JP2007529625A - 溶融金属の精製方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、一種以上の異元素を含む溶融金属の精製方法に関する。本発明は、溶融金属を共融温度に冷却し、精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶を同時に形成すること、および固体−固体分離技術を使用し、少なくとも一種の異元素を含む結晶の少なくとも一部を、精製された金属結晶から分離することを特徴とする。

Description

発明の分野

本発明は、一種以上の異元素を含む溶融金属の精製方法に関する。異元素の用語は、精製された金属中に存在する元素の中で、その金属の価値が下がるので、その濃度を低下させるべきである元素を意味する。

金属の精製は、様々な合金化元素または異元素を含むことがあるスクラップ金属および様々な量の異元素を処理し、標準的な純度およびより高い経済的な価値を再度獲得することができるので、経済的に非常に有益な場合がある。

幾つかの公知の、溶融金属を精製する方法がある。一例は、米国特許第１，５６２，０９０号に開示されているHoopesセルであり、そこではアルミニウムを電解槽で精製する。しかし、大量の金属を処理する電気化学的製法は、電気エネルギー消費量が大きいので、非常に経費がかかる。さらに、必要とされる水平界面のために資本コストも高い。

もう一つの精製方法は、例えば米国特許第４，２７３，６２７号に記載されているような分別結晶であり、一種以上の異元素を含む亜共晶溶融金属を冷却し、部分的凝固を達成する。溶融金属を共融温度のすぐ上の温度に冷却する。溶融金属中に生じた結晶は、出発点として使用する溶融金属の組成より純粋な組成を有する。これらの結晶は、固体−液体分離技術により、残留する溶融金属から分離することができる。しかし、この方法には、異元素の初期濃度が高い場合、得られる精製金属の量が比較的低く、発生する副生成物の量が大きいという欠点がある。つまり、分別結晶方法は、例えばスクラップを精製するには、経済的に不適当な場合がある。

別の精製方法では、一種以上の異元素を含む過共晶溶融金属を冷却させ、部分的な凝固を達成し、異元素を分離する。溶融金属を共融温度のすぐ上の温度に冷却する。異元素が凝固し、少なくとも一種の異元素を含む結晶および／または異元素の純粋な結晶を形成し、次いでこれを、固体−液体分離技術を使用して溶融金属から分離することができる。亜共晶溶融金属は、米国特許第５，７４１，３４８号に開示されているような特定の元素を添加することにより、過共晶にすることができる。この方法には、得られる液体生成物があまり純粋ではなく、したがって、価値が比較的低い、という欠点がある。

発明の具体的説明

本発明の目的は、一種以上の異元素を含む溶融金属を精製するための改良された方法を提供することである。

本発明の別の目的は、比較的純粋な金属を比較的高い収率で得ることができる方法を提供することである。

本発明の別の目的は、大量の、一種以上の異元素を含む溶融金属を精製するのに使用できる方法を提供することである。

本発明の別の目的は、一種以上の異元素を含む溶融金属を精製するための経済的な方法を提供することである。

本発明の一つ以上の目的は、一種以上の異元素を含む溶融金属の精製方法であって、該溶融金属を共融温度に冷却し、精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶を同時に形成すること、および固体−固体分離技術を使用し、該少なくとも一種の異元素を含む結晶の少なくとも一部を、該精製された金属結晶から分離することを特徴とする、方法により、達成される。

用語「少なくとも一種の異元素を含む結晶」は、２種類以上の異元素の原子が特定の比率で組み合わさり、個々の異元素のどの構造とも異なった構造を有する結晶を形成する時に形成される金属間化合物、および異元素の純粋な結晶も包含する。用語「共融温度」は、少なくとも二つの固相が同時に生じる温度を意味する。したがって、共融温度は、二元系に対する共融点、および三元、四元またはそれより高い次元の系に対する共融谷に沿った温度を意味する。

金属間化合物、または溶融金属中に存在するが、その存在が、精製された製品中で有害ではないので、異元素ではない元素の純粋な結晶も、溶融金属中に生じてよく、精製された結晶から分離する必要はない。

