JP2003096523A - アルミニウム残灰の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルミニウム残灰を合理的に処理してアルミ
ニウム合金を回収することができる実用性の高い、アル
ミニウム残灰の処理方法を提供する。 【解決手段】 アルミニウム残灰Ａと炭素還元材Ｃとケ
イ石Ｂとを還元炉１内の溶湯４上に近接させて供給し
て、アーク放電により溶解還元させてアルミニウム−シ
リコン合金を生成させ、その合金溶湯を直接もしくは保
持炉１５を介して取出してインゴット３０に鋳造させ、
前記還元炉１で発生するガスを冷却塔１０に導いて冷却
するとともに気化金属成分を冷却捕集して回収し、排ガ
スに同伴する微粉（粒子）を除塵工程によって分離して
粉体で回収する。

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，ア
ルミニウム合金の溶解精錬時に発生した溶解滓を精錬し
て後に生じる残灰を再処理してアルミニウム合金を回収
する、アルミニウム残灰の処理方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウムおよびアルミニウム合金を
溶解精錬する際には、酸化アルミニウムを主体とする溶
解滓が発生し、これに含まれる金属アルミニウムを回収
することは周知である。しかしながら、金属アルミニウ
ムを回収した後の滓には未だ３０重量％以上の金属アル
ミニウム分が含有されているので、さらにこれを回収す
る処理がなされ、その後に残ったものがアルミニウム残
灰と称されている。

【０００３】このアルミニウム残灰には、また、５〜１
４％程度の金属アルミニウム分が含まれている。この金
属アルミニウム分をさらに回収することは、現在におい
て経済的に困難であると認識されている。したがって、
このアルミニウム残灰は最終的な滓となって産業廃棄物
として処理されているのが現状である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、そのア
ルミニウム残灰は、一般に１ｍｍ以下の粉粒で、しかも
５０μｍ以下の微粉が６５重量％余含まれているので、
取扱上飛散しやすく、運搬・廃棄などの作業が困難で、
微粉の飛散を防止するために散水すると、残灰中に含有
している窒化アルミニウムなどの化合態窒素成分が分解
してアンモニアを発生し、このアンモニアガスによる悪
臭が放散されて二次公害を起すという問題がある。ま
た、アルミニウム残灰は、含有する金属アルミニウムが
水と反応して水素ガスが発生する、というような問題点
もあり、安易に産業廃棄物として埋め立て処理すること
もできない。このようなことから、処理費用も高騰し、
アルミニウム業界としては深刻な問題に直面しているの
が現状である。

【０００５】このような状況に鑑みてアルミニウム滓を
利用してアルミニウム−シリコン合金を生成させ、有効
利用を図る試みが特開平６−１４５８３６号公報によっ
て開示されている。この公報にてはアルミニウム滓のブ
リケット成型品と、塊状のケイ石と塊状の無煙炭とを電
気炉に入れ、溶融還元反応によりアルミニウム−シリコ
ン合金を生成させるアルミニウム滓を利用した合金の製
法が記載されている。そして、この製法によれば、産業
廃棄物であるアルミニウム滓を有効利用してアルミニウ
ム合金を得ることができる旨記載されている。

【０００６】しかしながら、前記先行技術のアルミニウ
ム滓からの合金の製法によると、アルミニウム滓をブリ
ケット成型する必要があり、添加するケイ石や無煙炭に
ついても塊状物を選んで使用することになり、その分原
料コストが高くなるという問題点がある。

【０００７】このほかに、この種材料を電気炉で還元処
理するには、外気と遮断状態で取扱うことになり溶解時
に発生するガスの処理が必要となる。しかしながら、前
記先行技術にあっては、還元処理に際して発生する排ガ
ス処理などそれら附帯処理についての解決がなされてお
らず、未だ実用化するには多くの問題点を有するもので
ある。

【０００８】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであって、アルミニウム残灰を合理的に処理して
アルミニウム合金を回収することができる実用性の高
い、アルミニウム残灰の処理方法を提供することを目的
とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用・効果】前述さ
れた目的を達成するために、第１発明によるアルミニウ
ム残灰の処理方法は、アルミニウム残灰と炭素成分材と
ケイ石とを還元炉内の溶湯上に近接させて供給して、ア
ーク放電により溶解還元させてアルミニウム−シリコン
合金を生成させ、その合金溶湯を直接もしくは保持炉を
介して取出して固形体に鋳造させ、前記還元炉で発生す
るガスを冷却塔に導いて冷却するとともに気化金属成分
を冷却捕集して回収し、排ガスに同伴する微粉を除塵工
程によって分離して粉体で回収することを特徴とするも
のである。

