JP2020530391A - 廃航空機アルミニウム合金をリサイクルすることにより2024アルミニウム合金および7075アルミニウム合金を生産するための方法 - Google Patents

廃航空機アルミニウム合金をリサイクルすることにより2024アルミニウム合金および7075アルミニウム合金を生産するための方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、廃航空機アルミニウム合金をリサイクルすることにより2024アルミニウム合金および7075アルミニウム合金を生産するための方法に関し、この方法は循環経済のための技術分野に属する。本発明では、原料としての廃航空機アルミニウム合金に、前処理、溶錬、不純物除去、溶融物成分分析、成分調整、精製および鋳込みを施すことにより2024アルミニウム合金および7075アルミニウム合金を得るための方法が開発される。成分を調整するために廃パッケージアルミニウム合金および廃アルミニウムポップトップ缶を利用することにより、廃航空機アルミニウム合金は、格下げされることなくより低いコストでリサイクルされるであろう。本発明は、いくつかの利点、例えば低コスト、および工業的生産への適用可能性ならびに顕著な経済的利益を有する。

Description

本発明は、廃航空機アルミニウム合金をリサイクルすることにより2024アルミニウム合金および7075アルミニウム合金を生産するための方法を提供し、この方法は循環経済のための技術に属し、本発明は特に、格下げされることなく廃航空機アルミニウム合金をリサイクルするための方法に関する。
航空機リサイクル協会(Aircraft Fleet Recycling Association、AFRA)の予測によれば、6000〜8000機の航空機が今後10〜20年で退役する。廃航空機は大量のアルミニウム合金を含む。例えば、民間航空機に使用されるアルミニウム合金は全重量の約70%を占め、主に、2XXX系および7XXX系のアルミニウム合金を含む。廃航空機の長期放置中、アルミニウム合金の劣化が紫外線、降雨、酸化などによって引き起こされるであろうし、一方、環境問題、例えば土壌および地下水の汚染も生じ、広大な土地資源も占有されるであろう。したがって、廃航空機アルミニウム合金のリサイクルはエネルギーの節約になるだけでなく、環境を保護し、優れた経済的利益もあるであろう。廃航空機アルミニウム合金からの2024アルミニウム合金および7075アルミニウム合金の再生における主な問題は:廃航空機アルミニウム合金が多くのリベット部品を含み、名称の異なるアルミニウム合金を他の不純物から選別により分離することが困難であること;廃航空機アルミニウム合金が高含有量のさまざまな合金元素を含み、そのため、溶錬プロセスにおいて多量の純アルミニウムを加えることによる過剰な元素の希釈が通常実施され、生産コストの著しい増加を招くことである。
中国特許ZL200780023435.6号明細書には、航空産業向けアルミニウム合金の生産が意図されたアルミニウム系の再溶融ブロックを製造するためのプロセスが開示されている。この方法は、分別結晶化を利用して廃航空機アルミニウム合金溶融物を浄化し、これにより、アルミニウム溶融物中の不純物、例えば鉄およびケイ素を効果的に除去することができて、他の合金元素への影響がより少ない。しかし、この方法は、設備に関する要件が非常に高度であり、生産コストがより高い。中国特許ZL201310018088.5号明細書には、原料としての種々の廃アルミニウムに、磁選による除鉄、前処理、溶錬、溶融液成分分析、計算、配合および成分調整を施すことにより目標アルミニウム合金を得るための方法が開示されている。成分調整のプロセス中、目標合金成分の範囲の上限を超える元素を調整するために純アルミニウムが加えられ、これには生産コストがより高いという不利な点がある。中国特許ZL201010190753.5号明細書には、高性能および均一性を有するアルミニウム合金インゴットならびにその生産のための方法が開示されており、これにより、廃アルミニウム材料中の非金属材料を効果的に除去し、溶錬プロセスにおいて生成されるスラグを低減することができる。しかし、この方法はアルミニウム合金成分の配合とは関係ない。
