JP3470143B2 - 固液共存状態を利用した金属系材料の精製方法 - Google Patents
固液共存状態を利用した金属系材料の精製方法Info
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- 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)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属系材料をリサ
イクルする場合に混入した不純物あるいは金属系複合材
料のセラミックス等の強化粒子を除去するために、金属
の固液共存状態を利用して金属系の材料を精製する方
法、および当該プロセスを行うために必要な金属系材料
精製装置等に関するものである。
イクルする場合に混入した不純物あるいは金属系複合材
料のセラミックス等の強化粒子を除去するために、金属
の固液共存状態を利用して金属系の材料を精製する方
法、および当該プロセスを行うために必要な金属系材料
精製装置等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】金属系材料を再使用するための精製で
は、材料によって化学的方法あるいは物理的方法が用い
られている。以下に従来の液体状態からの精製法につい
て例示する。
は、材料によって化学的方法あるいは物理的方法が用い
られている。以下に従来の液体状態からの精製法につい
て例示する。
【０００３】アルミニウム系の合金においては、鉄、シ
リコン、銅を除去するのに溶質濃度差を利用して不純物
の少ない初晶を晶出させ、これを機械的に掻き落とすこ
とにより、高純度の再生塊を得る分別結晶式精製炉があ
る（渡辺修一郎：金属１；ｐ．９−１１（１９８８）５
８）が、この方法では、金属の溶融状態からの結晶成長
による凝固偏析を利用しているため短時間での処理は難
しい。
リコン、銅を除去するのに溶質濃度差を利用して不純物
の少ない初晶を晶出させ、これを機械的に掻き落とすこ
とにより、高純度の再生塊を得る分別結晶式精製炉があ
る（渡辺修一郎：金属１；ｐ．９−１１（１９８８）５
８）が、この方法では、金属の溶融状態からの結晶成長
による凝固偏析を利用しているため短時間での処理は難
しい。
【０００４】超高純度のアルミニウムを得る方法として
帯域溶融法（Ｗ．Ｇ．Ｐｆａｎｎ：Ｚｏｎｅ Ｍｅｌｔ
ｉｎｇ Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｊｏｈｎ Ｗ
ｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ；ｐ．１２３−１２５
（１９６６））があるが、この方法は、長時間を必要と
する。
帯域溶融法（Ｗ．Ｇ．Ｐｆａｎｎ：Ｚｏｎｅ Ｍｅｌｔ
ｉｎｇ Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｊｏｈｎ Ｗ
ｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ；ｐ．１２３−１２５
（１９６６））があるが、この方法は、長時間を必要と
する。
【０００５】鉛に混入した鉄の除去では、溶融状態で両
者がほとんど混ざり合わないため、融点の差を利用し
て、鉛よりも比重の軽い鉄を、鉛の融点以上にすること
によって固体のまま表面に浮上させて分離することが可
能である（アルキメデスの法則）。しかし、鉛と同比重
に近い固体異物がある場合は分離できないため、遠心力
などを付加する方法も提案されている（松原弘美：第８
０回軽金属学会講演概要集；ｐ．４５−４６（１９９
６））。しかし、この方法は、高温下での高速回転が必
要なため大規模な装置での実用化は難しい。
者がほとんど混ざり合わないため、融点の差を利用し
て、鉛よりも比重の軽い鉄を、鉛の融点以上にすること
によって固体のまま表面に浮上させて分離することが可
能である（アルキメデスの法則）。しかし、鉛と同比重
に近い固体異物がある場合は分離できないため、遠心力
などを付加する方法も提案されている（松原弘美：第８
０回軽金属学会講演概要集；ｐ．４５−４６（１９９
６））。しかし、この方法は、高温下での高速回転が必
要なため大規模な装置での実用化は難しい。
【０００６】亜鉛中に混入した銅、鉛、鉄、カドミウム
の除去については、大気圧以下で溶融状態にすることに
より、第１の段階で平衡蒸気圧の差を利用して鉛と鉄を
分離し、次の第２段階でカドミウムを除去する方法（日
本金属学会編：金属便覧 第５版献、ｐ．６０−６１
（１９９０））があるが、固形物質についてはこの方法
では除去できない。また、安定な金属間化合物が凝固時
に残留することも考えられる。
の除去については、大気圧以下で溶融状態にすることに
