JPH10130746A - アルミニウムの精製方法 - Google Patents

アルミニウムの精製方法

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JPH10130746A JP28357596A JP28357596A JPH10130746A JP H10130746 A JPH10130746 A JP H10130746A JP 28357596 A JP28357596 A JP 28357596A JP 28357596 A JP28357596 A JP 28357596A JP H10130746 A JPH10130746 A JP H10130746A
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鋼三 東野
Tomoo Dobashi
倫男 土橋
Yoshihisa Kitahara
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 トラップされた純度の低い部分を晶出物から
加熱分離することにより、純度の高いアルミニウム製品
を得る。 【解決手段】 アルミニウム合金の原料溶湯に浸漬した
冷却体20を回転させながらα−Al晶M1 を冷却体2
0に晶出させた後、残留溶湯から晶出物M1 を冷却体2
0と共に引き上げ、実体温度が晶出開始時点の溶湯温度
より1〜4℃高い温度に晶出物M1 を0.5〜24時間
保持し、晶出物M1 に取り込まれている不純物及び不純
物濃度の高い母液を滴下液M4 として分離する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、不純物の晶出分離によ
って溶解原料から純度の高いアルミニウムを精製する方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】アルミニウムの精製方法として、溶解し
た原料溶湯に挿入した冷却体を回転させ、α−Al晶を
冷却体に晶出させる方法が知られている。晶出したα−
Al晶は、冷却体ごと溶湯外に取り出され、別の加熱槽
に移送される。別の加熱槽では晶出物を加熱融解し、冷
却体から分離する。そして、溶けた晶出物の溶湯に次工
程の処理を施している。本発明者等も、このような冷却
体を使用した精製方法を特願平7−124246号,特
願平7−124247号等で提案している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、冷却体に晶
出した晶出物には、純度の劣る溶湯が表面に付着してお
り、内部にも純度の劣る溶湯がトラップされ凝固してい
る場合がある。このような晶出物を加熱槽で冷却体から
分離する際、晶出物全体を再溶解すると、取り込まれて
いる不純物によって得られた溶湯の純度が低下する。こ
の純度低下は、平衡分配係数の小さい合金元素ほど顕著
である。本発明は、このような問題を解消すべく案出さ
れたものであり、冷却体から分離される前の晶出物を一
定温度に所定時間保持することにより、不純物を晶出物
から分離させ、純度の高いアルミニウムを得ることを目
的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明のアルミニウム精
製方法は、その目的を達成するため、アルミニウム合金
の溶湯に浸漬した冷却体を回転させながらα−Al晶を
冷却体に晶出させた後、残留溶湯から晶出物を冷却体と
共に引き上げ、晶出物実体温度を晶出開始時点の溶湯温
度より1〜4℃高い温度で晶出物を0.5〜24時間保
持し、晶出物に取り込まれている不純物及び不純物濃度
の高い母液を溶解滴下させることを特徴とする。
【0005】
【作用】冷却体に晶出している晶出物には、不純物に富
んだ凝固部を含んでいる。この凝固部は、融点が低いた
め、高温保持によって部分的に再溶解し、晶出物から絞
り出され、融液として晶出物から落下分離する。落下分
離された融液を除去した後で、晶出物を再溶解して冷却
体から分離すると、不純物の混入が軽減され、精製され
たアルミニウム全体の純度が向上する。
【0006】
【実施の形態】本発明に従った精製方法では、たとえば
