JP7423495B2 - 不純物除去方法 - Google Patents
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Description
本発明は、不純物除去方法に関する。
近年、炭酸ガス排出抑制の社会的要求から、自動車等の軽量化が世界中で進められており、今後アルミニウムの需要は増加すると見込まれる。そのため、将来的には需要増に併せてアルミニウムスクラップの排出量が増加すると予想される。一般に、アルミニウムはリサイクル性に優れた金属材料とされている。アルミ缶を始めとするアルミニウム展伸材からなる多くのアルミニウム製品は、廃却後再溶融されて新しい製品へリサイクルされる。しかしながら、廃却後のアルミニウム製品には不純物が付着しており、リサイクルを繰り返すことで不純物元素の濃度が次第に増加する。そのため、廃却後のアルミニウム製品は、より成分規格の緩い製品へカスケードリサイクルされることが一般的である。
アルミニウムへの不純物の混入を抑制する技術として、シュレッディング後の分別技術の高度化が図られている。しかし、付着物の完全除去は困難であることから、最終的にはアルミニウム又はアルミニウム合金溶湯からの不純物除去技術が必要となる。
アルミニウム又はアルミニウム合金溶湯から不純物を除去する技術については多く報告されており、特に除去困難なＦｅを除去する技術として、不純物となるＭｎを敢えて添加してＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ系金属間化合物を晶出させた後に、遠心分離、吸引等により上記金属間化合物を除去する技術が提案されている（特開平８－３５０２１号公報、特開平７－７０６６６号公報参照）。
また、アルミニウム又はアルミニウム合金溶湯における不純物濃度を低減する技術として、アルミ地金を製造する工程で三層式電解精製法や偏析法を用いる技術が開示されている（まてりあ、Ｖｏｌ．３３（１９９４）、Ｎｏ．１参照）。
近藤ら、まてりあ、１９９４、Ｖｏｌ．３３、Ｎｏ．１、６２－６８
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示された技術では、添加したＭｎが不純物として増加するおそれがある。また、非特許文献１に開示された技術は、原理的にＦｅを除去することは可能であるが、不純物元素を多く含むスクラップを精錬する方法としては歩留まりが低くなるおそれがある。また、三層式電解精製法は電力コストの高い地域では採算性が悪く、偏析法は原料の不純物濃度が高いほど収率が低下するおそれがある。このように、上記従来技術は、市中から回収した不純物を多く含むアルミニウムスクラップをリサイクルする方法としては十分ではない。
従って、アルミニウムの展伸材から展伸材への水平リサイクルを実現するためには、品質に悪影響を及ぼす不純物をアルミニウム又はアルミニウム合金溶湯から許容濃度以下に効率的に除去することができる技術が望まれる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、アルミニウム又はアルミニウム合金中に混入し、除去が困難な不純物を効率よく溶湯から除去できる不純物除去方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、不純物を含むアルミニウム又はアルミニウム合金溶湯に、ＪＩＳ－Ａ５０００系のアルミニウム合金等で必須元素であるＭｇを混合し、不純物の共晶化を促し、生成された金属間化合物を分離することで不純物を効率的に除去できることを見出し、本発明を完成させた。
本発明の一態様に係る不純物除去方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金と不純物とを含む溶湯に、Ｍｇ又はＭｇ合金を混合する工程と、上記混合工程後の溶湯を攪拌する工程とを備え、上記攪拌工程で、上記溶湯に温度勾配を与えることで、上記溶湯から金属間化合物を分離する。