【００１０】本発明においては、まずアルミニウム残灰
とケイ石に石炭粉やコークス粉などの炭素成分材（還元
炭素材）を加えてコンベアなどによって還元炉内に送り
込み、炉内の溶湯上に近接した位置で投入するようにし
て溶解還元させる。こうすると、粉体状のアルミニウム
残灰を効果的に溶湯内に投入でき、溶解速度を高めるこ
とができる。この還元炉で投入したアルミニウム残灰と
ケイ石を溶解させて生成されるアルミニウム−シリコン
合金は、還元炉から別途設置の保持炉に取出して溶湯状
態を保持させ、所要量ずつ取出して所要寸法の固形体に
鋳造させる。一方還元炉では投入資材の溶解に際して発
生するガスをダクトによって冷却塔に導き、この冷却塔
において熱交換を行わせ、ガス中に含まれる金属成分を
固化させ、この固化した金属成分をそのまま保持炉内に
送り込んでその保持炉内で保持されている前記溶湯中に
投入し、溶解させる。なお、冷却塔において冷却処理さ
れた排ガスはさらに除塵装置に導入して、前記冷却塔で
捕集できなかった同伴微粒を分級・捕集して粉末状で回
収し、除塵された排ガスは無害状態で放散される。

【００１１】本発明によれば、アルミニウム残灰を特別
な加工を施すことなくケイ石と還元炭素材を加えて溶解
還元するとともに、発生ガスを冷却処理してガス中に気
散した金属成分を回収し、かつ冷却されたガスを除塵処
理して大気中に放散させる際に捕集した金属成分を粉体
状で回収でき、溶解還元されて得られた溶湯は鋳造し
て、アルミニウム−シリコン合金の固形体として製品に
でき、粉末状で回収されたものは、そのままあるいは加
工して固形の製品にすることができる。こうすること
で、廃棄処分が困難であるアルミニウム残灰の大部分を
金属合金として再生処理することが可能になり、産業的
効果を高めることができる。

【００１２】また、第２発明によるアルミニウム残灰の
処理方法は、アルミニウム残灰と炭素成分材およびケイ
石の粉体を還元炉内の溶湯中にランスパイプにより供給
して、アーク放電により溶解還元させてアルミニウム−
シリコン合金を生成させ、その合金溶湯を直接もしくは
保持炉を介して取出して固形体に鋳造させ、前記還元炉
で発生するガスを冷却塔に導いて冷却するとともに気化
金属成分を冷却捕集して回収し、排ガスに同伴する微粉
を除塵工程によって分離して粉体で回収することを特徴
とするものである。

【００１３】この第２発明によれば、前記第１発明にお
ける還元炉へのアルミニウム残灰と炭素還元材およびケ
イ石の供給を、ランスパイプを用いて炉内の溶湯中に噴
き込むようにして、直接的に溶解させる方式を採用する
ので、その溶解速度を高めることができる。また、粉体
であるアルミニウム残灰が炉内に飛散する現象をなくし
て有効に処理することができる。なお、噴き込みに用い
られる窒素ガスは、不活性であるから他の物質を生成す
ることなく目的を達成できる。

【００１４】前記第１発明または第２発明において、還
元炉で発生する排ガスを導入して冷却処理する冷却塔で
は、塔内部に水冷構造のエレメントを配置して、この水
冷エレメントによって固形化する金属浮遊物を分離して
前記保持炉に送入できるようにするのがよい（第３発
明）。こうすることで、還元炉で発生する高温の排ガス
を冷却して次の除塵工程に送る操作をする際に、その高
温ガス中に蒸散している溶解されたアルミニウム−シリ
コン合金を水冷エレメントに接触させて凝固させ、その
凝固した金属を集めて保持炉に戻して溶湯中に流入させ
るようにすることで、排ガスの冷却と金属の回収を併せ
て効率よく行うことができる。

【００１５】さらに、前記第１発明または第２発明にお
いて、排ガスの除塵工程では、まず排ガスをサイクロン
分級手段により同伴する金属固形粒子を分離して、その
後にフィルターによって除塵し、清浄化された排ガスを
大気放散させ、分離された金属成分粒子を集めて回収す
るのがよい（第４発明）。また、前記除塵工程で捕集し
て回収された金属成分粒子はプレス加工して固形にする
のが好ましい（第５発明）。このようにすることで、還
元炉で発生する排ガスの終末処理で金属成分の粒子を捕
集して回収し、この回収物である前記アルミニウム合金
の粉状物を、プレス加工することで固形物にして、製鋼
助剤として製品化することができ、排ガスの浄化と回収
製品化を併せて行え経済性を高めることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、第１発明によるアルミニウ
ム残灰の処理方法の具体的な実施の形態につき、図面を
参照しつつ説明する。

