JPS6124457B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカルボテルミツク法（carbothermic
process）で製造したアルミニウムの処理方法に
かかり、特にかかるアルミニウムのアルミニウム
カーバイド含量を低減させる方法に関するもので
ある。

カルボテルミツク法によるアルミニウムの製造
は古くから知られており、この一般的方法を記載
している多くの特許ならびに文献が存在する。カ
ルボテルミツク法は電気炉でアルミニウムオキサ
イド含有化合物を還元剤、通常はカーボンアルミ
ニウムカーバイドあるいはその混合物と反応させ
アルミニウムオキサイドを金属アルミニウムに還
元するものである。第１印象としてはこの反応は
極めて単純なアルミニウムオキサイドからアルミ
ニウムへの還元であるように思われるが、通常の
カルボテルミツク法では実質的に純粋なアルミニ
ウムは得られず炉から得られる生成物はアルミニ
ウムカーバイドで汚染されたアルミニウムである
という事実に苦しめられてきた。アルミニウムカ
ーバイドによる汚染度は実施されるカルボテルミ
ツク法によりことなるが通常のカルボテルミツク
法では10〜20重量％のアルミニウムカーバイドに
より汚染されたアルミニウムが得られる。

容易に理解しうる如く工業的純アルミニウムの
今日の基準ではアルミニウムカーバイドが多量に
存在することが許さず、大部分のカルボテルミツ
ク還元法で得られる炉生成物はアルミニウムカー
バイド含量を許容レベルまで低減するためさらに
処理工程に付す必要がある。カルボテルミツク還
元炉の生成物からアルミニウムカーバイド含量を
低減させるため当業分野の多くの研究者により非
常に多くの方法が従来提案されてきたが一般にこ
ういつた方法はカルボテルミツク還元法で工業的
純アルミニウムを製造するため今日実用化されて
いる工業的方法がない事実からも明らかなように
時間がかかり、高価で経済的に実施不能なもので
ある。

アルミニウムカーバイド含量を低減させる問題
での注目すべき点の一つはカルボテルミツク還元
法で製造されるアルミニウム炉溶融体を単に冷却
させアルミニウムカーバイドマトリツクスを形成
させ、このアルミニウムカーバイドマトリツクス
を溶融体表面でアルミニウムから掬取り、このア
ルミニウムを任意の適当な方法、例えば傾斜法で
取り出すことにより、少なくとも１部のアルミニ
ウムのアルミニウムカーバイド含量を低減させる
ことは比較的容易であることが知られているとい
うことである。この方法で取出されるアルミニウ
ムはアルミニウムカーバイド含量が非常に少なく
なつているがごく少量のアルミニウムしか回収し
得ない。機械的作業を利用することによりカルボ
テルミツク還元法でアルミニウムの収率を向上さ
せることも知られている。この種の方法では可動
装置を非常な高温および腐食性条件に非常なスト
レスの下でさらすものである。

またアルミニウムカーバイド汚染物の量を減ら
しうる金属塩と共にとかすような方法もあるが、
溶融塩が除去されるカーバイドと混合し、カーバ
イドを炉に循環しうるように塩から分離するのが
高価である。このような循環を行なわないと、ア
ルミニウム製造のため工業的に実施されている従
来法に比し電力消費および炉の大きさの点で不経
済である。

本発明はアルミニウムカーバイドで汚染された
アルミニウム混合物の溶融状態のものをある種の
ガスでアルミニウムカーバイドと反応しあるいは
アルミニウムカーバイドに作用してアルミニウム
をつつみこむアルミニウムカーバイドマトリツク
スの形成を防止するようなものと単に接触させ、
実質的に純粋なアルミニウムを回収する新規方法
である。本発明方法によるガスでの処理はアルミ
ニウムおよびアルミニウムカーバイドの溶融体中
にガスを通過せしめて行なわれる。これはアルミ
ニウムおよびアルミニウムカーバイドの混合物を
適当な受器で多くの噴出孔あるいは入口群のもう
けられているものの中に注入し、これら入口を通
じ特定の反応性ガスあるいはガス混合物を加圧下
に通過させガスが溶融体中を通りアルミニウムカ
ーバイドと反応するようにすることにより実施す
るのが好都合である。こういつた入口群の数およ
び大きさは何ら臨界的ではなく、ただガスが溶融
体中を通りアルミニウムカーバイドに作用し、そ
れと反応しうればよい。

