JPH0598362A

JPH0598362A - 金属の純化方法

Info

Publication number: JPH0598362A
Application number: JP28716191A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Yama; 善裕山; Koichi Ohara; 弘一尾原; Hideaki Kudo; 秀明工藤; Akira Yamazaki; 明山崎
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1991-10-07
Filing date: 1991-10-07
Publication date: 1993-04-20

Abstract

(57)【要約】【目的】金属溶湯を連続して効率よく純化する方法を
提供する。【構成】核生成室２内の溶湯４上部に配置した核生成
装置５により生成する高純度の初晶粒子８を、前記核生
成装置５の下方に捕捉帯６を走行させて捕捉し、この初
晶粒子８を捕捉した捕捉帯６を核生成室２内の溶湯４中
で圧縮して初晶粒子８間にトラップされた低純度融液９
を絞り出して除去し、引き続きこの捕捉帯６上の初晶粒
子８を、次の核生成室２内に溶湯４中をそのまま移送し
て溶解する。この操作を核生成室２を所要数連結して連
続して施す。【要約】高純度の初晶粒子８だけを次の核生成室２内へ金属溶湯
４内を通して連続的に移送するので、純化効率がよく、
エネルギーロスが少なく、しかも人手を要さず、依って
金属溶湯４の純化が連続的に効率良くなされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、偏析法による金属の純
化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の超小型化、精密化に伴
い、高純度金属をベースとする導電性、柔軟性、表面特
性等に優れた金属材料の開発が活発になされ、又省資源
の面からスクラップ金属の再利用を求める声が強く、こ
のような状況を背景に金属の純化技術の開発が急テンポ
で展開されている。金属の純化方法には、大別して電解
法と偏析法とがあるが、設備の規模や使用電力量等を考
慮するとコスト的に偏析法が有利である。偏析法とは溶
湯が凝固する時の溶質の分配法則を応用した純化方法
で、帯溶融法と凝固法とがある。ここで溶質の分配法則
を図５に示した金属の状態図を参照して説明する。溶質
濃度Ｃ₀の溶湯は、液相線温度Ｔ₁にまで冷却されると
溶質濃度Ｃ₁の初晶が晶出し、以下温度の低下に伴って
晶出物は固相線ａに沿って、又残液は液相線ｂに沿って
溶質濃度が次第に増加する。図５に示した状態図は、分
配係数Ｋ〔Ｋ＝液相線温度に達した時の（晶出物の溶質
濃度）／（初期溶質濃度）〕が１より小さい場合の金属
の状態図で、初晶の溶質濃度は元の溶湯の溶質濃度より
低いものとなる。不純物元素の大半はＫが１未満のもの
なので、以下、Ｋが１未満の不純物について話を進め
る。

【０００３】さて、前述の帯溶融法と凝固法のうち、帯
溶融法は金属棒の一端を部分溶融させ、この部分溶融部
を他端まで順次移動させて不純物を他端に濃縮する方法
であるが、この方法は精密な温度制御を要する上、純化
速度が遅いという欠点があった。この為、専ら凝固法の
技術開発に力が注がれ、例えば特公昭50-20536に示され
たような方法が提案された。この方法は図４に示したよ
うに、ルツボ21内に金属溶湯４を充満させ、この金属溶
湯４中に冷却装置22を浸漬し、この冷却装置22表面上に
初晶を晶出させ、この初晶を冷却装置22の外周に密着し
て移動する黒鉛製環23により削り落とし、ルツボ21底部
に堆積した初晶粒子８を前記黒鉛製環23の先端部で押圧
して前記初晶粒子８間にトラップされている低純度融液
をルツボ21内上部の溶湯４中に絞り出してルツボ21下部
に高純度の初晶粒子８を集積する方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな純化方法では、ルツボ内の溶湯の純化が終了する毎
に初晶粒子集積体からルツボ上部の残液を除去する工程
を要し、又得られた初晶粒子集積体の純度を更に上げる
には、この初晶粒子集積体を再度ルツボに入れて溶解す
るという工程を要する為作業がバッチ式となって生産性
に欠け、しかも初晶粒子集積体を再溶解するので、エネ
ルギー的にも不利であった。