より、第１の段階で平衡蒸気圧の差を利用して鉛と鉄を
分離し、次の第２段階でカドミウムを除去する方法（日
本金属学会編：金属便覧 第５版献、ｐ．６０−６１
（１９９０））があるが、固形物質についてはこの方法
では除去できない。また、安定な金属間化合物が凝固時
に残留することも考えられる。
【０００７】アルミニウム系合金に不純物元素として混
入した鉄は、溶融アルミニウム中に溶融するため分離で
きない。また、凝固後は金属間化合物となり、粗大な針
状結晶の形で存在する。この化合物は、引張強さや疲労
強度を劣化させることから大きな問題となっており、現
在は新塊を混合し、鉄の濃度を相対的に下げる方法が一
般的に採られており、俗にブレンド法と呼ばれている。
入した鉄は、溶融アルミニウム中に溶融するため分離で
きない。また、凝固後は金属間化合物となり、粗大な針
状結晶の形で存在する。この化合物は、引張強さや疲労
強度を劣化させることから大きな問題となっており、現
在は新塊を混合し、鉄の濃度を相対的に下げる方法が一
般的に採られており、俗にブレンド法と呼ばれている。
【０００８】以上のように、金属の溶融状態を利用した
精製では、完全な溶融状態を使用するための高温熱源が
必要であることや、固体金属に比べ、著しく活性である
ことから、るつぼなどの容器との界面での損傷も大きか
った。
精製では、完全な溶融状態を使用するための高温熱源が
必要であることや、固体金属に比べ、著しく活性である
ことから、るつぼなどの容器との界面での損傷も大きか
った。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の金属系材料のリサイクルにおける精製が、複雑な
装置や長時間を必要としていたものを、極めて簡易なプ
ロセスおよび装置の構成によって短時間に金属系材料を
分離精製するものである。すなわち、本発明は、固液共
存状態を利用した金属系材料の精製方法およびその装置
等を提供することを目的とする。
従来の金属系材料のリサイクルにおける精製が、複雑な
装置や長時間を必要としていたものを、極めて簡易なプ
ロセスおよび装置の構成によって短時間に金属系材料を
分離精製するものである。すなわち、本発明は、固液共
存状態を利用した金属系材料の精製方法およびその装置
等を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明では、固液共存状
態とした金属系材料に対してフィルターを使用して、液
相線以下の低温状態で短時間で高純度の金属を分離精製
するために、上記の固液共存状態の材料に圧力を加えて
フィルターを通過させることにより固体と液体とを分離
するものである。すなわち、本発明は、金属系材料をリ
サイクルする場合に混入した金属あるいはセラミックス
等の不純物を除去して当該金属系材料を精製する方法で
あって、固相率１０〜９０％の間の半溶融となる固液共
存状態とした金属系材料に対して、フィルターとして金
網を使用し、加圧手段としてガスによる圧力を利用し、
かつ温度と圧力をコントロールすることによって、液相
線以下の半溶融温度において、ガスの圧力を半溶融溶湯
表面へ付加してフィルター下方の液相成分と、上方の固
相成分に分離し、混入した不純物を固相成分若しくは液
相成分として分離し、混入した不純物を固相成分若しく
は液相成分として分離し、除去することを特徴とする金
属系材料の精製方法、等を提供する。また、本発明は、
前記のプロセスを行うために用いる金属系材料の精製装
置であって、原料の金属系材料を加熱し、半溶融状態に
するための原料保持炉、原料を保持する原料保持容器、
当該保持容器内の半溶融状態の溶湯をフィルターを低荷
重で押し込むときの負荷による圧力を利用して加圧する
と共にフィルターに振動を付加する加圧装置、温度なら
びに圧力調節機構、および固液共存状態の金属系材料を
固相成分と液相成分に分離する金網フィルター、を構成
要素として含むことを特徴とする金属系材料の精製装
置、および原料の金属系材料を加熱し、半溶融状態にす
るための原料保持炉、原料を保持する原料保持容器、当
該保持容器内の半溶融状態の溶湯をフィルターを低荷重
で押し込むときの負荷による圧力を利用して加圧すると
共にフィルターに振動を付加する加圧装置、温度ならび
に圧力調節機構、および固液共存状態の金属系材料を固
相成分と液相成分に分離する金網フィルター、を構成要
素として含むことを特徴とする金属系材料の精製装置、
を提供する。また、本発明は、上記のプロセスにより精
製した、純度の高い固相金属で、主として固溶体からな
る金属系材料、ならびに固相金属とセラミックス等を多
量に含んだ金属系複合材料、または液相成分として分離
された第２の主成分である金属を多く含んだ金属系材料
の群から選択される１種の金属系材料、を提供する。さ
