JPH0770664A - Ａｌスクラップの精製方法および再利用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 容器１にＡｌスクラップ溶湯６を収容し、該
溶湯に冷却体５を浸し、更に冷却体５に振動を付与しな
がら液相線以下でかつ固相線以上の温度まで冷却させる
ことで発生させたＡｌ晶出物をＡｌスクラップ溶湯６中
に分散させ、次いで押し固め板２を下降させて、Ａｌ晶
出物の集積体と濃化液相とを形成し、更に押し固め板２
の下部面に対し２〜１５ＭＰａの圧力に相当する荷重を
付与することで押し固めたＡｌ晶出物を残りの液相部分
から分離して回収するＡｌスクラップの精製方法。 【効果】 Ａｌスクラップ中の不純物を効率良く除去で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＡｌスクラップの精製方
法に関し、特にブレージングシートスクラップからの偏
析法によるＳｉの除去に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年のＡｌ材料の需要増大は同時にＡｌ
スクラップ量の増大も招き、資源保護と環境保護の観点
からそのリサイクルの必要性が叫ばれつつある。一般に
Ａｌスクラップは合金組成毎に区別されて収集されると
は限らず、また収集されたＡｌスクラップから合金組成
が異なるものを仕分ける作業もコストの観点からあまり
行われていないのが現状である。或いはＡｌ製ラジエー
タを構成するブレージングシートのように、クラッド材
であるためその分離が容易ではないものもあった。従来
このような理由から再生Ａｌは有害な不純物が多く含ま
れたままの低級Ａｌ材として再利用される場合が多く、
Ａｌ資源の有効なリサイクルがなされていたとはいえな
かった。また、価値の高い再生Ａｌ材を得るための精製
処理は現状ではその精製コストが高く、実用的ではなか
った。

【０００３】ところでＡｌの精製方法として結晶分離法
（偏析法等ともいう）が知られ、これを利用したＡｌの
精製方法が種々提案されている。結晶分離法の原理自体
は既に周知技術となって久しく、２種以上の成分を含む
金属の溶湯を冷却していった際、初期に発生する晶出物
を分離することで純度の高い金属を得る、という方法で
ある。例えばＡｌ−Ｓｉ合金の場合、冷却させると該Ａ
ｌ−Ｓｉ合金より純度が高いＡｌ結晶が晶出する。そこ
でこの晶出物を分離すれば当初のＡｌ−Ｓｉ合金より純
度が高いＡｌが得られる、というわけである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】Ａｌ溶湯を冷却させて
発生したＡｌ晶出物を分離する、という結晶分離法を利
用したＡｌの精製方法として例えば特公昭50-20536、特
開昭58-167733 、特開昭58-181834 等が開示されてい
る。これらの方法は何れも、容器に収容したＡｌ溶湯中
に発生したＡｌ晶出物が該容器下部に沈積した後、その
沈積したＡｌ晶出物を押し固めて該溶湯から取り出すと
いうものである。

【０００５】しかしここで開示された方法においては精
製すべきＡｌ材料は主にＡｌが９９．５ｗｔ％以上の純
Ａｌ系の地金であり、ブレージングシートスクラップの
ようにＳｉを数ｗｔ％含有したＡｌスクラップが対象で
はない。上記従来の方法でＳｉ濃度が高いＡｌスクラッ
プを精製しようとすると、高濃度のＳｉのためにＡｌ晶
出物はデンドライト状になる傾向が強くなり、デンドラ
イト間隙や結晶粒間に捕捉されるＳｉ量が増大化してし
まう。このため該Ａｌ晶出物を押し固めてもＳｉの除去
が不十分になっていた。このように、上記開示された精
製方法は、ブレージングシートスクラップのようにＳｉ
を数ｗｔ％含有したＡｌスクラップに対しては不向きな
方法であった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる状況に鑑
み、鋭意研究を行った結果なされたもので、その目的
は、結晶分離法を利用したＡｌスクラップの精製方法に
おいて、ブレージングシートスクラップのようにＳｉを
数ｗｔ％含有したＡｌスクラップに対しても効率的に精
製可能な方法を提供することにある。即ち、容器にＡｌ
スクラップからなる溶湯を収容し、該溶湯中に冷却体を
浸し、該冷却体に振動を付与しながら該溶湯を液相線以
下でかつ固相線以上の温度まで冷却することで、該溶湯
中にＡｌ晶出物を発生させ、次いで該容器の上部から押
し固め板を下降させて該容器下部に該Ａｌ晶出物を集積
させ、更に押し固め板の下部面に対し２〜１５ＭＰａの
圧力に相当する荷重を付与することで押し固めたＡｌ晶
出物を残りの液相部分から分離して回収することを特徴
とするＡｌスクラップの精製方法である。また前記Ａｌ
スクラップからなる溶湯がＳｉを０．５〜１０ｗｔ％含
むＡｌ合金であることを特徴とする請求項１記載のＡｌ
スクラップの精製方法である。更に請求項１または２記
載の精製方法により得られ、回収されたＡｌ晶出物およ
び／または残りの液相部分を、他の原料Ａｌ溶湯と混合
することを特徴とするＡｌスクラップの再利用方法であ
る。

