JP2019099843A

JP2019099843A - 灰絞り用フラックス

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Publication number: JP2019099843A
Application number: JP2017228809A
Authority: JP
Inventors: 大祐羽方; Daisuke Hakata; 孝則 ▲徳▼岡; Takanori Tokuoka; 貴文日垣; Takafumi Higaki
Original assignee: Toyo Denka Kogyo Co Ltd
Current assignee: Toyo Denka Kogyo Co Ltd
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2019-06-24
Anticipated expiration: 2037-11-29
Also published as: JP6950950B2

Abstract

【課題】アルミニウムスラグ又はアルミニウム合金スラグからアルミニウムをより多く回収するために、アルミニウムスラグ又はアルミニウム合金スラグを加熱するときに、まずフラックス自体の着火性が良好であるとともに、着火してから所定以上の温度となるように持続する持続性が良好である灰絞り用フラックスの提供。【解決手段】アルミニウムスラグ又はアルミニウム合金スラグからアルミニウムを回収するために用いられるフラックスであって、炭素が８０重量％以上である炭素材料と、硝酸塩とを含有する灰絞り用フラックス。硝酸塩が硝酸ナトリウム又は硝酸カリウムの少なくとも一方である灰絞り用フラックス。【選択図】なし

Description

本発明は、アルミニウムスラグ又はアルミニウム合金スラグから除滓などによりアルミニウムを回収するために用いられる灰絞り用フラックスに関するものである。

従来、アルミニウムやアルミニウム合金は軽量であり、耐食性及び加工性が優れていることから多くの用途で使用されているが、その精製には膨大なエネルギーが必要であることから省エネルギー化のために、スクラップ化されたそれらのスラグからアルミニウムを回収して再利用することが積極的に行われている。

一般に、それらのスラグからアルミニウムを回収して再利用するときに、鋳造物の機械物性の低下の原因となる酸化アルミや他の金属酸化物を除去するために、それらのスラグを含む溶湯にフラックスが添加されている。

例えば、このような灰絞り用フラックスとして、特許文献１には、硫酸塩と黒鉛等がそれぞれ所定量配合され、ハロゲン化合物を含有しないフラックスが開示されている。

また、特許文献２には、硝酸ナトリウム及び塩化ナトリウムや塩化カリウムからなる塩化物、さらに、フッ化アルミニウムやフッ化カリウムなどのフッ化物などがそれぞれ所定量配合されたフラックスが開示されている。

特開２００９−２９９１３２号公報特開２０１５−８３７１１号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２のフラックスでは、アルミニウムスラグ又はアルミニウム合金スラグが配合されたアルミニウム溶湯に添加されたときに、着火しにくくフラックス自体が継続して十分に燃焼できないことが課題であった

そこで、本発明は、アルミニウムスラグ又はアルミニウム合金スラグから不純物を除去してアルミニウムをより多く回収するために、アルミニウムスラグ又はアルミニウム合金スラグに添加して反応するときに、まずフラックス自体の着火性が良好であるとともに、着火してから持続して燃焼し続ける持続性が良好である灰絞り用フラックスを提供することを課題とする。

〔１〕すなわち、本発明は、アルミニウムスラグ又はアルミニウム合金スラグからアルミニウムを回収するために用いられるフラックスであって、炭素が８０重量％以上である炭素材料と、硝酸塩とを含有することを特徴とする灰絞り用フラックスである。

〔２〕そして、前記炭素材料が１〜６０重量％、前記硝酸塩が２０〜９０重量％配合されていることを特徴とする前記〔１〕に記載の灰絞り用フラックスである。

〔３〕そして、前記硝酸塩が、硝酸ナトリウム又は硝酸カリウムの少なくとも一方であることを特徴とする前記〔１〕又は前記〔２〕に記載の灰絞り用フラックスである。

〔４〕そして、前記炭素材料が、黒鉛、コークス、木炭、石炭から選ばれる少なくとも一種であり、粉末状であることを特徴とする前記〔１〕から前記〔３〕のいずれかに記載の灰絞り用フラックスである。

