CN102859011A - 铝粉末的熔化方法及熔化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够以高生成率使铝粉末熔化并能够将熔化的铝在各种用途中再利用的铝粉末的熔化方法及熔化装置。铝粉末的熔化方法具备：通过预先将铝粉末（A）与氟化物系熔剂（F）混合而准备包含铝粉末（A）和氟化物系熔剂（F）的混合物（M）的工序；及使混合物（M）在铝熔液（L）内熔化的工序。

Description

铝粉末的熔化方法及熔化装置

技术领域

本发明涉及铝粉末的熔化方法及熔化装置。在本发明中，“铝”这一用语不仅表示纯铝，还表示各种铝合金。

背景技术

一直以来，在颜料或电极形成用膏剂等中使用雾化铝粉末。由于雾化铝粉末的粒径的变动大，因此无法将雾化后的粉末直接使用在上述的材料中。因此，雾化铝粉末在筛分之后使用在上述的材料中。因此，存在筛落的（即，规定的粒度以上及/或规定的粒度以下的）雾化铝粉末白白浪费的问题。因此，为了对筛落的雾化铝粉末进行再利用，进行了熔化等的各种尝试。然而，无法将雾化铝粉末生成率良好地熔化并再利用。

在日本专利第3274931号公报（以下，称为专利文献1）中公开了一种利用燃烧器的热量使铝切粉熔化而积存一定量并伴随有熔剂处理的铝切粉熔化炉。通常铝切粉是指对铝成形品进行车削加工或切断加工时产生的片状或不定形状的铝粉的一种，其平均粒径比较大，其比表面积比较小。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3274931号公报

发明内容

与在专利文献1中处理的铝切粉相比，通常在产业界广泛流通的雾化铝粉末其平均粒径小，其比表面积相当大。即使要将这种雾化铝粉末在专利文献1记载的熔化炉中熔化，也几乎不会熔化，而是熔化不完或氧化而产生浮渣（熔渣）。其原因主要考虑是雾化铝粉末浮在熔液上、其牢固的氧化皮膜不容易破坏或熔化、雾化铝粉彼此热粘成为块状而熔化不完等。

因此，本发明的目的是解决上述的问题点，提供一种能够以高生成率使铝粉末熔化，并能够将熔化的铝在各种用途中再利用的铝粉末的熔化方法及熔化装置。

本发明人为了解决现有技术的问题点而反复仔细研究的结果是，发现了将铝粉末和氟化物系熔剂预先混合之后，将该混合物在铝熔液内进行熔化，由此能够实现上述的目的。基于这种发明人的见解而作出了本发明。

按照本发明的铝粉末的熔化方法，具备：通过预先将铝粉末与氟化物系熔剂混合而准备包含铝粉末和氟化物系熔剂的混合物的工序；及使该混合物在铝熔液内熔化的工序。

在本发明的铝粉末的熔化方法中，优选的是，在熔化工序中，对铝熔液进行搅拌，并同时使混合物在该铝熔液内熔化。

另外，在本发明的铝粉末的熔化方法中，优选的是，氟化物系熔剂包含25质量%以上且55质量%以下的氟、5质量%以上且20质量%以下的铝、及10质量%以上且50质量%以下的钾。