固体−固体分離技術の用語は、少なくとも一種の固体を別の固体から分離する技術を意味する。

本発明は、溶融金属を共融温度に冷却する点、および固体−固体分離技術を使用し、少なくとも一種の異元素を含む結晶の少なくとも一部を、精製された金属結晶から分離する点で、公知の金属精製方法とは異なっている。分別結晶の際に共融温度に達した場合、出発点として使用した溶融金属より純度の低い結晶が生じる。このために、この製法の共融温度における効率が、共融温度より高い温度と比較して、悪くなる。公知の異元素分離方法で共融温度に達した場合、出発点として使用した溶融金属より純度の高い結晶が生じる。これらの結晶は、副生成物の一部を形成し、そのために、この製法の共融温度における効率が、共融温度より高い温度と比較して、悪くなる。

本発明には、本発明の精製方法に付するべき溶融金属中にある異元素の濃度が、その異元素の共融温度における固溶解度より大幅に大きく、共融濃度より大幅に小さく、分配係数が１未満である場合、得られる生成物は、常に純度が比較的高く、得られる生成物の量が比較的高い、という利点がある。精製された金属結晶の形態で得られる生成物は、溶融金属中に本来存在していた異元素の濃度と比較して、含まれる異元素がかなり少なく、副生成物の量が最少に抑えられている。少なくとも一種の異元素を含む結晶は、溶融金属中に本来存在していた異元素の濃度と比較して、かなり大量の異元素を含む。分配係数は、精製された金属結晶中の異元素の濃度と、溶融金属中に本来存在していた異元素の濃度との比である。分配係数は、純粋な生成物をより大量に得るためには、好ましくは０．５以下、より好ましくは０．２５以下である。

分配または分布係数は、異元素として鉄を含むアルミニウムでは０．０３、異元素としてケイ素を含むアルミニウムでは０．１、異元素としてマンガンを含むアルミニウムでは０．９３である。会議録The Fourth International Symposium On Recycling Of Metals And Engineering Materials TMS (The Minerals, Metals & Materials Society) 2000 p.979-991 「Refining Of a 5XXX series aluminium alloy scrap by Alcoa fractional crystallisation process」 、Ali Kahveci and Ali Unalは、アルミニウム中の幾つかの不純物に関する分配または分布係数を挙げている。

一般的に、本方法は、共融温度のすぐ上で操作する分別結晶法より収率が高く、やはり共融温度のすぐ上で行われる異元素の分離を含んでなる方法と比較して、生成物の純度が優れている。

本発明には、公知の分別結晶および異元素分離方法と異なり、正確な温度制御を必要としない、という利点もある。本発明の方法を使用する場合、このシステムは自己制御し、それ自体を大きな凝固範囲内で共融温度に維持する。固体画分測定は、厳密に正確である必要はなく、製法の制御に使用できる。固体−固体分離は、固体画分が３０％を超えると、一般的に困難になる。工程管理には、エネルギー測定も使用できる。

固体−固体分離技術を応用する前に、精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶の少なくとも一部を、溶融金属の実質的な総量から実質的に同時に分離することができ、それが有利である場合がある。次いで、固体−固体分離工程を、例えば精製された金属結晶と少なくとも一種の異元素を含む結晶の混合物を、精製された金属結晶の比密度(specific density)と少なくとも一種の異元素を含む結晶の比密度との間の比密度を有する溶融塩に加え、結晶の一部が塩の中に沈み、残りが塩の上に浮揚するようにさせることができる。

好ましくは、固体−固体分離技術は、精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶を複数の画分に分離することにより行い、その際、それらの画分の一つにおける、精製された金属結晶の濃度と、少なくとも一種の異元素を含む結晶の濃度との比は、溶融金属中のそれらの比よりも高くなる。流れの一つは、溶融金属中に本来存在していた異元素濃度の少なくとも２倍を含むのが好ましい。２種類以上の異元素が存在する場合、精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶を含む溶融金属を３画分以上に分離する必要があろう。