当該不純物除去方法は、上記混合工程で、アルミニウム又はアルミニウム合金と不純物とを含む溶湯にＭｇ又はＭｇ合金を混合することによって、上記不純物を含有する金属間化合物の生成を促進することができる。特に、当該不純物除去方法は、上記攪拌工程で上記溶湯に温度勾配を与えることで、上記不純物を上記溶湯の低温側に送りつつ、この低温側で上記金属間化合物を晶出させ、この不純物を上記溶湯から効率よく除去することができる。
上記混合工程後の上記溶湯におけるＭｇの含有量としては５質量％以上が好ましい。このように、上記混合工程後の上記溶湯におけるＭｇの含有量が上記下限以上であることで、上記不純物の共晶化を促し、上記金属間化合物を容易かつ効率的に晶出させることができる。
上記不純物がＦｅを含み、上記金属間化合物がアルミニウム及びＦｅを含有するとよい。当該不純物除去方法によると、混入しやすくかつ除去が困難なＦｅをＡｌ－Ｍｇ系溶湯から効率よく除去することができる。
上記不純物がＳｉを含み、上記金属間化合物がＭｇ及びＳｉを含有するとよい。このように、上記不純物がＳｉを含み、上記金属間化合物がＭｇ及びＳｉを含有することで、ＳｉをＡｌ－Ｍｇ系溶湯から効率よく除去することができる。
上記攪拌工程で、上記溶湯を部分的に冷却するとよい。このように、上記攪拌工程で、上記溶湯を部分的に冷却することによって、上記溶湯に低温領域を容易に形成でき、この低温領域で上記金属間化合物を容易に晶出させることができる。
上記攪拌工程で、上記溶湯に冷却部材を接触させるとよい。このように、上記攪拌工程で、上記溶湯に冷却部材を接触させることによって、上記冷却部材の周辺に上記低温領域を容易に形成することができる。
上記冷却部材の表面に上記金属間化合物を晶出させるとよい。上記冷却部材の表面近傍は上記金属間化合物の晶出温度以下に維持されやすい。そのため、上記冷却部材の表面は、上記金属間化合物を晶出させるのに適している。なお、「冷却部材の表面に金属間化合物を晶出させる」とは、冷却部材の表面の少なくとも一部分に金属間化合物が晶出していることを意味しており、冷却部材の表面に金属間化合物以外の金属又は化合物が晶出していてもよい。
上記溶湯の冷却温度としては６４０℃以下が好ましい。このように、上記溶湯の冷却温度が上記上限以下であることによって、上記金属間化合物を晶出させやすい。なお、「溶湯の冷却温度が６４０℃以下」とは、溶湯中に６４０℃以下の領域が存在することを意味する。
上記攪拌工程で、上記溶湯を部分的に加熱するとよい。このように、上記攪拌工程で、上記溶湯を部分的に加熱することによって、上記溶湯に温度勾配を与えやすい。
以上説明したように、本発明の一態様に係る不純物除去方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金中に混入し、除去が困難な不純物を効率よく溶湯から除去できる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。
［不純物除去方法］
図１の不純物除去方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金に混入し、除去が困難な不純物を、５０００系の必須元素であるＭｇ（マグネシウム）を用いて溶湯中から除去する。当該不純物除去方法は、アルミニウムのリサイクル過程で除去が困難な金属元素等の不純物をＡｌ－Ｍｇ系溶湯から除去する。当該不純物除去方法は、ＪＩＳ－Ａ５０００系のアルミニウム合金等で必須元素であるＭｇを溶湯中に比較的高濃度で含有させることで不純物の共晶化を促し、生成された金属間化合物を分離することにより、不純物の除去を行う。
図１の不純物除去方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金に混入し、除去が困難な不純物を、５０００系の必須元素であるＭｇ（マグネシウム）を用いて溶湯中から除去する。当該不純物除去方法は、アルミニウムのリサイクル過程で除去が困難な金属元素等の不純物をＡｌ－Ｍｇ系溶湯から除去する。当該不純物除去方法は、ＪＩＳ－Ａ５０００系のアルミニウム合金等で必須元素であるＭｇを溶湯中に比較的高濃度で含有させることで不純物の共晶化を促し、生成された金属間化合物を分離することにより、不純物の除去を行う。
