JPH0236651B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転円筒体上での分別結晶により金属
を連続的に精製する方法に係る。

当業者には良く知られているように、予め溶融
しておいた合金を凝固させるべく冷却する場合
に、最初に現われる結晶は使用した合金とは通常
異なる組成を有する。

従つて分別結晶法を用いれば、別の成分を濃度
C_Lで含むベースの金属から、前記成分の濃度が
C_Lより低いC_Sであるような固体を分離すること
ができる。この現象は金属の精製、特に共晶と称
する不純物が過共晶含量で存在する時に、これら
共晶を除去するために利用されてきた。この現象
は多くの精製法の基礎をなしてきた。これらの方
法は主として合金の冷却法、液相及び固相間の変
換法並びに結晶の分離法に夫々の特徴を有し、特
許になつたものもある。これらの方法はいずれも
独自の利点を有し、これら利点は特に生産能力又
は精製度に係つている。

例えば仏国特許第1594154号にはアルミニウム
の精製、特にケイ素及び鉄の除去法が記載されて
いる。この方法は下記のステツプを順次実施する
ことからなる。

−外部から加熱されるルツボに入れた一定量の液
体金属の内部への冷却体導入によつて凝固させ
る。

−形成した小結晶をルツボの底で集める。

−これら小結晶を焼結して大結晶にする。

−精製金属の大結晶を不純物含有母液から分離す
る。その方法としては前記母液をサイフオンに
かける方法、又は全体を凝固させた後で回収さ
れる金属塊を切断する方法を用いる。

前述の如き方法では確かに極めて高純度の金属
が得られる。しかしながらこの方法が、ルツボに
予め充填しておいた一定量の不純物含有金属に対
して一回の操作毎に適用されるものであり、従つ
てルツボの金属排出及び充填ステツプを含まなけ
ればならない。そのため所謂精製にかけられる時
間が制限され、その結果生産性が連続的処理法よ
り劣ることになる。更に、結晶の純度は液相の純
度に依存し且つ該液相は不純物含量を次第に増し
て行くため、結晶の純度が漸減して結局一回の操
作で得られる生成物の性質が不均一になる。

これらの欠点を解消すべく、連続的分別結晶を
実現する別の方法が提案された。その一例として
仏国特許第2285915号「比較的低温の領域と比較
的高温の領域とを有し、且つこれら領域間に連続
的温度勾配が存在するような金属結晶生地からな
るカラム（colonne）を液体金属中に形成する」
ことを特徴とする方法が開示されている。この方
法も「未精製金属をカラムに供給し、且つつ精製
液体金属の一部分を高温領域から連続的に取出
す」ステツプを更に含む。

しかしながら仏国特許第2359210号では、前述
の如き方法を用いると結晶を介して液体が流出す
るという問題が生じ、且つ結晶を往復移導させる
べく機械的可動デバイスをカラムに合体しなけれ
ばならないことが知見された。この場合は結晶の
摩擦作用を受ける前記デバイスが処理金属の汚染
の原因となる虞れがある。

仏国特許第2390994号には、固体材料を溶融し
次いで再凝固することにより精製する方法が開示
されている。この方法では固体材料の溶融浴中に
回転円筒体を浸漬し、精製すべき材料をこの円筒
体の表面に付着させ、この材料を溶融浴の外へ出
して凝固させ、円筒体に付着した凝固材料を再び
溶融すべく下流側のゾーンに通す。

この方法はケイ素又はゲルマニウムの如き金属
の精製に効果的に使用されてきた。

しかしながらこの方法をアルミニウムの如き他
の金属に用いると、或る程度の多孔性をもつ結晶
層が円筒体上に形成され、そのためこの層に不純
物含有母液が浸透して回収生成物の品質が低下す
ることが判明した。また、円筒体への結晶の付着
が時として極めて強いため回収が困難になり、且
つ円筒体材料による汚染の危険も生じ得る。

更に、これらの結晶は相互間では全く凝集しな
いため、治金学的変換には不向きであり、従つて
予め再溶融して用いなければならない。これは直
接使用できる固体形状に鋳造し得る液状金属を回
収せしめる方法に比べて不利である。

また、酸化し易い金属を処理する場合には、浴
から取出した高温の結晶を直接大気と接触させる
と空気により或る程度の汚染が不可避的に生じ
る。そのため密閉装置が必要となり、従つてこの
種の方法の実施に用いられる設備の費用が高くな
る。

