JPH06172887A - アルミニウム合金の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 アルミニウムを陰極として、アルカリ金属
又はアルカリ土類金属のフッ化物と希土類元素のフッ
化物とを主体とする溶融塩電解浴中で、希土類元素の酸
化物又はフッ化物を電解還元することによってアルミニ
ウム合金を製造するにあたり、溶融状態のアルミニウム
を前記電解浴の上層に浮遊させてこれを陰極とし、か
つ、陽極を絶縁材により周囲が保護された状態で電解浴
中に浸漬させて電解を行なうことを特徴とするアルミニ
ウム合金の製造方法。 【効果】 本発明によれば、溶融塩電解法において原料
アルミニウムを溶融させ電解浴上層に浮遊させた状態で
電解を行なうという特殊な方法で、目的とするアルミニ
ウム合金を高収率で製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアルミニウム合金の製造
方法に係る。詳しくは、不純物や介在物の含有量の低い
アルミニウム合金を効率的に製造する方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム合金の内、例えば、アルミ
ニウム−イットリウム合金は送電線材料として工業的に
大量の需要がある。通常、イットリウムの濃度は０．０
１〜０．０５％程度であるが、この場合、電導度に影響
を与えず高温強度が得られるだけでなく、耐食性、耐振
動性、耐熱性も改良される。従来、アルミニウム−イッ
トリウム合金の製造方法としては、アルミニウム及びイ
ットリウムのそれぞれの単体を真空中あるいは不活性ガ
ス中で混合溶解し合金化する方法が採用されている。こ
の場合、単体イットリウムを得るには、フッ化イットリ
ウムをカルシウムで還元する方法が採用されているが、
イットリウムの融点が高いため、あらかじめフッ化イッ
トリウムにマグネシウムを添加して還元してイットリウ
ムとマグネシウムとの合金を作り、ついで、この合金を
真空蒸留してマグネシウムを分離し目的の単体イットリ
ウムを得る必要があり、操作が面倒であった。

【０００３】一方、一般的に溶融塩電解法による合金の
製法が知られている。例えば、フッ化物の電解浴を用
い、陽極として炭素、陰極として合金化すべき金属を選
択し高温で電解還元することにより目的とする合金を製
造することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルミ
ニウム合金を製造しようとする場合には、アルミニウム
の融点が６５９℃と低く、また比重も小さいため、電解
浴上に溶融して浮いてしまい、陰極として保持すること
ができず、従ってアルミニウムを陰極とした高温におけ
る溶融塩電解を実施することができなかった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記問題
を解決しアルミニウムが溶融した状態で電解を実施して
合金を製造する方法について鋭意検討を重ねた結果、溶
融アルミニウムを電解浴上に浮遊させ、特定の方法で電
解還元することにより効率的に合金を生成し得ることを
見い出した。

【０００６】すなわち、本発明の要旨は、アルミニウム
を陰極として、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の
フッ化物と希土類元素のフッ化物とを主体とする溶融
塩電解浴中で、希土類元素の酸化物又はフッ化物を電解
還元することによってアルミニウム合金を製造するにあ
たり、溶融状態のアルミニウムを前記電解浴の上層に浮
遊させてこれを陰極とし、かつ、陽極を絶縁材により周
囲が保護された状態で電解浴中に浸漬させて電解を行な
うことを特徴とするアルミニウム合金の製造方法、に存
する。

【０００７】以下、本発明を詳細に説明する。本発明方
法で使用する電解浴を構成するアルカリ金属又はアルカ
リ土類金属のフッ化物（以下、浴成分Ａと言う）として
は、通常、フッ化リチウム、フッ化バリウム、フッ化カ
ルシウム、フッ化ストロンチウムの単独あるいは混合物
が用いられる。また電解浴を構成する他の成分である希
土類元素のフッ化物（以下、浴成分Ｂと言う）は、スカ
ンジウム、イットリウム又はランタノイドのフッ化物で
あり例えば、フッ化スカンジウム、フッ化イットリウ
ム、フッ化ランタン、フッ化テルビウム、フッ化ネオジ
ウム、フッ化ガドリニウム、フッ化ジスプロシウム、フ
ッ化セリウム等が挙げられる。溶融塩電解浴は、上記浴
成分Ａ及び浴成分Ｂを主体とするものであり、その使用
割合は特に限定されないが、浴成分Ａに対する浴成分Ｂ
の使用量は、通常、０．１〜１．５モル倍、好ましくは
０．２〜１．０モル倍程度である。なお、電解浴は、上
記浴成分Ａ及び浴成分Ｂの他に、電解浴の比重、溶融温
度等の条件を調整するために電解反応に不活性な化合物
を２割程度迄含んでいてもよい。