【０００７】

【作用】本発明のＡｌスクラップの精製方法について、
例としてＡｌ−Ｓｉ合金を処理すべきＡｌスクラップと
して説明する。液相線温度以上に加熱したＡｌスクラッ
プからなる溶湯を容器に入れ、この溶湯を液相線温度以
下でかつ固相線温度以上に冷却すればＡｌ晶出物が発生
する。このＡｌ晶出物は冷却させる前の当初の溶湯より
Ｓｉ量が少なくなったものである。一方まだ溶湯状態で
ある残りの溶湯は、冷却させる前の溶湯よりＳｉ量が多
い濃化液相になっている。この状態で押し固め板を下降
させれば、押し固め板と該容器底部の間にＡｌ晶出物が
集積し、一方押し固め板の上方には濃化液相が残ること
になる。

【０００８】しかし濃化液相は主にデンドライト間隙や
結晶粒間に濃化液相が取り込まれた状態でＡｌ晶出物の
集積体の中にも残存している。この集積体に圧力を掛け
ればＡｌ晶出物の集積体中に取り込まれた濃化液相を前
記集積体の外に排出させることができる。前記集積体に
圧力を掛けるには、前記押し固め板に荷重を付与すれば
よい。押し固め板に付与する荷重として、その荷重の値
を押し固め板の下部面の面積で割った値（押し固め板の
下部面に掛かる圧力の平均値に相当する。以下、この値
を圧力値と称する）が２〜１５ＭＰａになるようにする
ことが望ましい。それは次の理由による。

【０００９】前記荷重は大きい程、Ａｌ晶出物の集積体
のかさ体積が小さくなるため、集積体中に取り込まれた
濃化液相の排出が促進される。しかし圧力値が２ＭＰａ
未満に相当する荷重を押し固め板に付与しても、デンド
ライト間隙や結晶粒間に存在するＳｉ濃化液相の排出が
十分にはならず、一方１５ＭＰａを越えてもＳｉ濃化液
相の排出効果の向上は望めないからである。

【００１０】請求項１記載の発明のように、該溶湯中に
冷却体を浸し、これを振動させながら冷却することで、
該冷却体表面に発生したＡｌ晶出物が該冷却体表面から
離れる。こうして該冷却体表面から離れたＡｌ晶出物は
該溶湯中に均一に分散する。均一に分散したＡｌ晶出物
を押し固め板を下降させることで集積させたＡｌ晶出物
の集積体は、Ａｌ晶出物の分布に差が少なく、従って更
に押し固め板に荷重を掛けた際、容易に濃化液相が集積
体の外に排出する。また該溶湯の冷却速度は２０℃／ｍ
ｍ² 以下であることが望ましく、そのため冷却体の冷却
速度も十分に遅くすることが望ましい。なぜなら該溶湯
の冷却速度が２０℃／ｍｉｎを越えると発生したＡｌ晶
出物が冷却体表面に付着し、振動させても離れにくくな
るからである。

【００１１】また容器の外周から冷却していく通常の冷
却方法では、発生するＡｌ晶出物が該容器壁面に付着し
てしまいやすく、押し固め板を該容器中で下降させる際
に、その下降動作に支障をきたしやすい。一方、請求項
１記載の冷却方法では、Ａｌ晶出物が容器壁面に付着し
にくいので、押し固め板を該容器中で下降させる際に、
その下降動作に支障をきたすことはない。

