JP2023102012A - Purification method of metal, and purification apparatus of metal - Google Patents
Purification method of metal, and purification apparatus of metal Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023102012A JP2023102012A JP2022002309A JP2022002309A JP2023102012A JP 2023102012 A JP2023102012 A JP 2023102012A JP 2022002309 A JP2022002309 A JP 2022002309A JP 2022002309 A JP2022002309 A JP 2022002309A JP 2023102012 A JP2023102012 A JP 2023102012A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- refining
- molten metal
- refined
- mass
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
本開示は、溶湯から所定の金属を精製するための金属の精製方法及び金属の精製装置に関する。 The present disclosure relates to a metal refining method and a metal refining apparatus for refining a predetermined metal from molten metal.
産業機器、輸送機器、電子機器などを廃棄する際には、金属スクラップが発生する。この金属スクラップには複数種類の金属が混在しているが、有用性の高い金属を精製することでリサイクルが実現できる。 When discarding industrial equipment, transportation equipment, electronic equipment, etc., scrap metal is generated. This metal scrap contains a mixture of multiple types of metals, but recycling can be achieved by refining the highly useful metals.
このような金属スクラップの精製に対し、精製容器に収容した溶湯をα-Alの凝固点直上の温度まで冷却した後、この精製容器の上部から複数の孔を有する押し固め板を下降させて圧力を付与し、α-Alと不純物とを分離する方法が提案されている(特許文献1及び特許文献2参照)。
For the refining of such metal scrap, a method has been proposed in which the molten metal contained in a refining vessel is cooled to a temperature just above the freezing point of α-Al, and then a pressing plate having a plurality of holes is lowered from the upper part of the refining vessel to apply pressure to separate α-Al from impurities (see
図1は、共晶凝固の一例を示す状態図である。共晶凝固が起きる合金が亜共晶組成(つまり、共晶組成よりも溶質元素濃度の低い組成)を有する場合は、濃度が高い元素が先に初晶として晶出する。そのため、初晶のみを取り出すことで、純度の高い金属がリサイクルできる。 FIG. 1 is a state diagram showing an example of eutectic solidification. If the alloy undergoing eutectic solidification has a hypoeutectic composition (that is, a composition with a lower solute element concentration than the eutectic composition), the element with the higher concentration will crystallize first as the primary crystal. Therefore, by taking out only the primary crystal, the metal with high purity can be recycled.
例えば、Al-Si系合金において、図1のC0組成の合金溶湯を固液共存状態となるT1℃まで冷却すると、濃度Csの固体と濃度Clの液体とに分離し、固体と液体との比率はWs:Wlとなる。この合金溶湯から不純物濃度が低い、濃度Csの固体を取り出すことにより、Alの精製が可能となる。 For example, in an Al—Si alloy, when the molten alloy with the C0 composition in FIG. 1 is cooled to T 1 ° C., which is a solid-liquid coexistence state, it separates into a solid with a concentration of C s and a liquid with a concentration of C l . Al can be refined by extracting a solid having a concentration Cs with a low impurity concentration from this molten alloy.
一方、例えばSiなどの不純物濃度が高い場合、例えば図1のC1組成の合金溶湯では、固体晶出量が最大となる温度T2℃まで冷却しても固体の晶出量はW’s/(W’l+W’s)であり、分離できる精製金属の量が少なくなる。 On the other hand, when the concentration of impurities such as Si is high, for example , in the molten alloy having the C1 composition in FIG.
上述した特許文献1の方法では、電磁撹拌を用いることで不純物濃度が高い場合でも精製金属の分離量を高められる。しかしながら、この方法では撹拌時に耐火物製の精製容器を用いているため、圧搾による分離時に精製容器が消耗し易く、安全面及びコスト面で課題が生じる。
In the method of
また、上述した特許文献2の方法では、黒鉛製の精製容器を用いているため、電磁撹拌を行うことができない。また、特許文献1の方法と同様、圧搾による分離時に精製容器が消耗し易い。
Further, in the method of
本開示の一局面は、精製純度を高めつつ、安全性の向上及び精製コストの低減が可能な金属の精製方法を提供することを目的とする。 An object of one aspect of the present disclosure is to provide a metal refining method capable of improving safety and reducing refining costs while increasing refining purity.