【０００５】

【課題を解決する為の手段】本発明はこのような状況に
鑑み鋭意研究を行った結果なされたもので、その目的と
するところは、金属溶湯を連続的に効率良く純化し得る
方法を提供することにある。即ち、本発明は、所要数の
核生成室を隔壁に連通孔を設けて連結した金属の純化装
置に金属溶湯を充満し、各々の核生成室内の金属溶湯上
部に核生成装置を配置し、しかるのち、前記核生成装置
により生成する初晶粒子を前記核生成装置の下方に捕捉
帯を走行させて捕捉するＡ工程、初晶粒子を捕捉した捕
捉帯を圧縮して初晶粒子間にトラップされた低純度融液
を絞り出し除去するＢ工程、圧縮した捕捉帯を隣接する
核生成室に連通孔を通して溶湯中を移送して、捕捉帯上
の初晶粒子を前記の隣接する核生成室にて溶解するＣ工
程を核生成室毎に順次連続的に繰り返すことを特徴とす
るものである。

【０００６】本発明方法は、核生成室で生成した高純度
の初晶粒子を初晶粒子間にトラップされた低純度融液を
除去した状態で、隣接する核生成室に溶湯中を移送して
溶解し、この隣接する核生成室内でも同じ操作を繰り返
して純度を高める方法で、生産性に優れ又エネルギー的
にも有利な方法である。以下に本発明方法を図を参照し
て具体的に説明する。図１は本発明にて使用する金属の
純化装置の態様例を示す要部説明図である。金属の純化
装置１は所要数の核生成室２,12 を、核生成室２,12 の
前後壁部の上下方向中間部に連通孔３を設けて連結した
もので、各々の核生成室２,12 内の溶湯４の上部には核
生成装置５が配置されている。前記核生成室２,12 の前
部壁に設けた連通孔３は核生成室２,12 の外部に通じ、
後部壁に設けた連通孔３は隣接する核生成室12に連通し
ている。又前記連通孔３には核生成室２,12 毎にエンド
レスの捕捉帯６が通されており、この捕捉帯６は外部か
ら核生成室２内に入り、核生成室２内を通過したあと、
隣接する次の核生成室12の前部壁面に沿って上昇し、核
生成室２の上方を迂回して再び核生成室２の前部壁連通
孔３から核生成室２内に入るルートで回転する。又核生
成室２の前後壁部の連通孔３内側にはそれぞれプレスロ
ール７,17 が配置されている。

【０００７】而してこの捕捉帯６上には核生成室２,12
内溶湯４の上方から沈降してくる初晶粒子８が堆積す
る。この捕捉帯６上の初晶粒子堆積体は、図３イにその
断面模式図を示したように、初晶粒子８の間隙に低純度
融液９がトラップされており、この低純度融液９は捕捉
帯６が後部壁のプレスロール17で圧縮される際に除去さ
れて、捕捉帯６上には図３ロに示したように、初晶粒子
８のみの初晶粒子集積体が形成される。次いでこの捕捉
帯６は次の核生成室12内を通って上方に抜け出るが、こ
の間に前記捕捉帯６上の初晶粒子８が前記核生成室12内
の溶湯４中に溶解する。このようにして核生成室12内の
溶湯４が純化され、核生成室12内の上部に配置された核
生成装置５から更に純度の高い初晶粒子８が生成され、
以下第１の核生成室２にてなされたのと同じ操作が繰り
返されて金属溶湯４が次第に純化される。核生成室２内
の溶湯温度は、溶湯４の純度が高まるにつれ漸次高温度
に設定される。最後の核生成室12の後方には核溶解室10
を配置して、前記核溶解室12で生成された初晶粒子を溶
湯中に溶解して取出すのが、酸化ロスを防止できて好ま
しい。尚、核生成室２,12 の前部壁側の連通孔に配置し
たプレスロール７は捕捉帯６を圧縮し緻密化して核生成
室内の金属溶湯４が外部に漏れるのを防止する作用を果
たすものである。