中国特許ZL200780023435.6号明細書 中国特許ZL201310018088.5号明細書 中国特許ZL201010190753.5号明細書
上述の通り、廃航空機アルミニウム合金をリサイクルするための既存の方法には程度の差こそあれ、いくつかの問題、例えば、より高い生産コスト、不完全な成分調整、格下げによるアルミニウム合金生成物の使用などがあり、格下げされることなく廃航空機アルミニウム合金をリサイクルするための方法を開発することが緊急に必要とされている。
本発明は、廃航空機アルミニウム合金をリサイクルする現行のプロセス中の成分の配合において直面する問題に関して、廃航空機アルミニウム合金をリサイクルすることにより2024アルミニウム合金および7075アルミニウム合金を生産するための方法を提供する。特定のステップは以下の通りである:
(1)廃航空機アルミニウム合金に、破砕、磁選による除鉄、浮選による重金属の除去、風簸によるポリマーおよび複合材料の除去、渦電流選別によるガラスの除去などを施す前処理ステップ;
(2)前処理された廃航空機アルミニウム合金を700℃〜800℃の溶錬温度での完全溶融まで溶錬する溶錬ステップ;
(3)アルミニウム液体中で溶融していない不純物を分離するために、10ppiの細孔径を有する発泡セラミック濾板を使用してアルミニウム液体を浄化する不純物除去ステップ;
(4)アルミニウム液体中の成分を試験し、それらを目標アルミニウム合金成分と比較し、アルミニウム液体中の成分を、アルミニウム液体の成分が目標アルミニウム合金成分に関する要件を満たすまで他の廃アルミニウム合金および中間合金を使用して調整する成分調整ステップ;
(5)アルミニウム液体中で溶融していない不純物を分離するために、20ppiの細孔径を有する発泡セラミック濾板を使用してアルミニウム液体を浄化する濾過ステップ;
(6)精製剤および脱ガス剤を加えることによってアルミニウム液体を精製し、精製されたアルミニウム液体をある期間放置し、次いで、アルミニウム液体中で溶融していない物質を分離するために、それぞれ40ppiおよび60ppiの細孔径を有する発泡セラミック濾板を使用してアルミニウム液体を2回浄化する精製および浄化ステップ;
(7)不純物を精製および除去した後、目標成分を含むアルミニウム合金を得るためにアルミニウム液体を鋳込む鋳込みステップ。
本発明は、塗料が除去された廃アルミニウムポップトップ缶および廃パッケージアルミニウム合金を使用して廃航空機アルミニウム合金溶融物の成分が調整され、これは、生産コストの大幅な削減を可能にし、かつ産業用途に有益であるという点でいくつかの利点を有する。
廃航空機アルミニウム合金をリサイクルするためのプロセスのフローチャートである。
ここで、以下の実施例を参照して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。
実施例1
廃航空機アルミニウム合金のリサイクルによる7075アルミニウム合金の生産
(1)前処理:廃航空機アルミニウム合金に、破砕、磁選による除鉄、浮選による重金属の除去、風簸によるポリマーおよび複合材料の除去、渦電流選別によるガラスの除去などを施す;
(2)溶錬:前処理された廃航空機アルミニウム合金を700℃の溶錬温度での完全溶融まで溶錬する;
(3)不純物除去:アルミニウム液体中で溶融していない不純物を分離するために、10ppiの細孔径を有する発泡セラミック濾板を使用してアルミニウム液体を浄化する;
(4)成分調整:不純物の除去後、成分分析のためにアルミニウム溶融物の異なる部分から2つのサンプルを採取する。
標準7075アルミニウム合金中、成分調整剤としての廃パッケージアルミニウム合金中、および「GB/T3190−2008変形アルミニウムおよびアルミニウム合金成分」中の不純物除去時のアルミニウム溶融物中の成分を表1に示す。