らに、本発明は、上記プロセスにより、純度の高い固相
金属で、主として固溶体からなる金属系材料、ならびに
固相金属とセラミックス等を多量に含んだ金属系複合材
料、または液相成分として分離された第２の主成分であ
る金属を多く含んだ金属系材料を分離、回収する方法、
を提供する。
態とした金属系材料に対してフィルターを使用して、液
相線以下の低温状態で短時間で高純度の金属を分離精製
するために、上記の固液共存状態の材料に圧力を加えて
フィルターを通過させることにより固体と液体とを分離
するものである。すなわち、本発明は、金属系材料をリ
サイクルする場合に混入した金属あるいはセラミックス
等の不純物を除去して当該金属系材料を精製する方法で
あって、固相率１０〜９０％の間の半溶融となる固液共
存状態とした金属系材料に対して、フィルターとして金
網を使用し、加圧手段としてガスによる圧力を利用し、
かつ温度と圧力をコントロールすることによって、液相
線以下の半溶融温度において、ガスの圧力を半溶融溶湯
表面へ付加してフィルター下方の液相成分と、上方の固
相成分に分離し、混入した不純物を固相成分若しくは液
相成分として分離し、混入した不純物を固相成分若しく
は液相成分として分離し、除去することを特徴とする金
属系材料の精製方法、等を提供する。また、本発明は、
前記のプロセスを行うために用いる金属系材料の精製装
置であって、原料の金属系材料を加熱し、半溶融状態に
するための原料保持炉、原料を保持する原料保持容器、
当該保持容器内の半溶融状態の溶湯をフィルターを低荷
重で押し込むときの負荷による圧力を利用して加圧する
と共にフィルターに振動を付加する加圧装置、温度なら
びに圧力調節機構、および固液共存状態の金属系材料を
固相成分と液相成分に分離する金網フィルター、を構成
要素として含むことを特徴とする金属系材料の精製装
置、および原料の金属系材料を加熱し、半溶融状態にす
るための原料保持炉、原料を保持する原料保持容器、当
該保持容器内の半溶融状態の溶湯をフィルターを低荷重
で押し込むときの負荷による圧力を利用して加圧すると
共にフィルターに振動を付加する加圧装置、温度ならび
に圧力調節機構、および固液共存状態の金属系材料を固
相成分と液相成分に分離する金網フィルター、を構成要
素として含むことを特徴とする金属系材料の精製装置、
を提供する。また、本発明は、上記のプロセスにより精
製した、純度の高い固相金属で、主として固溶体からな
る金属系材料、ならびに固相金属とセラミックス等を多
量に含んだ金属系複合材料、または液相成分として分離
された第２の主成分である金属を多く含んだ金属系材料
の群から選択される１種の金属系材料、を提供する。さ
らに、本発明は、上記プロセスにより、純度の高い固相
金属で、主として固溶体からなる金属系材料、ならびに
固相金属とセラミックス等を多量に含んだ金属系複合材
料、または液相成分として分離された第２の主成分であ
る金属を多く含んだ金属系材料を分離、回収する方法、
を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の精製方法は、金属系材料
をリサイクルする場合に混入した金属あるいはセラミッ
クス等の不純物を除去する場合に用いられるが、これに
限らず、例えば、鋳造工場等で排出される金属を多く含
む廃棄物からの金属の分離等の場合に混入した砂等の不
純物を除去する場合にも適用されることはいうまでもな
い。本発明においては、シリンダー（保持容器）とその
一端にセットしたフィルターを利用し、このシリンダー
中にリサイクルして精製しようとする金属系材料あるい
はセラミックス等と金属との複合材料等を装填して、ヒ
ーター（加熱手段）で加熱して半溶融状態とした後、加
圧部の加圧手段により、ガス等による圧力を保持容器内
に供給し、フィルターで液相金属だけを通過させる。本
発明で使用される金属系材料としては、例えば、アルミ
ニウム−シリコン系、マグネシウム−亜鉛系、アルミニ
ウム−鉄系材料、およびこれらの材料とセラミックス等
との複合材料があげられる。この複合材料としては、例
えば、金属系材料に、不純物としてアルミナやＳｉＣ等
のセラミックス粒子、セラミックスファイバー、もしく
はカーボン繊維等を含む複合材料が例示される。
をリサイクルする場合に混入した金属あるいはセラミッ
クス等の不純物を除去する場合に用いられるが、これに
限らず、例えば、鋳造工場等で排出される金属を多く含
む廃棄物からの金属の分離等の場合に混入した砂等の不
純物を除去する場合にも適用されることはいうまでもな
い。本発明においては、シリンダー（保持容器）とその
一端にセットしたフィルターを利用し、このシリンダー
中にリサイクルして精製しようとする金属系材料あるい
はセラミックス等と金属との複合材料等を装填して、ヒ