【００１７】図１には、第１発明によるアルミニウム残
灰の処理方法を実施する概要図が示されている。

【００１８】このアルミニウム残灰を処理する実施の形
態は、図１に示されるように、処理されるアルミニウム
残灰Ａは、カーボン電極２を備えて閉鎖構造に形成され
る還元炉１に、炭素還元材Ｃおよびケイ石Ｂを混合し
て、予め溶解されて炉床部に貯留されている溶湯４上面
に近い位置の供給口３へ、例えばスクリューコンベア５
によって供給され、カーボン電極２からのアークによっ
て加熱溶解される。この還元炉１では、被処理材料がバ
ッチ式で供給される時以外は、外部からの作業操作のた
めの開口部をすべて閉鎖して溶解作業が行われる。ま
た、この還元炉１の上部には溶解時に発生するガスを排
出させるガス出口６が設けられている。なお、前記アル
ミニウム残灰Ａなど被処理材を装入するに際して、溶湯
４の上面に近い位置に装入するのは、飛散を抑えて溶融
が速やかに行えるようにすることにある。

【００１９】この還元炉１においては、アルミニウム残
灰Ａにケイ石Ｂと、還元材Ｃとして無煙炭またはコーク
スの粉砕物を所要量加えて投入し、カーボン電極２に電
流を印加して発生するアークにより炉内温度を２１００
〜２３００℃程度に加熱して、前記投入アルミニウム残
灰中の酸化アルミニウムを還元して金属アルミニウムを
回収溶解させ、同時に供給したケイ石の主成分であるケ
イ素と結合させてアルミニウム−シリコン合金を生成さ
せる。

【００２０】還元炉１においてアルミニウム残灰Ａおよ
びケイ石Ｂを溶解する際発生するガスは、その還元炉１
の上部に設けられたガス出口６から水冷構造のダクト７
によって冷却塔１０内に導かれ、冷却処理される。この
冷却塔１０は、発生ガスの容量に見合った容積の空塔内
に水冷エレメント１１として内部に冷水を供給される水
冷ジャケット構造のものが配置され、運転中常時冷却水
を供給してダクト７によって導入される排ガスと接触さ
せて冷却するようにされている。この冷却塔１０内に導
入される排ガスは、水冷エレメント１１と接触して冷却
される際、その排ガス中に蒸散して移動する金属成分が
凝固して前記金属合金の粒子ａとなって付着もしくは凝
固し、その一部が遊離して落下し、塔内底部に集められ
る。また、前記水冷エレメント１１の表面に凝固して付
着した金属合金の粒子ａは、適宜時間をおいてその水冷
エレメント１１に振動を与え、付着状態から落下させ
る。なお、前記水冷エレメント１１は、その表面で６０
０℃以下の温度を保てるようにされるのが好ましい。

【００２１】前記冷却塔１０の下部位置には、アルミニ
ウム−シリコン合金を一時的に貯留する保持炉１５が設
けられていて、前記還元炉１の炉底側部に設けられた溶
湯取出し口８から導通管１３によって還元炉１で生成さ
れた溶湯４を受入れて１１００〜１３００℃に炉内温度
を維持するようにして溶湯４を保持する。なお、還元炉
１から保持炉１５への溶湯４の移動は落差によって流動
できるように導通管１３が配設される。この保持炉１５
にはカーボン電極（場合によっては重油バーナ１６）を
設置して炉内の溶湯４を保持できるようにされている。
そして、この保持炉１５の低側部には溶湯の取出し口１
７が設けられ、溶湯４を取出して鋳型２０に注入するこ
とにより、アルミニウム−シリコン合金をインゴット３
０として鋳造される。また、この保持炉１５には、金属
アルミニウムとシリコンの投入部１８を備えておき、保
持炉１５内に一時貯留される溶湯４の成分を調整するよ
うにして、例えば金属シリコンが製造予定の含有量より
低い場合に添加調整できるようにするのが好ましい。な
お、前記還元炉１および保持炉１５の各溶湯取出し口
８，１７には溶湯を取出す際に開口できるように開閉栓
８ａ，１７ａが設けられて、溶湯の取出し時以外では閉
鎖している。

