JPH11229055A - アルミニウム或いはアルミニウム合金の純化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来において不純物を複合化合物とし、該複
合化合物を分離除去しているが、従来法はいずれも分離
が不十分であり、多くのアルミニウムのロスを生じてい
た。そこで本発明は、不純元素の除去を生産性良好にな
し得るアルミニウム或いはアルミニウム合金の純化方法
を提供することを目的とする。 【解決手段】 不純元素を含有するアルミニウム或いは
アルミニウム合金から不純元素を除去する方法であっ
て、前記不純元素を含有するアルミニウム或いはアルミ
ニウム合金に複合化合物形成元素を添加した溶湯とし、
該溶湯を６４０〜７００℃に保持し、溶湯を整流回転さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム或い
はアルミニウム合金を純化する方法に関するものであ
り、詳細にはアルミニウムまたはアルミニウム合金スク
ラップを溶解したアルミニウム溶湯から、例えば鉄や珪
素と言った不純元素を除去する方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウムやアルミニウム合金は、そ
の優れた金属光沢，軽量性，加工性等から、建築材料，
自動車材料，飲料缶など多方面にわたって利用されてお
り、最近では資源の有効利用の観点からリサイクルが積
極的に進められている。

【０００３】しかしアルミニウムやアルミニウム合金に
は、不可避的不純元素や積極添加合金元素が混入してい
るのが一般的であり、例えば鉄等の不純元素が混入した
ままでリサイクルすると、共晶化合物が粗大化する等の
不都合を生じ、その為にリサイクル製品は強度，靭性，
表面処理性などが著しく劣化することがあるという問題
が指摘されている。

【０００４】そこで不純元素の分離・除去に関する様々
な技術が提案されており、例えば鉄の除去技術に関して
は下述の様に固体選別法，偏析法，電気分解法，化合物
法等が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記固体選別法は、鉄
製品を磁力により選別して除去する方法であり、鉄製品
がアルミニウム製品と分別可能な状態で夫々独立して存
在している場合には好適な方法と言えるが、アルミニウ
ム製品に鉄製のねじや釘などが係合・嵌合等している場
合には磁力を用いる選別法では除去できない。よって鉄
を完全には除去することができず、別の除去法を併用す
る必要がある。

【０００６】また上記偏析法は、アルミニウム溶湯を冷
却していくプロセスで純度の高いアルミニウムが先に凝
固する原理を用いる方法である（例えば特開昭６１−１
６６９２９号公報）が、生産性が非常に悪いという問題
を有している。

【０００７】上記電気分解法は、電気分解によって不純
元素を陽極に残し、高純度アルミニウムを陰極に集める
方法である（例えば特公昭６２−１０３１５号公報）
が、非常に多量の電力を消費し、高コストになる問題が
ある。

【０００８】上記化合物法は、例えばアルミニウム−マ
ンガン金属間化合物を溶湯中に添加し、該アルミニウム
−マンガン金属間化合物を鉄と反応させて不溶性の金属
間化合物（複合化合物）を形成し除去する方法であり
（例えば特公昭５７−２１３４号公報）、該方法は上記
偏析法等よりも生産性に優れており、エネルギー消費量
も少ない。しかし、生成した複合化合物を良好に分離す
ることが難しいという問題がある。

【０００９】即ち、生成した複合化合物をアルミニウム
溶湯から分離する方法として、上記特公昭５７−２１３
４号公報においては該溶湯を静置或いは機械的に遠心分
離，振動させることにより、固体の複合化合物を沈降さ
せて分離するという方法が提案されているが、上記静置
や振動による方法では十分な分離ができず、やはりアル
ミニウムのロスが多く、一方上記遠心分離による方法で
は極めて大規模な装置が必要となり、現実的でない。

【００１０】また特開平８−３５０２１号公報において
は、容器を自転させて容器壁に向けて遠心力を作用さ
せ、上記複合化合物を外周側に偏析させて分離するとい
う方法が提案されているが、該方法においても十分に分
離できず、アルミニウムのロスが多い。これは、溶湯に
乱流が起こり、複合化合物の炉壁への移動が不安定とな
るからであると考えられる。

【００１１】そこで本発明は上記問題に鑑みてなされた
ものであって、上記化合物法を利用し、不純元素の除去
を生産性良好になし得るアルミニウム或いはアルミニウ
ム合金の純化方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係るアルミニウ
ム或いはアルミニウム合金の純化方法は、不純元素を含
有するアルミニウム或いはアルミニウム合金から不純元
素を除去する方法であって、前記不純元素を含有するア
ルミニウム或いはアルミニウム合金に、該不純元素と複
合化合物を形成する元素（以下、複合化合物形成元素と
称することがある）を添加した溶湯を得、該溶湯を６４
０〜７００℃に保持して複合化合物を生成させる工程
と、該複合化合物を含む溶湯を整流回転させる工程を有
することを要旨とする。