本開示の一態様は、ステンレス製の精製容器に収容された精製対象金属と精製対象金属以外の元素とを含む溶湯を、回転磁場によって回転させつつ冷却することで、固相率が0.2以上0.7以下の成形体を製造する工程と、精製容器内で成形体に圧力を加えることで、成形体を精製対象金属が含まれる純化鋳塊と、濃化溶湯とに分離する工程と、を備える金属の精製方法である。 One aspect of the present disclosure is a metal refining method comprising: a step of cooling a molten metal containing a metal to be refined and an element other than the metal to be refined contained in a stainless steel refining container while being rotated by a rotating magnetic field to produce a compact having a solid phase ratio of 0.2 to 0.7;
本開示の別の態様は、ステンレス製の精製容器と、精製容器に収容された精製対象金属と精製対象金属以外の元素とを含む溶湯を、回転磁場によって回転させつつ冷却することで、固相率が0.2以上0.7以下の成形体を製造するように構成された成形部と、精製容器内で成形体に圧力を加えることで、成形体を精製対象金属が含まれる純化鋳塊と、濃化溶湯とに分離するように構成された分離部と、を備える金属の精製装置である。 Another aspect of the present disclosure includes a stainless steel refining vessel, and a molten metal containing a metal to be refined and an element other than the metal to be refined contained in the refining vessel, which is rotated and cooled by a rotating magnetic field, thereby producing a compact having a solid fraction of 0.2 to 0.7. It is a refining device for metals.
これらのような構成によれば、回転磁場による電磁撹拌によって金属の精製純度を高められる。また、ステンレス製の精製容器内で成形体の製造及び圧搾分離が行われるため、安全性の向上及び精製コストの低減を図ることができる。 According to such a configuration, the refining purity of the metal can be enhanced by electromagnetic stirring using a rotating magnetic field. In addition, since the molded body is manufactured and separated by pressure in a stainless steel refining vessel, safety can be improved and refining costs can be reduced.
以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
[1.第1実施形態]
[1-1.構成]
図2に示す金属の精製装置1は、複数種類の元素を含む溶湯から目的の金属を精製するために用いられる。精製装置1は、精製容器2と、成形部3と、分離部4とを備える。
Embodiments to which the present disclosure is applied will be described below with reference to the drawings.
[1. First Embodiment]
[1-1. composition]
A
<溶湯>
精製装置1で精製が行われる溶湯としては、例えば金属スクラップを溶融したものが用いられる。
<Molten metal>
As the molten metal to be refined in the
溶湯は、精製対象金属と、精製対象金属以外の元素(以下、「不純物」ともいう。)とを含む。溶湯は、精製材料の金属を溶融温度以上に加熱することで得られる。 The molten metal contains metals to be refined and elements other than the metals to be refined (hereinafter also referred to as "impurities"). Molten metal is obtained by heating the metal of the refining material above its melting temperature.
溶湯に含まれる精製対象金属としては、例えば、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)、銅(Cu)、マグネシウム(Mg)、スズ(Sn)、鉛(Pb)が挙げられる。この中でもリサイクルの経済性が高いAlが好ましい。また、溶湯におけるAlの質量濃度が、溶湯に含まれる他の金属元素の質量濃度よりも大きいとよい。 Examples of metals to be refined contained in the molten metal include aluminum (Al), iron (Fe), copper (Cu), magnesium (Mg), tin (Sn), and lead (Pb). Among these, Al is preferable because of its high economic efficiency in recycling. Also, the mass concentration of Al in the molten metal is preferably higher than the mass concentrations of other metal elements contained in the molten metal.
溶湯に含まれる不純物としては、例えば、精製対象金属として上述した金属に加えて、マンガン(Mn)、クロム(Cr)、亜鉛(Zn)、チタン(Ti)、シリコン(Si)等が挙げられる。 Impurities contained in the molten metal include, for example, manganese (Mn), chromium (Cr), zinc (Zn), titanium (Ti), silicon (Si), etc., in addition to the metals mentioned above as metals to be refined.