もう一つの選択肢として、少なくとも一種の異元素を含む結晶の少なくとも一部を、精製された金属結晶を含む溶融金属の実質的な総量から分離することができる。好ましくは、少なくとも一種の異元素を含む結晶の少なくとも３０％を、精製された金属結晶を含む溶融金属の実質的な総量から分離する。この選択肢の実施態様では、少なくとも一種の異元素を含む結晶と共に、大量の結晶化した、または溶融した金属も分離されることなく、少なくとも一種の異元素を含む結晶が溶融金属から分離される。少なくとも一種の異元素を含む結晶を分離する時は、溶融金属が全く含まれないことが望ましいが、実際には、これは達成できない。少なくとも一種の異元素を含む結晶と共に分離される溶融金属の量は、分離される少なくとも一種の異元素を含む結晶の量よりも少ないのが好ましい。所望により、精製された金属結晶を、残りの溶融金属から比較的容易に除去することができる。

固体−固体分離に好ましい方法は、遠心力を使用して行う。遠心力を作用させることにより、少なくとも一種の異元素を含む結晶および精製された金属結晶を、それらの密度および大きさの差により、選択的に移動させ、溶融金属の、精製された金属結晶のほとんどを含む部分を、溶融金属の、少なくとも一種の異元素を含む結晶のほとんどを含む残りの部分から分離することができる。

固体−固体分離に好ましい別の方法は、電磁界を使用して行う。この方法は、少なくとも一種の異元素を含む結晶は溶融金属よりも導電性が低いのに対し、溶融金属は精製された金属結晶よりも導電性が低い、という事実を有利に利用する。精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶を含む溶融金属の流れを横切って作用する磁石により発生する電磁界を使用し、その流れを、溶融金属の、精製された金属結晶のほとんどを含む部分および少なくとも一種の異元素を含む結晶のほとんどを含む部分に分離することができよう。そのような方法は、米国特許第６３５５０８５号に記載されている。

固体−固体分離に好ましい別の方法は、浮選技術を使用して行う。精製された金属結晶と、少なくとも一種の異元素を含む結晶との間には、密度および粒子径に差があるため、精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶は、気泡に対して異なった親和力を有する。精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶を含む溶融金属に気泡を供給することにより、例えば精製された金属結晶は、気泡により、溶融金属を通して、溶融金属の上側区域に運ばれるのに対し、少なくとも一種の異元素を含む結晶は溶融金属の下側区域に残留する。

精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶を含む溶融金属を、様々な濃度の少なくとも一種の異元素を含む結晶を含む複数の画分に分離するための上記の方法は、少なくとも一種の異元素を含む結晶を溶融金属から分離するための別の固体−液体分離工程を包含することができる。そのような工程は、例えば濾過または遠心分離を含んでなることができる。遠心力は、質量に正比例するので、少なくとも一種の異元素を含む結晶と溶融金属との間の比密度の差により、少なくとも一種の異元素を含む結晶に、溶融金属とは遠心力が作用し、これを、少なくとも一種の異元素を含む結晶を溶融金属から分離するのに使用できる。

少なくとも一種の異元素を含む結晶の少なくとも一部を、精製された金属結晶を含む溶融金属の実質的な総量から分離するための好ましい方法は、少なくとも一種の異元素を含む結晶の少なくとも一部を塩の層の中に搬送する手段を使用し、塩の層を、精製された金属結晶と少なくとも一種の異元素を含む結晶の両方を含む溶融金属の層と接触させ、精製された金属結晶を溶融金属から分離することにより、行う。少なくとも一種の異元素を含む結晶の実質的にすべてを塩と接触させる手段は、例えば攪拌手段でよい。少なくとも一種の異元素を含む結晶が塩と接触した後、それらの結晶は、それらの結晶の、溶融金属および精製された金属結晶に対する比密度に差があるために、溶融塩中に保持される。精製された金属結晶も塩と接触するが、それらの比重に差があるために、保持されない。少なくとも一種の異元素を含む結晶は、塩から比較的容易に除去することができ、精製された金属結晶は、溶融金属から、例えば濾過により分離することができる。塩は、好ましくは本方法を行う共融温度より低い融点を有する。