〔５〕そして、前記炭素材料の重量に対する前記硝酸塩の重量の比が、前記硝酸塩の重量／前記炭素材料の重量＝１／１〜１０／１であることを特徴とする前記〔１〕から前記〔４〕のいずれかに記載の灰絞り用フラックスである。

本発明によれば、アルミニウムスラグ又はアルミニウム合金スラグから不純物を除去してアルミニウムをより多く回収するために、アルミニウムスラグ又はアルミニウム合金スラグに添加して反応するときに、まずフラックス自体の着火性が良好であるとともに、着火してから持続して燃焼し続ける持続性も向上し、ひいてはアルミニウムの回収率を高めることができる。

以下、本発明に係る灰絞り用フラックスに関する実施の形態について、詳しく説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するに好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に発明を限定する旨が明記されていない限り、この形態に限定されるものではない。そして、範囲を示す表現は、上限と下限を含むものである。

本発明で用いられる炭素材料は、炭素が８０重量％以上含有される部材である。炭素材料は点火により燃やされる可燃剤として機能し、炭素材料が燃焼されると大きな反応熱を持続的に生成し、アルミニウムスラグ又はアルミニウム合金スラグを長く加熱することができる。

具体的には、炭素材料は、黒鉛、コークス、木炭、石炭などの黒色の炭素源から選ばれる少なくとも一種であり、それらが粉末状であることが好ましい。炭素材料がこのようなものであると、燃焼による生成熱量が大きく、また燃焼しやすいので、アルミニウムスラグ又はアルミニウム合金スラグを安定して長い時間にわたって加熱することができる。

炭素材料の粒子径としては、１ｍｍ以下であることが好ましく、０．０１〜０．６ｍｍであることが好ましい。炭素材料の粒子径がこの範囲であると、表面積が大きいためより燃焼しやすい。なお、粒子径は、汎用性、簡便性、正確性の観点から、レーザー回折散乱法により分析された数値であることが好ましい。

そして、炭素材料のフラックスにおける含有量は、１〜６０重量％が好ましく、１０〜３０重量％であることがさらに好ましい。炭素材料のフラックスにおける含有量がこの範囲であると、アルミニウムスラグ又はアルミニウム合金スラグを安定して長い時間にわたって加熱することができ、ひいてはアルミニウムの回収率を高めることができる。

本発明で用いられる硝酸塩は、硝酸と塩基性化合物から得られる部材である。フラックスが点火されたときに分解して酸素を供給する酸化剤として機能し、酸素濃度が低い環境下であってもフラックスが点火されたときに爆発的に反応して短い時間で高温状態とすることでき、炭素材料を早々に燃焼し始めることができる。

具体的には、硝酸塩は、硝酸カリウム、硝酸ナトリウムなどの硝酸イオンとアルカリ金属イオンからなる化合物であることが好ましい。これらの硝酸塩は単体で、又は混合して使用することができる。

そして、硝酸塩のフラックスにおける含有量は、２０〜９０重量％が好ましく、４０〜７０重量％であることがさらに好ましい。硝酸塩のフラックスにおける含有量がこの範囲であると、フラックスがアルミニウム溶湯に添加されたときに、爆発的に反応が進行し短い時間で高温状態として、炭素材料を早々に燃焼し始めることができる。

さらに、炭素材料と硝酸塩は適切な配合比率にて混合されていることが好ましい。具体的には、炭素材料の重量に対する硝酸塩の重量の比が、硝酸塩の重量／炭素材料の重量＝１／１〜１０／１であることが好ましく、２／１〜７／１であることがさらに好ましい。炭素材料の重量に対する硝酸塩の重量の比がこの範囲であると、フラックスがアルミニウム溶湯に添加されたときに、爆発的に反応が進行し短い時間で高温状態として、炭素材料を早々に燃焼し始め、アルミニウムスラグ又はアルミニウム合金スラグを安定して長い時間にわたって加熱することができ、ひいてはアルミニウムの回収率を高めることができる。