当該不純物除去方法は、図１に示すように、アルミニウム又はアルミニウム合金と不純物とを含む溶湯に、Ｍｇ又はＭｇ合金を混合する工程（混合工程Ｓ１）と、混合工程Ｓ１後の溶湯を攪拌する工程（攪拌工程Ｓ２）とを備える。当該不純物除去方法は、攪拌工程Ｓ２で、上記溶湯に温度勾配を与えることで、上記溶湯から金属間化合物を分離する。
〔不純物〕
上記不純物としては、（１）Ｆｅ（鉄）、（２）Ｓｉ（ケイ素）、（３）Ｍｎ（マンガン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｃｒ（クロム）又はこれらの組み合わせが挙げられる。上記不純物としては、上記（１）～（３）に含まれる１種又は２種以上の任意の元素を含んでいてよい。上記不純物としてＦｅを含む場合、攪拌工程Ｓ２で分離される上記金属間化合物はアルミニウム及びＦｅを含有する。上記不純物としてＳｉを含む場合、攪拌工程Ｓ２で分離される上記金属間化合物はＭｇ及びＳｉを含有する。上記不純物としてＭｎ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｒ又はこれらの組み合わせを含む場合、攪拌工程Ｓ２で分離される上記金属間化合物はアルミニウムと、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｒ又はこれらの組み合わせとを含有する。
上記不純物としては、（１）Ｆｅ（鉄）、（２）Ｓｉ（ケイ素）、（３）Ｍｎ（マンガン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｃｒ（クロム）又はこれらの組み合わせが挙げられる。上記不純物としては、上記（１）～（３）に含まれる１種又は２種以上の任意の元素を含んでいてよい。上記不純物としてＦｅを含む場合、攪拌工程Ｓ２で分離される上記金属間化合物はアルミニウム及びＦｅを含有する。上記不純物としてＳｉを含む場合、攪拌工程Ｓ２で分離される上記金属間化合物はＭｇ及びＳｉを含有する。上記不純物としてＭｎ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｒ又はこれらの組み合わせを含む場合、攪拌工程Ｓ２で分離される上記金属間化合物はアルミニウムと、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｒ又はこれらの組み合わせとを含有する。
〔Ｆｅ〕
Ｆｅは、アルミニウム又はアルミニウム合金を含む溶湯中の不純物元素として最も混入しやすく、かつ除去が困難な元素である。Ｆｅは、締結部品、シュレッダー機等から容易に混入する。一方、アルミニウムは酸化しやすい元素であり、鉄鋼業における転炉のような酸化精錬ができないため、Ｆｅの除去は困難である。当該不純物除去方法は、アルミニウム及びＭｇを含む溶湯（Ａｌ－Ｍｇ系溶湯）からＦｅを効率よく除去することができる。当該不純物除去方法は、ＪＩＳで規定されているＡ５０００系（Ａｌ－Ｍｇ系合金）の規定濃度以下にＦｅを低減することができるので、アルミニウムの展伸材から展伸材への水平リサイクルを容易に実現できる。
Ｆｅは、アルミニウム又はアルミニウム合金を含む溶湯中の不純物元素として最も混入しやすく、かつ除去が困難な元素である。Ｆｅは、締結部品、シュレッダー機等から容易に混入する。一方、アルミニウムは酸化しやすい元素であり、鉄鋼業における転炉のような酸化精錬ができないため、Ｆｅの除去は困難である。当該不純物除去方法は、アルミニウム及びＭｇを含む溶湯（Ａｌ－Ｍｇ系溶湯）からＦｅを効率よく除去することができる。当該不純物除去方法は、ＪＩＳで規定されているＡ５０００系（Ａｌ－Ｍｇ系合金）の規定濃度以下にＦｅを低減することができるので、アルミニウムの展伸材から展伸材への水平リサイクルを容易に実現できる。