【０００８】本発明方法の原料は、金属アルミニウム並
びに希土類元素の酸化物又はフッ化物である。希土類元
素の酸化物又はフッ化物としては、上述した浴成分Ｂに
おける金属と同種の金属の酸化物又はフッ化物が用いら
れる。希土類元素の酸化物又はフッ化物は電解還元反応
の進行に合わせて消費分を適宜投入することにより長時
間の運転が可能となる。なお、フッ化物を原料とし、バ
ッチで電解を行なう場合には、浴成分と一緒に電解槽に
仕込むこともできる。

【０００９】本発明では、上記の金属アルミニウムを溶
融状態で前記電解浴の上層に浮遊させ、これを陰極とす
る。従って、前記溶融塩電解浴中の前記フッ化物の好ま
しい組成比率としては後述の電解温度における溶融塩電
解浴の比重が溶融アルミニウムのそれを十分越えるよう
調整する必要がある。陰極となる溶融アルミニウムを電
解浴表面に浮かせることにより、連続的な運転を可能と
するためである。電解還元によって生成した金属希土類
元素は陰極アルミニウム中に溶解してアルミニウム合金
を生成する。電解の進行と共に希土類元素濃度が上昇し
てアルミニウム合金の比重が高まるが、該比重が溶融塩
のそれを越えると電解槽底部に沈殿し、目的とする連続
運転が停止してしまい不都合であるので注意が必要であ
る。

【００１０】陽極としては、通常、棒状や板状の炭素を
用い、これを電解浴中に浸漬させて使用するが、本発明
では、このとき陽極が絶縁物で保護され、電解浴の上層
に溶融して浮遊する陰極アルミニウムと接触しないよう
にする必要がある。すなわち、陽極と陰極とを溶融塩を
挟んで対峙させることにより電圧差を発生させ、電解を
スムーズに行なわせようとするものである。陽極を保護
する絶縁物としては例えば管状の窒化硼素や窒化硅素あ
るいはグラファイト管などの表面にいわゆる熱分解窒化
硼素（ＰＢＮ）をＣＶＤ法でコーティング処理した物が
好ましく用いられ、この絶縁物を溶融アルミニウムの堰
とする。絶縁物による保護方法としては、例えば、両端
が開放された管内に陽極を収め陰極アルミニウムとの接
触を防止する方法が挙げられる。この絶縁管の取付方法
としては例えば、管の上部、すなわち気相と接する部分
に針金が通る程度の径を有する穴を開け、さらに陽極支
持棒にも同様の穴を開けておき、両者を針金等で緊縛す
るか、あるいは、電解槽の上面気相部から陽極保護管に
向けて支持棒を張り出し、棒の先端と上記穴とを針金等
で緊縛する方法が挙げられる。しかし、上記絶縁物の形
状、取付方法等は特に限定されるものではない。

【００１１】本発明における電解温度は、通常、７００
〜１０００℃である。温度が高くなり過ぎると容器等か
ら合金中への不純物、介在物の混入の可能性が生じる。
他方、温度がアルミニウムの融点である６５９℃を下回
るとアルミニウムが固化して合金の均一性を損なう可能
性が生じ好ましくない。電解電圧としては、通常、５〜
２０Ｖ、望ましくは８〜１５Ｖの範囲が選択される。５
Ｖ未満では満足な電解が行なわれ難い。また、１５Ｖを
越えると陽極異常が起き易くなるなど安定な電解状態が
得られず都合が悪い。この電圧の調節は電極間の距離並
びに電解浴中に浸漬した電極の面積を調節することによ
り容易に行なうことができる。

【００１２】電解時間は、生成するアルミニウム合金と
溶融塩の比重を考慮し決定される。すなわち、前記の通
りアルミニウム合金の比重が溶融塩の比重を越えると不
都合であるので、比重差が無くなる前に通電を停止する
か又はアルミニウム合金を液体状態ですくい取り代わり
に金属アルミニウムを仕込むといった操作を必要とす
る。

【００１３】電解槽は溶融したフッ化物に侵食されない
ものであるなら特にその材質は限定されるものではない
が、通常、グラファイト製や純鉄製のものが用いられ、
更に、溶融塩と接触する内壁を絶縁物で被覆すると電解
電流の一部が漏洩するのを防止することができ好まし
い。本発明では、電解中に発生する金属イオンは溶融塩
中を溶融アルミニウム陰極に向かって移動して陰極に到
達し、そこで還元されて金属となり、アルミニウム中に
拡散して合金を形成する。