溶湯全体に対する不純物の濃度の下限としては、1.0質量%が好ましく、1.5質量%がより好ましく、3.0質量%以上がさらに好ましい。溶湯全体に対する不純物の濃度の上限としては、15.0質量%が好ましく、11.0質量%がより好ましい。精製装置1によれば、不純物の濃度がこのような範囲の溶湯に対し、精製対象金属の高純度精製が可能である。
The lower limit of the impurity concentration relative to the entire molten metal is preferably 1.0% by mass, more preferably 1.5% by mass, and even more preferably 3.0% by mass or more. The upper limit of the impurity concentration in the entire molten metal is preferably 15.0% by mass, more preferably 11.0% by mass. According to the
溶湯は、共晶凝固を生じる精製対象金属と不純物との組合せを含むとよい。精製装置1は、このような組合せの溶湯に対し精製を効果的に行える。また、溶湯には、上述した元素以外に、貴金属又はレアメタルがそれぞれ1種以上含まれてもよい。
The melt may contain a combination of the metal to be refined and impurities that undergo eutectic solidification. The
精製対象金属がAlの場合、不純物にSi(つまりケイ素)が含まれるとよい。AlとSiとの組合せは、広く鋳造用合金として用いられており、金属スクラップとしての発生量が多い。精製装置1は、このような元素の組合せを含む溶湯からAlを高純度で精製することができる。
When the metal to be refined is Al, the impurity preferably contains Si (that is, silicon). A combination of Al and Si is widely used as a casting alloy, and a large amount of metal scrap is generated. The
金属元素としてAlを最も多く含む溶湯において、溶湯全体に対するSiの濃度の下限としては、1.0質量%が好ましく、3.0質量%がより好ましい。溶湯全体に対するSiの濃度の上限としては、11.0質量%が好ましい。Siの濃度をこのような範囲とすることで、アルミニウム合金を含む金属スクラップにおけるAlの精製効率を高めることができる。また、Siの濃度の上限を11.0質量%とすることで、α-Alの晶出温度と、AlとSiとの共晶相の晶出温度とに差を設けられるため、Alを精製することが容易となる。 In the molten metal containing the most Al as the metal element, the lower limit of the concentration of Si in the entire molten metal is preferably 1.0% by mass, more preferably 3.0% by mass. The upper limit of the concentration of Si in the entire molten metal is preferably 11.0% by mass. By setting the concentration of Si in such a range, the efficiency of refining Al in scrap metal containing an aluminum alloy can be increased. In addition, by setting the upper limit of the Si concentration to 11.0% by mass, a difference is provided between the crystallization temperature of α-Al and the crystallization temperature of the eutectic phase between Al and Si, so that Al can be easily purified.
さらに、溶湯は、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn及びTiの少なくとも1つを含むとよい。また、溶湯におけるFe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn及びTiの質量濃度の合計の下限としては、0.5質量%が好ましい。溶湯におけるFe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn及びTiの質量濃度の合計の上限としては、6.0質量%が好ましく、4.0質量%がより好ましい。 Furthermore, the molten metal may contain at least one of Fe, Cu, Mn, Mg, Cr, Zn and Ti. Also, the lower limit of the total mass concentration of Fe, Cu, Mn, Mg, Cr, Zn and Ti in the molten metal is preferably 0.5% by mass. The upper limit of the total mass concentration of Fe, Cu, Mn, Mg, Cr, Zn and Ti in the molten metal is preferably 6.0 mass %, more preferably 4.0 mass %.
Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn及びTiの質量濃度の合計をこのような範囲とすることで、鋳造用アルミニウム合金と展伸用アルミニウム合金とが混合した金属スクラップにおけるAlの精製効率を高めることができる。 By setting the sum of the mass concentrations of Fe, Cu, Mn, Mg, Cr, Zn, and Ti within such a range, the efficiency of refining Al in metal scrap in which a casting aluminum alloy and a wrought aluminum alloy are mixed can be increased.
<精製容器>
精製容器2は、溶湯を保持可能な耐熱性を有する、るつぼである。具体的には、精製容器2は、磁性を有しないステンレス製の有底の円筒体である。精製容器2の材質としては、例えば、JIS-G-4303:2015に規定されるSUS304を用いることができる。
<Purification container>
The
精製容器2は、成形部3による溶湯の電磁撹拌が可能となるように、外部の磁気を内部に通過させる。また、精製容器2は、分離部4から圧力を受けた際に破損しない強度を有する。
The
図3Aに示すように、溶湯M1は、精製容器2の内部に収容される。また、溶湯M1の温度は、温度計2Aによって測定される。
As shown in FIG. 3A, the molten metal M1 is accommodated inside the
<成形部>
成形部3は、精製容器2に収容された精製対象金属と精製対象金属以外の元素とを含む溶湯を、回転磁場によって回転させつつ冷却することで、固相率が一定範囲の成形体を製造するように構成されている。
<Molding part>
The forming
成形部3は、図3Bに示すように、回転磁場付与装置31を有する。回転磁場付与装置31は、精製容器2の周囲に、S極とN極との対が中心軸周りに回転するように極性が変化する回転磁場を発生させる。回転磁場が与えられた溶湯は、精製容器2内で回転する。回転磁場付与装置31としては、例えば3つのステータコイルを備えた公知の装置が使用できる。
The
回転磁場付与装置31によって生成される回転磁場の中心軸は、精製容器2の内部を通る。また、回転磁場の中心軸は、上下方向と平行である。回転磁場の中心軸は、精製容器2の中心軸と一致することが好ましい。
The central axis of the rotating magnetic field generated by the rotating magnetic
回転磁場の周波数の下限としては、1Hzが好ましく、5Hzがより好ましい。回転磁場の周波数の上限としては、100Hzが好ましい。周波数をこの範囲とすることで、溶湯の冷却によって発生する初晶の形態を効率よく制御できる。 The lower limit of the frequency of the rotating magnetic field is preferably 1 Hz, more preferably 5 Hz. The upper limit of the frequency of the rotating magnetic field is preferably 100 Hz. By setting the frequency within this range, the form of primary crystals generated by cooling the molten metal can be efficiently controlled.