本発明の方法は、少なくとも一種の合金化異元素を含む溶融アルミニウムを精製するのに特に好適である。アルミニウム鉱石からの一次アルミニウム製造は、エネルギー消費が非常に大きく、経費がかかるので、循環使用がより重要になる。しかし、先行技術の金属精製方法を使用しても、存在する異元素を効果的に希釈剤するためにスクラップに比較的純粋な一次アルミニウムを加えないと、アルミニウムスクラップの精製を経済的に実行できないことが多い。本発明の方法を使用することにより、純粋な一次アルミニウムを大量に加える必要無しに、大量のアルミニウム合金スクラップをコスト的に有利に精製することができる。

本発明は、アルミニウム合金スクラップ中に様々な量で存在することが多い一種以上の異元素、例えば鉄、ケイ素、銅、マンガンおよびマグネシウム、を除去するのに有利に使用できる。

本発明は、連続製法に応用し、精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶を連続的に形成し、分離することもできる。共融温度より上の溶融金属を、共融温度にすでに冷却しており、少なくとも一種の異元素を含む結晶がすでに形成されている溶融金属に連続的に供給し、溶融金属の温度を共融温度に維持することにより、少なくとも一種の異元素を含む結晶がより大きく成長する。これは、溶融金属中にすでに存在している少なくとも一種の異元素を含む結晶が、続いて加えられた溶融金属から、少なくとも一種の異元素を含む結晶が形成されるための核形成箇所として作用するためである。少なくとも一種の異元素を含む結晶のサイズが大きい程、精製された金属の結晶から比較的容易に分離される。精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶の両方とも、５０μｍを超え、２００μｍまでのサイズに成長することができる。

一種以上の異元素を含む溶融金属は、分別結晶工程および固体−液体分離技術にかけてから、残留する溶融金属を共融温度に冷却し、精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶を含む溶融金属を同時に形成するのが好ましい。一種以上の異元素を含む溶融金属を分別結晶工程および固体−液体分離技術に付することにより、溶融金属が共融温度に冷却される前に、大量の精製されたアルミニウム結晶が残りの溶融金属から分離される。共融温度で生じる、一種以上の異元素を含む結晶は、結晶マトリックス中に拘束されない、つまり、より大きな、一種以上の異元素を含む結晶が生じることができる。より大きな結晶は、固体−固体分離技術を使用することにより、より容易に分離される。残りの溶融金属が共融温度に冷却する前に、一種以上の異元素を含む溶融金属を分別結晶工程および固体−液体分離技術に付する方法は、請求項１の精製方法に付するべき溶融金属における異元素の濃度が、最初は共融温度における異元素の固溶解度より低い状況でも使用できる。精製された金属結晶の形成および分離の後、残りの溶融金属における異元素の濃度は、共融温度における異元素の固溶解度より大きくてよく、その場合、請求項１に記載の方法により効果的に精製することができる。

一種以上の異元素を含む溶融金属を分別結晶および固体−液体分離工程にかけてから、残留する溶融金属を共融温度に冷却する方法は、非連続式またはバッチ製法に使用するのが最も好ましい。

固体−固体分離工程の後に残る、一種以上の異元素を含む溶融金属は、好ましくは分別結晶工程および固体−液体分離技術に付する。これによって、生成物の純度がさらに増加する。

より好ましくは、固体−液体分離技術の後に残る、一種以上の異元素を含む溶融金属を、次いで共融温度に冷却し、精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶を同時に形成し、少なくとも一種の異元素を含む結晶の少なくとも一部を、精製された金属結晶から、固体−固体分離技術を使用して分離する。これによって、この製法により発生した副生成物の量がさらに減少する。

表１は、本発明を使用して、Ｆｅ０．５質量％を含む溶融アルミニウム１００ｋｇを精製する場合に得られる理論的な優位性を、分別結晶を使用してアルミニウムを精製する場合と比較して示す。