【００１２】押し固めたＡｌ晶出物の集積体を押し固め
板の上方に残る濃化液相から分離するには、例えば押し
固め板の上方に残る濃化液相が凝固する前に該濃化液相
を容器から取り出し、次いで押し固め板の下方に押し固
めたＡｌ晶出物の集積体を容器から取り出せばよい。或
いは、Ａｌ晶出物を押し固めた後、押し固め板を容器内
に保持したまま、若しくは容器内から取り出してから、
濃化液相が凝固するまで冷却させてＡｌ鋳塊を作る。こ
のＡｌ鋳塊を容器から取り出し、切断や溶断等によって
Ａｌ晶出物が押し固まった部分と濃化液相が固まった部
分とに分離する方法もある。

【００１３】押し固め板を容器内部で下降させた際、な
るべく多くのＡｌ晶出物が押し固め板の下部面と該容器
の底部との間に集積されることが望ましい。このために
は押し固め板は容器の垂直断面に対し、その全面をなる
べく覆う形状のものがよい。但し、濃化液相が該押し固
め板の上方に容易に移動できるように押し固め板と容器
の側面は十分な隙間が必要となる。或いは押し固め板に
１個または複数個の貫通孔を設けることも有効である。
押し固め板の材質は、なるべくＡｌ溶湯と反応しにくい
ものが望ましく、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＣ、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、黒
鉛等のセラミックや、ＳＵＳ３１６等のステンレス、或
いはＴｉ合金等が有効である。

【００１４】本発明の請求項２記載の発明において、前
記Ａｌスクラップからなる溶湯がＳｉを０．５〜１０ｗ
ｔ％含むＡｌ合金であることが望ましい。なぜなら０．
５ｗｔ％未満もしくは１０ｗｔ％を越えた場合、溶湯の
凝固温度範囲が狭くなり過ぎるからである。この場合、
該溶湯中でＡｌ晶出物の発生が不均一になりやすくな
る。

【００１５】

【実施例】

実施例１ 本発明例のＡｌスクラップの精製方法を図１、２を参照
しながら具体的に説明する。ここでは精製処理を施すＡ
ｌスクラップ溶湯６としてＪＩＳ規格のＡ３００３（芯
材）の両側に芯材の厚さに対して１５％の厚さをもつＡ
４３４３（ろう材）がクラッドされたブレージングシー
トを選んだ。これを溶解させたものは、Ａｌ−３ｗｔ％
Ｓｉ−０．９ｗｔ％Ｍｎになり、液相線温度は約６３９
℃、共晶線温度は約５７７℃であった。

【００１６】さて、このＡｌスクラップ溶湯６（温度６
６０℃）５０ｋｇを、内径３００ｍｍ、高さ５００ｍｍ
の円筒型の黒鉛製の容器１にいれた。Ａｌスクラップ溶
湯６の湯面は容器１の底部から約２６５ｍｍ程度の高さ
になった。また該容器１の周囲に配置したヒータ（図示
していない）によって容器内壁部分を６６０℃に保持し
てある。次に冷却体５（径１５０ｍｍの棒状体）をＡｌ
スクラップ溶湯６に浸し、先端が湯面から約５０ｍｍに
位置になるように配置した。この際冷却体５を該容器１
のほぼ中心軸に沿うように配置した。なお、冷却体５の
外壁は黒鉛で覆われ、その中に鉄製パイプが通されたも
ので、そのパイプに冷却水を流すことで冷却させるよう
になっている。

【００１７】またＡｌスクラップ溶湯６中で容器１の底
部から３０ｍｍの高さに配置した温度計（図示していな
い）の温度変化が１０℃／ｍｉｎ程度の速度になるよう
に、冷却体５の温度を緩やかに下げていった。この際、
冷却体５には振動を与えていた。そして前記温度計の示
す温度が６３１℃になった時点で、冷却体５をＡｌスク
ラップ溶湯６から引き抜いた。そしてスクラップ溶湯６
上部からセラミック製で径２８５ｍｍの円板（押し固め
板２）をゆっくり降下させた。押し固め板２は６８０℃
に加熱しておいた。該押し固め板２は該容器１の底部ま
で到達せず、該押し固め板２と該容器１の底部との間に
存在するＡｌ晶出物の集積体３により該押し固め板２は
停止した。

【００１８】該押し固め板２が停止した時点で、該押し
固め板２に荷重を付与した。その荷重の値を押し固め板
２の下部面（径２８５ｍｍの円）の面積で割った値（圧
力値と称する）を表１に示した（単位はＭＰａ）。前記
荷重を付与したまま２分間保持した後、押し固め板２を
容器１内に保持したまま容器１を室温まで冷却させた。
次いで容器１から凝固したＡｌ鋳塊を取り出し、Ａｌ晶
出物の集積体３が押し固まった部分に相当する部分と、
それ以外の濃化液相４が凝固した部分との界面を切断し
て分離した。前記界面の位置は前記押し固め板２の降下
位置から判断した。