〔Ｓｉ〕
Ｓｉは、アルミニウム又はアルミニウム合金を含む溶湯中の不純物として、Ｆｅの次に混入しやすく、かつ除去が困難な元素である。Ｓｉは、鋳物・ダイカスト製品や、ＳｉＯ２を主成分とする珪砂のスクラップ中への混入に起因して混入する。当該不純物除去方法によると、上記不純物としてＳｉが含まれる場合、攪拌工程Ｓ２によってＳｉとＭｇとを含有する金属間化合物を容易に生成することができ、ＳｉをＡｌ－Ｍｇ系溶湯から効率よく除去することができる。
Ｓｉは、アルミニウム又はアルミニウム合金を含む溶湯中の不純物として、Ｆｅの次に混入しやすく、かつ除去が困難な元素である。Ｓｉは、鋳物・ダイカスト製品や、ＳｉＯ２を主成分とする珪砂のスクラップ中への混入に起因して混入する。当該不純物除去方法によると、上記不純物としてＳｉが含まれる場合、攪拌工程Ｓ２によってＳｉとＭｇとを含有する金属間化合物を容易に生成することができ、ＳｉをＡｌ－Ｍｇ系溶湯から効率よく除去することができる。
〔Ｍｎ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｒ又はこれらの組み合わせ〕
Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ及びＣｒは、アルミニウム合金の添加元素や、結晶粒微細化材、地金等に含まれる元素として混入する。また、Ｃｏは、電池に含まれる元素であり、スクラップから混入され得る。当該不純物除去方法によると、上記不純物としてＭｎ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｒ又はこれらの組み合わせが含まれる場合、攪拌工程Ｓ２によって、アルミニウムと、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｒ又はこれらの組み合わせとを含有する金属間化合物を容易に生成することができる。従って、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｒ又はこれらの組み合わせを含む不純物をＡｌ－Ｍｇ系溶湯から効率よく除去することができる。
Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ及びＣｒは、アルミニウム合金の添加元素や、結晶粒微細化材、地金等に含まれる元素として混入する。また、Ｃｏは、電池に含まれる元素であり、スクラップから混入され得る。当該不純物除去方法によると、上記不純物としてＭｎ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｒ又はこれらの組み合わせが含まれる場合、攪拌工程Ｓ２によって、アルミニウムと、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｒ又はこれらの組み合わせとを含有する金属間化合物を容易に生成することができる。従って、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｒ又はこれらの組み合わせを含む不純物をＡｌ－Ｍｇ系溶湯から効率よく除去することができる。
（混合工程）
混合工程Ｓ１では、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金と不純物とを含む溶湯にＭｇ又はＭｇ合金を添加する。より詳しくは、混合工程Ｓ１では、アルミニウムスクラップを溶解した溶湯にＭｇ又はＭｇ合金を添加する。
混合工程Ｓ１では、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金と不純物とを含む溶湯にＭｇ又はＭｇ合金を添加する。より詳しくは、混合工程Ｓ１では、アルミニウムスクラップを溶解した溶湯にＭｇ又はＭｇ合金を添加する。
