法。
4. 金を含有するガリウムからの金の採取方法であって、
   金を含有する融液状のガリウムに、マグネシウムおよび／またはアルミニウムを添加混合し、次いで水を添加混合して混合物を得る第１の工程と、
   前記第１の工程で得られた混合物を冷却して、固化したガリウムと、金を含むマグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物を含む水とに分離する第２の工程と、
   前記第２の工程で分離された金を含むマグネシウムおよび／またはアルミニウムの水酸化物を回収し、この回収された水酸化物より金を採取する第３の工程とを有することを特徴とする金を含有するガリウムからの金の採取方法。

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