そして、必要に応じて、塩化物塩を配合することができる。塩化物塩は、塩化物イオンとアルカリ金属又はアルカリ土類金属からなる化合物であり、硝酸塩に対する分散剤として機能して、硝酸塩がフラックス中で局在せずに均一的に分散できるようにすることができる。

具体的に、塩化物塩としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウムなどが好ましい。また、塩化物塩のフラックスにおける含有量は、３〜２５重量％が好ましく、５〜２０重量％であることがさらに好ましい。

そして、必要に応じて、硫酸塩を配合することができる。硫酸塩は、硫化物イオンとアルカリ金属又はアルカリ土類金属からなる化合物であり、硝酸塩ほど短時間で強い酸素供給源ではないものの加熱により分解することで酸素を徐々に供給する酸化剤として機能し、継続して炭素材料が燃焼することを助けることができる。

具体的に、硫酸塩としては、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウムなどが好ましい。また、硫酸塩のフラックスにおける含有量は、３〜４０重量％が好ましく、５〜３０重量％であることがさらに好ましい。

そして、必要に応じて、炭酸塩を配合することができる。炭酸塩は、炭酸イオンとアルカリ金属又はアルカリ土類金属からなる化合物であり、硝酸塩ほど短時間で強い酸素供給源ではないものの加熱により分解することで酸素を徐々に供給する酸化剤として機能し、継続して炭素材料が燃焼することを助けることができる。

具体的に、炭酸塩としては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムなどが好ましい。また、炭酸塩のフラックスにおける含有量は、３〜４０重量％が好ましく、５〜３０重量％であることがさらに好ましい。

そして、必要に応じて、金属の単体や金属を含有する複合物を配合することができる。それら金属を用いることにより、燃焼による酸化反応で大きな反応熱が生成し、炭素材料の温度を上昇させて燃焼を補助することができる。具体的に、それら金属として、マグネシウム、鉄などを用いることができる。

また、本発明の灰絞り用フラックスには、フッ素を含有する化合物が配合されないことが好ましい。灰絞り用フラックスにフッ素を含有する化合物が配合されていると、アルミニウムスラグ又はアルミニウム合金スラグからアルミニウムを回収した後の残渣である滓にも、フッ素を含有する化合物が残存するため、その滓の再利用を図るときに法律又は条令上位の規制により再利用することができない、又は大きくその再利用の用途が制限されるからである。

また、本発明の灰絞り用フラックスは、２０〜３０℃の常温で固形物であることが好ましい。このように灰絞り用フラックスが常温で固形物であると、含有される各種材料が均一に分散して作製しやすく、長期に保存しても任意の材料が局在化せずに、使用の際に取り扱い易い。

〔実施例１〕
炭素材料として、黒鉛粉（炭素含有量９９重量％、粒子径１ｍｍ以下）を１０重量％、硝酸塩として、硝酸ナトリウムを４０重量％、塩化物塩として塩化ナトリウムを１０重量％、塩化カリウムを１０重量％、硫酸塩として硫酸ナトリウムを３０重量％となるように配合し、均一になるように２０〜３０℃の常温で混合してフラックスを得た。

得られたフラックス１．０ｇを、アルミニウム合金スラグ１００ｇが添加されたアルミニウム溶湯に添加して、フラックスの着火性とそのスラグに対する加熱の持続性を確認し、フラックスとしての性能を評価した。

着火性の評価については、具体的には、アルミニウムスラグ又はアルミニウム合金スラグが添加されたアルミニウム溶湯にフラックスが添加されたときに、目視にてフラックス全体に火がまわる状態を○と評価し、おおむねフラックス全体に火がまわる状態を△と評価し、フラックスに火がつかない状態を×と評価した。そして、○評価および△評価を良好と判断した。