以上の理由から、本出願人は前記連続的処理法
の利点とそれら各方法に固有の欠点とを考慮し
て、これら欠点を解消せしめ且つ別の利点をもた
らすような新規の方法を追求した。研究の結果開
発された連続的金属精製法は、槽に入れた溶融金
属浴中に部分的に浸漬した回転円筒体の表面の冷
却部分で分別結晶を行なうことにより実施される
ものであつて、円筒体と槽底部との間の距離を調
整し、円筒体の回転方向に従つて槽を実質的に独
立した２つのゾーン即ち上流ゾーン及び下流ゾー
ンに分割し、下流ゾーンを加熱して結晶を浴内で
完全に再溶融し、その結果得られる精製された液
体の少なくとも一部分を下流ゾーンから採取する
ことを特徴とする。

本発明の方法は、従つて先行技術の如く水平軸
をもつ円筒体を使用する。この円筒体は通常20〜
200cmの直径を有し、処理すべき金属浴に対して
不溶性の材料で形成される。この円筒体は歯車付
電動機の如き機械的手段により調整し得る速度で
軸を中心に回転する。

前記円筒体は適切な加熱手段によつて液体状態
を維持する槽内の金属浴に部分的に浸漬される。
前記槽はやはり不溶性材料からなり、底部が通常
円筒体の母線と平行である。

前記円筒体の表面は、浴が自然に又は冷却用流
体の注入により凝固する時の温度より低い温度に
冷却される。これは該円筒体を浴に浸漬した時に
表面が結晶層で被覆され、この層の厚みが円筒体
の移動に伴い増加するようにするためである。

但し本発明の方法では、結晶層を円筒体浸漬の
間中成長させて浴から出た時に回収する先行技術
とは異なり、この結晶層の成長を中断させてこれ
らの結晶を浴中で完全に再溶融する。この再溶融
は、円筒体の回転方向から見て結晶化が生起する
上流ゾーンより下流に位置し結晶溶融温度より高
い温度に加熱された槽内ゾーンに円筒体を所定の
時点で通すことによつて実施される。前記ゾーン
の加熱には任意の手段を使用し得る。一例として
結晶層近傍で下流ゾーンに浸漬され、高温流体の
エネルギか又は電流のエネルギを利用する投込み
湯沸しを使用してもよい。或いは再溶融を行なう
べき円筒体部分を加熱するような手段を用いるこ
ともできる。そのためには固定中空軸の周りを回
転する円筒体を使用する。前記中空軸は円筒体の
全長に亘つて延在する２つの放射状セクタを備
え、これらセクタは円筒体の壁面まで伸長してこ
の壁面上をスライドする。これらセクタ間の角度
は円筒体の壁面に加熱すべき表面部分を規定する
ような角度である。このようにして構成された空
間には、前記中空軸を介して高温流体を流すか又
は電気的に加熱した素子を配置する。

このような方法で再溶融すれば、先行技術に見
られたような酸化又は円筒体材料による精製金属
の汚染が回避される。しかしながらこの方法は先
行技術の装置では使用し難い。何故なら結晶層及
び槽底部間の比較的長い距離と、円筒体の回転に
よつて生じる浴の流動とに起因して浴の上流ゾー
ン及び下流ゾーンが互に混合され、その結果下流
ゾーンで採取される液体の純度が上流ゾーンに導
入される初期液体の純度と殆んど変わらなくなる
からである。

本発明では浴の２つのゾーン間の混合を回避す
べく円筒体と槽底部との間の距離を調整し、且つ
槽を実質的に独立した上流ゾーン及び下流ゾーン
に分割する。

前述の如く円筒体に付着する結晶層の厚みは槽
の上流ゾーン内を移動するにつれて増大し、次い
で下流ゾーンで再溶融のために減少する。従つて
この結晶層は、一種の隆起の如き最大厚さ部分を
局所的に有する。この部分は装置が対称形である
ため、円筒体の母線の１つに沿つて延在する。前
記調整は好ましくはこの母線に沿つて行なう。何
故なら結晶で構成されたこの隆起の存在は、槽の
一方のゾーンから他方のゾーンへの液体の移動を
制御するのに利用し得るからである。

前記調整は単に円筒体表面と槽底部とを接近さ
せて相互間の間隔を狭め、ここを通る液体の循環
を抑制することからなつていてもよい。但し両ゾ
ーン間の液体の循環を阻止すべく、隆起部分の結
晶層は槽の底と接触させるのが好ましい。

しかしながらこのような状態では結晶の一部が
多孔質塊を形成し、この塊に比較的多量の浴が蓄
積されるため、不純物含有金属が下流の再溶融ゾ
ーンに移送され、その結果金属の純度が低下する
ことが判明した。

従つて前記調整は、円筒体と槽底部との間の距
離が調整領域内で結晶層隆起部の厚さより小さい
値になるようにも行なわれる。このようにすると
結晶が圧迫されるため下流の再溶融ゾーンに移動
する前に浴が結晶塊から排出される。このような
調整は得られる金属の純度に関して特に効果的で
あることが判明した。