混合工程Ｓ１では、アルミニウム又はアルミニウム合金と上記不純物とを含む溶湯に、ＪＩＳ－Ａ５０００系のアルミニウム合金等で必須元素であるＭｇを混合する。アルミニウム又はアルミニウム合金を含む溶湯がＭｇを比較的高濃度で含有することで、Ａｌ－Ｍｇ系溶湯中での上記不純物を含有する金属間化合物の生成が促進される。当該不純物除去方法によると、従来行われていたような、金属間化合物を生成させるために敢えて不要な不純物を混入することを要しない。すなわち、混合工程Ｓ１では、上記溶湯にＭｇ又はＭｇ合金以外の成分は混合しなくてよい。また、Ｍｇは不純物ではないため、当該不純物除去方法では、Ｍｇを除去するための工程を必要としない。そのため、当該不純物除去方法で上記不純物が除去された後の溶湯は、希釈してアルミニウムリサイクルに供することができる。なお、上記不純物が除去された後の溶湯の希釈手順（希釈工程）については後述する。混合工程Ｓ１で混合するＭｇ合金としては、例えばＪＩＳ－ＭＣ５、ＪＩＳ－ＭＤＣ２Ａ等が挙げられる。
混合工程Ｓ１でＭｇ又はＭｇ合金を混合する効果としては、例えば以下の（ａ）～（ｃ）が挙げられる。
（ａ）液相線温度が下がるため、低温で液相状態を保持でき、生成した化合物を効率的に分離できる。
（ｂ）Ｍｇが不純物元素の活量を増加させることで、化合物の生成が促進される。
（ｃ）Ｍｇが直接不純物元素と反応して金属間化合物を生成する。
（ａ）液相線温度が下がるため、低温で液相状態を保持でき、生成した化合物を効率的に分離できる。
（ｂ）Ｍｇが不純物元素の活量を増加させることで、化合物の生成が促進される。
（ｃ）Ｍｇが直接不純物元素と反応して金属間化合物を生成する。
例えば上記不純物としてＦｅを含む場合、Ｆｅの除去は上記（ａ）及び（ｂ）の効果によって促進されると推測される。また、上記不純物としてＳｉを含む場合、Ｓｉの除去は上記（ａ）及び（ｃ）の効果によって促進されると推測される。Ｆｅ及びＳｉ以外の不純物についても、上記（ａ）～（ｃ）のいずれかの効果又は（ａ）～（ｃ）の効果の組み合わせによって、金属間化合物の生成を促進させ、上記溶湯から効率的に除去することができる。
混合工程Ｓ１後の上記溶湯におけるＭｇの含有量の下限としては５質量％が好ましく、８質量％がより好ましく、１０質量％がさらに好ましい。Ｍｇの含有量が上記下限に満たないと、液相線温度を十分に下げることができないおそれがある。また、Ｍｇの含有量が上記下限に満たないと、上記不純物としてＳｉを含む場合に、上記金属間化合物を十分に生成できないおそれがある。一方、混合工程Ｓ１後の上記溶湯におけるＭｇの含有量の上限としては、特に限定されないが、例えば５０質量％が好ましく、４０質量％がより好ましく、３０質量％がさらに好ましく、２５質量％が特に好ましい。Ｍｇの含有量が上記上限を超えると、後述の希釈工程における希釈量が増え、アルミニウムのリサイクルに要するコストが増加するおそれがある。
（攪拌工程）
攪拌工程Ｓ２では、上記溶湯を攪拌しつつ、この溶湯に温度勾配を設けることによって、この溶湯の低温側の領域で上記金属間化合物を晶出させる。つまり、図２に示すように、攪拌工程Ｓ２において、溶湯Ｘには、高温領域Ｈと、高温領域Ｈよりも温度の低い低温領域Ｌとが形成される。低温領域Ｌには、液相Ｌ１と、固液共存相Ｌ２とが形成される。固液共存相Ｌ２には、部分的に金属間化合物Ｉが晶出している。
攪拌工程Ｓ２では、上記溶湯を攪拌しつつ、この溶湯に温度勾配を設けることによって、この溶湯の低温側の領域で上記金属間化合物を晶出させる。つまり、図２に示すように、攪拌工程Ｓ２において、溶湯Ｘには、高温領域Ｈと、高温領域Ｈよりも温度の低い低温領域Ｌとが形成される。低温領域Ｌには、液相Ｌ１と、固液共存相Ｌ２とが形成される。固液共存相Ｌ２には、部分的に金属間化合物Ｉが晶出している。
攪拌工程Ｓ２では、溶湯Ｘに温度勾配を与えながら溶湯Ｘを攪拌することで、アルミニウム又はアルミニウム合金に混入した上記不純物を効率的に除去することができる。より詳しくは、攪拌工程Ｓ２では、溶湯Ｘを攪拌することで、高温領域Ｈに含まれる上記不純物を低温領域Ｌ側に機械的に送り、低温領域Ｌで上記不純物を含有する金属間化合物Ｉを晶出させることができる。低温領域Ｌで晶出された金属間化合物Ｉは、例えば他の化合物等と結合して固相Ｓを形成し、溶湯Ｘから除去される。その結果、溶湯Ｘ中の上記不純物の濃度を下げることができる。