ーター（加熱手段）で加熱して半溶融状態とした後、加
圧部の加圧手段により、ガス等による圧力を保持容器内
に供給し、フィルターで液相金属だけを通過させる。本
発明で使用される金属系材料としては、例えば、アルミ
ニウム−シリコン系、マグネシウム−亜鉛系、アルミニ
ウム−鉄系材料、およびこれらの材料とセラミックス等
との複合材料があげられる。この複合材料としては、例
えば、金属系材料に、不純物としてアルミナやＳｉＣ等
のセラミックス粒子、セラミックスファイバー、もしく
はカーボン繊維等を含む複合材料が例示される。
【００１２】フィルターの出口では、固相がほとんど存
在しない液相が得られるので、これを受ける容器（受け
皿）を用意するが、この時、フィルターを通過する液体
が凝固しないようにフィルター出口付近もシリンダー部
と同じ温度に加熱するほうが好ましい。上記プロセスを
具体的に説明すると、まず、リサイクルしようとする金
属系材料を保持容器内に供給する。次にヒーターにより
加熱して保持炉に熱を供給し、当該金属系材料を所定の
半溶融温度まで加熱して全体ができるだけ均一な温度に
なるまで待つ。この場合、好適には、固相率約１０〜９
０％の間の半溶融となるよう加熱保持する。この半溶融
状態では、固相部は主として合金元素を含む固溶体とな
る。また、固相部の量は液相部の量と相対的な値をとる
が、これは温度によってコントロールできる。ここで、
ガス供給部（加圧部）のバルブを開き、１．２気圧程度
を半溶融溶湯表面に付加すると、圧力は、保持容器内の
半溶融状態の溶湯に伝わる。使用する圧力は、１．１〜
１．５気圧程度あればよい。しかし、固相部は流動抵抗
が大きいため、流動性の良い液相が優先的にフィルター
内に侵入してフィルター出口から押し出されて受け皿に
たまる。この時、フィルターの目よりも小さな固相部が
あれば、少量は液相と共にフィルターを通過して受け皿
に排出されて、保持容器内には、主成分である金属の多
い精製された固相が得られる。受け皿の液相成分は第２
の金属成分を多く含んでおり、有効利用することも可能
である。また、供給した材料がセラミックス粒子などを
含む複合材料であれば、半溶融温度を上げて、保持容器
内の液相率を多くすることにより、少量の固相成分とセ
ラミックス粒子等は保持容器内に残すことができ、セラ
ミックス粒子等の添加物を多く含む材料が得られる。こ
の材料が、複合材料用の添加剤として利用可能であれ
ば、これも有効に利用することができる。この方法は、
上記ガスの圧力ではなく、後記する実施例３に示される
ように、シリンダー（保持容器）内にフィルターを負荷
用重り（加圧部）を取り付けて低荷重で押し込むときの
圧力を利用することも可能である。これらの方法では、
ガスの圧力等を利用して液相を絞り出して精製するた
め、原料保持容器の強度はそれ程必要無く、ガスのシー
ルのみが重要となる。上記プロセスを行うために必要
な、温度ならびに圧力調節機構とフィルターを備えた金
属系材料精製装置を図１および図２に例示する。図面に
示されるように、本発明の装置は、原料保持炉、シリン
ダー（保持容器）、ガスまたは負荷による加圧部、液相
を受ける受け皿、およびフィルターを基本要素として構
成されるものであり、それらの各要素は、同効の機能を
有するものであれば、適宜の手段を使用することができ
る。ガスによる加圧部としては、炭酸ガス、アルゴン、
窒素等の加圧用ボンベならびにエアーコンプレッサー等
による圧縮空気が、また、負荷による加圧部としては、
負荷用重りと電磁式バイブレーター等の振動手段を組合
わせた加圧装置、が好適なものとして例示される。
在しない液相が得られるので、これを受ける容器（受け
皿）を用意するが、この時、フィルターを通過する液体
が凝固しないようにフィルター出口付近もシリンダー部
と同じ温度に加熱するほうが好ましい。上記プロセスを
具体的に説明すると、まず、リサイクルしようとする金
属系材料を保持容器内に供給する。次にヒーターにより
加熱して保持炉に熱を供給し、当該金属系材料を所定の
半溶融温度まで加熱して全体ができるだけ均一な温度に
なるまで待つ。この場合、好適には、固相率約１０〜９
０％の間の半溶融となるよう加熱保持する。この半溶融
状態では、固相部は主として合金元素を含む固溶体とな
る。また、固相部の量は液相部の量と相対的な値をとる
が、これは温度によってコントロールできる。ここで、
ガス供給部（加圧部）のバルブを開き、１．２気圧程度
を半溶融溶湯表面に付加すると、圧力は、保持容器内の
半溶融状態の溶湯に伝わる。使用する圧力は、１．１〜
１．５気圧程度あればよい。しかし、固相部は流動抵抗
が大きいため、流動性の良い液相が優先的にフィルター
内に侵入してフィルター出口から押し出されて受け皿に
たまる。この時、フィルターの目よりも小さな固相部が