而且，在本发明的铝粉末的熔化方法中，优选的是，氟化物系熔剂包含KAlF₄作为主成分，氟化物系熔剂中的铝相对于钾的质量比率为0.35以上且0.70以下。

在本发明的铝粉末的熔化方法中，优选的是，混合物包含相对于混合物整体为2质量%以上且15质量%以下的氟化物系熔剂。

本发明的铝粉末的熔化方法优选的是，还具备将混合物成形为小块状的工序。

另外，本发明的铝粉末的熔化方法优选的是，还具备供给用于防止铝熔液的氧化的覆盖气体的工序。

在本发明的铝粉末的熔化方法中，优选的是，铝粉末的平均粒径为1μm以上且200μm以下，含氧量为0.05质量%以上且2.0质量%以下。

本发明的铝粉末的熔化装置具备：通过预先将铝粉末与氟化物系熔剂混合而准备包含铝粉末和氟化物系熔剂的混合物的单元；及使该混合物在铝熔液内熔化的单元。

本发明的铝粉末的熔化装置优选的是，还具备对铝熔液进行搅拌的单元。

另外，本发明的铝粉末的熔化装置优选的是，还具备将混合物成形为小块状的单元。

此外，本发明的铝粉末的熔化装置优选的是，还具备供给用于防止铝熔液的氧化的覆盖气体的单元。

发明效果

根据本发明，能够以高生成率使铝粉末熔化，因此能够将熔化的铝在各种用途中再利用。因此，本发明能够有助于省资源化。

附图说明

图1是表示作为按照本发明的一实施方式的铝粉末的熔化装置的概略结构的图。

具体实施方式

按照本发明的铝粉末的熔化方法具备：通过预先将铝粉末与氟化物系熔剂混合而准备包含铝粉末和氟化物系熔剂的混合物的工序；使该混合物在铝熔液内熔化的工序。

在本发明中使用的铝粉末为公知的铝粉末即可，但尤其优选通过雾化装置（熔液喷雾装置）制造的雾化铝粉末。铝粉末的平均粒径（由激光衍射式粒度分布计测定的测定值）优选为1~200μm，更优选为5~100μm，进一步优选为10~75μm。若铝粉末的平均粒径小于1μm的话，则存在如下等问题：在处理中产生粉尘，与氟化物系熔剂均匀混合花费时间，而铝可能燃烧。在铝粉末的平均粒径超过200μm的情况下，虽然没有特别的不良情况，但考虑到成本时，没有特别的优点。铝粉末的比表面积（由BET1点法测定的测定值）并未特别受限，但优选为0.1~5.0m²/g。铝粉末的含氧量（由惰性气体融解-红外线吸收法测定的测定值）优选为0.05~2.0质量%。

铝粉末含有的氧的大部分存在于表面，形成牢固的氧化覆膜。因此，在将通过预先混合铝粉末和氟化物系熔剂而准备的包含铝粉末和氟化物系熔剂的混合物向铝熔液装入时，在氟化物系熔剂接触或接近铝粉末的表面的状态下，将铝粉末向铝熔液装入。由此，将氧化覆膜破坏，或从铝粉末的表面将氧除去，使铝粉末中的金属铝成分生成率良好地熔化于铝熔液。除去的氧与熔剂发生反应，作为炉渣而被分离除去。

在本发明中使用的氟化物系熔剂如KAlF₄、K₃AlF₆等那样包含由氟、铝、钾构成的化合物，氟化物系熔剂中的氟、铝及钾的质量分率分别优选为25~55%、5~20%及10~50%。在氟化物系熔剂仅由氟、铝、钾构成时，各自的质量分率的合计为100%，不会超过100%，但在氟、铝、钾的质量分率的合计小于100%时，在氟化物系熔剂中存在有其他的元素，例如氢、氧、硅、钛、铯等元素。

在本发明中使用的氟化物系熔剂更优选以KAlF₄为主成分（氟化物系熔剂中含有50质量%以上），将氟化物系熔剂中的铝相对于钾的质量比率调整成为0.35~0.70，由此能够使氟化物系熔剂的熔点为1000℃以下，能够良好地实施。例如，KAlF₄：K₃AlF₆：K₂AlF₅·H₂O=70：15：7（质量比）或KAlF₄：K₃AlF₆=60：35（质量比）的混合组成的氟化物系熔剂被市售，但可以优选使用这种混合组成的氟化物系熔剂。前者的氟化物系熔剂中的氟、铝、及钾的质量分率分别为45%、14%、及29%，铝相对于钾的质量比率为0.49。后者的氟化物系熔剂中的氟、铝及钾的质量分率分别为46%、14%及35%，铝相对于钾的质量比率为0.40。前者、后者均是能够良好地实施本发明的范围内的混合组成的氟化物系熔剂。需要说明的是，在氟化物系熔剂中可以含有少量的TiO₂、AlF₃、SiO₂等（熔剂中，优选各为5质量%以下）。而且，氟化物系熔剂例如可以是不定形的粉状，只要能够与铝粉末混合而熔化即可。

铝粉末和氟化物系熔剂可以通过公知的混合装置、混合方法进行混合。例如可以使用旋转混合机、摆动混合机、回转混合器、V式混合器、筒式混合器、带式混合器、振动磨机、球磨机、行星磨机等混合装置进行混合。混合可以是干式混合或湿式混合的任一种，但在湿式混合中需要干燥工序，因此优选干式混合。混合中的气氛可以是在空气中，但在安全性方面上，优选为氩气、氮气、二氧化碳、真空、减氧气体（例如使空气中的氧浓度为10体积%以下、优选为8体积%以下的气体）等气氛。混合时间只要适当调整即可，可以为1~180分钟左右。