攪拌工程Ｓ２では、溶湯Ｘに温度勾配を与える手段として、溶湯Ｘを部分的に冷却することが好ましい。この方法によると、溶湯Ｘに低温領域Ｌを容易に形成でき、この低温領域Ｌに上記不純物を機械的に送ることで、金属間化合物Ｉを容易に晶出させることができる。
溶湯Ｘを部分的に冷却する手段としては、特に限定されるものではなく、例えば溶湯Ｘに冷却部材を接触させる方法が挙げられる。この方法によると、上記冷却部材の周辺に低温領域Ｌを容易に形成することができる。上記冷却部材としては、例えば冷却板、冷却管、冷却棒等が挙げられる。上記冷却部材は、例えば溶湯Ｘ内に挿入されてもよく、溶湯Ｘが収容される炉壁や炉底に設けられてもよい。
上記冷却部材を溶湯Ｘに接触させる場合、上記冷却部材の表面に金属間化合物Ｉを晶出させることが好ましい。上記冷却部材の表面近傍は金属間化合物Ｉの晶出温度以下に維持されやすい。そのため、上記冷却部材の表面は、金属間化合物Ｉを晶出させるのに適している。また、上記冷却部材の表面に金属間化合物Ｉを晶出させることで、金属間化合物Ｉを上記冷却部材に固着させ、金属間化合物Ｉを溶湯Ｘから容易に除去することができる。
また、攪拌工程Ｓ２では、溶湯Ｘに温度勾配を与える手段として、溶湯Ｘを部分的に加熱してもよい。この方法によっても、溶湯Ｘに温度勾配を与えやすい。溶湯Ｘを部分的に加熱する手段としては、例えばバーナーによる加熱等が挙げられる。また、攪拌工程Ｓ２では、溶湯Ｘを部分的に冷却するのと並行して、この溶湯Ｘを部分的に加熱してもよい。このような方法としては、例えば溶湯Ｘの中心部分を加熱すると共に、溶湯Ｘの周縁部分を冷却する方法が挙げられる。
攪拌工程Ｓ２における溶湯Ｘの冷却温度の上限としては、６４０℃が好ましく、６１０℃がより好ましく、５５０℃がさらに好ましい。換言すると、溶湯Ｘには、６４０℃以下の低温領域Ｌが形成されることが好ましく、６１０℃以下の低温領域Ｌが形成されることがより好ましく、５５０℃以下の低温領域Ｌが形成されることがさらに好ましい。溶湯Ｘの冷却温度が上記上限を超えると、金属間化合物Ｉを晶出させ難くなるおそれがある。
溶湯Ｘの高温領域Ｈの最高温度としては、金属間化合物Ｉの晶出温度よりも高く、かつ上記冷却温度よりも高い温度である限り（すなわち、溶湯Ｘに温度勾配を与えることができる限り）特に限定されるものではない。上記最高温度の下限としては、例えば６３０℃とすることができ、７００℃であってもよい。
攪拌工程Ｓ２における溶湯Ｘの攪拌手段としては、溶湯Ｘに温度勾配を与えつつ攪拌できる限り特に限定されるものではない。上記攪拌手段としては、例えば棒や攪拌翼による機械攪拌、スターラによる電磁攪拌、ガスバブリング等が挙げられる。
（希釈工程）
攪拌工程Ｓ２によって不純物を除去した後の溶湯Ｘは、希釈してアルミニウムのリサイクルに供することができる。上述の混合工程Ｓ１及び攪拌工程Ｓ２に、希釈工程を加えたアルミニウムのリサイクル方法は、本発明の一実施形態である。上記希釈工程では、攪拌工程Ｓ２によって上記不純物が除去された溶湯Ｘを、工業用純アルミニウム又はＭｇ濃度の低いアルミスクラップ（例えば１０００系）と混合して、ＪＩＳで規定されるＡ５０００系（Ａｌ－Ｍｇ系合金）のＭｇ基準濃度まで希釈する。
攪拌工程Ｓ２によって不純物を除去した後の溶湯Ｘは、希釈してアルミニウムのリサイクルに供することができる。上述の混合工程Ｓ１及び攪拌工程Ｓ２に、希釈工程を加えたアルミニウムのリサイクル方法は、本発明の一実施形態である。上記希釈工程では、攪拌工程Ｓ２によって上記不純物が除去された溶湯Ｘを、工業用純アルミニウム又はＭｇ濃度の低いアルミスクラップ（例えば１０００系）と混合して、ＪＩＳで規定されるＡ５０００系（Ａｌ－Ｍｇ系合金）のＭｇ基準濃度まで希釈する。