持続性については、アルミニウムスラグ又はアルミニウム合金スラグが添加されたアルミニウム溶湯にフラックスが添加されたときにフラックスの燃焼の持続性を測定する手段に乏しいために、簡易的手法として、具体的には、フラックスそのものに点火したときに、１０秒以上燃焼し続ける状態を○と評価し、５秒以上１０秒未満の間燃焼し続ける状態を△と評価し、５秒未満しか燃焼しない状態を×と評価した。そして、○評価および△評価を良好と判断した。

上記評価基準に基づき、当該実施例の着火性および持続性を評価すると、着火性が△、持続性が△で、全体的に使用しうるレベルにあることがわかった。

〔実施例２〕
炭素材料として、黒鉛粉（炭素含有量９９重量％、粒子径１ｍｍ以下）を１５重量％、硝酸塩として、硝酸ナトリウムを４０重量％、塩化物塩として塩化ナトリウムを１０重量％、塩化カリウムを１０重量％、硫酸塩として硫酸ナトリウムを１５重量％、炭酸塩として炭酸ナトリウムを１０重量％となるように配合し、均一になるように２０〜３０℃の常温で混合してフラックスを得た。

当該実施例の着火性および持続性を評価すると、着火性が△、持続性が△で、全体的に使用しうるレベルにあることがわかった。

〔実施例３〕
炭素材料として、黒鉛粉（炭素含有量９９重量％、粒子径１ｍｍ以下）を１０重量％、硝酸塩として、硝酸ナトリウムを７０重量％、塩化物塩として塩化ナトリウムを１０重量％、塩化カリウムを１０重量％となるように配合し、均一になるように２０〜３０℃の常温で混合してフラックスを得た。

〔実施例４〕
炭素材料として、炭素系集塵粉（炭などの粉末からなる複合物であり炭素含有量８５重量％、粒子径１ｍｍ以下）を３０重量％、硝酸塩として、硝酸ナトリウムを７０重量％となるように配合し、均一になるように２０〜３０℃の常温で混合してフラックスを得た。

当該実施例の着火性および持続性を評価すると、着火性が○、持続性が△で、全体的に使用しうるレベルにあることがわかった。

〔実施例５〕
炭素材料として、炭素系集塵粉（炭などの粉末からなる複合物であり炭素含有量８５重量％、粒子径１ｍｍ以下）を１０重量％、硝酸塩として、硝酸ナトリウムを６０重量％、塩化物塩として塩化カリウムを２０重量％、硫酸塩として硫酸カリウムを１０重量％となるように配合し、均一になるように２０〜３０℃の常温で混合してフラックスを得た。

〔実施例６〕
炭素材料として、炭素系集塵粉（炭などの粉末からなる複合物であり炭素含有量８５重量％、粒子径１ｍｍ以下）を２０重量％、硝酸塩として、硝酸ナトリウムを５０重量％、硝酸カリウムを１０重量％、塩化物塩として塩化カリウムを１０重量％、硫酸塩として硫酸カリウムを１０重量％となるように配合し、均一になるように２０〜３０℃の常温で混合してフラックスを得た。

当該実施例の着火性および持続性を評価すると、着火性が△、持続性が○で、全体的に使用しうるレベルにあることがわかった。

〔実施例７〕
炭素材料として、炭素系集塵粉（炭などの粉末からなる複合物であり炭素含有量８５重量％、粒子径１ｍｍ以下）を２０重量％、硝酸塩として、硝酸ナトリウムを６０重量％塩化物塩として塩化ナトリウムを１０重量％、硫酸塩として硫酸カリウムを１０重量％となるように配合し、均一になるように２０〜３０℃の常温で混合してフラックスを得た。

〔実施例８〕
炭素材料として、炭素系集塵粉（炭などの粉末からなる複合物であり炭素含有量８５重量％、粒子径１ｍｍ以下）を２５重量％、硝酸塩として、硝酸ナトリウムを６５重量％塩化物塩として塩化ナトリウムを５重量％、硫酸塩として硫酸カリウムを５重量％となるように配合し、均一になるように２０〜３０℃の常温で混合してフラックスを得た。