別法としては高速のガス流をアルミニウム−ア
ルミニウムカーバイド混合物に衝突させ貫通させ
ることである。この方法の適当な例としては空気
雰囲気中でプラズマトーチを操作しまたラーンス
（lance）を利用するものである。この方法によれ
ば周囲に存在する空気をアルミニウム−アルミニ
ウムカーバイド溶融混合物中に同時に引き込み貫
通させることができる。

アルミニウムとアルミニウムカーバイドの混合
物を単に空気中で加熱し空気がその表面に接触す
るだけであれば、アルミニウムカーバイド含量の
有効な低減は達成されないことが理解されるべき
である。本発明では反応性ガスが溶融体中も通り
アルミニウムカーバイドと反応しアルミニウム−
アルミニウムカーバイドマトリツクスの形成を防
止するようにすることを必要とする。

本発明の新規方法に利用されるガスは狭い範囲
に限られるものではなく、酸素例えば空気の形の
もの、一酸化炭素、二酸化炭素あるいは水蒸気を
含むものと述べることにより特徴づけられる。酸
素および／または酸化性化合物例えば一酸化炭
素、CO₂あるいはH₂Oが存在する限りにおいてガ
ス混合物中には他の成分が必要であることが理解
さるべきである。例えば反応性ガスは酸素あるい
は一酸化炭素と不活性ガス例えば窒素、アルゴン
等との混合物でありうる。本発明において空気が
有用である。場合によつては反応性ガス混合物に
不活性ガスとして塩素あるいは他のハロゲンの如
きものを含有せしめうる。しかしながらこの場合
塩素の濃度は低濃度すなわち全混合物の約20重量
％以下に制御し残つたものをさらに化学処理する
ことなく還元炉に直接循環しうるようにするとが
極めて重要である。塩素は炉に直接循環し得ない
生成物を与えるようにアルミニウムカーバイドお
よびアルミニウムと反応するので、100％の塩素
は本発明の範囲内ではないことが直ちに理解され
よう。本発明の新規方法で使用可能な塩素含有ガ
ス混合物の１例は窒素、一酸化炭素および塩素の
混合物で塩素が全混合物の約10重量％のものであ
る。

上述した不活性ガスは、本発明で使用する上述
した酸素含有ガスの稀釈剤として使用できる。本
発明で使用する酸素含有酸化性ガスは純粋な形で
使用する必要はなく、多くの場合不活性ガスで稀
釈することができる。不活性ガスと混合して得ら
れる利点は稀釈されたガスを使用できるという経
済的な利点がある。

本発明方法を実施する際の温度も狭い範囲に限
定されるものではなくアルミニウム−アルミニウ
ムカーバイド混合物を液体状態に保つに充分な高
温であれば良い。最高温度はアルミニウムと共に
溶解しているアルミニウムカーバイドの始めの量
により決定される。例えばアルミニウムと共に溶
解しているAl₄C₃が20％の場合にはガス処理の初
期温度は約2100℃でなくてはならない。初めのカ
ーバイド量２％の場合、最高温度は1600℃程度で
ある。極めて明らかなことに、アルミニウムが大
気に蒸発して失われることを防止するために過度
の高温はさけねばならない。一般に660〜2100
℃、より好まくは700〜1600℃の温度を用いるの
が有効である。使用されるガスの量も狭い範囲に
限られるものではなく、所望の結果を得るには任
意の好都合な流量を用いることができる。一般に
流量が低いと、ガスがアルミニウムカーバイドと
反応しマトリツクスの形成を防止するのに長時間
を要するという極めて簡単な理由で反応完結に長
時間を必要とする。また流量があまりにも大きす
ぎると反応に有害ではないが、存在するアルミニ
ウムカーバイドと反応しうる速度よりも早くガス
が混合物中を通過するのでむだになる。また、あ
る種のガスは他のものよりもさらに有効であるた
め、利用される正確な流量はまた使用されるガス
の種類によつてことなる。しかしながら一般に、
脱炭さるべき溶融体100ｇ当たり毎分約0.02〜約
５、好ましくは毎分0.04〜0.06の流量がアル
ミニウムカーバイド汚染物を低減させる上で充分
であることが見出されている。

上述の温度範囲内でガスを通じつつアルミニウ
ム．アルミニウムカーバイド溶融体を冷却させる
方が好ましいことは極めて明らかであるが、本発
明にかかるガス処理は実質的に一定温度で実施可
能であることが理解される。

またガスの流量は必ずしも連続的でなくてもよ
く所望により間けつ的操作を行なうことも可能で
あることが理解さるべきである。すなわち、ガス
をある間隔をおいて仕込むことができる。またガ
ス流量は一定でなくともよく条件に応じ大にした
りまた小にすることもできることが理解さるべき
である。