溶湯の回転磁場の周方向に沿った表面(つまり最外面)における磁束密度の最大値としては、20mT以上120mT以下が好ましい。磁束密度をこの範囲とすることで、消費電力を抑制しつつ溶湯を十分に撹拌することができる。なお、磁束密度は、直接測定のほか、電磁場解析等で測定できる。 The maximum value of the magnetic flux density on the surface (that is, the outermost surface) along the circumferential direction of the rotating magnetic field of the molten metal is preferably 20 mT or more and 120 mT or less. By setting the magnetic flux density within this range, it is possible to sufficiently stir the molten metal while suppressing power consumption. The magnetic flux density can be measured not only by direct measurement but also by electromagnetic field analysis or the like.
溶湯の回転磁場の周方向に沿った表面における回転磁場の回転速度としては、0.5m/s以上10m/s以下が好ましい。回転速度をこの範囲とすることで、溶湯の冷却によって発生する初晶の量を効率よく増加させることができる。 The rotation speed of the rotating magnetic field on the surface along the circumferential direction of the rotating magnetic field of the molten metal is preferably 0.5 m/s or more and 10 m/s or less. By setting the rotation speed within this range, the amount of primary crystals generated by cooling the molten metal can be efficiently increased.
溶湯を撹拌せずに冷却した場合には、精製対象金属は樹枝状組織を有する。これに対し、回転磁場によって溶湯を電磁撹拌しつつ冷却することで、精製容器2内の溶湯温度のばらつきが低減されると共に、初晶が微細かつ球形に近い形状となる。そのため、樹枝状組織の場合に比べて、分離工程における圧力損失が減少する。その結果、精製対象金属と濃化溶湯(つまり濃化液相)とを効率よく分離できる。
When the molten metal is cooled without stirring, the metal to be refined has a dendritic structure. On the other hand, by cooling the molten metal while electromagnetically stirring it with a rotating magnetic field, the variation in temperature of the molten metal in the
成形部3は、溶湯が、固相率が0.2以上0.7以下である固液共存状態の成形体M2となるまで溶湯の撹拌及び冷却を続ける。成形体M2には、温度低下によって晶出した個体Sと、溶融状態の液体Lとが含まれる。冷却の方法は特に限定されず、空冷、風冷、冷媒による冷却等の公知の方法が使用できる。
The
成形体M2の固相率を上述の範囲とすることで、精製効率(つまり目的金属の回収率)を高めつつ、分離部4における圧力損失の低減により分離効率を高めることができる。成形体M2の固相率の下限としては、0.4が好ましい。なお、「成形体の固相率」とは、液相と固相とを含む成形体全体に対する、晶出した固相全体の質量割合を意味する。
By setting the solid fraction of the compact M2 within the range described above, it is possible to increase the separation efficiency by reducing the pressure loss in the
また、成形部3は、精製対象金属(例えばAl)の固相率が0.2以上0.7以下の成形体を製造するとよい。これにより、初晶として晶出する精製対象金属の濃度が高い成形体M2を得ることができる。なお、「精製対象金属の固相率」とは、液相と固相とを含む成形体全体に対する、晶出した精製対象金属(つまり初晶)の質量割合を意味する。
In addition, the
<分離部>
分離部4は、精製容器2内で成形部3が製造した成形体M2に圧力を加えることで、成形体M2を精製対象金属が含まれる純化鋳塊I1と、溶質元素の濃度が高い濃化溶湯I2とに分離するように構成されている。
<Separation part>
The
分離部4は、図3Cに示すように、プレス機41と、フィルター42とを有する。プレス機41は、フィルター42を下方に押圧することで、フィルター42を上方から成形体M2に押し当てる。
The
フィルター42は、複数の孔を有する押し固め板である。図3Dに示すように、成形体M2に上方から押し当てられたフィルター42は、純化鋳塊I1を下方に押圧しつつ、濃化溶湯I2を上方に通過させる。これにより、成形体M2が圧搾され、濃化溶湯I2がフィルター42の上方において純化鋳塊I1と分離される。
純化鋳塊I1は、精製対象金属が多く含まれる固相である。純化鋳塊I1における精製対象金属の濃度は、濃化溶湯I2における精製対象金属の濃度よりも大きい。濃化溶湯I2は、不純物が多く含まれる液相である。濃化溶湯I2は、冷却により濃化鋳塊となる。 The purified ingot I1 is a solid phase containing a large amount of metal to be purified. The concentration of the metal to be refined in the refined ingot I1 is higher than the concentration of the metal to be refined in the concentrated molten metal I2. The concentrated molten metal I2 is a liquid phase containing many impurities. The thickened molten metal I2 becomes a thickened ingot by cooling.