この調整の実施法には特殊な形状の底をもつ槽
を使用するものと、円筒体を槽に対して移動させ
るものとの２種類がある。

前者の場合、槽の底部は狭い間〓を形成すべき
領域に円弧状のスペースが形成されるよう円筒体
の表面と同心の円の形状を有し得る。このスペー
スは、円筒体の両側で上流スペースと下流スペー
スに分かれて一種の浴貯蔵部を構成する。これら
スペースには精製すべき金属を供給する手段と、
精製された金属及び処理中に不純物が増量した金
属を排出する手段とが具備される。

しかしながら結晶の圧迫を行なわない場合に
は、この円弧部分に未精製浴が浸入し得る。従つ
て槽の底部の形状は、円筒体と槽底部との間の間
〓が円筒体の回転方向から見て上流ゾーンでは漸
減し、下流ゾーンでは漸増するように決定するこ
とが好ましい。この間〓は、円筒体の前記隆起部
を有する母線とほぼ対応する位置で最小となる。
この間〓は前記隆起の高さより大きい値にしても
よいが、好ましくは結晶を圧迫し排出された液体
を上流ゾーンへ送るべく隆起高さと同等かそれよ
り小さい値にする。

前記調整は、円筒体を一種の循環移動に従い槽
の底部に対して移動させることによつても実施し
得る。この循環移動は円筒体の下方への並進移動
と、槽の上流底部での回転と、初位置への移動と
からなる。

円筒体を下方へ並進移動させると、最も厚い結
晶層部分が槽の底に当接し、その結果結晶が圧迫
される。次いで槽の底部で円筒体を回転させる
と、上流側の結晶層が圧迫され、液体が槽の上流
貯蔵部方向へ押戻される。この回転は結晶で被覆
された円筒体表面の全体又は一部分に関して実施
し得る。最後に円筒体を最初の位置に戻し、前記
循環移動の直前に中断しておいた円筒体の正規の
回転運動を再開させる。

このような循環移動は、円筒体の軸の位置と円
筒体の回転とに作用する当業者の公知の任意の機
械的手段によつて実施し得る。

この調整法は円筒体と同心の形状をもつ槽に使
用されるが、特殊な形状の槽にも適用し得る。

前記循環移動は、円筒体の回転に関連した特定
の周期性に応じて行なう。例えば、円筒体の一点
が上流ゾーンの全域を移動するのに必要な時間と
同等かそれ以下の期間の回転の後で前記循環移動
を開始すると結晶層全体が圧迫処理にかけられ、
不純物含有液が結晶層と共に下流ゾーンに導入さ
れる危険が回避されると思われる。

槽の形状を、下流ゾーンのスペースが上流ゾー
ンのスペースより大きくなるように決定すれば本
発明の方法はより効率的になり得る。このように
すればより多量の高温液が流動し、再溶融が容易
になり、結晶の一部分が浴から出ることがなくな
るからである。

金属の純度を著しく高くしたい場合には、複数
の装置をｎ段直列に組合わせて前述の方法を実施
するとよい。一例として２段システムでは、第１
段から排出された精製液を第２段に供給する一
方、第２段の不純物含有母液を第１段に循環供給
する。各装置内を循環する液体の量は常に次の方
式に、即ち上流ゾーンに導入される液体の量は、
上流及び下流ゾーンで排出される液体の量に等し
いという式に従う。

本発明の方法では、回転速度が所望の純度に合
わせて調整される円筒体を使用する。先行技術で
はこの速度は円筒体表面の浴中への浸漬時間が円
筒体の直径と特定係数との積に該当する特定値に
等しくなるように決定される。前記係数は本質的
に付着する金属の種類と浴温度と円筒体温度とに
依存するが、これらのパラメータは操作中に変化
し得、従つて通常は得られる純度にむらが生じ
る。

本発明がより良く理解されるよう、以下添付図
面に基づき非限定的具体例を挙げて詳細な説明を
行なう。

第１図には軸線２を中心に矢印３方向へ回転す
る円筒体１が示されている。この円筒体は自然冷
却された槽４中に一部分が浸漬され、この槽と共
に円弧状の狭い間〓５を形成する。この間〓は槽
を上流ゾーン６と下流ゾーン７とに二分し、これ
らゾーンは夫々不純物含量の高い金属の貯蔵部と
精製された金属の貯蔵部とを構成する。結晶８は
円筒体の浸漬表面に一部分が隆起した槽を形成
し、この隆起によつて前記２ゾーンを分離する狭
溢部が得られる。上流側の浴は加熱手段９によつ
て液体状態を維持し、円筒体の非浸漬部分は冷却
流体供給装置１０により冷却される。結晶の再溶
融は、中空軸１２と該軸に設けられた導入口及び
排出口とを介して供給される高温流体により２つ
のセクタ１１相互間に含まれる円筒体表面部分を
加熱することによつて実施される。矢印１３，１
４，１５は夫々精製すべき金属の導入地点、精製
した金属の排出地点及び不純物含有母液の排出地
点を示す。第２図は円筒体１と槽底部との間の間
〓が、上流ゾーン１では漸減し下流ゾーン１７で
は漸増し、且つ結晶隆起部分が円筒体及び槽間の
最小間〓に対応するような特定形状の槽４を示し
ている。