【００１４】一方、本発明では電解により四フッ化炭
素、一酸化炭素、二酸化炭素等のガスが陽極表面で発生
するので、これを随時系外に放出するためのガス抜き口
を設けるのが好ましい。すなわち、電解浴の表面には溶
融したアルミニウム又はアルミニウム合金が存在するの
で発生ガスがパージされにくい状態となる。もし、ガス
抜きが良好に行なわれないと、陽極表面はガスで覆われ
陽極異常効果が発生し電解が停止することとなる。この
ガス抜き口としては、絶縁材よりなる中空パイプを電解
浴中から気相部にかけて設置する方法が好ましい。例え
ば、上述した陽極の絶縁物による保護を、図１に示すよ
うに絶縁物による中空の保護パイプとした場合には、こ
のパイプでガス抜き口を兼ねることができる。この場
合、絶縁物内側の溶融塩の表面はアルミニウムで覆われ
ていないため、電解時の発生ガスを効率良く放出し、か
つ両極の短絡を防止することができる。

【００１５】本発明で製造されるアルミニウム合金の組
成はアルミニウムの重量割合が通常７０〜９９％程度の
ものである。アルミニウムの比率があまりに低くその結
果合金比重が溶融塩のそれを上回ると沈殿し、回収が困
難となるため好ましくない。このアルミニウム合金の組
成は電解時間により決定されるので所定時間、電解した
後の合金を回収するのが好ましい。

【００１６】本発明方法で製造された合金の回収方法と
しては、生成合金を例えば、ポンプを用いて真空に保持
した容器内に金属パイプを介して吸い出したり、金属製
の柄杓を用いて直接汲み出す等により合金を液体状態の
まま系外にいったん取り出し、続いて、例えば不活性ガ
ス雰囲気の容器内に設置された金属製の鋳型に注ぎ込む
ことにより冷却・固化せしめる方法あるいは、溶融塩温
度を室温付近まで下げ合金を固化せしめてから、鏨等の
工具を用いてつり出す方法等が採用される。

【００１７】

【実施例】次に、本発明の具体的態様を実施例により更
に詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限
り、以下の実施例により何等限定されるものではない。 実施例１ 底面から１５０ｍｍの高さまでの内壁全面にＰＢＮのコ
ーティング処理を施した内径１２０ｍｍφ、深さ２５０
ｍｍのグラファイト製るつぼを電解槽とした。電解槽中
に、フッ化リチウム７０ｍｏｌ％及びフッ化イットリウ
ム３０ｍｏｌ％の混合物５９００ｇを投入し、約１気圧
のＡｒガス雰囲気下で外部加熱を行ない電解槽を約８５
０℃に加熱して溶融した。約８５０℃に保持した電解浴
中に、直径約２０ｍｍのステンレス棒に固定された幅３
５ｍｍ、高さ１５０ｍｍ、厚み１０ｍｍの黒鉛陽極板及
び全面をＰＢＮコーティング処理を施し陽極を取り囲む
ように設置した内径４５ｍｍ、外径６０ｍｍ、長さ２０
０ｍｍのグラファイト管を浴に陽極が５ｃｍ漬かるよう
挿入した。次いで、電解槽上部からアルミニウムのイン
ゴット３００ｇをステンレス管を通じて電解浴に落し入
れ、溶融して上記グラファイト管の外側の浴表面を覆う
のを確認した（図１参照）。電解電流を５０Ａ、極間電
圧を１２Ｖとし、２時間通電した後、電解槽を室温まで
冷却した。採取したイットリウム−アルミニウム合金の
重量は３８０ｇであった。成分比はアルミニウム７９重
量％、イットリウム２１重量％であった。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、溶融塩電解法において
原料アルミニウムを溶融させ電解浴上層に浮遊させた状
態で電解を行なうという特殊な方法で、目的とするアル
ミニウム合金を高収率で製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の溶融塩電解還元法に使用される電解層
構造の一例を示す模式断面図である。

【符号の説明】

１ 陰極 ２ 陽極 ３ 溶融塩電解浴 ４ 絶縁保護管 ５ るつぼ ６ 陽極支持棒 ７ 直流電源 ８ コーティング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウムを陰極として、アルカリ
   金属又はアルカリ土類金属のフッ化物と希土類元素の
   フッ化物とを主体とする溶融塩電解浴中で、希土類元素
   の酸化物又はフッ化物を電解還元することによってアル
   ミニウム合金を製造するにあたり、溶融状態のアルミニ
   ウムを前記電解浴の上層に浮遊させてこれを陰極とし、
   かつ、陽極を絶縁材により周囲が保護された状態で電解
   浴中に浸漬させて電解を行なうことを特徴とするアルミ
   ニウム合金の製造方法。
2. 【請求項２】 電解浴表面に絶縁物で形成された中空の
   ガス抜き口を設けることを特徴とする請求項１に記載の
   アルミニウム合金の製造方法。