铝粉末与氟化物系熔剂的混合比例优选使氟化物系熔剂的量相对于混合物整体为2~15质量%，更优选为3~12质量%。若氟化物系熔剂的含量小于2质量%的话，对于将铝粉末中存在的氧除去可能不充分。当氟化物系熔剂的含量超过15质量%时，不仅成本变高，而且炉渣的量可能较多地产生至必要以上。

在铝粉末的平均粒径为10μm以下的情况下，优选将铝粉末与氟化物系熔剂的混合物成形为小块状。通过成形为小块状，能够防止铝粉末的粉尘的发生，并且铝粉末不会浮在熔液上，容易装入到铝熔液中。成形为小块状的方法·装置只要采用公知的方法·装置即可，例如可以使用辊压紧机（栗本铁工所制）、煤砖机（新东工业制）、其他各种冷成形装置、造粒装置等。小块的尺寸并未特别限制，但纵、横、高度的合计的尺寸（纵+横+高度）优选为3~300mm左右。

在将铝粉末与氟化物系熔剂的混合物装入到铝熔液中时，与将铝熔液静置的状态相比，优选形成为搅拌了铝熔液的状态。通过搅拌铝熔液，上述的混合物不会浮在铝熔液上而分散在铝熔液中，从而能够高效率地使铝粉末熔化。作为对铝熔液进行搅拌的方法·装置，可以采用螺旋桨轴方式、气体起泡方式、电磁感应搅拌方式、熔液泵方式等公知的搅拌方法·装置。例如，为了进行将螺旋桨轴方式与电磁感应搅拌方式组合的搅拌，可以将搅拌方法及搅拌装置并用两种以上来使用。

在搅拌时为了避免将空气卷入到熔液中，优选使氩气、氮气、二氧化碳、减氧气体等气体在熔液上流动。在使气体流动时，优选以5~500L/分钟左右的流量使其流动。也可以使熔化装置（炉）为密闭式。这种情况下，只要将装置内形成为氩气、氮气、二氧化碳、减氧气体、或真空的气氛即可。在流动式、密闭式的任一情况下，铝熔液上的氧浓度都优选为10体积%以下，更优选为8体积%以下。通过将氧浓度控制为10体积%以下，能够抑制粉尘爆炸或不慎的火灾的发生。如此，通过供给用于防止铝熔液的氧化的覆盖气体，能够将铝粉末的粉尘爆炸或燃烧防患于未然。

作为将铝粉末与氟化物系熔剂的混合物装入到铝熔液中的手段，在混合物的量为少量的情况下也可以利用人手，但通常也可利用电磁供料器、螺旋供料器、粉末搬运泵、振动供料器、旋转阀、超声波供料器等公知的供料器。当然，也可以用电子方式控制供料器对混合物的供给，伴随着铝熔液的使用（熔液减少），也能够适当供给混合物。

铝熔液的温度只要使铝为熔化的状态即可，并未特别限制，但通常（虽然也受合金成分的影响）可以为660~1000℃左右，设定成在该温度下使上述的氟化物系熔剂熔融。铝熔液的加热方式可以采用电磁感应加热方式（低频感应加热方式、高频感应加热方式）、燃烧器加热方式、辐射加热方式、电阻加热方式等公知的方式。需要说明的是，作为熔化装置的材质（炉材）可以采用公知的材质，在本发明中不重要，因此省略说明。

接着，基于图1，说明本发明的铝粉末的熔化装置1的一实施方式。作为将铝粉末A与氟化物系熔剂F混合而准备包含铝粉末A和氟化物系熔剂F的混合物的方法，在该实施方式中如图1所示采用V式混合器11。在准备了混合物M之后，暂时积存在料斗12内，通过振动供料器13将规定量的混合物M向在加热炉14内预先加热熔化后的铝熔液L装入。铝熔液L的表面附近成为由作为搅拌装置的螺旋桨轴16搅拌的状态，同时通过覆盖气体供给管15将氩气等供给到铝熔液表面。覆盖气体供给管15的源头在图1中未图示，但与气泵和气体产生装置等连接。向铝熔液L装入的混合物M由螺旋桨轴16搅拌，由此不会浮在铝熔液L的表面，而分散在铝熔液L中，由于氟化物系熔剂F的作用而铝粉末A的氧化覆膜被破坏，或从铝粉末A将氧除去，铝粉末A中的金属铝成分在铝熔液L中熔化。得到的铝熔液（铝粉末熔化后的铝熔液）用于铸造成铸块，或用于再次通过雾化装置制造雾化铝粉，能够提供给使用公知的铝的各种制造业。