第３図〜第６図は円筒体の循環移動の種々の段
階を示す。第３図では円筒体１は正規の回転状態
にある。第４図で円筒体１は垂直方向並進移動１
８にかけられ、第５図では槽の上流側底部で回転
して結晶を円弧１９に対応する槽の長さに亘つて
圧迫し、第６図で初位置に戻される。第７図は矢
印３方向に回転する円筒体１と、槽の上流ゾーン
６及び下流ゾーン７とを平面図で示している。精
製すべき金属は１３の地点で導入され、精製され
た金属は地点１４で、不純物含量の増加した母液
は地点１５で排出される。

第８図は２段式精製システム、即ち２つの円筒
体１及び１′が夫々矢印３及び３′方向に回転し、
槽４及び４′に部分的に浸漬されて上流ゾーン６，
６′と下流ゾーン７，７′とを規定するシステムを
示している。精製すべき金属は地点１３で上流ゾ
ーン６に供給され、円筒体１上で結晶化し、下流
ゾーン７で再溶融する。この液体は次いで地点１
４から上流ゾーン６′に導入され、円筒体１′上で
結晶化し、下流ゾーン７′で再溶融して極めて高
い純度で地点１４′から回収される。上流ゾーン
６′の地点１５′で採取された不純物含有液は、再
び地点１３から供給され、上流ゾーン６で形成さ
れた不純物含量の極めて高い液体は地点１５から
排出される。

本発明の一実施例として、0.2重量％の鉄を含
むアルミニウム合金を第７図の装置で本発明の方
法により処理する。円筒体の直径は0.5ｍ、回転
速度は１回転／分である。浴に浸漬した時点での
円筒体壁面の温度を600℃、上流ゾーンの金属温
度を670℃、下流ゾーン及び上流ゾーン間の温度
差を50℃、不純物含有液排出地点と精製すべき金
属の導入地点との間の温度差を10℃として処理し
た結果鉄を0.05％しか含まない精製アルミニウム
と鉄を１％含む母液とが得られた。

本発明の方法は、金属特にアルミニウムの如何
なる連続的精製処理にも使用し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するための装置を
円筒体の円に沿つて切断した断面図、第２図は槽
が特殊な形状を有する場合の第１図と同様の断面
図、第３図、第４図、第５図及び第６図は円筒体
の循環移動の諸段階を示す同様の断面図、第７図
は円筒体と槽の簡略平面図、第８図は２段式精製
システムの簡略平面図である。 １′，１……円筒体、４，４′……槽、６，６′，
１６……上流ゾーン、７，７′，１７……下流ゾ
ーン、８……結晶層、９……加熱手段、１０……
冷却流体供給装置、１１……セクタ、１２……中
空軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 槽に入れた溶融金属浴に部分的に浸漬した回
   転円筒体の表面の冷却部分での分別結晶により金
   属を連続的に精製する方法であり、円筒体と槽底
   部との間の距離を調整し、槽を円筒体の回転方向
   に従い互にほぼ独立した上流ゾーンと下流ゾーン
   とに分割し、下流ゾーンを加熱して結晶を浴中で
   完全に再溶融し、この再溶融の結果得られる精製
   された液体の少なくとも一部分を下流ゾーンから
   採取することを特徴とする方法。 ２ 結晶を圧迫すべく円筒体及び槽底部間の距離
   を該結晶層の最大厚みより小さい値に調整するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方
   法。 ３ 槽底部の形状を円筒体と槽底部との間の間〓
   が円筒体の回転方向から見て上流ゾーンでは漸減
   し下流方向では漸増するように決定しながら前記
   距離を調整することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の方法。 ４ 円筒体を下方への並進移動と槽の上流ゾーン
   底部での回転と、初位置への移動とからなる循環
   移動に従い移動させることによつて前記距離を調
   整することを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の方法。 ５ 円筒体の一点が上流ゾーン全域を移動するの
   に必要な時間に等しいかそれ以下の間円筒体の正
   規の回転を行なつた後で前記循環移動を開始する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の
   方法。 ６ 下流ゾーンのスペースが上流ゾーンのスペー
   スを上回るように槽の形状を決定しながら前記距
   離を調整することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の方法。 ７ 下流ゾーンで採取した精製液を特許請求の範
   囲第１項から第６項のいずれかに記載の方法で再
   処理することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の方法。