Figure 2020530391
成分調整前のアルミニウム合金溶融物成分と標準7075アルミニウム合金成分との比較により、CuおよびMnの含有量は過剰である一方、Zn、MgおよびCrの含有量は不十分であることが分かる。計算後、塗料が除去された廃パッケージアルミニウム合金25%、アルミニウム−クロム合金1.6%、金属亜鉛3.5%およびアルミニウム−マグネシウム合金1%を溶融物に加え、よく撹拌する。加えた材料が完全に溶融した後、成分分析のためにアルミニウム溶融物の異なる部分から2つのサンプルを採取する。調整されたアルミニウム溶融物成分と標準7075アルミニウム合金成分との比較を表2に示しており、そこでアルミニウム溶融物成分は、標準7075アルミニウム合金に関する要件を既に満たしている。
Figure 2020530391
(5)濾過:アルミニウム液体中で溶融していない不純物を分離するために、20ppiの細孔径を有する発泡セラミック濾板を使用してアルミニウム液体を浄化する;
(6)精製および浄化:精製剤および脱ガス剤を加えることによってアルミニウム液体を精製し、精製されたアルミニウム液体をある期間放置し、次いで、アルミニウム液体中で溶融していない物質を分離するために、それぞれ40ppiおよび60ppiの細孔径を有する発泡セラミック濾板を使用してアルミニウム液体を2回浄化する;
(7)鋳込み:不純物を精製および除去した後、7075アルミニウム合金インゴットを得るためにアルミニウム液体を鋳込む。
実施例2
廃航空機アルミニウム合金のリサイクルによる2024アルミニウム合金の生産
(1)前処理:廃航空機アルミニウム合金に、破砕、磁選による除鉄、浮選による重金属の除去、風簸によるポリマーおよび複合材料の除去、渦電流選別によるガラスの除去などを施す;
(2)溶錬:前処理された廃航空機アルミニウム合金を800℃の溶錬温度での完全溶融まで溶錬する;
(3)不純物除去:アルミニウム液体中で溶融していない不純物を分離するために、10ppiの細孔径を有する発泡セラミック濾板を使用してアルミニウム液体を浄化する;
(4)成分調整:不純物の除去後、成分分析のためにアルミニウム溶融物の異なる部分から2つのサンプルを採取する。
標準2024アルミニウム合金中、成分調整剤としての廃アルミニウムポップトップ缶中、および「GB/T3190−2008変形アルミニウムおよびアルミニウム合金成分」中の不純物除去時のアルミニウム溶融物中の成分を表3に示す。
Figure 2020530391
成分調整前のアルミニウム合金溶融物成分と標準2024アルミニウム合金成分との比較により、Znの含有量は過剰である一方、Cuの含有量は不十分であることが分かる。計算後、塗料が除去された廃アルミニウムポップトップ缶シート650%、アルミニウム−クロム合金1.6%、金属銅22.5%およびアルミニウム−マグネシウム合金10%を溶融物に加え、よく撹拌する。加えた材料が完全に溶融した後、成分分析のためにアルミニウム溶融物の異なる部分から2つのサンプルを採取する。調整されたアルミニウム溶融物成分と標準2024アルミニウム合金成分との比較を表4に示しており、そこでアルミニウム溶融物成分は、標準2024アルミニウム合金に関する要件を既に満たしている。
Figure 2020530391
(5)濾過:アルミニウム液体中で溶融していない不純物を分離するために、20ppiの細孔径を有する発泡セラミック濾板を使用してアルミニウム液体を浄化する;
(6)精製および浄化:精製剤および脱ガス剤を加えることによってアルミニウム液体を精製し、精製されたアルミニウム液体をある期間放置し、次いで、アルミニウム液体中で溶融していない物質を分離するために、それぞれ40ppiおよび60ppiの細孔径を有する発泡セラミック濾板を使用してアルミニウム液体を2回浄化する;