あれば、少量は液相と共にフィルターを通過して受け皿
に排出されて、保持容器内には、主成分である金属の多
い精製された固相が得られる。受け皿の液相成分は第２
の金属成分を多く含んでおり、有効利用することも可能
である。また、供給した材料がセラミックス粒子などを
含む複合材料であれば、半溶融温度を上げて、保持容器
内の液相率を多くすることにより、少量の固相成分とセ
ラミックス粒子等は保持容器内に残すことができ、セラ
ミックス粒子等の添加物を多く含む材料が得られる。こ
の材料が、複合材料用の添加剤として利用可能であれ
ば、これも有効に利用することができる。この方法は、
上記ガスの圧力ではなく、後記する実施例３に示される
ように、シリンダー（保持容器）内にフィルターを負荷
用重り（加圧部）を取り付けて低荷重で押し込むときの
圧力を利用することも可能である。これらの方法では、
ガスの圧力等を利用して液相を絞り出して精製するた
め、原料保持容器の強度はそれ程必要無く、ガスのシー
ルのみが重要となる。上記プロセスを行うために必要
な、温度ならびに圧力調節機構とフィルターを備えた金
属系材料精製装置を図１および図２に例示する。図面に
示されるように、本発明の装置は、原料保持炉、シリン
ダー（保持容器）、ガスまたは負荷による加圧部、液相
を受ける受け皿、およびフィルターを基本要素として構
成されるものであり、それらの各要素は、同効の機能を
有するものであれば、適宜の手段を使用することができ
る。ガスによる加圧部としては、炭酸ガス、アルゴン、
窒素等の加圧用ボンベならびにエアーコンプレッサー等
による圧縮空気が、また、負荷による加圧部としては、
負荷用重りと電磁式バイブレーター等の振動手段を組合
わせた加圧装置、が好適なものとして例示される。
【００１３】本発明ではガスの圧力を利用して精製する
代わりに、ピストンを加圧媒体として直接半溶融状態の
金属系材料に作用させて分離精製することも可能であ
る。この場合についても試験的に試みたが、固相率が高
い場合（固相率０．８５）には固相成分がフィルターに
つまり易く、ガスによる方法より大きな力が必要である
ため、保持容器の強度が必要となる。
代わりに、ピストンを加圧媒体として直接半溶融状態の
金属系材料に作用させて分離精製することも可能であ
る。この場合についても試験的に試みたが、固相率が高
い場合（固相率０．８５）には固相成分がフィルターに
つまり易く、ガスによる方法より大きな力が必要である
ため、保持容器の強度が必要となる。
【００１４】フィルターの形状については、連続した多
孔体であれば網あるいはスポンジ状のものも使用でき、
これを、１つまたは２つ以上組み合わせて使用すること
に問題はない。フィルターの孔の大きさについては、固
液共存状態にある金属中の固相粒子の平均粒径以下が望
ましく、液体金属が通過する大きさであればよい。フィ
ルターの具体的な例としては、ステンレス鋼金網（１８
メッシュ〜３６メッシュ）、スポンジ状のセラミックス
フォームフィルター（孔径１ｍｍ程度以下）が好適なも
のとしてあげられるが、これに限らず、同効のものであ
れば、その種類を問わず使用することが可能である。
孔体であれば網あるいはスポンジ状のものも使用でき、
これを、１つまたは２つ以上組み合わせて使用すること
に問題はない。フィルターの孔の大きさについては、固
液共存状態にある金属中の固相粒子の平均粒径以下が望
ましく、液体金属が通過する大きさであればよい。フィ
ルターの具体的な例としては、ステンレス鋼金網（１８
メッシュ〜３６メッシュ）、スポンジ状のセラミックス
フォームフィルター（孔径１ｍｍ程度以下）が好適なも
のとしてあげられるが、これに限らず、同効のものであ
れば、その種類を問わず使用することが可能である。
【００１５】
【実施例】以下に実施例に基づいて本発明を説明する
が、本発明は当該実施例によって限定されるものではな
い。以下の実施例１〜２において、装置として、図１に
示すように、原料保持炉（Ｂ）と、この中にセットした
シリンダー（原料保持容器（ｃ））と、シリンダー下部
に設けた金網（フィルター（ｄ））（この上に精製する
金属系材料（Ｃ）を置く）を備え、シリンダー上部にガ
スにより加圧できるパイプを取り付け、また、金網の下
には受け皿（ｈ）を設置して構成した精製装置（図１）
を使用した。また、実施例３において、装置として、図
２に示すように、シリンダー（ｃ）の底に栓（Ｅ）をし
て構成した精製装置（図２）を使用し、鋼製金網フィル
ター（ｄ）をシリンダー内の半溶融金属系材料（Ｃ）の
表面から重り（ｇ）を負荷して押し込む方法を用いた。
この時、電磁式バイブレーター（Ｆ）により金網フィル
ターに振動を付加して分離を良くして半溶融金属系の材
料の液相分を金網上部に分離する方法を採用した。