【００２２】一方、前記冷却塔１０は、その底部に開閉
弁１２を設けて、この開閉弁１２を適宜時間置いて開閉
することにより、冷却塔１０内部に溜まったガス中から
凝固回収された金属成分（アルミニウム−シリコン合金
の凝固材）を取り出して、直下の保持炉１５内に直接投
入して還元炉１から送り込まれた溶湯４内で再溶解させ
る。

【００２３】冷却塔１０にて冷却された排ガスは、さら
に水冷ダクト７ａによってサイクロン２２に導かれ、こ
のサイクロン２２によって分級されて排ガスに同伴した
粒度の大きい凝固金属成分粒子ａ′がサイクロン２２底
部から排出導管２３によって排出される。

【００２４】サイクロン２２で分級されて粒度の大きい
同伴粒子ａ′を除去された排ガスは、集塵装置２４（例
えばバッグフィルター）に流入して微粒浮遊物を濾過し
て、清浄にされた排ガスを大気に放出させる。こうして
冷却塔１０で冷却された排ガスは、以後順次浮遊同伴粒
子ａ，ａ′を除去されて大気に放出されるまでに、さら
に冷却されて低温になり、環境に影響を及ぼさない状態
で大気放出されるので、支障を来たすことはない。

【００２５】前記サイクロン２２で回収された粒子ａ′
と、集塵装置２４において捕集されて濾過面から落とさ
れた微粒子ａ″とは、導管２３，２５によってホッパー
２６に集められる。この粒子ａ′，ａ″は、主にアルミ
ニウム−シリコン合金の粒子であり、ホッパー２６から
取出して周知の粉末プレス機２７により所要寸法の型で
プレス成形され、固形物３１に仕上げられる。このプレ
ス成形に際しては、有機物からなるバインダーを混入し
て固形を保持できるようにする。

【００２６】この残灰処理方法で取り扱われるアルミニ
ウム残灰の成分は、概ね下記表１に示されるようなもの
である。

【表１】

【００２７】このようなアルミニウム残灰Ａを前述の処
理方法によって処理し、アルミニウム−シリコン合金を
生成させるについて、例えばアルミニウム残灰中にＡｌ
_２Ｏ _３の含有量が５６％、金属アルミニウムが１４％の
ものである場合、下記表２に示すような割合で被処理材
（アルミニウム残灰Ａ，ケイ石Ｂ，還元炭素材Ｃ）を装
入することになる。なお、装入する還元炭素材Ｃは余裕
量として約１０％程度増量するのが好ましい。

【表２】

【００２８】こうしてアルミニウム残灰から金属アルミ
ニウムを還元溶解して回収し、アルミニウム−シリコン
合金として生成されたものは、保持炉１５から取出して
鋳型２０でインゴット３０に鋳造されて製品となり、ま
た、排ガスとともに蒸散した金属成分の粒子ａ′，ａ″
を冷却工程で回収し、浮遊粒子は排ガス処理工程で粉末
状にて回収して、固形化することで製品として取扱え、
例えば製鋼助剤として提供することができる。

【００２９】なお、還元炉１において溶解時に発生する
アルミニウムおよびケイ素を除かれた残余の物質は滓と
なって、還元炉１の側壁に設けられた除滓口９から取出
して冷却後廃棄物として処分される。この滓にはアルミ
ニウムが含有しないので安定し、従来のアルミニウム残
灰のような廃棄後における化学反応を伴う公害のおそれ
はない。

【００３０】次に、図２には、第２発明によるアルミニ
ウム残灰の処理方法を実施する概要図が示されている。

【００３１】この実施の形態では、還元炉１Ａ内にアル
ミニウム残灰Ａ並びに還元材Ｃとケイ石Ｂを供給する手
段として、ランスパイプ１４を用いて行うものであっ
て、基本構成は前記実施形態の場合と同様である。した
がって、還元炉１Ａへの被処理材の供給と処理について
説明し、排ガス処理については説明を省略する。なお、
前記実施形態と同一部分については、前記実施形態のも
のと同一の符号を付して説明を省略する。

【００３２】この実施形態では、還元炉１Ａの上部から
炉床上に溜め込まれている溶湯４内に先端部を挿入して
ランスパイプ１４が配置され、カーボン電極２から放電
されるアークによって炉内温度を２１００〜２３００℃
に加熱して、前記ランスパイプ１４によって溶湯４中に
アルミニウム残灰Ａとケイ石Ｂおよび炭素還元材Ｃを高
圧の窒素にて吹込むようにする。