(7)鋳込み:不純物を精製および除去した後、2024アルミニウム合金インゴットを得るためにアルミニウム液体を鋳込む。
実施例3
廃航空機アルミニウム合金のリサイクルによる7075アルミニウム合金の生産
(1)前処理:廃航空機アルミニウム合金に、破砕、磁選による除鉄、浮選による重金属の除去、風簸によるポリマーおよび複合材料の除去、渦電流選別によるガラスの除去などを施す;
(2)溶錬:前処理された廃航空機アルミニウム合金を750℃の溶錬温度での完全溶融まで溶錬する;
(3)不純物除去:アルミニウム液体中で溶融していない不純物を分離するために、10ppiの細孔径を有する発泡セラミック濾板を使用してアルミニウム液体を浄化する;
(4)成分調整:不純物の除去後、成分分析のためにアルミニウム溶融物の異なる部分から2つのサンプルを採取する。
標準7075アルミニウム合金中、成分調整剤としての廃パッケージアルミニウム合金中、および「GB/T3190−2008変形アルミニウムおよびアルミニウム合金成分」中の不純物除去時のアルミニウム溶融物中の成分を表5に示す。
Figure 2020530391
成分調整前のアルミニウム合金溶融物成分と標準7075アルミニウム合金成分との比較により、CuおよびMnの含有量は過剰である一方、Zn、MgおよびCrの含有量は不十分であることが分かる。計算後、塗料が除去された廃パッケージアルミニウム合金25%、アルミニウム−クロム合金2%、金属亜鉛4%およびアルミニウム−マグネシウム合金1%を溶融物に加え、よく撹拌する。加えた材料が完全に溶融した後、成分分析のためにアルミニウム溶融物の異なる部分から2つのサンプルを採取する。調整されたアルミニウム溶融物成分と標準7075アルミニウム合金成分との比較を表6に示しており、そこでアルミニウム溶融物成分は、標準7075アルミニウム合金に関する要件を既に満たしている。
Figure 2020530391
(5)濾過:アルミニウム液体中で溶融していない不純物を分離するために、20ppiの細孔径を有する発泡セラミック濾板を使用してアルミニウム液体を浄化する;
(6)精製および浄化:精製剤および脱ガス剤を加えることによってアルミニウム液体を精製し、精製されたアルミニウム液体をある期間放置し、次いで、アルミニウム液体中で溶融していない物質を分離するために、それぞれ40ppiおよび60ppiの細孔径を有する発泡セラミック濾板を使用してアルミニウム液体を2回浄化する;
(7)鋳込み:不純物を精製および除去した後、7075アルミニウム合金インゴットを得るためにアルミニウム液体を鋳込む。
実施例4
廃航空機アルミニウム合金のリサイクルによる2024アルミニウム合金の生産
(1)前処理:廃航空機アルミニウム合金に、破砕、磁選による除鉄、浮選による重金属の除去、風簸によるポリマーおよび複合材料の除去、渦電流選別によるガラスの除去などを施す;
(2)溶錬:前処理された廃航空機アルミニウム合金を750℃の溶錬温度での完全溶融まで溶錬する;
(3)不純物除去:アルミニウム液体中で溶融していない不純物を分離するために、10ppiの細孔径を有する発泡セラミック濾板を使用してアルミニウム液体を浄化する;
(4)成分調整:不純物の除去後、成分分析のためにアルミニウム溶融物の異なる部分から2つのサンプルを採取する。
標準2024アルミニウム合金中、成分調整剤としての廃アルミニウムポップトップ缶中、および「GB/T3190−2008変形アルミニウムおよびアルミニウム合金成分」中の不純物除去時のアルミニウム溶融物中の成分を表7に示す。
Figure 2020530391
アルミニウム合金溶融物成分と成分調整前の標準2024アルミニウム合金成分との比較により、Znの含有量は過剰である一方、Cuの含有量は不十分であることが分かる。計算後、塗料が除去された廃アルミニウムポップトップ缶シート650%、アルミニウム−クロム合金1.5%、金属銅23%およびアルミニウム−マグネシウム合金10%を溶融物に加え、よく撹拌する。加えた材料が完全に溶融した後、成分分析のためにアルミニウム溶融物の異なる部分から2つのサンプルを採取する。調整されたアルミニウム溶融物成分と標準2024アルミニウム合金成分との比較を表8に示しており、そこでアルミニウム溶融物成分は、標準2024アルミニウム合金に関する要件を既に満たしている。