が、本発明は当該実施例によって限定されるものではな
い。以下の実施例１〜２において、装置として、図１に
示すように、原料保持炉（Ｂ）と、この中にセットした
シリンダー（原料保持容器（ｃ））と、シリンダー下部
に設けた金網（フィルター（ｄ））（この上に精製する
金属系材料（Ｃ）を置く）を備え、シリンダー上部にガ
スにより加圧できるパイプを取り付け、また、金網の下
には受け皿（ｈ）を設置して構成した精製装置（図１）
を使用した。また、実施例３において、装置として、図
２に示すように、シリンダー（ｃ）の底に栓（Ｅ）をし
て構成した精製装置（図２）を使用し、鋼製金網フィル
ター（ｄ）をシリンダー内の半溶融金属系材料（Ｃ）の
表面から重り（ｇ）を負荷して押し込む方法を用いた。
この時、電磁式バイブレーター（Ｆ）により金網フィル
ターに振動を付加して分離を良くして半溶融金属系の材
料の液相分を金網上部に分離する方法を採用した。
【００１６】実施例１
宇部興産株式会社製のＡＺ９１Ｄマグネシウム合金（Ｍ
ｇ−９ｍａｓｓ％Ａｌ−１ｍａｓｓ％Ｚｎ）に１５ｍａ
ｓｓ％のＳｉＣ（平均粒径５０ミクロン）を添加して攪
拌し、一旦、丸棒に鋳造してこれを切り出し、シリンダ
ー内にセットして固相率０．４になるよう５８５℃に加
熱保持した。フィルターには２４メッシュ（目開き７１
０ミクロン）のステンレス鋼製金網を取り付け、炉の余
熱で５００℃に加熱されたパイプを通して炭酸ガスを
１．２気圧加えた。受け皿に抽出された材料を顕微鏡を
用いて組織解析を行った結果、固液共存状態中の溶融金
属は、金網を容易に通過して下部受け皿に抽出されてお
り、上部保持炉内のシリンダーには、少量の固相金属
と、ほとんどすべてのＳｉＣ粒子が残留した。その割合
は、表１に示す通りであった。精製後の保持容器内のシ
リンダーには、ＳｉＣ粒子を高い割合で含有した残留物
が得られるが、これも再度複合材料用添加材として有効
利用することができる。
ｇ−９ｍａｓｓ％Ａｌ−１ｍａｓｓ％Ｚｎ）に１５ｍａ
ｓｓ％のＳｉＣ（平均粒径５０ミクロン）を添加して攪
拌し、一旦、丸棒に鋳造してこれを切り出し、シリンダ
ー内にセットして固相率０．４になるよう５８５℃に加
熱保持した。フィルターには２４メッシュ（目開き７１
０ミクロン）のステンレス鋼製金網を取り付け、炉の余
熱で５００℃に加熱されたパイプを通して炭酸ガスを
１．２気圧加えた。受け皿に抽出された材料を顕微鏡を
用いて組織解析を行った結果、固液共存状態中の溶融金
属は、金網を容易に通過して下部受け皿に抽出されてお
り、上部保持炉内のシリンダーには、少量の固相金属
と、ほとんどすべてのＳｉＣ粒子が残留した。その割合
は、表１に示す通りであった。精製後の保持容器内のシ
リンダーには、ＳｉＣ粒子を高い割合で含有した残留物
が得られるが、これも再度複合材料用添加材として有効
利用することができる。
【００１７】
【表１】
【００１８】実施例２
三菱アルミ株式会社製鋳造用ＡＣ４Ｃアルミニウム合金
に電解鉄を１０ｍａｓｓ％添加して溶解し、一旦、２０
φの金型に鋳造し凝固させた。これを、実施例１と同じ
精製装置内のシリンダーにセットし５９０℃に加熱保持
して半溶融状態（液相率７０％）として、５００℃に加
熱されたパイプを通してアルゴンガスを１．３気圧加え
て製品受け皿に液相を抽出した。精製前後の含有鉄分に
ついてＸ線分析を行った結果、不純物元素である鉄は、
表２に示されるように１％以下になった。
に電解鉄を１０ｍａｓｓ％添加して溶解し、一旦、２０
φの金型に鋳造し凝固させた。これを、実施例１と同じ
精製装置内のシリンダーにセットし５９０℃に加熱保持
して半溶融状態（液相率７０％）として、５００℃に加
熱されたパイプを通してアルゴンガスを１．３気圧加え
て製品受け皿に液相を抽出した。精製前後の含有鉄分に
ついてＸ線分析を行った結果、不純物元素である鉄は、
表２に示されるように１％以下になった。
【００１９】
【表２】
【００２０】ここで、Ｓｉ量が減じている原因である
が、これは初晶として晶出していたものが半溶融温度で
シリンダー内にそのまま残留したためである。
が、これは初晶として晶出していたものが半溶融温度で
シリンダー内にそのまま残留したためである。
【００２１】実施例３
三菱アルミ株式会社製純ＡＣ４Ｃ材を溶解し１５ｍａｓ
ｓ％のアルミナ粒子（平均粒径約５０ミクロン）を攪拌
しながら混合して２０φの金型に、一旦、鋳造した材料
を作製した。これを、前記装置（図２）の精製装置内の
シリンダーにセットし６００℃に加熱保持して半溶融状
態（液相率０．５）として、６００℃に加熱された鋼製
金網フィルターに電磁式バイブレーターにより振動を与
えながら半溶融溶湯中に１ｋｇｆの荷重で押し込んだ。
これを冷却して金網の上下の組織を画像解析により求め
た結果、フィルター下部に固相成分（アルミナ粒子と固