分離部4が成形体M2に加える圧力としては、0.5MPa以上30.0MPa以下が好ましい。また、圧力を加える際の成形体M2の温度としては、500℃以上700℃以下が好ましい。
The pressure applied by the
<金属の精製方法>
図4に、精製装置1を用いた金属の精製方法のフローを示す。本実施形態の金属の精製方法は、溶融工程S10と、成形体製造工程S20と、圧搾分離工程S30とを有する。なお、各工程は、1つの精製容器2に対し行われるバッチ処理である。
<Metal refining method>
FIG. 4 shows a flow of a metal refining method using the
(溶融工程)
本工程では、精製材料(例えばアルミニウム合金を含む金属スクラップ)を精製容器2に投入し、溶融温度まで加熱する。精製材料の溶融により溶湯が得られる。
(melting process)
In this step, a refining material (for example, scrap metal containing an aluminum alloy) is put into a
(成形体製造工程)
本工程では、精製容器2に収容された溶湯を、回転磁場によって回転させつつ冷却することで、固相率が0.2以上0.7以下の成形体を製造する。
(Molded body manufacturing process)
In this step, the molten metal contained in the
(圧搾分離工程)
本工程では、精製容器2内で成形体に圧力を加えることで、成形体を精製対象金属が含まれる純化鋳塊と、濃化溶湯とに分離する。
(Compression separation process)
In this step, pressure is applied to the molded body in the
[1-2.効果]
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(1a)回転磁場による電磁撹拌によって金属の精製純度を高められる。また、ステンレス製の精製容器2内で成形体の製造及び圧搾分離が行われるため、安全性の向上及び精製コストの低減を図ることができる。
[1-2. effect]
According to the embodiment detailed above, the following effects are obtained.
(1a) The refining purity of the metal can be enhanced by electromagnetic stirring with a rotating magnetic field. In addition, since the molded product is produced and separated by pressure in the stainless
[2.他の実施形態]
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
[2. Other embodiments]
Although the embodiments of the present disclosure have been described above, it is needless to say that the present disclosure is not limited to the above embodiments and can take various forms.
(2a)上記実施形態の金属の精製装置において、分離部の構成は一例であり、上述のものに限定されない。 (2a) In the metal refining apparatus of the above-described embodiment, the configuration of the separation section is an example, and is not limited to the configuration described above.
(2b)上記実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。 (2b) The function of one component in the above embodiment may be distributed as multiple components, or the functions of multiple components may be integrated into one component. Also, part of the configuration of the above embodiment may be omitted. Also, at least a part of the configuration of the above embodiment may be added, replaced, etc. with respect to the configuration of the other above embodiment. It should be noted that all aspects included in the technical idea specified by the wording in the claims are embodiments of the present disclosure.
[3.実施例]
以下に、本開示の効果を確認するために行った試験の内容とその評価とについて説明する。
[3. Example]
The following describes the details of the test conducted to confirm the effects of the present disclosure and the evaluation thereof.
<実施例1-3>
表1に示す組成のAl-4%Si合金100gを精製材料として精製容器に投入した。この合金は、鋳造用アルミニウム合金と展伸用アルミニウム合金とが混合した金属スクラップを想定したものである。なお、表1中の数値は、溶湯全体に対する質量%である。
<Example 1-3>
100 g of an Al-4% Si alloy having the composition shown in Table 1 was put into a refining container as a refining material. This alloy is intended for scrap metal, which is a mixture of casting and wrought aluminum alloys. In addition, the numerical value in Table 1 is the mass % with respect to the whole molten metal.
次に、精製容器を680℃まで加熱し、精製材料を溶融させることで溶湯を得た。この溶湯を空冷し、溶湯の温度が630℃になった時点で回転磁場を付与し、溶湯を電磁撹拌した。 Next, the refining container was heated to 680° C. to melt the refining material to obtain a molten metal. This molten metal was air-cooled, and when the temperature of the molten metal reached 630° C., a rotating magnetic field was applied to stir the molten metal electromagnetically.