表１

Ａｌ[質量％] Ｆｅ[質量％] 質量[ｋｇ]
投入 ９９．５ ０．５ １００ 分別結晶 精製Ａｌ結晶の ９９．９５ ０．０５ ７６
形態にある生成物
液体ＡｌおよびＦｅの ９８．１ １．９ ２４
形態にある副生成物
本発明の 精製Ａｌ結晶の ９９．９５ ０．０５ ９９
方法 形態にある生成物
液体ＡｌおよびＦｅの ５９ ４１ １
形態にある副生成物

表１から分かるように、分別結晶法と比較して、本発明の方法により、どちらの方法も精製された金属結晶中のＦｅ含有量は等しいが、精製された金属結晶から、より多量の精製された生成物が得られる（すなわち７６ｋｇに対して９９ｋｇ）。分別結晶法を使用した場合に発生する副生成物は、本発明の方法を使用した場合に発生する副生成物よりも、はるかに多くのアルミニウムを含む。

分別結晶および本発明の方法を使用して得た精製された金属結晶の両方とも、含まれるＦｅは、共融温度におけるアルミニウム中のＦｅの固溶解度である０．０５質量％に過ぎない。しかし、分別結晶法を使用する場合、液体副生成物中に存在し得る鉄の最大量は、アルミニウム中のＦｅの共融濃度である１．９質量％である。本発明の方法を使用する場合、得られる副生成物は、理論的に４１質量％までのＦｅを含むことができ、これは、形成されるＡｌ_３Ｆｅ金属間化合物中の鉄の濃度である。

表２は、本発明を使用して、Ｆｅ３．０質量％を含む溶融アルミニウム１００ｋｇを精製する場合に得られる優位性を、少なくとも一種の異元素を含む結晶の分離を使用してアルミニウムを精製する場合と比較して示す。

表２

Ａｌ[質量％] Ｆｅ[質量％] 質量[ｋｇ]
投入 ９７．０ ３．０ １００ 異元素の 溶融Ａｌの形態に ９８．１ １．９ ９７
分離 ある生成物
Ｆｅを含む結晶の ５９ ４１ ３
形態にある副生成物
本発明の 精製Ａｌ結晶の ９９．５ ０．０５ ９３
方法 形態にある生成物
Ｆｅを含む結晶の ５９ ４１ ７
形態にある副生成物

表２から分かるように、過共晶組成物の溶融金属を供給する場合、本発明の方法により得られる生成物は少ない（１００ｋｇあたり９７ｋｇに対して９３ｋｇ）が、精製されたアルミニウム結晶中の鉄含有量は、異元素分離方法を使用した場合に達成できる溶融アルミニウム生成物中の鉄の量より、著しく低くすることができる。したがって、全体的に、本発明の方法により、達成できる副生成物の最小量は、異元素分離方法を使用して達成できるよりも多いが、より経済的に貴重な生成物が得られる。異元素を可能な限り分離する場合、生成物の得られる最高純度は、アルミニウムにおける鉄の共融濃度、すなわち１．９質量％Ｆｅにほぼ等しい。

本発明は、三元系、例えばＦｅおよびＳｉの両方を含むアルミニウム、でも使用できる。

下記の例は、Ｆｅ０．５質量％およびＳｉ０．５質量％を含むアルミニウム１００ｋｇに関する。下記の結果は、Factsage（商品名）ソフトウエアおよびThermotech Al-dataデータベースを使用して得た。すべての温度で平衡を仮定する。

６６０℃における完全に溶融した状態から６００℃における完全に凝固した状態への金属の凝固を考慮する。精製したアルミニウム結晶（ＡＬ−ｆｃｃ）は、６５５．８℃から生じ始める。これらの結晶は、最初はＦｅ０．０１質量％およびＳｉ０．０５質量％を含み、明らかに液体よりはるかに純粋である。

Ａｌ_３Ｆｅの凝固は６４４．９℃で開始する。これは、本願で共融と呼ぶ温度範囲の開始である。６４４．９℃で、精製されたアルミニウム結晶は、Ｆｅ０．０４質量％およびＳｉ０．１６質量％を含む。精製されたアルミニウム結晶中のＦｅおよびＳｉの量は、大量の、ＦｅまたはＳｉを事実上含まないアルミニウムがすでに溶融金属から凝固しており、その溶融金属は、より不純になっており、Ｆｅ１．９質量％およびＳｉ１．６質量％を含む。