本発明の新規方法を実施する時間も狭い範囲内
に限定されるものではなくアルミニウムカーバイ
ド量が許容レベルに減少するまで実施されるのは
当然である。反応実施時間を決定する因子には利
用される酸化性ガスの流量ならびに温度、カーバ
イド汚染物の量が包含される。アルミニウムカー
バイド汚染物が所望レベに減少した点まで反応が
進行したことはサンプリング法により容易に決定
しうることは極めて明らかである。

反応性ガスあるいはガス混合物がアルミニウム
カーバイドにどのように影響をおよぼすかについ
ては完全には理解されていないが、アルミニウム
カーバイドで汚染されたアルミニウムを本発明の
新規方法に従い接触させた場合アルミニウムカー
バイドはアルミニウムから容易に分離しうるよう
変化をうけることが見出されている。この変化
は、アルミニウムカーバイドが通常フオームの形
でアルミニウム生成物から分離され、アルミニウ
ム塊から任意の常法例えば掬取りおよび／または
傾斜法で除かれる事実により明らかである。

本発明の特に顕著な利点の一つはアルミニウム
カーバイドを含む反応生成物例えば前述のフオー
ムはさらに化学処理を施すことなく還元炉に直接
循環しうる点である。容易に理解しうる如く、更
に化学的処理を行なうことは高価で時間も要し操
作の全体的経済性も悪くするのでこの利点は極め
て重要である。この点はアルミニウム除去後に残
渣を高価な化学処理なしでは直接還元炉に循環し
得ないあるいは循環しなかつた融剤を利用する従
来法と容易に区別される点である。

本発明の新規方法の特に好ましい１具体例では
処理さるべきアルミニウムに約５重量％内のアル
ミニウムカーバイド汚染物が存在するにすぎない
ものが用いられる。アルミニウムカーバイドの％
がこの程度の供給材料を本発明の新規方法に従い
処理した場合アルミニウムカーバイドは容易に分
離可能の形に変えられ、アルミニウムを工業的純
アルミニウムの仕様書に合致する形で回収しうる
ことが見出されている。

実施例 １ 3.12ｇのアルミニウムカーバイドで汚染された
アルミニウム186.88ｇ混合物（アルミニウムカー
バイド1.64重量％）を溶融し、溶融状態にある間
に毎分0.5の流量で10分間トライガスで処理し
た。この間の温度は1045℃であつた。10分間の処
理後、金属を注出しアルミニウムカーバイド含量
を分析した。

アルミニウムカーバイド量は極めて少なく検出
限度以下すなわち0.2％より小であつた。同じ試
験でガスを通じない電解金属サンプルは0.2％ア
ルミニウムカーバイドを示した。

トライガス……80重量％窒素 10重量％塩素 10重量％一酸化炭素 実施例 ２ 401ｇのアルミニウムと８ｇのアルミニウムカ
ーバイド（約２重量％のアルミニウムカーバイ
ド）の仕込み物を1510℃に加熱し撹拌して均質に
した。空気をこの溶融体に毎分0.6の割合で４
分間吹きこんだ。

サンプルを1100℃に冷却しスキムした。空気を
再び毎分0.7の割で１分間吹きこんだ。溶融体
をスキムし冷却させた。

生成物を分析したところアルミニウムカーバイ
ド含量が0.73重量％に低減したことが判つた。

実施例 ３ 4474ｇのアルミニウム44ｇのカーボン微粉末
（約４重量％のアルミニウムカーバイドを生成す
る充分な量）の仕込み物を1740℃に加熱し撹拌し
て均質化した。この溶融体中に二酸化炭素を毎分
約２の割合で32分間吹きこみ、この際溶融体温
度は1000±25℃であつた。

溶融体容器を水平位置から傾け665ｇの生成物
を流し生した。これは約1000℃で出発物質の14.7
％にあたる注下可能生成物であつた。注下生成物
の分析でアルミニウムカーバイド含量は0.89重量
％に低減していることが判つた。

実施例 ４ 4452ｇのアルミニウムおよび44ｇのカーボン
（約４重量％のアルミニウムカーバイドを生成せ
しむるにたる量）の仕込み物を1910℃に加熱し撹
拌して均質化させた。この溶融体中に二酸化炭素
を毎分約２の割合で３分間吹きこんだが、溶融
体温度は1000±25℃であつた。

溶融体容器を水平位置から傾け400ｇの生成物
を流し出した。これは約1000℃で出発物質の8.9
％の注下可能生成物であつた。注下生成物を分析
しアルミニウムカーバイド含量が0.44重量％に減
じていることが判つた。