上記希釈工程では、高濃度のＭｇを含有する溶湯ＸのＭｇ濃度をＪＩＳ－Ａ５０００系の基準濃度以下に希釈する。Ｍｇは不純物ではないため、溶湯Ｘから除去することを要しない。当該アルミニウムのリサイクル方法は、上記希釈工程によってＭｇの濃度を低くすることで、希釈後の溶湯Ｘをアルミニウム製品に用いることができる。また、上記希釈工程では、高濃度のＭｇを含有する溶湯Ｘを真空下で保持することで蒸気圧の大きいＭｇを蒸発させ、溶湯ＸにおけるＭｇの濃度を低くすることも可能である。さらに、上記希釈工程では、溶湯Ｘに塩素を吹き込む方法や、フラックスを用いることでＭｇを除去することも可能である。
なお、攪拌工程Ｓ２後における高濃度のＭｇを含有する溶湯Ｘは、吸引等で分離回収することや、鋳型等で固めることでＭｇ中間合金として使用することも可能である。
＜利点＞
当該不純物除去方法は、混合工程Ｓ１で、アルミニウム又はアルミニウム合金と不純物とを含む溶湯にＭｇ又はＭｇ合金を混合することによって、上記不純物を含有する金属間化合物の生成を促進することができる。特に、当該不純物除去方法は、攪拌工程Ｓ２で上記溶湯に温度勾配を与えることで、上記不純物を上記溶湯の低温側に送りつつ、この低温側で上記金属間化合物を晶出させ、この不純物を上記溶湯から効率よく除去することができる。
当該不純物除去方法は、混合工程Ｓ１で、アルミニウム又はアルミニウム合金と不純物とを含む溶湯にＭｇ又はＭｇ合金を混合することによって、上記不純物を含有する金属間化合物の生成を促進することができる。特に、当該不純物除去方法は、攪拌工程Ｓ２で上記溶湯に温度勾配を与えることで、上記不純物を上記溶湯の低温側に送りつつ、この低温側で上記金属間化合物を晶出させ、この不純物を上記溶湯から効率よく除去することができる。
当該不純物除去方法は、ＪＩＳ－Ａ５０００系のアルミニウム合金等で必須の元素であるＭｇを上記溶湯に含有させて上記不純物の化合物化を促し、生成された金属間化合物を分離することにより、上記不純物を除去する。当該不純物除去方法は、従来行われていたような、金属間化合物を生成させるために敢えて不要な不純物を混入する必要がなく、かつ歩留まりも向上できる。
当該不純物除去方法によると、アルミニウムのリサイクル過程で除去が困難とされている金属元素を効率よく展伸材の許容濃度以下に低減することができるので、アルミニウム展伸材からアルミニウム展伸材への水平リサイクルを実現することができる。
［その他の実施形態］
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。
［実施例］
［Ｎｏ．１～Ｎｏ．４］
表１の組成を有する合金Ａを、Ａｒ（アルゴン）雰囲気中で、炉壁及び炉底に冷却部材が配置された水冷銅坩堝１１を有する図３のＣＣＩＭ炉（コールドクルーシブル誘導溶解装置）１０に溶解し、不純物としてＦｅ及びＳｉを含む溶湯を得た。この溶湯を電磁誘導によって加熱すると共に、電磁斥力によって攪拌した。この攪拌時における溶湯の高温側の保持温度を表１に示す。この攪拌により、低温側の水冷銅坩堝１１との接触部分には金属間化合物を含む固相が形成される。その後、炉の電源を切って溶湯を凝固させた。Ｎｏ．３における固相部分の断面画像を図４に示す。凝固した鋳塊の中央部から一部を採取し、ＩＣＰ発光分光分析法にてＦｅの濃度を測定した。この測定結果を表１に示す。
［Ｎｏ．１～Ｎｏ．４］
表１の組成を有する合金Ａを、Ａｒ（アルゴン）雰囲気中で、炉壁及び炉底に冷却部材が配置された水冷銅坩堝１１を有する図３のＣＣＩＭ炉（コールドクルーシブル誘導溶解装置）１０に溶解し、不純物としてＦｅ及びＳｉを含む溶湯を得た。この溶湯を電磁誘導によって加熱すると共に、電磁斥力によって攪拌した。この攪拌時における溶湯の高温側の保持温度を表１に示す。この攪拌により、低温側の水冷銅坩堝１１との接触部分には金属間化合物を含む固相が形成される。その後、炉の電源を切って溶湯を凝固させた。Ｎｏ．３における固相部分の断面画像を図４に示す。凝固した鋳塊の中央部から一部を採取し、ＩＣＰ発光分光分析法にてＦｅの濃度を測定した。この測定結果を表１に示す。
［比較例］
［Ｎｏ．５］