【００３３】この実施の形態では、溶解されたアルミニ
ウム−シリコン合金（溶湯）中に被処理材を押し込んで
溶解還元させる方式であるので、主に粉体状のアルミニ
ウム残灰Ａが炉内に飛散することがなく、かつ溶湯４内
で迅速に反応して溶解還元される。したがって、収率を
高め、処理時間を短縮することができ、ランニングコス
トを低減できることになる。こうして還元炉１Ａ内で生
成されるアルミニウム−シリコン合金の溶湯４は、前記
実施形態の場合と同様に保持炉１５を経由して送出され
てインゴット３０に鋳造され、製品となる。また、発生
する排ガスは前記冷却塔１５で冷却されて、同伴する金
属成分を凝固させて前記保持炉１５に戻し、冷却された
排ガスはサイクロン２２を通し、かつ集塵装置２４で濾
過して大気放散させることについて前記実施形態と同様
である。

【００３４】上述のように、本発明によれば、従来処理
困難であったアルミニウム残灰を、還元炉内でケイ石を
添加して、アルミニウム−シリコン合金を生成させるこ
とにより、廃棄物として問題のある残留アルミニウムを
有用性の高い合金として再生でき、アルミニウムが除去
されて無害化された滓を廃棄物として終末処理すること
が可能になり、資源の活用に貢献できる。また、前記ア
ルミニウム−シリコン合金は、これを生産するにあたっ
て、一般に生産歩留まりが良くなかったものを収率良く
得ることができるという効果も得られる。

【００３５】上記説明では、還元炉にカーボン電極を使
用することになっているが、これに代えてプラズマ電極
を使用するようにしても良い。また、溶湯は保持炉に移
して後にインゴットに鋳造する説明であるが、必要に応
じて還元炉から取出してインゴットに鋳造することも任
意なし得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、第１発明によるアルミニウム残灰の処
理方法を実施する概要図である。

【図２】図２は、第２発明によるアルミニウム残灰の処
理方法を実施する概要図である。

【符号の説明】

１，１Ａ 還元炉 ２ カーボン電極 ３ 被処理材供給口 ４ 溶湯 ５ スクリューコンベア ６ 排ガス出口 ７，７ａ 水冷ダクト ８，１７ 溶湯取出し口 １０ 冷却塔 １１ 水冷エレメント １３ 溶湯の導通管 １４ ランスパイプ １５ 保持炉 １６ 重油バーナ ２０ 鋳型 ２２ サイクロン ２４ 集塵装置 ２７ 粉末プレス機 ３０ インゴット ３１ 粉末の固形物

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム残灰と炭素成分材とケイ石
   とを還元炉内の溶湯上に近接させて供給して、アーク放
   電により溶解還元させてアルミニウム−シリコン合金を
   生成させ、その合金溶湯を直接もしくは保持炉を介して
   取出して固形体に鋳造させ、前記還元炉で発生するガス
   を冷却塔に導いて冷却するとともに気化金属成分を冷却
   捕集して回収し、排ガスに同伴する微粉を除塵工程によ
   って分離して粉体で回収することを特徴とするアルミニ
   ウム残灰の処理方法。
2. 【請求項２】 アルミニウム残灰と炭素成分材およびケ
   イ石の粉体を還元炉内の溶湯中にランスパイプにより供
   給して、アーク放電により溶解還元させてアルミニウム
   −シリコン合金を生成させ、その合金溶湯を直接もしく
   は保持炉を介して取出して固形体に鋳造させ、前記還元
   炉で発生するガスを冷却塔に導いて冷却するとともに気
   化金属成分を冷却捕集して回収し、排ガスに同伴する微
   粉を除塵工程によって分離して粉体で回収することを特
   徴とするアルミニウム残灰の処理方法。
3. 【請求項３】 前記還元炉で発生する排ガスを導入して
   冷却処理する冷却塔では、塔内部に水冷構造のエレメン
   トを配置して、この水冷エレメントによって固形化する
   金属浮遊物を分離して前記保持炉に送入できるようにす
   る請求項１または２に記載のアルミニウム残灰の処理方
   法。
4. 【請求項４】 前記排ガスの除塵工程では、排ガスをサ
   イクロン分級手段により同伴する金属固形粒子を分離し
   て、その後にフィルターによって除塵し、清浄化された
   排ガスを大気放散させ、分離された金属成分粒子を集め
   て回収する請求項１または２に記載のアルミニウム残灰
   の処理方法。
5. 【請求項５】 前記除塵工程で捕集して回収された金属
   成分粒子はプレス加工して固形にする請求項１または２
   に記載のアルミニウム残灰の処理方法。