JP2714594B2 - FeCl▲下3▼液の再生方法 - Google Patents

FeCl▲下3▼液の再生方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はニッケルあるいはニッケルを含有する鉄合
金、例えば不変鋼(インバー)をFeCl3を含む水溶液で
エッチングする際に生成する廃液の再生処理方法に関す
る。
〔従来の技術〕 近年、テレビジョンやOA機器、コンピューターの発達
に伴い、CRTが多用されるようになり、しかも高精度、
高品位のものの要求が高まってきた。これにつれてシャ
ドウマスクもインバーのような高ニッケル合金が使用さ
れるようになった。このような合金膜又は純ニッケル膜
のエッチングには作用が温和かつ確実で、ガスの発生が
ないところから高濃度のFeCl3の水溶液が蝕刻剤として
用いられている。エッチングに伴ってニッケルや鉄等の
素材である金属が部分的に溶解すると、FeCl3は還元さ
れてFeCl2となる。一方鉄及びニッケルはそれぞれFeCl2
及びNiCl2になって溶解する。
生成したFeCl2は塩素ガスあるいは塩酸の存在下H2O2
を用いること等によって容易に元のFeCl3に酸化される
が、このような方法のみによっては系内にNiCl2が蓄積
し、遂には反応速度や平衡の点からみて使用不能に判
る。従ってエッチング液を循環使用するためには、少な
くともその一部をエッチング廃液として抜き取ってニッ
ケル成分を除去した後、系内に戻すことが必要となる。
このようなエッチング廃液からニッケルを除去する方法
として種々の手段が提案されている。すなわち、(a)
廃液を電解してカソード還元により金属ニッケルを析出
させる方法(特開昭59−31868)、(b)グリオキシム
のようなニッケルに選択的に錯化剤を用いて錯体として
沈澱分離する方法(特開昭59−190367)、(c)金属鉄
を用いてニッケルを置換析出させ、次いで塩素を用いて
Fe2+をFe3+に酸化する方法(特公昭61−44814)、
(d)エッチング廃液を加熱濃縮してから冷却し、先ず
FeCl2・4H2Oの結晶を除き、母液を5〜−10℃に冷却し
つつHClガスを導入してニッケルのみをNiCl2結晶として
析出させて回収する一方、被処理液よりHClをストリッ
プすることにより、被処理液をFeCl3の濃厚液として回
収すると共に、ストリップし回収したHClを前記の冷却
晶析工程にリサイクルする方法(特公昭63−10097)、
(e)エッチング廃液にHClガスを吸収させNiCl2と同時
にFeCl2の結晶も晶出させ、固液分離した分離液を加熱
蒸留してHClガスと水分の一部を除いた残液に水と鉄片
を加えて中和後Cl2で酸化する方法(特開昭62−22208
8)等が提案されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来法の(a)はFe2+とNi2+がそれぞれ金属とな
る標準電極電位が近い上、ニッケルは過電圧を生じ易
く、ニッケルのみを選択的に還元析出させることが困難
であり、Fe3+も還元されるので経済的でない。(b)は
脱ニッケル率は高くできるが、錯化剤が高価であり、一
般にニッケルを完全に除去する必要はないのでメリット
が少ない。(c)はFe3+がすべてFe2+に還元された後ニ
ッケルが析出するため多量のFeCl2が生成するのでFeCl3
を回収するためには必ずしも良い方法ではない。(d)
は最も望ましい方法の一つであるが、5〜−10℃の低温
に冷却する必要があり、電力費が嵩む上、FeCl3を水溶
液として回収している関係上再生循環するエッチング用
液中の塩化水素を充分に除去することが困難である。エ
ッチング用液が遊離の塩化水素を一定限度以上含むとき
はエッチングに際して水素が発生する等精密かつ安定な
操作が妨げられる恐れが大きい上、安全上も問題があ
る。従ってCRTのシャドウマスクのような精度の高いエ
ッチングを必要とする場合は、(e)の例のように回収
塩化鉄溶液に多量の金属鉄や酸化鉄を投入して遊離の塩
酸を中和する必要を生ずる。しかしながらここで加えた
鉄分によって多量のFe2+が増加し、Fe3+としてエッチン
グ用に回収するためには、酸化剤の消費がふえる。又場
合によってはバランス上過剰の鉄分を抜き出す必要があ
り、これは無駄な消費であり合理的な方法とは言えな
い。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は上記のような課題を解決しようとするもので
あって、その方法は、FeCl3の水溶液を用いるニッケル
又はニッケル合金のエッチング工程から排出されるNiCl
2,FeCl3あるいはさらにFeCl2を含む廃液にHClガスを吸