相金属、初晶シリコン）が、また、上方の液相成分中に
は、アルミナ粒子はほとんど無く、実施例１とほぼ同じ
分離効果があった。
ｓ％のアルミナ粒子（平均粒径約５０ミクロン）を攪拌
しながら混合して２０φの金型に、一旦、鋳造した材料
を作製した。これを、前記装置（図２）の精製装置内の
シリンダーにセットし６００℃に加熱保持して半溶融状
態（液相率０．５）として、６００℃に加熱された鋼製
金網フィルターに電磁式バイブレーターにより振動を与
えながら半溶融溶湯中に１ｋｇｆの荷重で押し込んだ。
これを冷却して金網の上下の組織を画像解析により求め
た結果、フィルター下部に固相成分（アルミナ粒子と固
相金属、初晶シリコン）が、また、上方の液相成分中に
は、アルミナ粒子はほとんど無く、実施例１とほぼ同じ
分離効果があった。
【００２２】
【発明の効果】本発明によると、液相線以下の半溶融温
度において、液相金属成分と固相を確実に分離精製する
ことができる。また、例えば、実施例１の場合には、精
製後の保持容器内のシリンダーには、ＳｉＣを高い割合
で含有した残留物が得られるが、これらも、再度、複合
材料用添加材として有効利用することが期待される。さ
らに、本発明では、使用する圧力も１．５気圧程度あれ
ばよく、設備的にも、溶解炉、フィルターと圧力調整器
のみでよいことから、大がかりな装置は必要としない。
また、実施例３の場合にはガスの圧力ではなく、フィル
ターを低荷重で押し込むときの圧力を利用したが、この
荷重も振動を与えて押し込みやすくすることで、容易に
分離が可能であり、低コストで金属系材料を精製できる
ことが期待される。
度において、液相金属成分と固相を確実に分離精製する
ことができる。また、例えば、実施例１の場合には、精
製後の保持容器内のシリンダーには、ＳｉＣを高い割合
で含有した残留物が得られるが、これらも、再度、複合
材料用添加材として有効利用することが期待される。さ
らに、本発明では、使用する圧力も１．５気圧程度あれ
ばよく、設備的にも、溶解炉、フィルターと圧力調整器
のみでよいことから、大がかりな装置は必要としない。
また、実施例３の場合にはガスの圧力ではなく、フィル
ターを低荷重で押し込むときの圧力を利用したが、この
荷重も振動を与えて押し込みやすくすることで、容易に
分離が可能であり、低コストで金属系材料を精製できる
ことが期待される。
【図１】本発明の一実施例のガスの圧力を利用した金属
系材料精製装置の説明図を示す。
系材料精製装置の説明図を示す。
【図２】本発明の一実施例の負荷による圧力を利用した
金属系材料精製装置の説明図を示す。
金属系材料精製装置の説明図を示す。
ａ 加圧用パイプ
ｂ 加熱用ヒーター
ｃ 保持用シリンダー（原料保持容器）
ｄ フィルター
ｅ バルブ
ｆ 加圧用ボンベ
ｇ 負荷用重り
ｈ 受け皿
Ｂ 炉（原料保持炉）
Ｃ 精製する金属系材料（リサイクル材）
Ｄ 分離された液相部
Ｅ キャップ
Ｆ 電磁式バイブレーター
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 尾崎 公洋
愛知県名古屋市名東区平和が丘１丁目70
番地 猪子石住宅６棟503号
(72)発明者 杉山 明
愛知県名古屋市北区天道町４丁目20番地
エアフォルク壱番館８Ｄ号室
(56)参考文献 特開 昭54−155103（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−257436（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−312040（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−311260（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C22B 9/02
Claims (6)
- 【請求項１】 金属系材料をリサイクルする場合に混入
した金属あるいはセラミックス等の不純物を除去して当
該金属系材料を精製する方法であって、固相率１０〜９
０％の間の半溶融となる固液共存状態とした金属系材料
に対して、フィルターとして金網を使用し、加圧手段と
してガスによる圧力を利用し、かつ温度と圧力をコント
ロールすることによって、液相線以下の半溶融温度にお
いて、ガスの圧力を半溶融溶湯表面へ付加してフィルタ
ー下方の液相成分と、上方の固相成分に分離し、混入し
た不純物を固相成分若しくは液相成分として分離し、除
去することを特徴とする金属系材料の精製方法。 - 【請求項２】 金属系材料をリサイクルする場合に混入
した金属あるいはセラミックス等の不純物を除去して当
該金属系材料を精製する方法であって、固相率１０〜９
０％の間の半溶融となる固液共存状態とした金属系材料