【００１９】前述した集積体３が凝固した部分の重量測
定をすると共に、Ｓｉの含有率を化学分析によって測定
した。測定した重量を５０ｋｇで割った値に１００を掛
けた値をＡｌ晶出物回収率、前記Ｓｉ含有率を元の３ｗ
ｔ％から引き、その値を３ｗｔ％で割り更に１００を掛
けた値をＳｉ除去率とそれぞれ称し、それらの結果を表
１に示す（単位は％）。また比較例Ｎｏ１１は前記圧力
値が１ＭＰａである点以外は本発明例と同様で、また比
較例Ｎｏ６〜１０は冷却体を用いず容器壁面の温度を低
下させることで溶湯を冷却させた点以外は本発明例と同
様である。結果を表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１から明らかなように、同一圧力値であ
れば本発明例のＳｉ除去率は比較例に比べ高くなってい
る。これは押し固め板を下降させる際、Ａｌ晶出物の集
積体から濃化液相が排出されやすかったからであると思
われる。また、本発明例の場合と同様、溶湯の冷却に冷
却体を用いた比較例Ｎｏ１１は、前記圧力値が１ＭＰａ
と小さいため、Ｓｉ除去率が低くなった。

【００２２】No２の実施例では、Ａｌ晶出物回収率は６
５．７％、即ち３２．８５ｋｇの再生Ａｌが得られたこ
とになる。このNo２の再生Ａｌに更に本発明の精製処理
を施した結果、Ｓｉ含有率が０．４５ｗｔ％の再生Ａｌ
が１８．６ｋｇ得られた。このＳｉ含有率はＪＩＳ規格
のＡ３００３に規定されるＳｉ濃度を満足する。またこ
の際残った濃化液相１４．２５ｋｇと、No２において残
った濃化液相１７．１５ｋｇを混合し、この混合溶液に
本発明の精製処理を２回繰り返して施した結果、Ｓｉ含
有率が０．５３ｗｔ％の再生Ａｌが１０．７ｋｇ得られ
た。このＳｉ含有率もＪＩＳ規格のＡ３００３に規定さ
れるＳｉ濃度を満足する。こうして得られた再生Ａｌの
再利用は、例えばＡ３００３に規定される成分を満足す
るように、足りない成分を添加するだけで可能である。
またもっと高純度なＡｌと混合して再利用を図ることも
できる。

【００２３】

【効果】以上説明したように本発明のＡｌスクラップの
精製方法は、Ａｌスクラップ中に含まれるＳｉ等の不純
物を効率的に除去できる。従ってブレージングシート等
のＡｌスクラップを効率的に再生し、Ａｌ資源の有効利
用を促す等、工業上の貢献は顕著なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例および比較例のＡｌスクラップの精製処
理の途中図である。

【図２】実施例のＡｌスクラップの精製装置の説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 容器 ２ 押し固め板 ３ Ａｌ晶出物の集積体 ４ 濃化液相 ５ 冷却体 ６ Ａｌスクラップ溶湯

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大滝 光弘 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器にＡｌスクラップからなる溶湯を収
   容し、該溶湯中に冷却体を浸し、該冷却体に振動を付与
   しながら該溶湯を液相線以下でかつ固相線以上の温度ま
   で冷却することで、該溶湯中にＡｌ晶出物を発生させ、
   次いで該容器の上部から押し固め板を下降させて該容器
   下部に該Ａｌ晶出物を集積させ、更に押し固め板の下部
   面に対し２〜１５ＭＰａの圧力に相当する荷重を付与す
   ることで押し固めたＡｌ晶出物を残りの液相部分から分
   離して回収することを特徴とするＡｌスクラップの精製
   方法。
2. 【請求項２】前記Ａｌスクラップからなる溶湯がＳｉを
   ０．５〜１０ｗｔ％含むＡｌ合金であることを特徴とす
   る請求項１記載のＡｌスクラップの精製方法。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の精製方法により得
   られ、回収されたＡｌ晶出物および／または残りの液相
   部分を、他の原料Ａｌ溶湯と混合することを特徴とする
   Ａｌスクラップの再利用方法。