JPH022937B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は共晶元素に関してきわめて高レベルの
純度を有するアルミニウムを偏析によつて生産す
る方法に係る。

普通程度の純度のアルミニウム中の銅、鉄、マ
グネシウム、シリコン、亜鉛のごとき共晶元素と
呼ばれる元素の比率は、そのような元素が亜共晶
濃度の状態であるとき減じられ得ることは、当業
者には既に知られている。この目的のためには、
例えば、容器内に収容されている融解状態の金属
は偏析を施されなくてはならず、その間に冷却作
用によつて結晶が生じ、そのような結晶は共晶元
素に関して結晶が生じる母液よりも純度において
高い。結晶は形成されるにしたがつて容器の底に
重力によつて集められ、そして突固められること
によつていくぶん質において密で純度を高められ
た固体が得られ、かくのごとき固体の純度は結晶
化された質量に依存して低下する傾向を有する。
精製操作は一般に母液の僅少部分が残るまで続行
される。次いで様々の手段によつて例えば冷却後
に行われる鋸断作業によつて、精製された質量を
残存母液から分離し、あるいは、精製された質量
を各種の純度の多くの部分に分離することも可能
である。

精製操作の効率は、一般的に、精製係数C_O／
C_Sの値によつて示される。該係数において、C_Sは
得られた精製物の特定不純物の濃度であり、C_O
は使用された金属の同じ不純物の濃度である。精
製係数が高いほど、処理の効率は高い。

上記原理に基いた手順は米国特許第3303019号
及び第4221590号並びにフランス特許第1594154号
に開示されており、使用される特定手段に依存し
てより高いまたはより低い精製係数と収率とを達
成している。

即ち、米国特許第3303019号においては、使用
される開始材料は280ppmの鉄と420ppmのシリコ
ンとを含有する金属であり、該方法はそれから32
％を回収し、それは30ppmのシリコンと10ppmの
鉄を含有し、収率32％においてシリコンについて
は精製係数14に、鉄については精製係数28にそれ
ぞれ相当する。

上記方法の改良であるもう一つの米国特許第
4221590号においては、もし該方法が100ppmに近
いシリコン含有量を有する精製された金属に関し
てその収率を改善するとすれば、対照的に、使用
質量の約30％に当るにすぎないアルミニウムの最
高純度部分に対する前記元素の含有率はほとんど
20ppm以下に落ちない。

フランス特許第1594154号においては、320ppm
のシリコンと270ppmの鉄とを含有する金属から
出発して、得られた結果はそれぞれ20ppmと
15ppmであり、精製係数16と18にそれぞれ相当
し、これら数値は、達成された実質的な収率は70
％台であることを考慮に入れるならば、既にきわ
めて高い；一方、50％の収率で620ppmのシリコ
ンと550ppmの鉄を含有する金属から出発すると
き、この方法は40ppmのシリコンと10ppmの鉄を
含有するにすぎない金属を提供し、このことは精
製係数15.5と55とにそれぞれ相当し、かくのごと
き値は、特に収率30％に比べ50％を得ていること
に注目するとき、米国特許第3303019号に開示さ
れる値よりも著しく高い。

しかし、周知のごとく、いくつかの特別の用途
のためには、既に説明されたごとき方法によつて
得られる純度よりも一そう高い純度のアルミニウ
ムを提供することが必要である。例えば、中圧及
び高圧電解コンデンサを生産するため、製造業者
はアルミニウムの薄板を利用する傾向が増しつつ
あり、その場合、シリコン（Si）と鉄（Fe）の
含有率は僅かに数ppmでなくてはならないが、銅
の如き或る元素の存在は著しく高いレベルの濃度
になつても、それによつて問題を生じさせること
はない。

前記の如き高レベルの純度を達成するため、前
記フランス特許の方法を使用するときは、最高純
度の金属部分、言い換えると、精製過程の初めに
おいて形成される部分を選択することが可能であ
るが、その場合、収率はきわめて低く、例えば、
使用された金属の量の概ね10％台である。