回転磁場付与装置としては、三相交流モータのコイルを用いた。回転磁場の周波数、溶湯の回転磁場の周方向に沿った表面における磁束密度の最大値、及び溶湯の回転磁場の周方向に沿った表面における回転磁場の回転速度は、表2に示す通りとした。回転磁場は、溶湯の温度が610℃に到達するまで継続して付与した。 A coil of a three-phase AC motor was used as the rotating magnetic field imparting device. Table 2 shows the frequency of the rotating magnetic field, the maximum value of the magnetic flux density on the surface of the rotating magnetic field of the molten metal along the circumferential direction, and the rotational speed of the rotating magnetic field on the surface of the rotating magnetic field of the molten metal along the circumferential direction. The rotating magnetic field was continuously applied until the temperature of the molten metal reached 610°C.
回転磁場の付与停止後(つまり電磁撹拌の終了後)、フィルター(つまり押し固め板)が取り付けられたプレス機に精製容器を設置した。その後、表2に示す圧搾温度に到達した時点で、成形体の固相率を測定した。また、表2に示す圧搾圧力によって精製容器内の成形体を加圧し、純化鋳塊と濃化溶湯とに分離した。 After stopping the application of the rotating magnetic field (that is, after the end of the electromagnetic stirring), the purification vessel was placed in a press fitted with a filter (ie, compaction plate). After that, when the compression temperature shown in Table 2 was reached, the solid fraction of the compact was measured. In addition, the molded body in the refining vessel was pressurized by the compression pressure shown in Table 2 to separate the refined ingot and the thickened molten metal.
図5Aに、実施例1にて得られた純化鋳塊の凝固組織を示す。また、図5Bに、実施例1にて得られた濃化溶湯の凝固組織を示す。純化鋳塊の凝固組織では、白色のα-Alが組織の大部分を占めており、α-Alが純化精製されていた。一方、濃化溶湯の凝固組織では、灰色のAl-Si共晶組織が大部分を占めている。この結果から、本開示の精製方法によりα―Alが純化精製されていることが確認された。 5A shows the solidified structure of the purified ingot obtained in Example 1. FIG. 5B shows the solidified structure of the concentrated molten metal obtained in Example 1. As shown in FIG. In the solidified structure of the purified ingot, white α-Al occupied most of the structure, and the α-Al was purified. On the other hand, the gray Al—Si eutectic structure occupies most of the solidified structure of the concentrated molten metal. From this result, it was confirmed that α-Al was purified by the purification method of the present disclosure.
<比較例1-3>
実施例1-3と同じAl-4%合金100gを精製容器にて溶融して溶湯を得た。この溶湯を空冷し、フィルターが取り付けられたプレス機に精製容器を設置した。
<Comparative Example 1-3>
100 g of the same Al-4% alloy as in Example 1-3 was melted in a refining vessel to obtain a molten metal. This molten metal was air-cooled, and a purification vessel was placed in a press equipped with a filter.
その後、表2に示す圧搾温度に到達した時点で、成形体の固相率を測定した。また、表2に示す圧搾圧力によって精製容器内の成形体を加圧し、純化鋳塊と濃化溶湯とに分離した。 After that, when the compression temperature shown in Table 2 was reached, the solid fraction of the compact was measured. In addition, the molded body in the refining vessel was pressurized by the compression pressure shown in Table 2 to separate the refined ingot and the thickened molten metal.
<評価>
表2に、実施例1-3及び比較例1-3で得られた純化鋳塊におけるSi濃度と、純化鋳塊の回収率とを示す。Si濃度は、純化鋳塊全体におけるSiの質量割合である。回収率は、溶湯(つまり精製材料)全体における純化鋳塊の質量割合である。
<Evaluation>
Table 2 shows the Si concentration in the purified ingots obtained in Example 1-3 and Comparative Example 1-3 and the recovery rate of the purified ingots. The Si concentration is the mass ratio of Si in the entire purified ingot. The recovery rate is the mass percentage of refined ingot in the total molten metal (ie refined material).
表2から、実施例1-3では、比較例1-3よりもSi濃度が低減されている。つまり、実施例1-3では、濃化した液相が効率よく分離されることで、Si濃度が3.0質量%以下のα-Alが精製されている。 From Table 2, Example 1-3 has a lower Si concentration than Comparative Example 1-3. In other words, in Example 1-3, α-Al with a Si concentration of 3.0% by mass or less was purified by efficiently separating the concentrated liquid phase.