【００１３】上記従来法において例示される様に、複合
化合物形成元素（上記従来法においてはアルミニウム−
マンガン金属間化合物）を添加することによってアルミ
ニウム或いはアルミニウム合金の溶湯（以下、これらを
Ａｌ溶湯と称することがある）中の不純元素が複合化合
物となって析出する。該複合化合物はＡｌ溶湯よりも比
重が高いものの、両者の差は大きいものではなく、その
為に従来では分離が不十分となったものと考えられる
が、本発明の様にＡｌ溶湯を整流回転させた場合は、た
とえ比重差が小さくとも良好に分離し、上記複合化合物
が炉壁側（槽の壁側）へ移動するということを見出し
た。

【００１４】上記整流回転とは、乱流を生じていない回
転流の状態であり、仮に乱流が生じると該乱流部分に引
き込みが起こり、複合化合物が引き込まれて炉壁側への
移動が妨げられる様になる。例えば中心部に乱流が生じ
ると、該中心部に複合化合物が引き込まれて溜まる様に
なる。本発明においてはこの様な乱流が生じない様に流
速や流れ方向等を制御して、溶湯に整流回転を生じさせ
る。そして炉壁側へ集まった複合化合物濃度の高い部分
か、或いは炉の中央の高純度のアルミニウム部分を取り
出す等して分けると良い。

【００１５】尚不溶性の複合化合物を良好に生成させる
には溶湯を６４０〜７００℃に保持する必要があり、こ
の温度範囲であればＡｌ溶湯の流動性を良好に保ちつ
つ、前記複合化合物の溶融温度以下となるからである。
またＡｌ溶湯の保持温度が６４０℃よりも低過ぎると、
液相よりも固相の方が多くなり、複合化合物生成の反応
効率が低下する。一方保持温度が７００℃よりも高過ぎ
ると、不純元素の残存量が増加する傾向にある。この理
由は、生成した複合化合物が再溶解するためであると考
えられる。尚、前記溶湯の保持温度が６５０℃以上であ
ることがより好ましく、一方保持温度の上限値は上記複
合化合物の組成及びその融点にもよるが、６９０℃以下
であることがより好ましい。

【００１６】また溶湯を６４０〜７００℃に保持する時
間は複合化合物の形成を十分に進行させるのに必要な長
さとするが、通常工程では１時間程度で十分である。

【００１７】本発明の操作順序としては、上記溶湯を
６４０〜７００℃に所定時間保持して複合化合物を十分
に生成した後、整流回転する方法や、上記溶湯を６４
０〜７００℃に保持すると同時に整流回転を行う方法、
或いは上記溶湯が６４０〜７００℃になる前から整流
回転を行い始める方法のいずれであっても良い。

【００１８】またアルミニウムやアルミニウム合金を加
熱溶融するにあたっては、これらを加熱して溶湯とした
後、複合化合物形成元素を添加しても良いし、或いはア
ルミニウムスクラップやアルミニウム合金スクラップが
固体である状態で複合化合物形成元素を混ぜ、これらを
一緒に加熱溶融する様にしても良い。尚アルミニウムや
アルミニウム合金の溶解温度は通常の溶解温度６８０〜
９００℃で良く、複合化合物生成のための上記保持温度
よりもこの溶解温度を高くしておき、温度を下げて上記
保持温度とする方が、通常、複合化合物の生成効率が良
くなる。

【００１９】加えて本発明においては、前記回転を電磁
攪拌により行うことが好ましい。Ａｌ溶湯は導体である
から、電磁気力により溶湯流れを起こすことができ、し
かもこの様な電磁攪拌によれば整流回転を起こすことが
できる。よって複合化合物を良好に分離できる。

【００２０】また不純元素としては鉄，シリコン等様々
であるが、該不純元素と反応して不溶性複合化合物を形
成する元素としても様々な元素を用いることができる。
その中でも不純元素がＦｅまたはＳｉの場合は、複合化
合物形成元素としてＭｎ或いはＺｒまたはＣａであるこ
とが好ましい。上記ＦｅやＳｉはアルミニウムやアルミ
ニウム合金に良く含有されている不純元素であるが、こ
の様な不純元素に対して上記Ｍｎ，ＺｒまたはＣａは良
好に反応して、比重が高く不溶性の複合化合物を生成す
るからである。

【００２１】

【発明の実施の形態及び実施例】以下に本発明に係るア
ルミニウム或いはアルミニウム合金の純化方法の一実施
例を説明する。

【００２２】図１は本発明の純化方法に用いる装置の一
例を示す概略断面図であり、まず溶解炉１０にアルミニ
ウムスクラップやアルミニウム合金スクラップを投入
し、加熱溶融してＡｌ溶湯とする。該Ａｌ溶湯に複合化
合物形成元素を添加し、これを樋１１を経由して電磁攪
拌装置１３の攪拌槽１２内に投入する。上記電磁攪拌装
置１３には電磁攪拌用コイル部１４の他、加熱機構及び
冷却機構が備えられており、攪拌槽１２内を所定の一定
温度に保つことができる。