Ａｌ_３Ｆｅの凝固が６４４．９℃で開始する時、そのＡｌ_３Ｆｅ結晶は、Ｆｅ４０．８質量％およびＳｉ０．２５質量％を含む。これらの結晶は、Ｆｅに関して非常に不純であると考えられ、本発明は、そのような結晶を精製されたアルミニウム結晶から分離することを目標とする。６３０．６℃のすぐ上で、Ａｌ_３Ｆｅ結晶は、Ｆｅ４０．８質量％をなお含むが、Ｓｉ含有量は０．７質量％に増加している。精製されたアルミニウム結晶は、この段階でＦｅ０．０４質量％およびＳｉ０．４質量％を含み、これでも本来の溶融アルミニウムより純度が高い。

温度６４４．９℃〜６３０．６℃の間で、さらに２０．５ｋｇの精製されたアルミニウム結晶が形成される。精製されたアルミニウム結晶の総量は、９６．５ｋｇである。残留する液体金属は系の２．５質量％に過ぎない。

６３０．６℃で、別の結晶ＡｌＦｅＳｉ−αの形成が開始される。これらの結晶は、Ｆｅ１９質量％およびＳｉ１０質量％を含み、したがって、非常に不純である。これらの結晶を精製されたアルミニウム結晶から分離することにより、やはり精製が行われる。この結晶化工程の際、温度は変化せず、これに関して、凝固は、純粋金属の、すなわち凝固点における、または共融二元金属の凝固のような挙動を示す。この点は、三元共融点である。この点でゼロ温度範囲にわたって、質量の残りの２．５質量％が凝固する。

以上のことを表３にまとめる。

表３

温度範囲（℃） 精製された Ａｌ3Ｆｅ ＡｌＦｅＳｉ−α 液体
Ａｌ結晶 副生成物 副生成物
(kg) (kg) (kg) (kg)
655.8-644.9 75 0 0 25
644.9-630.6 96.5 1.0 0 2.5
630.6 98.64 0.22 1.14 0

簡単にするために、精製されたアルミニウム結晶から副生成物を完全に分離できると仮定して、表４は本製法の正味の結果を示す。

表４

生成物 副生成物１ 副生成物２ 正味の副生成物
合計（ｋｇ） ９８．６４ ０．２２ １．１４ １．３６
％Ｆｅ ０．０４ ４１ １９ ３４
％Ｓｉ ０．４ ０．７ １０ ７

本発明により行うバッチ製法では、特殊な規定を設けない限り、６５５．８〜６４４．９℃で生じる７５質量％の固体アルミニウムが固体マトリックスを形成し、その中では液体の乱流は起きない。さらに冷却した後、ＦｅまたはＦｅとＳｉを含む結晶の副生成物は、非常に小さな結晶になる。小さな結晶は、精製されたアルミニウム結晶から分離するのがより困難である。

しかし、６５５．８〜６４４．９℃で生じる精製されたアルミニウム結晶は、例えば分別結晶および固体−液体分離工程により、溶融金属から分離することができる。次いで、残留する溶融アルミニウムは、共融谷の近くにある。溶融アルミニウムから結晶をすべて除去すると、２相のさらなる共融凝固は、結晶マトリックス中に幾何学的に拘束されない、つまりより大きな結晶が生じ得る。これは、液体を攪拌した時に特に当てはまる。より大きな結晶の形成は、少なくとも一種の異元素、例えばアルミニウムよりも緻密なＦｅ、を含む結晶を溶融アルミニウムから選択的に分離することができ、共融液体と精製されたアルミニウムの結晶のスラリーが残ることを意味する。次いで、スラリーを固体−液体分離技術を使用して分離し、残りの共融液体は結晶化装置に循環させることができる。