また、偏析またはその他の方法例えば３層電解
法による精製によつて、既に最初の精製過程を施
された金属に偏析を用いることも試みられてい
る。

しかし、操作手順の遂行において重大な困難が
生じた。実際において、既にきわめて純度が高い
金属の場合、液体は沈降装置の壁及びルツボの壁
にすら大体積の団塊となつて凝固する傾向を有す
る。そのことは要望される目的に反することにな
る。その理由は、フランス特許第1594154号にお
いて、効率的精製を達成するためには、結晶間に
存在する母液の量を制限するために小結晶の形式
で材料の凝固を達成することが必要であることが
開示されているからである。この困難性は、金属
の純度が高いほど、凝固ギヤツプ即ち平衡図の液
相線と固相線との間の温度差が小さいという事実
から生じる蓋然性が高い。

この理由に基いて、本願発明は比較的高レベル
の純度を有する金属を偏析するための方法におい
て操作手順から生じる諸困難を除くとともに精製
度を向上させ且つ高収率を維持する手段を求めそ
してそれを開発した。

共晶元素に関してきわめて高レベルの純度を有
するアルミニウムを生産する本発明の方法は、既
にきわめて高い純度のアルミニウムに偏析処理を
施こす手段であつて、偏析操作前に、それをより
効率的にするために、少なくとも１種の共晶元素
が亜共晶量を以て融解金属に添加され、該共晶元
素が前記偏析操作間にきわめて完全に除去される
か、または予定される使用に対して困難を生じな
い比率で精製物に残留することを特徴とするもの
を有する。

したがつて、本発明の方法は、既にきわめて純
度の高いアルミニウム、例えばその総不純物含量
を200ppm乃至100ppm以下に減らす最初の精製操
作を施されたもの、を使用する。このアルミニウ
ムは例えば50ppmに近い鉄とシリコンの各元素比
率を有するが、これら不純物の何れの一つの値も
50ppmよりも高いまたは低い比率が同様に使用可
能である。

最初の精製作用は、例えば前記フランス特許に
開示された偏析操作と同じ偏析操作によつて達成
され得る。開始金属は例えばチタン及びバナジウ
ムの如き包晶不純物を除去する処理を施されてい
ることもある。

そのような金属は次いで融解され、そして少な
くとも１種の共晶元素が、晶出の全く存在しない
状態下において液体に添加される。前記共晶元素
は鉄、銅、ニツケル、シリコン及びウラニウムか
ら成る群から選択された少なくとも１種の元素で
ある。重要なことは、添加された共晶元素が最終
偏析操作の後に厄介を生じるような濃度のもので
あつてはならないことである。したがつて、きわ
めて高い精製係数を有する元素を添加することが
可能であり、従つて、精製処理が遂行される間に
該元素は容易に除去され得る。また、たといそれ
が高レベルの濃度で残留しても何ら有害な影響を
有しないことを条件として、より低い精製係数を
有する元素を添加することも可能である。前記第
１の場合においては、その係数が30に近い鉄を添
加することが可能であり、第２の場合において
は、約７の係数を有する銅であつて50ppmの比率
までは或る用途においては問題を生じることがな
く、且つアルミニウムが中圧及び高圧電解コンデ
ンサの生産を目的とするとき有利ですらあり得る
銅を使用することが可能である。これら２元素が
同時に添加され得ることは明らかであろう。

添加される量は、明らかに、晶出前の液体中の
該元素の濃度が共晶元素のそれよりも低くなくて
はならない。そうでないと、液体−固体平衡図が
示す如く、形成される結晶は、最初は、初めの母
液よりも低純度であり、次いで、共晶組成である
結晶が堆積し、従つて精製不可能である。

しかし、添加される前記量は小さ過ぎてはなら
ない。そうでないと、前記元素の添加効果は、所
期の目的即ち操作が好適に遂行されることを不可
能にする塊状晶出の防止を果たさない。添加操作
は、添加される元素及び精製された金属の予定用
途とによつて決定される。例えば、鉄の場合にお
いては、約100ppmから約200ppmの量、そして必
要に応じて500ppmの量、を添加することが適切
である。しかし、銅の場合においては、添加され
る量は100ppm以上、もしアルミニウムが例えば
コンデンサの製造を目的とするならば最高
2000ppmまでとされる。