【０００８】図２は本発明にて用いる純化装置１の他の
態様例を示す要部説明図である。第２番目以降の核生成
室12で、捕捉帯６を連通孔３を通った直後弛ませて時間
を稼ぎ、核生成室12の入口側で捕捉帯６上の初晶粒子８
を十分溶解させ、核生成装置５を後部壁側に近づけて配
置して、出口側で捕捉帯６上に初晶粒子８を堆積する方
法で、この方法によれば捕捉帯６は１本で足り装置が簡
略化される。本発明方法において、捕捉帯は、エンドレ
ス捕捉帯を用いずに、長尺の捕捉帯をコイルから送り出
し別のコイルに巻き取る方法で走行させても差し支えな
い。又捕捉帯には、ＭｇＯ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＳｉＣ，黒
鉛，ＺｒＯ₂等の長繊維の織布又は多孔質耐熱金属板
等、耐熱性を有する任意の材料が用いられる。

【０００９】

【作用】本発明方法では、核生成室内の溶湯上部に配置
した核生成装置により生成する高純度の初晶粒子を、前
記核生成装置の下方に捕捉帯を走行させて捕捉し、この
初晶粒子を捕捉した捕捉帯を核生成室内の溶湯中で圧縮
して初晶粒子間にトラップされた低純度融液を絞り出し
て除去し、引き続きこの捕捉帯上の初晶粒子を次の核生
成室内に溶湯中をそのまま移送して、次の核生成室内で
溶解するので、純化金属を残液から分離したり、更に純
度を上げる為に前記の純化金属を再溶解するというよう
な手間を要さず、依って金属溶湯が連続的に効率よく純
化される。

【００１０】

【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。実施例１図１に示した純化装置を用いてＡｌ溶湯の純化実験を行
った。純化装置は、５室の核生成室をもって構成した。
核生成室は深さが４００ｍｍ、断面内径が２００×１１
０ｍｍの黒鉛製角型筒を用いた。核生成室の壁部にはシ
リコニット製の発熱体を埋込んだ。Ａｌ溶湯には、分配
係数が１より小さいＣｕ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｍ
ｎ，Ｚｎ等の不純物元素をそれぞれ1500,300,300,200,4
00,200,500ppm 含有する９９．７％純度のものを用い
た。第１核生成室の溶湯温度Ｔ₁は６６３℃に制御し
た。核生成室の溶湯上部に浸漬させる核生成装置には内
部水冷式交流振動型のものを用いた。この核生成装置の
溶湯浸漬部は、２０ｍｍφの円筒状で、先端３０ｍｍを
溶湯中に浸漬した。又前記溶湯浸漬部の材料には、Ａｌ
溶湯との濡れ性の異なる黒鉛とアルミナを体積比で９
５：５の割合で混合し焼結したもの用いて、初晶粒子が
微細に生成するようにした。前記核生成装置の振動数は
５０Ｈｚ、水温１５℃の冷却水を毎分２０ｍｌ流した。
毎分４０ｇの固相粒子を生成させた。従って第１番目の
核生成室には、毎分４０ｇの原料溶湯を補給した。

【００１１】捕捉帯には２５μｍφの黒鉛長繊維を孔径
３２μｍに編んだ幅１８０ｍｍ，厚さ２ｍｍのエンドレ
スの織布を用いた。前記孔径は、予備実験を行って沈降
する初晶粒子の平均粒径が０．４ｍｍであることを確か
めた上で決定した。核生成室の連通孔は前後壁の上下方
向中間部に縦３ｍｍ，横１８０ｍｍの大きさに設け、そ
の内側には直径２０ｍｍφのプレスロールを１．３ｍｍ
のギャップをあけてそれぞれ１対宛配置した。核生成室
に入る捕捉帯は、図示しないヒーターにより溶湯と同じ
温度に予熱した。捕捉帯は８０ｍｍ／ｍｉｎの速度で走
行させた。各々の核生成室には、それぞれ２０ＫｇのＡ
ｌ溶湯を充満させた。純化実験を１０時間行ったところ
で、各ユニット炉の純度が定常状態となり、その後連続
１０時間純化実験を行って、２４Ｋｇの高純度のＡｌを
製造した。第２番目以降の核生成室及び最後の核溶解室
から溶湯をサンプリングして不純物を定量分析した。１
０時間経過時点での分析結果を表１に示した。

【００１２】

【表１】

【００１３】表１より明らかなように、本実施例では、
最終的に99.994％の高純度のＡｌを２４Ｋｇ、純化装置
全体に１００Ｋｇの溶湯を保持し、２０時間の純化実験
により製造することができた。この間の作業内容は、原
料溶湯を第１番目の核生成室に補給し、最後の核溶解室
からオーバーフローする溶湯を鋳型内で固めるという単
純なものであった。従って作業者は、実質１名で足り
た。

