JPH0770663A

JPH0770663A - 遊離アルミニウムの回収法とプラズマを用いるドロス処理法

Info

Publication number: JPH0770663A
Application number: JP6623593A
Authority: JP
Inventors: Richard D Lindsay; リチャード．デイル．リンドセイ; Terry L Moore; テリー．エル．ムーア
Original assignee: Plasma Processing Corp
Current assignee: Plasma Processing Corp
Priority date: 1992-03-02
Filing date: 1993-03-02
Publication date: 1995-03-14
Also published as: AU654103B2; CA2090575C; US5203908A; CA2090575A1; AU3392493A

Abstract

(57)【要約】【目的】空気を高エンタルピーでアークガスとして用
いるプラズマアークトーチで炉を加熱し、ドロスとスク
ラップから遊離アルミニウムならびに酸化アルミニウム
を回収し、従来のドロスを掻き取る必要をなくす。【構成】高エンタルピーで空気をアークガスとして用
いると更に急速熱出力が付与され、ドロスの外面もしく
は外殻が急速に加熱され、それにより酸化物外殻を破裂
させ、外殻の内部から遊離アルミニウムを放出させるこ
とを特徴とし、アルミニウムの高い回収率が得られる。
プラズマトーチでは、高エンタルピーは、ＣＯ_２、メタ
ンもしくは水素のようなガスを空気アークガスに固定電
流量で加えるか、プラズマトーチをより高い電流で固定
空気流量で運転して達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、アルミニウムドロス
もしくはアルミニウムスクラップ例えばアルミニウム缶
からプラズマアークトーチを用いるアルミニウムの回収
に関するものである。詳述すれば、本発明は空気もしく
はその他の酸化アークガスで運転されるプラズマアーク
トーチを用いて加熱された炉において、高エントロピー
でアルミニウムドロスとアルミニウムスクラップからア
ルミニウム金属を回収する方法に関するものである。意
外なことは、高エンタルピーの空気もしくは他の酸化ガ
スが、ドロスから比較的高いアルミニウムの回収率を提
供することである。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム塊を鋳造又はその種の他の
目的で炉で溶融する時、ドロスが、溶融アルミニウムの
表面にできるので、定期的に例えばそれをすくい取るか
もしくは同様の操作で除去する必要がある。除去したド
ロスには通常、経済的にはかなりと言える量の遊離アル
ミニウムのみならず酸化アルミニウムと、ある種の他の
金属と金属塩例えばマグネシウム、マンガンとリチウム
が、処理されるアルミニウムもしくはアルミニウム合金
の種類に左右されるが含まれている。

【０００３】米国特許第４，８７７，４４８号は、遊離
アルミニウムと酸化アルミニウムをアルミニウムドロス
とアルミニウムスクラップ（以下、便宜上集合的は、
「ドロス」もしくは「アルミニウムドロス」と称する）
から回収する方法を開示し、その方法は、空気で供給さ
れるプラズマアークトーチ又は他の酸化ガス例えば空気
と酸素或いは空気と窒素の混合物をアークガスとして用
いる高温炉で加熱する工程からなる。窒素と比較して、
空気をアークガスとして使用すると、 (1) 同一電気入力（ＫＷ／時）を用いて、４０％更に多
い出熱を提供し、その結果加工時間が短くなり、しかも
処理量がかなり高くなることと； (2) トーチに最も接近したプラズマの最も高温の部分が
窒化しないで酸化するので窒化物の形成を減少させるこ
とと； (3) 不安定且つ環境問題でもある窒素で生成される窒化
物とは対照的に安定し且つ環境問題になっていない酸化
物であるＡｌ_２Ｏ_３を提供することと； (4) 空気が窒素あるいはアルゴン、又は他の利用できる
不活性アークガスよりも非常に安価でずっと経済的であ
ることと；が特徴である。

【０００４】アークガスとしての空気の使用性と、それ
から達成される成果は意外にも大きいものであった。好
ましいガスが、空気と共存して発生するものと考えられ
たアルミニウムの酸化と燃焼を防ぐために窒素もしくは
他の非酸化ガス例えばアルゴン、ネオンその他同種類の
ものであると考えられた。しかし、窒素をアークガスと
して用いると、窒化が起こってトーチの運転に困難と、
アルミニウムにかなりの損失をきたす一方、空気がほと
んど燃焼しないで、極めて有利な結果をもたらすことが
わかった。