収させ、溶解度の差によりNiCl2を晶析分離し、FeCl3
HClを回収して再使用することを含むエッチング廃液の
再生処理方法において、(a)該エッチング廃液をその
まま、あるいは濃縮し、HCl含有ガスと接触させてHClを
吸収させ、NiCl2の大部分とFeCl2および/又はFeCl3
一部を15〜35℃において同時に晶出分離し、FeCl3の大
部分は塩酸溶液として回収する工程と、(b)上記FeCl
3の塩酸溶液を濃縮器で循環FeCl3溶液と混合しながら加
熱もしくは減圧加熱して濃縮し、HClと水分の少なくと
も一部を留去すると共に、濃縮液の一部を抜き出し、晶
出装置においてFeCl3・2.5H2Oを主とする結晶と、FeCl3
溶液とに析離せしめてそれぞれ分離し、母液は前記循環
FeCl3溶液として濃縮器に循環し、FeCl3結晶は水又は系
内の遊離HClを殆ど含まない溶液で洗浄した後、エッチ
ング工程へ戻す工程と、(c)前工程で留去されたHCl
と水の混合物から水分を分離してHClを濃縮し、(a)
工程に戻す工程の少なくとも三工程の組合わせからな
る。
以下に本発明を図示のフローチャートに基いて説明す
る。
インバー等のニッケル合金板がFeCl3水溶液でエッチ
ングされるとNiCl2及びFeCl2が生成してエッチング液中
に溶解する。通常エッチング液はFeCl3濃度を一定に保
つため、酸化槽Oに循環され、Cl2等でFeCl2がFeCl3
酸化され濃度が恢復したものを別途送られるメークアッ
プ用FeCl3と必要に応じて混合して使用する。NiCl2濃度
がある程度、例えば5%以上になるとエッチングに不適
となるので、エッチング液の一部は配管2あるいは1か
ら抜き取られてエッチング廃液として再生処理にかけら
れる。この廃液は通常FeCl3を約40〜50wt%、FeCl2を約
0〜10wt%、NiCl2を2〜5wt%含有する。酸化後の液を
酸化槽Oから配管2を通して抜き取れば、FeCl2を殆ど
含まないので後の操作でFe2+を殆ど含まないNiCl2が得
られる。酸化される前に配管1を通して抜き取られた液
を処理するときはNiCl2と同時にFeCl2も晶出し易いの
で、NiCl2の純度は下がる。しかしその分酸化のための
負荷は下がる。
次にエッチング槽Eあるいは酸化槽Oから抜き取られ
た廃液は配管3を経てNiCl2晶析器5へ送られるが、場
合によってはその前に予備濃縮器(図示せず)でFeCl36
0〜70wt%程度にまで濃縮してもよい。濃縮によって吸
収させるべきHClの量が節約できる。特にFeCl2含有量の
少ない廃液の場合に好ましい。晶析器5には配管6を通
ってHClが送られて被処理液である廃液と接触する。被
処理液はポンプp−1,冷却器4により冷却循環されつつ
濡れ壁等適宜の手段によってHClと接触し、平均的温度
は15〜35℃の常温付近の温度が保たれるようにする。HC
lを加圧で吸収させてもよい。15℃未満では冷却用動力
費が増大し、35℃を超えればHClやNiCl2の溶解度の関係
で好ましくない。ここでNiCl2は共通イオンであるCl-
増大によって溶解度が極めて小さくなり晶析する。FeCl
2も同様の傾向を有する。
一方FeCl3はクロロ鉄酸錯体HFeCl4となって溶解度が
上るので沈澱しにくくなる。FeCl3はHClの吸収方法によ
ってはクロロ鉄酸錯体とする前に溶解度の関係で沈澱さ
せることもできるが、この場合はNiCl2を恐らく共晶と
して巻き込んで行くので、母存母液中のNiCl2濃度を大
幅に下げることもできる。この際析出させる鉄分の量は
ニッケル合金の場合沈澱結晶中のNi/Feの比が合金中のN
i/Feに等しいか、若干大きくしておけばFeCl3の系内へ
の補給は不要となり、等しいときは全系内のバランスが
成立する。
晶析器5内で生じたNiCl2,FeCl2,場合によってはFeCl
3を含む結晶スラリーはポンプp−2によってNiCl2濾過
器7へ送られ、そこで固液の分離が行われる。濾過は任
意の装置で行い得るが、温度は晶析温度付近が好まし
い。装置としては遠心分離器や加圧濾過器等が好適に用
いられる。この際発生する恐れのあるHClガスは適宜塩
酸蒸気ライン8を通して処理される。濾過器7で分離さ
れた母液は濃厚なFeCl3(および/又はHFeCl4)とHClを
主体とする溶液である。これはポンプp−3によって脱
HCl兼FeCl3濃縮器10へ供給され蒸気11によって加熱され
HClの大部分と水分が蒸発する。この際減圧蒸発の手段
を用いてもよい。このHClと水の混合物は必要に応じてH
Cl濃縮装置9において、例えばCaCl2を用いる抽出蒸
留、加圧蒸留、冷却分離等適宜の手段を用いて90〜100