Figure 2020530391
(5)濾過:アルミニウム液体中で溶融していない不純物を分離するために、20ppiの細孔径を有する発泡セラミック濾板を使用してアルミニウム液体を浄化する;
(6)精製および浄化:精製剤および脱ガス剤を加えることによってアルミニウム液体を精製し、精製されたアルミニウム液体をある期間放置し、次いで、アルミニウム液体中で溶融していない物質を分離するために、それぞれ40ppiおよび60ppiの細孔径を有する発泡セラミック濾板を使用してアルミニウム液体を2回浄化する;
(7)鋳込み:不純物を精製および除去した後、2024アルミニウム合金インゴットを得るためにアルミニウム液体を鋳込む。

Claims (4)

  1. 廃航空機アルミニウム合金をリサイクルすることにより2024アルミニウム合金および7075アルミニウム合金を生産するための方法であって、
    (1)前記廃航空機アルミニウム合金に、破砕、磁選による除鉄、浮選による重金属の除去、風簸によるポリマーおよび複合材料の除去、渦電流選別によるガラスの除去などを施す前処理ステップと、
    (2)前記前処理された廃航空機アルミニウム合金を700℃〜800℃の溶錬温度での完全溶融まで溶錬する溶錬ステップと、
    (3)アルミニウム液体中で溶融していない不純物を分離するために、10ppiの細孔径を有する発泡セラミック濾板を使用して前記アルミニウム液体を浄化する不純物除去ステップと、
    (4)前記アルミニウム液体中の成分を試験し、それらを目標アルミニウム合金成分と比較し、前記アルミニウム液体中の前記成分を、その前記成分が前記目標アルミニウム合金成分に関する要件を満たすまで他の廃アルミニウム合金および中間合金を使用して調整する成分調整ステップと、
    (5)前記アルミニウム液体中で溶融していない不純物を分離するために、20ppiの細孔径を有する発泡セラミック濾板を使用して前記アルミニウム液体を浄化する濾過ステップと、
    (6)精製剤および脱ガス剤を加えることによって前記アルミニウム液体を精製し、前記精製されたアルミニウム液体をある期間放置し、次いで、前記アルミニウム液体中で溶融していない物質を分離するために、それぞれ40ppiおよび60ppiの細孔径を有する発泡セラミック濾板を使用して前記アルミニウム液体を2回浄化する精製および浄化ステップと、
    (7)不純物を精製および除去した後、目標成分を含む前記アルミニウム合金を得るために前記アルミニウム液体を鋳込む鋳込みステップと
    を含む、方法。
  2. 前記ステップ(3)において溶融していない前記不純物が、鉄合金、チタン合金および炭素繊維を含むことを特徴とする、請求項1に記載の、廃航空機アルミニウム合金をリサイクルすることにより2024アルミニウム合金および7075アルミニウム合金を生産するための方法。
  3. 前記ステップ(4)における前記他の廃アルミニウム合金が、塗料が除去された廃アルミニウムポップトップ缶および廃パッケージアルミニウム合金を含むことを特徴とする、請求項1に記載の、廃航空機アルミニウム合金をリサイクルすることにより2024アルミニウム合金および7075アルミニウム合金を生産するための方法。
  4. 前記ステップ(6)における第2の浄化時に溶融していない濾過された物質が、廃航空機アルミニウム合金原料および前記廃アルミニウム合金原料に付着した無機被覆材料であることを特徴とする、請求項1に記載の、廃航空機アルミニウム合金をリサイクルすることにより2024アルミニウム合金および7075アルミニウム合金を生産するための方法。
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