【０００５】アルミニウムの過度の酸化は、空気をアー
クガスとして用いる時、空気のプラズマトーチを通って
入る量が極めて限られているため発生しないので、アル
ミニウムの燃焼も従って操作できる。アルミニウムの損
失率も、窒素をアークガスとして使用して起こる窒化に
よる損失よりも低いうえ、１時間当り同一のＫＷ量の電
気入力を用いても、結果として得られる出熱量には増加
が見られる。これは、逆に、加工時間が短縮されたう
え、ドロスの処理量がほぼ２倍とかなり高くなる結果を
もたらす。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】プラズマトーチは、空
気をアークガスとして使用するドロスの処理に用いられ
るトーチを含めて、アークガス１＃（＃ａｒｃｇａ
ｓ）当り約３，５００乃至４，０００ＢＴＵで従来運転
されてきた。比較的高いエンタルピーが電極の高率消費
に結びつくと考えられてきたので、エンタルピーはでき
るだけ低く抑えられた。そのうえ、高いエンタルピーは
トーチ内の熱損失がより大となるので、非効率に結びつ
く。

【０００７】本発明の目的は、アルミニウムドロスやス
クラップ等から効率よくアルミニウムを回収する方法を
提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明により、プラズマ
トーチの運転に用いられるアークガスのエンタルピーを
アークガス１＃当り約４，２００ＢＴＵ以上に増加させ
るとかなり大量の遊離アルミニウムがドロスから回収で
きることがわかった。この明細書で使用されるエンタル
ピーはアークガス１＃当りのエネルギーとして定義され
る。エンタルピーが増大すると、その大部分が酸化アル
ミニウムの外殻であるドロスの外面のより急速な加熱が
与えられる。この急速な加熱で、前記酸化物の外殻に含
まれているアルミニウムを十分に加熱することもなく外
面もしくは酸化物の外殻を破裂させる。このようにし
て、前記外殻が破裂すると、ドロス中の遊離金属が溶融
液中に放出されて回収できる。好ましいことは、炉が過
度に高温とならないことである。これは燃焼、酸化物の
生成（酸素が存在する場合）あるいは窒化アルミニウム
の生成のいずれかにより遊離金属の劣化をもたらすから
である。高エンタルピーアークガスで付与されるドロス
の急速な加熱は、熱の全部が前記酸化物の外殻により最
初に吸収され、前記遊離金属を含むドロスの内部は比較
的低温のままである。その結果、遊離金属は、それが放
出されると、比較的低温で炉の中心に流れて高収率の回
収ができる。

【０００９】

【作用】アークガスの高エンタルピーは好ましくはトー
チの作業電流を増加するか、少量のガス例えば二酸化炭
素、メタンもしくは水素をプラズマトーチのうずを通す
か、あるいはトーチの後部を通し、更にトーチの電極を
通してアークガスに添加して達成することである。反応
ガス例えばハロゲンガス、即ち、六弗化硫黄を添加ガス
として利用できる。別の例として、高エンタルピーはト
ーチの作業圧力を増圧させること、例えばプラズマの流
れをノズル又はその種の他のもので制限して達成でき
る。作業トーチのエンタルピーは１＃アークガス当り少
くとも約４，２００ＢＴＵ、好ましくはアークガス１＃
当り約４，８００ＢＴＵ以上の範囲であることである。
最も好ましくは、エンタルピーの範囲がアークガス１＃
当り約６，０００ＢＴＵ乃至約１０，０００ＢＴＵ以上
であること。従って、ガスのエンタルピーをアークガス
１＃当り約４，２００ＢＴＵ以上に維持されると収量が
向上するが、好ましくは、エンタルピーをアークガス１
＃当り約４，８００ＢＴＵ以上、最も好ましくはアーク
ガス１＃当り約６，０００乃至１０，０００ＢＴＵの範
囲内であることである。この範囲内においては、電極の
寿命は十分であり、更にトーチによる内部熱損失は許容
できる。

【００１０】エンタルピーを増加させるには、トーチの
作業電流を増加させるか、二酸化炭素、メタンと水素か
らなる群より選ばれるガスを、使用された全アークガス
の約１乃至１２％の量で、固定電流で加えるかにより達
成できる。アークガスのエンタルピーの増加も、プラズ
マトーチを増圧により運転することでも可能である。

【００１１】図１を参照して、本発明の方法では、ドロ
スを計量して炉１０に装填する。前記ドロスの炉への装
填後、プラズマトーチ３０を炉の位置に持込み、ドロス
を溶融状態になるまで加熱する。溶融遊離アルミニウム
を回収する。前記炉からの約９９％酸化アルミニウムで
あるダストをバックハウスに通して回収する。炉壁に形
成するスラグを炉から掻き取り好ましくは炉に追加のド
ロスと再装填することである。