1…精製装置、2…精製容器、2A…温度計、3…成形部、4…分離部、
31…回転磁場付与装置、41…プレス機、42…フィルター。
DESCRIPTION OF
31... Rotating magnetic field imparting device, 41... Press machine, 42... Filter.
Claims (14)
前記精製容器内で前記成形体に圧力を加えることで、前記成形体を前記精製対象金属が含まれる純化鋳塊と、濃化溶湯とに分離する工程と、
を備える、金属の精製方法。 A step of cooling a molten metal containing a metal to be refined and an element other than the metal to be refined contained in a stainless steel refining container while being rotated by a rotating magnetic field to produce a compact having a solid fraction of 0.2 or more and 0.7 or less;
a step of separating the molded body into a purified ingot containing the metal to be refined and a concentrated molten metal by applying pressure to the molded body in the refining vessel;
A method for refining a metal, comprising:
前記製造する工程では、前記精製対象金属の固相率が0.2以上0.7以下の前記成形体を製造する、金属の精製方法。 A method for refining a metal according to claim 1,
The metal refining method, wherein in the manufacturing step, the compact is manufactured in which the solid fraction of the metal to be refined is 0.2 or more and 0.7 or less.
前記回転磁場の周波数は、1Hz以上である、金属の精製方法。 The metal refining method according to claim 1 or 2,
The metal refining method, wherein the rotating magnetic field has a frequency of 1 Hz or more.
前記溶湯の前記回転磁場の周方向に沿った表面における磁束密度の最大値は、20mT以上である、金属の精製方法。 A metal refining method according to any one of claims 1 to 3,
The metal refining method, wherein the maximum value of the magnetic flux density on the surface of the molten metal along the circumferential direction of the rotating magnetic field is 20 mT or more.
前記溶湯は、アルミニウム(Al)を含み、
前記溶湯におけるAlの質量濃度は、前記溶湯に含まれる他の金属元素の質量濃度よりも大きい、金属の精製方法。 A metal refining method according to any one of claims 1 to 4,
The molten metal contains aluminum (Al),
A metal refining method, wherein the mass concentration of Al in the molten metal is higher than the mass concentration of other metal elements contained in the molten metal.
前記溶湯は、シリコン(Si)を含み、
前記溶湯におけるSiの質量濃度は、1.0質量%以上11.0質量%以下である、金属の精製方法。 A method for refining a metal according to claim 5,
The molten metal contains silicon (Si),
The metal refining method, wherein the mass concentration of Si in the molten metal is 1.0% by mass or more and 11.0% by mass or less.
前記溶湯は、鉄(Fe)、銅(Cu)、マンガン(Mn)、マグネシウム(Mg)、クロム(Cr)、亜鉛(Zn)、及びチタン(Ti)の少なくとも1つを含み、
前記溶湯におけるFe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn及びTiの質量濃度の合計は、0.5質量%以上6.0質量%以下である、金属の精製方法。 A method for refining a metal according to any one of claims 1 to 6,
the molten metal contains at least one of iron (Fe), copper (Cu), manganese (Mn), magnesium (Mg), chromium (Cr), zinc (Zn), and titanium (Ti);
A metal refining method, wherein the total mass concentration of Fe, Cu, Mn, Mg, Cr, Zn and Ti in the molten metal is 0.5% by mass or more and 6.0% by mass or less.
前記精製容器に収容された精製対象金属と前記精製対象金属以外の元素とを含む溶湯を、回転磁場によって回転させつつ冷却することで、固相率が0.2以上0.7以下の成形体を製造するように構成された成形部と、
前記精製容器内で前記成形体に圧力を加えることで、前記成形体を前記精製対象金属が含まれる純化鋳塊と、濃化溶湯とに分離するように構成された分離部と、
を備える、金属の精製装置。 a stainless steel refining vessel;
a forming unit configured to produce a compact having a solid phase ratio of 0.2 or more and 0.7 or less by cooling the molten metal containing the metal to be refined and elements other than the metal to be refined contained in the refining vessel while being rotated by a rotating magnetic field;
a separation unit configured to separate the molded body into a purified ingot containing the metal to be refined and a concentrated molten metal by applying pressure to the molded body in the refining vessel;
A metal refiner comprising:
前記成形部は、前記精製対象金属の固相率が0.2以上0.7以下の前記成形体を製造する、金属の精製装置。 The metal refining apparatus according to claim 8,
The metal refining apparatus, wherein the molding unit manufactures the molded product having a solid fraction of the metal to be refined of 0.2 or more and 0.7 or less.
前記回転磁場の周波数は、1Hz以上である、金属の精製装置。 The metal refining apparatus according to claim 8 or 9,
A metal refiner, wherein the rotating magnetic field has a frequency of 1 Hz or higher.