実施例 ５ 4452ｇのアルミニウムと44ｇのカーボン微粉末
（約４重量％のアルミニウムカーバイドを生成す
るに充分な量）の仕込み物を1810℃に加熱し撹拌
して均質化した。水蒸気（スチーム）をこの溶融
体に毎分約２の割合で15分間吹きこんだが、溶
融体温度は1000±25℃であつた。

溶融体容器を水平位置から傾け1159ｇの生成物
を流し出した。これは約1000℃で出発物質の25.7
％の注下可能生成物であつた。

注下生成物の分析でアルミニウムカーバイド含
量が1.26重量％に低減していることが判つた。

実施例 ６ 4425ｇのアルミニウムと44ｇのカーボン微粉末
（約４重量％のアルミニウムカーバイドを生成す
るに充分な量）の仕込み物を1765℃に加熱し撹拌
して均質化した。水蒸気（スチーム）をこの溶融
体中に毎分約２の割合で10分間吹きこんだが、
溶融体温度は1075℃であつた。

溶融体容器を水平位置から傾け1577ｇの生成物
を流し出した。これは約1000℃で出発物質の35.3
％の注下可能生成物であつた。注下生成物の分析
でアルミニウムカーバイド含量が1.43重量％に低
減されていることが判つた。

実施例 ７ 4489ｇのアルミニウムと44ｇのカーボン微粉末
（約４重量％のアルミニウムカーバイドを生成す
るに充分な量）の仕込み物を1730℃に加熱し、撹
拌して均質化した。一酸化炭素（85％）−塩素
（15％）のガス混合物（重量％）をこの溶融体中
に毎分約２の割合で12分間吹きこんだが、溶融
体温度は1000±25℃であつた。

溶融体容器を水平位置から傾け、658ｇの生成
物を流し出した。これは約1000℃で出発物質の
14.5％の注下可能生成物であつた。

注下生成物の分析でアルミニウムカーバイド含
量が0.79重量％に低減されていることが判つた。

実施例 ８ ３重量％のアルミニウムカーバイドで汚染され
ているアルミニウムからなる仕込み物を約900℃
で流動可能になるよう空気雰囲気中プラズマトー
チの作用にさらし、空気をトーチの吸い込み作用
により吹き込んだ。アルミナ、アルミニウムカー
バイドおよびアルミニウムからなる残渣をスキム
し、仕込み物の約60％（重量）をアルミニウムカ
ーバイド含量0.2％以下の注下可能アルミニウム
として回収した。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 20重量％までのアルミニウムカーバイド
   で汚染されているアルミニウムを流動状態に保
   つた充分な高い初期温度で溶融体になし、 (b) この溶融体に、酸素、空気、二酸化炭素、ス
   チーム、あるいは一酸化炭素を含有するガスを
   アルミニウム−アルミニウムカーバイドマトリ
   ツクスの形成が阻止されるに充分時間吹きつけ
   アルミニウムカーバイドがアルミニウムから容
   易に分離されうるようになし、 (c) このアルミニウムカーバイドを溶融アルミニ
   ウムから分離することを特徴とするカルボテル
   ミツク法で製造したアルミニウムの処理方法。 ２ 上記ガスが１種以上の不活性ガスと混合物で
   あり、不活性ガスとして塩素を含有する場合には
   塩素が20重量％以下含有されている特許請求の範
   囲第１項記載の処理方法。 ３ 入口群が設けられている受器中にアルミニウ
   ムカーバイドで汚染されたアルミニウムを注入し
   上記入口群を通じ前記のガスを加圧下に送りガス
   が溶融体ボデー中を通るようにして溶融体が作ら
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 ４ (a) 20重量％さでのアルミニウムカーバイド
   で汚染されているアルミニウムを流動状態に保
   つた充分な高い初期温度で溶融体になし、 (b) この溶融体に、酸素、空気、二酸化炭素、ス
   チーム、あるいは一酸化炭素を含有するガスを
   アルミニウム−アルミニウムカーバイドマトリ
   ツクスの形成が阻止されるに充分時間を吹きつ
   けアルミニウムカーバイドがアルミニウムから
   容易に分離されうるようになし、 (c) このアルミニウムカーバイドを溶融アルミニ
   ウムから分離することを特徴とするカルボテル
   ミツク法で製造したアルミニウムの処理方法に
   おいて、分離されたアルミニウムカーバイドが
   さらに化学処理を加えることなく直接還元炉に
   循環させることを特徴とする方法。