【００１２】移行式アークもしくは非移行式アークプラ
ズマトーチのいずれかが備われば、どのような形の炉の
構成も利用できるが、図２と３に示すように、好ましい
炉は非移行式アークプラズマトーチの備わる傾斜、回転
式炉であることが好ましい。従って、炉は、電動機（図
示せず）でレール１５の上をベルト１６とプーリー１８
により駆動する骨組１４上で回転する回転ドラム１２か
らなる。図２と３で更に示すように、トーチ３０を支持
するドラムはエアシリンダー２２が作動させる転心２０
の回りで傾けて、アルミニウムを都合よく回収させる。
従って、プラズマトーチへの供給管路は軟質にする必要
がある。

【００１３】プラズマトーチ３０を炉１０のカバー２６
に回動自在に配置する。骨組３２に取り付けたトーチの
適当な位置への垂直移動はエアシリンダー３４により行
なわれる。いったん炉の適当な位置に入ると、トーチは
炉内で前後に揺動して、前記エアシリンダー３８の作動
により転心３６の回りの全炉域をカバーできる。ドラム
１２を回転させるため、トーチを前記ドラムと関係なく
配置できる。

【００１４】本発明の方法により操作できるプラズマト
ーチは、ノースカロライナ州ラーレイのプラズム．エネ
ルギ社（ＰｌａｓｍａＥｎｅｒｇｙＣｏｒｐｏｒａ
ｔｉｏｎ）もしくは他社の市場で入手できる移行式又は
非移行式のものである。適当なトーチは米国特許第４，
３８３，８２０号と、米国特許第４，５５９，４３９号
にも記述されている。適当な移行式アークトーチの単純
化した横断面を図面の図４に示す。図示のように、移行
式アーク方式による運転に設計されたトーチには、電極
４０、コリメーター４２、うず発生装置４４、トーチ機
構の冷却用水入力手段４６と水出力手段４８が備わる。
ガス入力手段４３はガスを電極４０とコリメーター４２
の間にあるうず発生装置４４に供給する。プラズマ発生
装置における炉底と加熱されるドロスは電極４０からの
移行アーク受入れの接地用導体として機能する。図２に
示すように、トーチに対する水・ガスのマニホールドと
給電は電力・水接続箱に供給され、その後、トーチに送
られる。空気アークガスは前記うず発生装置とコリメー
ターの間でイオン化される。

【００１５】

【実施例】本発明は次の実施例で更に明確に規定され
る。実施例１ほぼ６０％のアルミニウムを含む２．５トン（５，００
０ポンド）のアルミニウム合金ドロスを回転炉１０に充
填した。アークガス１＃当り６，４４４ＢＴＵのプラズ
マガスエンタルピーを発生し、前記プラズマエネルギー
社の製造になるＰＴ２５０Ｎ非移行式アークプラズマト
ーチ３０を適当な位置に降ろして、エアシリンダー３８
で炉ドラム１２の底のほぼ中心に接触するよう方向づけ
る。電力、冷却水と９％のＣＯ_２で補われた空気アーク
ガスをトーチ３０に供給した。前記炉ドラム１２を回転
させながら、充填物を加熱して溶融状態にし、その後、
加熱を２０分間継続した。そこでトーチを抜き取り、溶
融したアルミニウムを前記炉ドラムを傾斜させて排出す
る。前記５，０００ポンドの装填材料は２，８８０ポン
ド（１．４４トン）の純粋合金アルミニウムを生成させ
た。スラグをドラムの底から掻き出すと２，１７０ポン
ド（約１．０９トン）の酸化アルミニウムが得られる。
そのうえ、５０ポンド（２５Ｋｇ）の酸化アルミニウム
が前記バックハウスから回収された。全重量の増加は酸
化物の形で存在する酸素によるものである。実施例２実施例１の方法を反復した。しかし、この場合、アーク
ガスはプラズマガスエンタルピーがアークガス１＃当り
４，９００ＢＴＵの空気であった。同じ１時間加熱での
回収は次の通りであった：２、６７０ポンド（約１．３
４トン）の純アルミニウム合金；２，３５０ポンド（約
１．２８トン）のスラグと５０ポンド（約２５Ｋｇ）の
ダスト。実施例１では更に７％もの利用できるアルミニ
ウムが回収できるというおまけの利点がある。