に対して、フィルターとして金網を使用し、加圧手段と
してフィルターを低荷重で押し込むときの負荷による圧
力を利用し、かつ温度と圧力をコントロールすることに
よって、液相線以下の半溶融温度において、フィルター
を低荷重で半溶融溶湯中に押し込むと共にフィルターに
振動を付加してフィルター上方の液相成分と下方の固相
成分に分離し、混入した不純物を固相成分若しくは液相
成分として分離し、除去することを特徴とする金属系材
料の精製方法。 - 【請求項３】 フィルターとして鋼製金網を使用し、
１．１〜１．５気圧の炭酸ガス、アルゴン、または窒素
ガスの圧力を半溶融溶湯表面へ付加することを特徴とす
る請求項１記載の精製方法。 - 【請求項４】 フィルターとして鋼製金網を使用し、フ
ィルターを負荷用重りで低荷重で半溶融溶湯中に押し込
むと共にフィルターに振動を付加することを特徴とする
請求項２記載の精製方法。 - 【請求項５】請求項１または３記載のプロセスを行うた
めに用いる金属系材料の精製装置であって、原料の金属
系材料を加熱し、半溶融状態にするための原料保持炉、
原料を保持する原料保持容器、当該保持容器内の半溶融
状態の溶湯をガスによる圧力を利用して加圧する加圧
部、液相を受ける受け皿、温度ならびに圧力調節機構、
および固液共存状態の金属系材料を固相成分と液相成分
に分離する金網フィルター、を構成要素として含むこと
を特徴とする金属系材料の精製装置。 - 【請求項６】請求項２または４記載のプロセスを行うた
めに用いる金属系材料の精製装置であって、原料の金属
系材料を加熱し、半溶融状態にするための原料保持炉、
原料を保持する原料保持容器、当該保持容器内の半溶融
状態の溶湯をフィルターを低荷重で押し込むときの負荷
による圧力を利用して加圧すると共にフィルターに振動
を付加する加圧装置、温度ならびに圧力調節機構、およ
び固液共存状態の金属系材料を固相成分と液相成分に分
離する金網フィルター、を構成要素として含むことを特
徴とする金属系材料の精製装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18309597A JP3470143B2 (ja) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | 固液共存状態を利用した金属系材料の精製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18309597A JP3470143B2 (ja) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | 固液共存状態を利用した金属系材料の精製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1112661A JPH1112661A (ja) | 1999-01-19 |
| JP3470143B2 true JP3470143B2 (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=16129683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18309597A Expired - Lifetime JP3470143B2 (ja) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | 固液共存状態を利用した金属系材料の精製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3470143B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NZ520369A (en) * | 2002-07-22 | 2005-03-24 | Titanox Dev Ltd | A separation process for producing titanium rich powder from metal matrix composite |
-
1997
- 1997-06-23 JP JP18309597A patent/JP3470143B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1112661A (ja) | 1999-01-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S533 | Written request for registration of change of name |
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