【００２３】攪拌槽１２内の温度を６４０〜７００℃に
保持しつつ、電磁攪拌を行ってＡｌ溶湯１５を整流回転
させる。生成した複合化合物は整流回転によって攪拌槽
１２の壁面側に集まり、攪拌槽１２の中央部分の溶湯は
高度に純化されたアルミニウム溶湯となる。該攪拌槽１
２の中央部分の溶湯を、ポンプ等を用いて取り出す。
尚、この取り出した溶湯を更に公知の方法で精練しても
良い。

【００２４】＜実験＞表１，２に示す様に、鉄等の不純
元素を含有するアルミニウムスクラップ（JIS1100 系，
JIS3004 系，JIS5000 系スクラップ）を原料として使用
し、これに反射型溶解炉を用いて大気雰囲気下で加熱溶
解した。得られた溶湯に複合化合物形成元素を添加し、
表１，２に示す通りの温度及び時間保持した。

【００２５】溶湯保温の際、実験No. １〜３においては
電磁攪拌装置を用いて溶湯を整流回転させ（５０rpm
）、攪拌槽壁側に複合化合物を移動させて分離し、除
去した。尚、用いた電磁攪拌装置は内径160mm ×内部高
さ200mm の攪拌槽を有し、発生磁束密度：1000GAUSS 、
定格周波数：60Hz、定格コイル電流：常用600A、電源定
格：AC440V,3φ,130kVA 、攪拌能力：アルミニウム溶湯
で1000rpm 以上、予熱温度：攪拌槽内温度が1023K/3h到
達可能、冷却方式：浸漬式水冷、冷却水量：500 リット
ル/minであった。

【００２６】一方実験No. ４〜６においては、溶湯を静
置した状態で保温し、複合化合物を沈降若しくは浮遊さ
せて分離除去した。

【００２７】上記実験No. １〜６における不純物除去率
を表１，２及び図２〜４に示す。尚実験No. １とNo.
４、実験No. ２とNo. ５、実験No. ３とNo. ６は、夫々
溶湯を整流回転させるか、静置するかの違いのみであ
り、他の条件については同じである。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】尚表１，２において「母合金により添加」
とは、複合化合物形成元素をアルミニウムに含有させて
合金とし、該合金を溶湯に添加したということである。

【００３１】上記結果から分かる様に、アルミニウムス
クラップの種類を問わず、溶湯を整流回転させたNo. １
〜３は、静置して沈降，浮遊させたNo. ４〜６よりも、
良好に不純物が除去できる。

【００３２】尚実験に用いた上記電磁攪拌装置において
は、溶湯に約５０〜２００rpm の回転（３０〜６０Ａ）
を発生させたときに乱流を生じず好適な整流回転が得ら
れた。従って、内径160mm ×内部高さ200mm の攪拌槽に
おいては５０〜２００rpm の回転流を生じさせるのが好
ましいことが分かる。

【００３３】以上の様に本発明に係る純化方法につい
て、実施例を示しつつ説明したが、本発明はもとより上
記例に限定される訳ではなく、前・後記の趣旨に適合し
得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であ
り、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含され
る。

【００３４】

【発明の効果】本発明に係るアルミニウム或いはアルミ
ニウム合金の純化方法は、不純元素を高効率で除去する
ことができ、従ってアルミニウム溶湯のロスが少なく、
高度に純化したアルミニウムを得ることができる。また
本発明の純化方法は、従来の静置する方法よりも速やか
に分離することができ、また分離装置としてもあまり大
型でなく、エネルギー消費量も少なく、生産性に優れた
方法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る純化方法に用いる装置の一例を示
す概略断面図。

【図２】実験No. １と実験No. ４についての不純物除去
率を示すグラフ。

【図３】実験No. ２と実験No. ５についての不純物除去
率を示すグラフ。

【図４】実験No. ３と実験No. ６についての不純物除去
率を示すグラフ。

【符号の説明】

１０ 溶解炉 １１ 樋 １２ 攪拌槽 １３ 電磁攪拌装置 １４ コイル部 １５ Ａｌ溶湯

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西 誠治 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不純元素を含有するアルミニウム或いは
   アルミニウム合金から不純元素を除去する方法であっ
   て、 前記不純元素を含有するアルミニウム或いはアルミニウ
   ム合金に、該不純元素と複合化合物を形成する元素を添
   加した溶湯を得、 該溶湯を６４０〜７００℃に保持して複合化合物を生成
   させる工程と、 該複合化合物を含む溶湯を整流回転させる工程を有する
   ことを特徴とするアルミニウム或いはアルミニウム合金
   の純化方法。
2. 【請求項２】 前記回転を電磁攪拌により行う請求項１
   に記載のアルミニウム或いはアルミニウム合金の純化方
   法。
3. 【請求項３】 前記溶湯の温度が６５０〜６９０℃であ
   る請求項１または２に記載のアルミニウム或いはアルミ
   ニウム合金の純化方法。
4. 【請求項４】 前記不純元素がＦｅまたはＳｉであり、
   該不純元素と複合化合物を形成する元素がＭｎ，Ｚｒま
   たはＣａである請求項１〜３のいずれかに記載のアルミ
   ニウム或いはアルミニウム合金の純化方法。