当該実施例の着火性および持続性を評価すると、着火性が○、持続性が○で、全体的に使用しうるレベルにあることがわかった。

〔比較例１〕
硝酸ナトリウムを５０重量％、硫酸ナトリウムを３０重量％、炭酸ナトリウムを２０重量％となるように配合し、均一になるように２０〜３０℃の常温で混合してフラックスを得た。

当該実施例の着火性および持続性を評価すると、着火性が×、持続性が×で、全体的に使用することができないレベルにあることがわかった。

〔比較例２〕
硝酸ナトリウムを４５重量％、塩化ナトウム１０重量％、塩化カリウム１０重量％、硫酸ナトリウムを３０重量％、炭酸ナトリウムを５重量％となるように配合し、均一になるように２０〜３０℃の常温で混合してフラックスを得た。

〔比較例３〕
硝酸ナトリウムを４５重量％、硫酸ナトリウムを２０重量％、硫酸カリウムを２５重量％、炭酸ナトリウムを１０重量％となるように配合し、均一になるように２０〜３０℃の常温で混合してフラックスを得た。

当該実施例の着火性および持続性を評価すると、着火性が×、持続性が△で、全体的に使用することができないレベルにあることがわかった。

〔比較例４〕
硝酸ナトリウムを５０重量％、塩化カリウムを２０重量％、硫酸ナトリウムを２０重量％、シリコン・マグネシウム混合物（Ｓｉ−Ｍｇ）を１０重量％となるように配合し、均一になるように２０〜３０℃の常温で混合してフラックスを得た。

〔比較例５〕
炭素系集塵粉（炭などの粉末からなる複合物であり炭素含有量８５重量％、粒子径１ｍｍ以下）を３０重量％、硫酸ナトリウムを７０重量％となるように配合し、均一になるように２０〜３０℃の常温で混合してフラックスを得た。

〔比較例６〕
炭素系集塵粉（炭などの粉末からなる複合物であり炭素含有量８５重量％、粒子径１ｍｍ以下）を３０重量％、硫酸カリウムを７０重量％となるように配合し、均一になるように２０〜３０℃の常温で混合してフラックスを得た。

〔比較例７〕
炭素系集塵粉（炭などの粉末からなる複合物であり炭素含有量８５重量％、粒子径１ｍｍ以下）を２０重量％、塩化ナトリウムを１０重量％、硫酸ナトリウムを６０重量％、硫酸カリウムを１０重量％となるように配合し、均一になるように２０〜３０℃の常温で混合してフラックスを得た。

上記の実施例１〜８および比較例１〜７の結果を、それぞれ表１および表２に示す。

以上の結果より、炭素が８０重量％以上である炭素材料と、硝酸塩とを併用することにより、アルミニウムスラグ又はアルミニウム合金スラグを加熱するときに、まずフラックス自体の着火性が良好であるとともに、着火してからの熱量を持続する持続性が良好であるフラックスを得ることがわかった。これは、フラックスに点火したときに、まず硝酸塩が爆発的に反応して着火し、全体の熱を上昇させて可燃物である炭素材料を燃焼しやすくし、燃焼し始めた炭素材料が連鎖的に燃焼することにより、維持して燃焼していることに起因すると推察される。

Claims

アルミニウムスラグ又はアルミニウム合金スラグからアルミニウムを回収するために用いられるフラックスであって、
炭素が８０重量％以上である炭素材料と、
硝酸塩とを含有することを特徴とする灰絞り用フラックス。
前記炭素材料が１〜６０重量％、前記硝酸塩が２０〜９０重量％配合されていることを特徴とする請求項１に記載の灰絞り用フラックス。
前記硝酸塩が、硝酸ナトリウム又は硝酸カリウムの少なくとも一方であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の灰絞り用フラックス。
前記炭素材料が、黒鉛、コークス、木炭、石炭から選ばれる少なくとも一種であり、粉末状であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の灰絞り用フラックス。
前記炭素材料の重量に対する前記硝酸塩の重量の比が、前記硝酸塩の重量／前記炭素材料の重量＝１／１〜１０／１であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の灰絞り用フラックス。