【００１６】アークガスとして高エンタルピー空気を用
いる利点は図５に示されたエンタルピー分布で更に説明
される。図５を参照して、通常のトーチにおける標準エ
ンタルピー作業温度範囲は、約８６乃至８７％の遊離ア
ルミニウムの回収率パーセントを提供するアークガス１
＃当り約４，０００ＢＴＵ以下である。実施例２に示さ
れるように、アークガス１＃当り４，９００ＢＴＵのエ
ンタルピーが８９％の回収率パーセントを提供する。ア
ークガス１＃当り６，４４４ＢＴＵのエンタルピーは９
６．５％の回収率パーセントを提供する。アークガス１
＃当り８，６００ＢＴＵのエンタルピーでは９８％の回
収率パーセントが得られる。従って、確認された通り、
わずかなエンタルピーの変化が不釣合いな増加を収量に
与える。

【００１７】

【発明の効果】前述の実施例では、アルミニウム回収は
アルミニウムドロスからであった。しかし、アルミニウ
ムスクラップからも同等の改良が達成できる。そのう
え、空気が、その経済性のため、好ましい酸化アークガ
スであるが、空気への添加剤として他のガスを使用して
全プラズマガスエンタルピーを増加させることが可能で
ある。エンタルピーのガス装填材料添加に有効なガスに
はＣＯ_２、ＣＨ_４とＨ_２が含まれている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法の工程系統図である。

【図２】本発明の方法で用いられる炉、プラズマアーク
トーチと供給系統の略図である。

【図３】図２に示された炉とプラズマトーチの側面図で
ある。

【図４】本発明で用いられるプラズマアークトーチの略
横断面図である。

【図５】空気をアークガスとして用いるエンタルピーの
分布をアークガスにＣＯ_２を添加するものと添加しない
ものの双方で示す図である。

【符号の説明】

１０炉１２回転ドラム１４骨組１５レール１６ベルト１８プーリー２０転心２２エアシリンダー２６カバー３０プラズマアークトーチ３２骨組３４エアシリンダー３６転心３８エアシリンダー４０電極４２コリメーター４３ガス入力手段４４うず発生装置４６水入力手段４８水出力手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウムドロスもしくはアルミニウ
ムスクラップから遊離アルミニウムを回収する方法で、
アルミニウムドロスもしくはアルミニウムスクラップ
を、プラズマアークトーチを装備した炉に装填して、前
記装填材料を加熱する工程と；アークガス１＃当り少く
とも約４，２００ＢＴＵのエンタルピーで空気プラズマ
により発生させたプラズマエネルギーを前記装填材料に
付与して加熱する工程と；前記加熱を前記装填材料が溶
融するまで加熱を継続する工程と；前記溶融状態にある
遊離アルミニウムを前記炉から取り出す工程と；からな
る遊離アルミニウムの回収法。
【請求項２】前記空気をＣＯ_２と混合してエンタルピ
ーを増加させることを特徴とする請求項１の回収法。
【請求項３】前記空気をメタンと混合してエンタルピ
ーを増加させることを特徴とする請求項１の回収法。
【請求項４】前記空気を水素と混合してエンタルピー
を増加させることを特徴とする請求項１の回収法。
【請求項５】前記エンタルピーがアークガス１＃当り
約４，８００ＢＴＵ以上であることを特徴とする請求項
１乃至４のいずれか１項の回収法。
【請求項６】前記エンタルピーがアークガス１＃当り
約６，０００乃至１０，０００ＢＴＵの範囲内であるこ
とを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項の回収
法。
【請求項７】プラズマでドロスを処理する方法で： (a) 金属酸化物外殻が囲繞する遊離金属からなるドロス
を約３００℃以下の温度で炉に供給する工程と； (b) 前記ドロスを含む前記炉にプラズマに供給して、前
記ドロスを加熱する工程と；前記プラズマエネルギーが
アークガス１＃当り少くとも４，２００ＢＴＵのエンタ
ルピーを備え、それにより前記ドロスの前記金属酸化物
外殻が、前記外殻を破裂させるだけの十分な温度に達し
てから、前記外殻の中の金属を約９５０℃の温度以上に
加熱して、溶融金属を前記外殻の中から放出させる工程
と； (c) 前記遊離金属を前記炉から回収する工程と；からな
るドロスの処理法。
【請求項８】前記空気をＣＯ_２と混合してエンタルピ
ーを増加させることを特徴とする請求項７の処理法。
【請求項９】前記空気をメタンと混合してエンタルピ
ーを増加させることを特徴とする請求項７の処理法。
【請求項１０】前記空気を水素と混合してエンタルピ
ーを増加させることを特徴とする請求項７の処理法。
【請求項１１】前記エンタルピーがアークガス１＃当
り約４，８００ＢＴＵ以上であることを特徴とする請求
項７乃至１０のいずれか１項の回収法。
【請求項１２】前記エンタルピーがアークガス１＃当
り約６，０００乃至１０，０００ＢＴＵの範囲内である
ことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項の回
収法。