%付近まで濃度を高めて用いることにより、晶析器5に
おける吸収効率があがる。一方濃縮器10内では後述する
循環FeCl3母液と混合され、FeCl3は約75%前後の濃度に
濃縮される。濃縮温度は常圧で180℃程度、減圧では60
〜120℃程度の温度が使用される。濃縮液は配管15を経
てFeCl3晶析器12へ送られるが、図ではポンプp−4に
よって循環され、FeCl3晶析用冷却器13によって冷却さ
れるFeCl3スラリーの通る配管14に供給混合される。晶
析器12の温度は約30〜35℃に保たれ、主としてFeCl3
2.5H2Oの結晶が晶出し、スラリーとなってポンプp−5
を経てFeCl3分離器17に供給され30℃以上の温度で固液
分離される。結晶部分は配管16から送られる少量の水又
は系内で発生する遊離のHClを殆ど含有しない液、例え
ばHClを吸収させる前の廃液の少量を用いて洗浄し、遊
離のHClを結晶から除去する。この際後者の方法ではFeC
l3結晶が多少NiCl2で汚染されるが、量的に少ないので
特に問題は生じない。FeCl3・2.5H2Oを主とする結晶を
分離した母液はFeCl3濃縮器循環液としてポンプp−6
を経て濃縮器10に戻される。
本発明で得られるFeCl3の結晶は粘着性が少なく、母
液の分離性も良いので遊離HClの分離は極めて良好に行
われ、化学的な除去操作は殆ど不用で、必要な場合でも
そのための鉄あるいは酸化鉄等の所要量は極く僅かであ
る。
このようにして得られたFeCl3・2.5H2Oを主とする結
晶は溶解槽Sへ送られてFeCl3溶液としてエッチング槽
に供給再使用される。
〔実施例〕
図のフローチャートに従って操業を行った結果を以下
の表1に示す。なおここで用いたエッチング廃液は図示
してない濃縮器で約60%FeCl3濃度まで濃縮したもので
ある。表中の位置番号は図中のそれに対応する。
〔発明の効果〕 本発明は特に今後益々増加する傾向にある高細精度の
CRTのシャドウマスク用のニッケル合金のエッチング廃
液の再生回収に有効であって、各種結晶の晶出温度が高
いので、エネルギー的に有利であり、回収FeCl3中の遊
離HClの除去も容易であるから産業上極めて優れた方法
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施態様の一つを示すフローチャート
である。 1,2,3……配管、4……冷却器 5……NiCl2晶析器、6……配管 7……NiCl2濾過器、8……塩酸蒸気ライン 9……HCl濃縮装置、10……脱HCl兼FeCl3濃縮器 11……スチーム、12……FeCl3晶析器 13……FeCl3晶析用冷却器 14,15,16……配管、17……FeCl3分離器 p−1,2,3,4,5,6……ポンプ E……エッチング槽、O……酸化槽 S……溶解槽
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−222087(JP,A) 特開 平1−317128(JP,A) 特開 平3−291388(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】FeCl3の水溶液を用いるニッケル又はニッ
    ケル合金のエッチング工程から排出されるNiCl2、FeCl3
    あるいはさらにFeCl2を含む廃液にHClガスを吸収させ、
    溶解度の差によりNiCl2を晶析分離し、FeCl3とHClを回
    収して再使用することを含むエッチング廃液の再生処理
    方法において、 (a)該エッチング廃液をそのまま、あるいは濃縮し、
    HCl含有ガスと接触させてHClを吸収させ、NiCl2の大部
    分とFeCl2および/又はFeCl3の一部を15〜35℃において
    同時に晶出分離し、FeCl3の大部分は塩酸溶液として回
    収する工程と、 (b)上記FeCl3の塩酸溶液を濃縮器で循環FeCl3溶液と
    混合しながら加熱もしくは減圧加熱して濃縮し、HClと
    水分の少なくとも一部を留去すると共に、濃縮液の一部
    を抜出し、晶出装置においてFeCl3・2.5H2Oを主とする
    結晶と、FeCl3溶液とに析離せしめてそれぞれ分離し、
    母液は前記循環FeCl3溶液として濃縮器に循環し、FeCl3
    結晶は水又は系内の遊離HClを殆ど含まない溶液で洗浄
    した後、エッチング工程へ戻す工程と、 (c)前工程で留去されたHClと水の混合物から水分を
    分離してHClを濃縮し、(a)工程に戻す工程 の少なくとも三工程を含むFeCl3液の再生方法
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