Recovery of Gallium from GaAs Scraps by Thermal Decomposition

GaAs Scrap으로부터 熱分解法에 의한 갈륨 回收

By using thermal decomposition method, the preliminary experiments for recovery of metallic Ga from GaAs scraps produced in the manufacturing of compound semiconductors were carried out in laboratory(200 g/batch) scales. From these results, decomposition appratus with packed tower was constructed in commercial scale(30 kg/batch). The decomposition rate of GaAs increased with raising decomposition temperature, but the yield of Ga decreased over 1000$^{\circ}C. As a result, the optimum decomposition temperature was 1000~1050$^{\circ}C when the pressure of decomposition reactor was 2~2.5${\times}10^{-2} mmHg, and the yield of Ga was about 89 wt.%. The commercial decomposition apparatus was designed with packed tower because the partial pressure of As in vapor state was not reduced even if the temperature of As vapor was decreased. The recovery yield of Ga from GaAs scraps in large scale experiment showed 99%.

화합물반도체 제조 공정에서 발생하는 GaAs scrap으로부터 열분해법을 이용하여 갈륨을 회수하기 위한 기초 실험으로 200 g/batch 규모의 진공 열분해 실험을 수행하였고, 이 결과를 이용하여 30 kg/batch 용량의 Packed Tower가 부착된 열분해 장치를 제작하였다. 기초실험 결과 GaAs의 열분해속도는 온도가 높아짐에 따라 커지지만, 특히 1000$^{\circ}C 이상에서는 갈륨의 증기압 또는 증가하므로 갈륨의 회수율이 낮아지는 것을 알 수 있었다. 노 내 압력이 2~2.5${\times}10^{-2} mmHg일 때 1000~1050$^{\circ}C에서 가장 좋은 결과를 보였고, 이때 89% 정도의 갈륨 회수율을 나타내었다. GaAs의 열분해 시 비소의 분압은 온도가 높아짐에 따라 증가하고 융점인 1237$^{\circ}C를 전환점으로 온도는 낮아져도 증기압은 높은 이력현상(Hysteresis)을 보이는데, 이와 같은 특성을 이용하여 산업 생산에 적용한 열분해장치 제작에서는 반응기 위에 충진탑을 설치하였다. 그 결과, 열분해 반응기 내의 온도가 융점 이상의 고온에서도 99% 정도의 높은 회수율을 얻을 수 있었다.