表１の組成を有する合金溶湯を表１の温度で保持した。Ｎｏ．５では、溶湯の部分的な冷却又は加熱は行わず、かつ溶湯の攪拌も行わなかった。次に、溶湯の入った坩堝を炉外に出して放冷し、溶湯を凝固させた後、鋳塊の下部を切断した。上側の切断面のＦｅの濃度をＩＣＰ発光分光分析法にて測定した。この測定結果を表１に示す。
［Ｎｏ．５］
表１の組成を有する合金溶湯を表１の温度で保持した。Ｎｏ．５では、溶湯の部分的な冷却又は加熱は行わず、かつ溶湯の攪拌も行わなかった。次に、溶湯の入った坩堝を炉外に出して放冷し、溶湯を凝固させた後、鋳塊の下部を切断した。上側の切断面のＦｅの濃度をＩＣＰ発光分光分析法にて測定した。この測定結果を表１に示す。
表１に示すように、Ｎｏ．１～Ｎｏ．４は、高温側の保持温度が比較的高くても、不純物であるＦｅを十分に除去することができている。また、図４に示すように、Ｎｏ．３では、固相部分にアルミニウム及びＦｅを含有する金属間化合物と、Ｍｇ及びＳｉを含有する金属間化合物とが生成されており、Ｆｅに加え、Ｓｉについても十分に除去することができている。これに対し、Ｎｏ．５は、不純物であるＦｅを十分に除去することができていない。
以上説明したように、本発明の一態様に係る不純物除去方法は、アルミニウムのリサイクル過程で除去が困難な金属元素等を展伸材の許容濃度以下に効率よく低減することができるので、アルミニウムの展伸材から展伸材への水平リサイクルの実現に適している。
１０ ＣＣＩＭ炉
１１ 水冷銅坩堝
Ａ 合金
Ｈ 高温領域
Ｉ 金属間化合物
Ｌ 低温領域
Ｌ１ 液相
Ｌ２ 固液共存相
Ｓ 固相
Ｘ 溶湯
１１ 水冷銅坩堝
Ａ 合金
Ｈ 高温領域
Ｉ 金属間化合物
Ｌ 低温領域
Ｌ１ 液相
Ｌ２ 固液共存相
Ｓ 固相
Ｘ 溶湯
Claims (10)
- アルミニウム又はアルミニウム合金と不純物とを含む溶湯に、Ｍｇ又はＭｇ合金を混合する工程と、
上記混合工程後の溶湯を攪拌する工程と
を備え、
上記攪拌工程で、上記溶湯に温度勾配を与えることで、上記溶湯に、高温領域と、この高温領域よりも温度が低く上記不純物を含有する金属間化合物が晶出する低温領域とを形成し、上記高温領域に含まれる上記不純物を上記低温領域側に送り、この低温領域で上記不純物を含有する金属間化合物を晶出させ、上記溶湯から上記金属間化合物を分離する不純物除去方法。 - 上記混合工程後の上記溶湯におけるＭｇの含有量が５質量％以上である請求項１に記載の不純物除去方法。
- 上記不純物がＦｅを含み、
上記金属間化合物がアルミニウム及びＦｅを含有する請求項１又は請求項２に記載の不純物除去方法。 - 上記不純物がＳｉを含み、
上記金属間化合物がＭｇ及びＳｉを含有する請求項１、請求項２又は請求項３に記載の不純物除去方法。 - 上記攪拌工程で、上記溶湯を部分的に冷却する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の不純物除去方法。
- 上記攪拌工程で、上記溶湯に冷却部材を接触させる請求項５に記載の不純物除去方法。
- 上記冷却部材の表面に上記金属間化合物を晶出させる請求項６に記載の不純物除去方法。
- 上記溶湯の冷却温度が６４０℃以下である請求項５、請求項６又は請求項７に記載の不純物除去方法。
- 上記攪拌工程で、上記溶湯を部分的に加熱する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の不純物除去方法。
- アルミニウム又はアルミニウム合金と不純物とを含む溶湯に、Ｍｇ又はＭｇ合金を混合する工程と、
上記混合工程後の溶湯を攪拌する工程と
を備え、
上記攪拌工程で、上記溶湯に温度勾配を与えることで、上記溶湯に、高温領域と、この高温領域よりも温度が低く上記不純物を含有する金属間化合物が晶出する低温領域とを形成し、この低温領域で上記不純物を含有する金属間化合物を晶出させ、この金属間化合物が固相を形成することにより、上記溶湯から上記金属間化合物を分離する不純物除去方法。
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