前記比率は、偏析操作が遂行される態様、特に
その持続時間、に依存するから、単なる例として
示されたものであるにすぎない。

共晶元素は固相または液相で、そして任意の好
適な形式で、例えば純元素の形式、元素の合金の
形式、またはアルミニウム基中間合金の形式で添
加され得る。

添加操作の後、液体は任意の好適な撹拌装置に
よつて均質にされる。

次いで、真の意味での偏析操作がフランス特許
第1594154号に開示される方式で遂行される：即
ち、 ―外部加熱容器内において被冷却体をそのなかに
浸漬することによつてその融点付近に維持され
る液体金属内において漸進的凝固が生ぜしめら
れる； ―形成されるすべての小さい結晶は、液体金属を
収容している容器の底に集められる； ―このようにして集められた小さい結晶は突き固
められ、それによつて不純な結晶格子間液体が
排除され、そして小さい結晶は“焼結”され、
それによつて大きい結晶が形成される； ―精製された大結晶部分は、不純物が増した部分
から分離される。

前記手順によつて得られる結果は、極めて高純
度の金属であるか、または、厄介な共晶不純物の
濃度が原料金属におけるそれに比し著しく小さい
金属である。

前記方法は、前記と異なる偏析方法を使用して
本発明の範囲から逸脱することなしに遂行され得
ることは理解されるであろう。

さらに、本発明の方法はアルミニウム以外の金
属例えば鉛や亜鉛にも適用され得る。

（実験例 その１） 一例として、20ppmのシリコンと15ppmの鉄と
を含有し、或る偏析方法による最初の精製操作に
よつて生産されたアルミニウムが使用される。も
し200ppmの鉄が該アルミニウムに添加されそし
て再び精製されるならば、シリコンの含量は約
5ppmに調節され得る。かつまた、鉄の精製係数
はシリコンのそれよりも著しく高いから、鉄が添
加されることは最終生産物の品質を低下させるこ
とにはならず、反対に、70％台の収量を以てシリ
コンの比率に近い比率を得ることを可能にする。

（実験例 その２） もう一つの使用例において、50ppmの鉄を含有
する1000Kgのアルミニウムが使用される。
500ppmの銅がアルミニウムに添加される。次い
で、アルミニウムは14時間にわたつて偏析処理を
施され、その終りにおいて使用質量の70％が
60ppmに近い銅と2ppm以下の鉄とを含有する固
体の形式で回収される。銅は高比静電容量の達成
を一般的に促進する元素であるから、前記のよう
な金属は中圧及び高圧電解コンデンサの製造を目
的とする薄板の生産のためにはきわめて魅力的で
ある。

（実験例 その３） 次に、約60ppmのシリコンと20ppmの鉄とを含
有する溶融アルミニウムに対して、1200ppmのニ
ツケルを添加した。この混合物は偏析処理を施さ
れた。かくて、わずか1ppmの鉄と、1ppmのシリ
コンと、8ppmのニツケルとを含有するアルミニ
ウムを約70％の収量を以て得ることができた。

（実験例 その４） 実験例その３と同じ不純物を含有する溶融アル
ミニウムに対して、100ppmのシリコンを添加し
た。この混合物は偏析処理を施された。かくて、
1ppmの鉄と、3ppmのシリコンとを含有するアル
ミニウムを70％の収量を以て得ることができた。

（実験例 その５） 実験例その３と同じ不純物を含有する溶融アル
ミニウムに対して、100ppmのウラニウムを添加
した。この混合物は偏析処理を施された。かく
て、1ppmの鉄と、1ppmのシリコンと、0.05ppm
のウラニウムとを含有するアルミニウムを70％の
収量を以て得ることができた。

本発明は特に共晶元素に関してきわめて高い純
度を有し且つ特に10ppm以下の鉄とシリコンとを
含有し、特に中圧及び高圧コンデンサの生産に用
いることを目的とするアルミニウムを生産するた
めに使用され得る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 共晶元素に関して99.8％を超える純度を有す
   るアルミニウムを生産する方法であつて、不純物
   を200ppm以下に減少することを許容する方法に
   おいて、鉄、銅、ニツケル、シリコン及びウラニ
   ウムから成る群から選択された少なくとも１種の
   共晶元素が亜共晶量を以て液体アルミニウムの容
   積中に添加されることを特徴とするアルミニウム
   を生産する方法。