本製法は、例えば冷却容器を含んでなる連続式結晶化装置で連続的に行うこともできる。少なくとも一種の異元素を含む溶融アルミニウムを容器中で共融温度に冷却し、精製されたアルミニウム結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶を同時に形成する。容器の内容物の固体画分を、例えば１０％に、実質的に維持する。固体画分が１０％を超えたら、すぐに冷却を弱め、固体画分が１０％未満になったら、すぐに冷却を強化する。同時に、精製されたアルミニウム結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶を溶融アルミニウムから、形成速度に等しい速度で除去する。上記の表４に示す物質収支にしたがって、結晶が生じる。つまり、容器中の組成物は共融状態にあり、共融状態に止まるが、連続的に投入する異元素を含む溶融アルミニウムの組成が、形成される生成物と副生成物の量を決定する。

かなり大きな共融温度範囲内で、副生成物のサイズ、形状および組成を最適化するための、さらなる選択を行うことができることに注意すべきである。

上記の計算は、Ｆｅ０．５質量％およびＳｉ０．５質量％を含むアルミニウム１００ｋｇから、本発明により、非常に高い収量９８．６４ｋｇの、Ｆｅ０．０４質量％および僅かに減少したＳｉ含有量０．４質量％を含む生成物が得られる可能性があることを示している。

得られた、Ｆｅ０．０４質量％およびＳｉ０．４質量％を含むアルミニウム合金生成物を、少なくとも一つの分別結晶工程を使用してさらに精製することができ、この分別結晶工程により、ほとんど共融状態にあり、本発明の方法で使用できる廃液が得られる。

ここで本発明を、図１〜３を参照しながら説明する。

図１で、参照番号１は、好ましくは溶融した形態にある、少なくとも一種の異元素を含む金属の、第一処理容器２への供給を示す。処理容器２中で、溶融金属を共融温度に冷却し、精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶を同時に形成する。番号３は、精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶を含む溶融金属の、別の処理容器４への供給を示し、その処理容器中で、精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶を含む溶融金属が、様々な濃度の、少なくとも一種の異元素を含む結晶を含む複数の画分に分離される。精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶を含む溶融金属は、結晶化を行う容器と同じ容器中で、複数の画分に分離することができる。この分離は、少なくとも一種の異元素を含む結晶および精製された金属結晶を、それらの密度の差により、選択的に移動させる遠心分離を使用することにより、あるいは少なくとも一種の異元素を含む結晶および精製された金属結晶を、それらの間の導電性の差により、選択的に移動させる電磁界を使用することにより、または少なくとも一種の異元素を含む結晶および精製された金属結晶を、それらの、気泡に対する親和力の差により、選択的に移動させる浮選技術を使用することにより、行うことができる。番号５は、低濃度の、少なくとも一種の異元素を含む結晶、および高濃度の、精製された金属結晶を含んでなる溶融金属の除去を示す。溶融金属を最終製品として供給するか、または精製された金属結晶を工程８で、溶融金属から分離し、最終製品９として供給し、一方、溶融金属１０は、第一処理容器２に再導入される。溶融金属を再循環することにより、本製法から生じる副生成物が最少に抑えられるという利点が得られる。番号６は、高濃度の、少なくとも一種の異元素を含む結晶を含んでなる溶融した、または固体の金属の、第三の処理容器７への輸送を示し、その容器中で、少なくとも一種の異元素を含む結晶の大部分が、例えば濾過または遠心分離を使用して溶融金属から分離されるか、あるいは他の方法で、一度凝固した金属から分離することができる。残りの溶融金属１０’は、最終製品と見なすことができるか、または、溶融金属中に残留する少なくとも一種の異元素を含む結晶の量が高過ぎると考えられる場合には、第一処理容器２に再導入することができる。溶融金属を循環使用することにより、本製法から生じる副生成物が最少に抑えられるという利点も得られる。