通过使用以上说明的本发明的铝的熔化方法或熔化装置，能够使铝粉末生成率良好地熔化。并且，熔化的铝能够在各种用途中再利用，因此本发明有助于省资源化。而且，通过本发明，以往不可能的微细铝粉末（平均粒径200μm以下）的熔化变得可能。此外，本发明由比较简单的工序或装置构成，因此能够以低成本使铝粉末再循环。需要说明的是，在本发明中，由于主要使用氟化物系熔剂，因此几乎不会产生有害的氯气。而且，在本发明中，通过使用覆盖气体，能够将铝粉末的粉尘爆炸或燃烧防患于未然。

实施例

以下，使用实施例，说明验证本发明的效果的例子，但实施例是本发明的一例，并非通过实施例来限制本发明的技术范围。

（实施例1）

将100kg雾化铝粉末（金属铝纯度99.7质量%（设除了氧量之外的金属量为100%时的纯度）、平均粒径30μm、含氧量0.37质量%、比表面积0.41m²/g）与7kg氟化物系熔剂（KAlF₄：K₃AlF₆：K₂AlF₅·H₂O=70：15：7（质量比））通过筒式混合器混合30分钟。将得到的混合物向通过500kg大小的低频感应加热炉（500kW）预先加热熔化后的纯度99.7质量%的铝熔液（种子熔液）350kg（熔液温度850℃）中以每次装入少量的方式装入。在装入时将氩气以70L/分钟的流量吹到铝熔液表面附近。需要说明的是，铝熔液借助螺旋桨轴式搅拌机（转速30rpm）而整体性地形成为搅拌状态。

（实施例2）

将100kg雾化铝粉末（金属铝纯度99.7质量%（设除了氧量之外的金属量为100%时的纯度），平均粒径10μm，含氧量0.43质量%，比表面积0.65m²/g）和10kg氟化物系熔剂（KAlF₄：K₃AlF₆：K₂AlF₅·H₂O=70：15：7（质量比））通过筒式混合器混合了30分钟之后，将得到的混合物通过煤砖机（新东工业制）冷压缩成形为尺寸约20mm×20mm×40mm的小块状。将得到的压缩成形体向通过500kg大小的气体燃烧炉预先加热熔化后的纯度99.7质量%的铝熔液（种子熔液）350kg（熔液温度850℃）中以每次装入少量的方式装入。在装入时，将氮气以50L/分钟的流量吹到铝熔液表面附近。需要说明的是，铝熔液通过螺旋桨轴式搅拌机（转速30rpm）而整体性地形成为搅拌状态。

（比较例1）

将100kg雾化铝粉末（金属铝纯度99.7质量%（设除了氧量之外的金属量为100%时的纯度），平均粒径30μm，含氧量0.37质量%，比表面积0.41m²/g）向通过500kg大小的低频感应加热炉（500kW）预先加热熔化后的纯度99.7质量%的铝熔液（种子熔液）350kg中以每次装入少量的方式装入。在雾化铝粉末装入时，将氮气以50L/分钟的流量吹到铝熔液表面附近。需要说明的是，铝熔液通过电磁感应的作用而整体性地形成为搅拌状态。

（比较例2）

将雾化铝粉末（金属铝纯度99.7质量%（设除了氧量之外的金属量为100%时的纯度），平均粒径10μm，含氧量0.43质量%，比表面积0.65m²/g）通过煤砖机（新东工业制）冷压缩成形为尺寸约20mm×20mm×40mm的小块状。将10kg得到的压缩成形体向通过50kg大小的高频感应加热炉预先加热熔化后的纯度99.7质量%的铝熔液（种子熔液）10kg中以每次装入少量的方式装入。在将雾化铝粉末的压缩成形体装入时，将氩气以30L/分钟的流量吹到铝熔液表面附近。需要说明的是，铝熔液通过电磁感应的作用而整体性地形成为搅拌状态。