【００１４】比較の為、図４に示した従来の純化装置を
用いて純化実験を行った。原料溶湯には実施例１で用い
たのと同じＡｌ溶湯を１００Ｋｇ用いた。ルツボには１
回当たり２０ＫｇのＡｌ溶湯を充満して純化処理を施し
た。第１回目の純化処理では、初晶粒子集積体が全体の
８０％に達したところで、残液を除去しルツボ下部の初
晶粒子集積体を凝固させて１本１６Ｋｇの１次鋳塊を５
本作製した。次にこの１次鋳塊を切断して２０Ｋｇ宛ル
ツボに入れて純化処理を施し、初晶粒子集積体が全体の
約７５％に達したところで、残液を除去して１本１５Ｋ
ｇの２次鋳塊を４本作製した。次にこの２次鋳塊を切断
し、２０Ｋｇ宛ルツボに入れて純化処理を施し、初晶粒
子集積体が全体の約７０％に達したところで、残液を除
去して、１本１４Ｋｇの３次鋳塊を３本作製した。更に
この３次鋳塊を切断し、２０Ｋｇ宛２回に分けて純化処
理を施し、初晶粒子集積体の生成率が約５０％に達した
ところで残液を除去して１本１０Ｋｇの４次鋳塊を２本
作製した。次にこの２０Ｋｇの４次鋳塊に純化処理を施
し、初晶粒子集積体が全体の約７０％に達したところ
で、残液を除去して１４Ｋｇの５次鋳塊を作製した。純
化処理に要した時間は１ルツボ当たり平均３時間であっ
た。このようにして作製した１〜５次鋳塊について不純
物元素を定量分析した。結果は表２に示した。

【００１５】

【表２】

【００１６】表２より明らかなように、５次にわたる純
化処理を施すことにより、前記実施例１で作製した高純
度Ａｌ鋳塊と同等の99.994％の高純度Ａｌが得られた。
しかしながら、この比較例では、１００Ｋｇの原料溶湯
を用いて１４Ｋｇの高純度Ａｌを作製するのに、１５回
のルツボ溶解を繰り返し、２名の作業者が複数のルツボ
を用いて約３０時間を要し、作業性並びに生産性に劣る
ものであった。上記実施例では、分配係数Ｋが１未満の
不純物元素を含有する金属の純化方法について説明した
が、本発明方法はＫが１を超える不純物元素を含有する
金属を純化する場合にもその効果を発揮するものであ
る。

【００１７】

【効果】以上述べたように、本発明方法によれば、金属
溶湯を連続的に効率よく純化することができ、工業上顕
著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法にて用いる金属の純化装置の態様例
を示す要部説明図である。

【図２】本発明方法にて用いる金属の純化装置の他の態
様例を示す要部説明図である。

【図３】初晶粒子の堆積体又はこれを圧縮した初晶粒子
集積体のそれぞれ断面模式図である。

【図４】従来法で用いる金属の純化装置の要部説明図で
ある。

【図５】溶質元素の分配法則を説明する為の金属状態図
である。

【符号の説明】

１金属の純化装置２,12 核生成室３連通孔４金属溶湯５核生成装置６捕捉帯７,17 プレスロール８初晶粒子９低純度融液 10 核溶解室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山崎明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

【特許請求の範囲】

【請求項１】所要数の核生成室を隔壁に連通孔を設け
て連結した金属の純化装置に金属溶湯を充満し、各々の
核生成室内の金属溶湯上部に核生成装置を配置し、しか
るのち、前記核生成装置により生成する初晶粒子を前記
核生成装置の下方に捕捉帯を走行させて捕捉するＡ工
程、初晶粒子を捕捉した捕捉帯を圧縮して初晶粒子間に
トラップされた低純度融液を絞り出し除去するＢ工程、
圧縮した捕捉帯を隣接する核生成室に連通孔を通して溶
湯中を移送して、捕捉帯上の初晶粒子を前記の隣接する
核生成室にて溶解するＣ工程を核生成室毎に順次連続的
に繰り返すことを特徴とする金属の純化方法。