図２における番号１１は、少なくとも一種の異元素を含み、好ましくは溶融した形態にある金属の、第一処理容器１２への供給を示す。処理容器１２では、溶融金属を共融温度に冷却し、精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶を同時に形成する。続いて、精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶の大部分は、溶融金属の実質的な総量から、実質的に同時に分離される。番号１３は、溶融金属の実質的な総量から除去された、精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶の輸送を示す。精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶は、処理工程１５で互いに分離される。処理工程１５は、精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶の混合物を、精製された金属結晶の比密度と少なくとも一種の異元素を含む結晶の比密度との間の比密度を有する溶融塩に、結晶の一部が塩の中に沈み、残りが塩の上に浮揚するように加えることを含んでなる。溶融金属１４は、最終製品と見なすか、または処理容器１２の中に再循環させ、容器１２中で少なくとも一種の異元素を含む金属の一部を形成し、それによって、本製法により発生する副生成物を最少に抑えることができる。

図３で、番号２１は、少なくとも一種の異元素を含み、好ましくは溶融した形態にある金属の、処理容器２２への供給を示す。処理容器２２では、溶融金属を共融温度に冷却し、精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶を同時に形成する。この処理容器は、精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶の両方を含む溶融金属の層と接触する溶融塩の層、および実質的にすべての、少なくとも一種の異元素を含む結晶を溶融塩層の中に搬送する手段も含むことができる。次いで、実質的にすべての、少なくとも一種の異元素を含む結晶を含む塩層を、番号２３で示すように、精製された金属結晶を含む溶融金属から分離することができ、精製された金属結晶も最終製品として、番号２４で示すように、溶融金属から分離される。溶融金属は、処理容器中に保持することができる。

本発明を図式的に示す図である。 本発明を図式的に示す図である。 本発明を図式的に示す図である。

Claims (15)

1. 一種以上の異元素を含む溶融金属の精製方法であって、前記溶融金属を共融温度に冷却し、精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶を同時に形成し、固体−固体分離技術を使用し、前記少なくとも一種の異元素を含む結晶の少なくとも一部を、前記精製された金属結晶から分離する、方法。
2. 前記固体−固体分離技術を使用する前に、前記精製された金属結晶および前記少なくとも一種の異元素を含む結晶の少なくとも一部を、前記溶融金属の実質的な総量から実質的に同時に分離する、請求項１に記載の方法。
3. 前記固体−固体分離技術が、前記精製された金属結晶および前記少なくとも一種の異元素を含む結晶を複数の画分に分離することにより行われ、その際、前記画分の一つにおける前記精製された金属結晶の濃度と前記少なくとも一種の異元素を含む結晶の濃度との比が、前記溶融金属中における前記比よりも高い、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記少なくとも一種の異元素を含む結晶の少なくとも一部が、前記精製された金属結晶を含む溶融金属の実質的な総量から分離される、請求項１または２に記載の方法。
5. 前記固体−固体分離が、遠心力を使用して行われる、請求項３に記載の方法。
6. 前記固体−固体分離が、電磁界を使用して行われる、請求項３に記載の方法。
7. 前記固体−固体分離が、浮選技術を使用して行われる、請求項３に記載の方法。
8. 続いて固体−液体分離工程を行うことをさらに含んでなる、請求項５〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 塩の層を、前記精製された金属結晶と前記少なくとも一種の異元素を含む結晶の両方を含む前記溶融金属の層と接触させ、前記少なくとも一種の異元素を含む結晶の少なくとも一部を前記塩の層の中に搬送する手段を使用し、前記精製された金属結晶の少なくとも一部を前記溶融金属から分離する、請求項４に記載の方法。
10. 前記溶融金属がアルミニウムである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記異元素が、鉄、ケイ素、銅、マンガンおよびマグネシウムの一種以上を含んでなる、請求項１０に記載の方法。
12. 前記精製された金属結晶および前記少なくとも一種の異元素を含む結晶が連続的に形成され、分離される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記一種以上の異元素を含む溶融金属を、分別結晶工程および固体−液体分離技術にかけてから、残留する前記溶融金属を共融温度に冷却し、精製された金属結晶および少なくとも一種の異元素を含む結晶を同時に形成する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記固体−固体分離工程の後に残留する一種以上の異元素を含む溶融金属を、分別結晶工程および固体−液体分離技術に付する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記固体−液体分離技術の後に残留する前記一種以上の異元素を含む溶融金属が、請求項１に記載の方法にかけられる、請求項１４に記載の方法。

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