（比较例3）

将100kg雾化铝粉末（金属铝纯度99.7质量%（设除了氧量之外的金属量为100%时的纯度），平均粒径30μm，含氧量0.37质量%，比表面积0.41m²/g）向通过电磁感应加热炉（500kW）预先加热熔化后的纯度99.7质量%的铝熔液（种子熔液）350kg（熔液温度850℃）中以每次装入少量的方式装入，接着，通过1kg氯化物系熔剂（主成分KCl）对铝熔液进行熔剂处理。在装入雾化铝粉末时，将氮气以90L/分钟的流量吹到铝熔液表面附近。需要说明的是，铝熔液通过螺旋桨轴式搅拌机（30rpm）而整体性地形成为搅拌状态。

关于各实施例及比较例，通过下式1算出了生成率（成品率）。算出结果如表1所示。

（生成率）={（WF-WM）/WA}×100……式1

在式1中，WF为铝粉末熔化后得到的铝熔液整体的重量（kg）（其中，不包含分离除去的炉渣），WM为熔化铝粉末之前预先加热熔化后的铝熔液（种子熔液）的重量（kg），WA为雾化铝粉末的重量（kg）。

[表1]

从表1可知，在实施例1~2中，与比较例1~3相比，能够生成率良好地使铝粉末熔化。而且可知，能够进行以往不可能的微细铝粉末（平均粒径200μm以下）的熔化。

应考虑的是以上公开的实施方式和实施例全部的点均是例示，并未受限制。本发明的范围不是由以上的实施方式和实施例而是由权利要求书所公开，并包含与权利要求书等同的意思及范围内的全部的修正和变形。

工业实用性

使用本发明的铝的熔化方法及熔化装置，能够使铝粉末以高生成率熔化，因此能够将熔化的铝在各种用途中再利用。因此，本发明能够有助于省资源化。

标号说明

1：铝粉末的熔化装置，11：V式混合器，12：料斗，13：振动供料器，14：加热炉，15：覆盖气体供给管，16：螺旋桨轴，A：铝粉末，F：氟化物系熔剂，M：混合物，L：铝熔液。

Claims (12)

1.一种铝粉末的熔化方法，具备：

通过预先将铝粉末（A）与氟化物系熔剂（F）混合而准备包含铝粉末（A）和氟化物系熔剂（F）的混合物（M）的工序；及

使所述混合物（M）在铝熔液（L）内熔化的工序。

2.根据权利要求1所述的铝粉末的熔化方法，其中，

在所述熔化工序中，对铝熔液（L）进行搅拌，并同时使所述混合物（M）在该铝熔液（L）内熔化。

3.根据权利要求1所述的铝粉末的熔化方法，其中，

所述氟化物系熔剂（F）包含25质量%以上且55质量%以下的氟、5质量%以上且20质量%以下的铝、及10质量%以上且50质量%以下的钾。

4.根据权利要求1所述的铝粉末的熔化方法，其中，

所述氟化物系熔剂（F）包含KAlF₄作为主成分，所述氟化物系熔剂（F）中的铝相对于钾的质量比率为0.35以上且0.70以下。

5.根据权利要求1所述的铝粉末的熔化方法，其中，

所述混合物（M）包含相对于所述混合物（M）整体为2质量%以上且15质量%以下的所述氟化物系熔剂（F）。

6.根据权利要求1所述的铝粉末的熔化方法，其中，

还具备将所述混合物（M）成形为小块状的工序。

7.根据权利要求1所述的铝粉末的熔化方法，其中，

还具备供给用于防止所述铝熔液（L）的氧化的覆盖气体的工序。

8.根据权利要求1所述的铝粉末的熔化方法，其中，

所述铝粉末（A）的平均粒径为1μm以上200μm以下，含氧量为0.05质量%以上且2.0质量%以下。

9.一种铝粉末的熔化装置（1），具备：

通过预先将铝粉末（A）与氟化物系熔剂（F）混合而准备包含铝粉末（A）和氟化物系熔剂（F）的混合物（M）的单元（11）；及

使所述混合物（M）在铝熔液（L）内熔化的单元（13、14）。

10.根据权利要求9所述的铝粉末的熔化装置（1），其中，

还具备对所述铝熔液（L）进行搅拌的单元（16）。

11.根据权利要求9所述的铝粉末的熔化装置（1），其中，

还具备将所述混合物（M）成形为小块状的单元。

12.根据权利要求9所述的铝粉末的熔化装置（1），其中，

还具备供给用于防止所述铝熔液（L）的氧化的覆盖气体的单元（15）。

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