[发明专利]用于回收氧化铈的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于从主要由氧化铈组成的磨料废物回收氧化铈的方法，所述磨料废物源自用作与半导体相关的电子材料的合成石英玻璃衬底的抛光。

背景技术

在半导体和光学领域中用包含稀土元素的磨料抛光玻璃衬底是一般惯例，其中所述磨料主要由氧化铈组成，并且添加少量的氧化钇和氧化钕。遗憾的是，日本在用于磨料的包含稀土元素的矿物产量上受限并且它们的供应大部分依赖于进口。鉴于目前的国际形势、进口的未来不确定性和有限的储备，存在着在稀土元素使用后对其回收和再利用的强烈需要。

在这些情况下，对稀土元素的回收、特别是用于回收氧化铈的方法进行了研究。例如，JP-AH11-90825（专利文件1）公开了一种通过以下步骤从磨料废物回收氧化铈的方法：通过用碱金属氢氧化物处理移除杂质，在沉淀剂的帮助下形成主要包含氧化铈的饼料，以及干燥和筛选。

此外，JP-A2002-28662（专利文件2）公开了另一种方法，其包括以下步骤：将弱碱性水溶液添加至用于抛光玻璃衬底的磨料废物中、控制ζ电势、以及将所得的液体离心以分离和回收氧化铈。

此外，JP-A2007-276055（专利文件3）公开了又一种方法，不同于上述的方法，其使用酸处理代替碱处理用于从磨料废物回收氧化铈。

发明内容

技术问题

然而，专利文件1中公开的方法具有不能从磨料废物完全除去杂质的缺点。换句话说，回收的氧化铈包含来自沉淀剂和碱金属氢氧化物的金属元素以及在碱处理后磨料废物中未除去的剩余物质。这样再利用的氧化铈不能在涉及需要不含金属杂质和微缺陷的半导体领域中用作磨料。

专利文件2中公开的方法也具有不能完全除去无机杂质如通过抛光而由石英玻璃衬底释放的SiO₂的缺点，这是因为添加至磨料废物的碱量非常少，刚够改变ζ电势。回收的干燥状态的氧化铈包含这样大量的残留SiO₂，以至于其不能再用作玻璃衬底的磨料。

此外，存在一个负面因素：尽管在氢氟酸辅助下通过浸取从磨料废物除去玻璃组分是可能的，但是由分离和干燥所得的回收的氧化铈仍然包含残留的氢氟酸，由于抛光期间的氢氟酸的刻蚀作用其将使玻璃衬底表面粗糙化。氢氟酸可由浓硝酸代替，结果是其将溶解氧化铈，从而降低回收率。此外，回收的包含残留氢氟酸的磨料从安全角度上来说不是所需的。

本发明是鉴于前述问题而完成的。本发明的目的是提供一种方法，其不仅用于再利用由玻璃衬底的抛光所得的磨料废物，而且用于获得主要由氧化铈组成并且几乎完全不含源自磨料废物的杂质的回收磨料。

问题的解决方案

为了达到前述目的，本发明人进行了一系列的研究，其导致这样的发现：通过包括碱处理、用沉淀剂沉淀、酸处理、有机溶剂（醇）处理、以及干燥的程序，从源自玻璃抛光的磨料废物（主要由氧化铈组成）回收高纯度的氧化铈是可能的，并且所回收的氧化铈可再用作磨料。本发明基于上述发现。

主要由氧化铈组成的磨料废物是指就固体含量而言包含至少50wt%、特别是50-60wt%的氧化铈的磨料废物。此外，除了氧化铈以外，磨料废物还可额外包含10-15wt%的通过抛光由石英玻璃衬底释放的SiO₂（固体形式）。顺带地，初始磨料就固体含量而言通常包含55-70wt%的氧化铈。

本发明提供了用于从主要由氧化铈组成的磨料废物回收氧化铈的方法，所述磨料废物源自玻璃衬底的抛光，所述方法包括以下步骤：

（i）向磨料废物添加碱性物质的水溶液；

（ii）向所得的溶液添加沉淀剂，从而形成主要由氧化铈组成的沉淀物并且除去上清液；

（iii）向所得的沉淀物添加酸性物质的溶液，从而使沉淀物为微酸性至中性；

（iv）用有机溶剂洗涤所得的沉淀物；以及

（v）干燥并且压碎沉淀物。

优选地，碱性物质的水溶液是具有至少pH12的氢氧化钠的水溶液。

沉淀剂可为选自硫酸铝和聚氯化铝中的一种，酸性物质为选自乙酸、碳酸、稀硝酸和稀盐酸中的一种，并且有机溶剂为甲醇。

本发明的有益效果

根据本发明的方法使将磨料废物再造成主要由氧化铈组成的纯磨料成为可能，可再使用该磨料来抛光与光掩模和中间掩模相关的半导体尖端技术的合成石英玻璃衬底。磨料废物的再利用将有助于稳定作为有价值的稀土元素的铈的供应。

实施方案描述