前記溶湯の前記回転磁場の周方向に沿った表面における磁束密度の最大値は、20mT以上である、金属の精製装置。 The metal refiner according to any one of claims 8 to 10,
A metal refining apparatus, wherein the maximum value of the magnetic flux density on the surface of the molten metal along the circumferential direction of the rotating magnetic field is 20 mT or more.
前記溶湯は、アルミニウム(Al)を含み、
前記溶湯におけるAlの質量濃度は、前記溶湯に含まれる他の金属元素の質量濃度よりも大きい、金属の精製装置。 The metal refiner according to any one of claims 8 to 11,
The molten metal contains aluminum (Al),
A metal refining apparatus, wherein the mass concentration of Al in the molten metal is higher than the mass concentration of other metal elements contained in the molten metal.
前記溶湯は、シリコン(Si)を含み、
前記溶湯におけるSiの質量濃度は、1.0質量%以上11.0質量%以下である、金属の精製装置。 A metal refining apparatus according to claim 12,
The molten metal contains silicon (Si),
The metal refining apparatus, wherein the mass concentration of Si in the molten metal is 1.0% by mass or more and 11.0% by mass or less.
前記溶湯は、鉄(Fe)、銅(Cu)、マンガン(Mn)、マグネシウム(Mg)、クロム(Cr)、亜鉛(Zn)、及びチタン(Ti)の少なくとも1つを含み、
前記溶湯におけるFe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn及びTiの質量濃度の合計は、0.5質量%以上6.0質量%以下である、金属の精製装置。 The metal refiner according to any one of claims 8 to 13,
the molten metal contains at least one of iron (Fe), copper (Cu), manganese (Mn), magnesium (Mg), chromium (Cr), zinc (Zn), and titanium (Ti);
A metal refining apparatus, wherein the total mass concentration of Fe, Cu, Mn, Mg, Cr, Zn and Ti in the molten metal is 0.5% by mass or more and 6.0% by mass or less.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022002309A JP2023102012A (en) | 2022-01-11 | 2022-01-11 | Purification method of metal, and purification apparatus of metal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022002309A JP2023102012A (en) | 2022-01-11 | 2022-01-11 | Purification method of metal, and purification apparatus of metal |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023102012A true JP2023102012A (en) | 2023-07-24 |
Family
ID=87425313
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022002309A Pending JP2023102012A (en) | 2022-01-11 | 2022-01-11 | Purification method of metal, and purification apparatus of metal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023102012A (en) |
-
2022
- 2022-01-11 JP JP2022002309A patent/JP2023102012A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2005229082B2 (en) | Method for the purification of a molten metal | |
JP5620099B2 (en) | Recycling method for aluminum alloy scrap from the aircraft industry | |
Puga et al. | Recycling of aluminium swarf by direct incorporation in aluminium melts | |
EP0238185B1 (en) | Metallothermic reduction of rare earth chlorides | |
EP3663419B1 (en) | Al alloy recovery method | |
EP0170373A1 (en) | Metallothermic reduction of rare earth oxides | |
TWI385284B (en) | Method for refining silicon | |
JP3329013B2 (en) | Continuous refining method and apparatus for Al-Si aluminum scrap | |
CN103736946A (en) | Method for manufacturing high-purity metal and alloy cast ingot with completely-equiaxed grain structure | |
CN112430767A (en) | Large-size hollow ingot casting and ingot casting method | |
JPH0364574B2 (en) | ||
EP0170372A1 (en) | Metallothermic reduction of rare earth oxides with calcium metal | |
Zhang et al. | Effect of ultrasonic treatment on formation of iron-containing intermetallic compounds in Al-Si alloys | |
JP2023102012A (en) | Purification method of metal, and purification apparatus of metal | |
WO2015003934A1 (en) | Method of producing aluminium alloys containing lithium | |
JP7423495B2 (en) | Impurity removal method | |
JP2010159490A (en) | Method and apparatus for refining metal, refined metal, casting, metal product and electrolytic capacitor | |
JP2003183756A (en) | Aluminum alloy for semi-solid molding | |
CN111378887A (en) | Silicon-aluminum alloy and preparation method thereof | |
JP7389467B2 (en) | Metal refining method and refining equipment | |
CN113286912A (en) | Method for regenerating aluminum alloy | |
JP2024055649A (en) | Method for producing refined aluminum | |
LU501002B1 (en) | Method for optimizing microstructure and property of secondary aluminum | |
JP2019077895A (en) | REGENERATION METHOD OF Al ALLOY | |
JP7414592B2 (en) | Al alloy regeneration method |