図1に示す設備構成の精製装置及び図2に示す設備構成
の加熱槽が使用される。600〜620℃に保持された
溶湯M0 を収容する精製炉10は、台車11に搭載され
た炉体12を備えており、炉体12の内周面にヒータ1
3が組み込まれている。精製炉10内の原料溶湯M0
浸漬される冷却体20は、支持棒21で吊り下げられ、
昇降用モータ22で上下動される。また、冷却体20
は、回転用モータ23から支持棒21を介して付与され
た駆動力で回転する。冷却体20を吊り下げている支持
棒21の上部には、冷却ガス導入口24が設けられてい
る。電磁弁25を開くと、ガス供給源(図示せず)と冷
却体20の内部とが連通し、冷却体20の内部に冷却ガ
スが供給される。冷却ガス導入口24から入った冷却ガ
スは、冷却体20内を通って熱交換された後、冷却ガス
排出口26を経て系外に排気される。
【0007】冷却体20を原料溶湯M0 に所定の深さま
で浸漬した後、冷却体20を回転させながら冷却ガスを
内部に送り込むと、原料溶湯M0 が冷却され、冷却体2
0にα−Al晶が晶出する。晶出物が所定量まで成長し
た段階で、晶出物が付着した冷却体20を原料溶湯M0
から引き上げる。引き上げられた冷却体20を観察する
と、図3に水平断面を示すように、晶出物M1 は、冷却
体20の回転方向に向かって柱状晶が成長している。柱
状晶の間には、原料溶湯M0 の母液成分を反映した純度
の低い凝固体M2 がトラップされている。また、垂直断
面をみると、図4に示したように、径0.1〜1mm程
度の柱状晶が内側に成長し、外側にはデンドライト状の
晶出物が生成している。そして、純度の低い凝固体M2
は、晶出物M1 の外側に付着し、また柱状晶或いはデン
ドライトの隙間等にトラップされている。なお、晶出体
の中心部には、複雑な形態の晶出物M3 が生成すること
もある。
【0008】晶出物が付着した冷却体20を引き上げた
精製炉10は待機位置又は別の冷却体配置箇所に移動さ
れ、替わりに図2に示す加熱槽30が冷却体20の下方
に送り込まれる。或いは、冷却体20を加熱槽30に移
送する方式を採用することも可能である。加熱槽30
は、台車31に搭載されカーボン等でできた炉体32を
備えており、炉体32の内部底面にカーボンブロック3
3が配置されている。炉体32は、ヒータ34が内周面
に組み込まれており、炉蓋35で上部開口が覆われる。
また、熱電対36が、炉蓋35を貫通して炉体32の内
部に臨んでいる。
【0009】晶出物が付着した冷却体20の下方に加熱
槽30を移送した後、冷却体20を加熱槽30の炉体3
2内に挿入し、晶出物の下面がカーボンブロック33に
接する位置で冷却体20を固定する。次いで、炉蓋35
で炉体32の上部開口を閉じ、炉体32の内部を密閉す
る。この状態でヒータ34により晶出物M1 を加熱する
と、純度の低い凝固体M2 が優先的に溶解される。すな
わち、晶出物M1 の外側に付着している凝固体M2 が溶
融すると共に、晶出物M1 の内部に取り込まれている凝
固体M2 は粒界に沿って外に滲み出し、滴下する。その
結果、炉体32の底部に、純度の低い凝固体M2 が滴下
によって、滴下液M4 が形成される。このように純度の
低い凝固体M2 を滴下液M4 として晶出物M1 から除去
し、この晶出物のみを回収することにより、元の晶出物
1 よりも純度の高い製品が得られる。
【0010】純度の低い凝固体M2 を溶出させる加熱温
度T2 は、晶出開始時点の溶湯温度T1 より1〜4℃高
い温度に設定される。加熱温度T2 >T1 +4℃である
と、晶出物M1 自体の溶出が始まり、製品としての回収
率が低下する。しかし、T2<T1 +1℃の加熱温度で
は、純度の低い凝固体M2 を溶出させるために長時間の
加熱が必要になる。また、保持時間が0.5時間に達し
ないと、純度の低い凝固体M2 の十分な溶出が期待でき
ず、得られる製品の純度が低いものとなる。他方、24
時間を超えて高温保持しても、保持時間の延長に見合っ
た純化が進行せず、却って消費エネルギーの浪費が多く
なる。なお、加熱温度が晶出開始温度より1〜4℃高い
とき、初めて工学的に利用可能な溶解が始まるのは、熱
的に過冷却と反対の現象が起こっているものと考えられ
る。以上の説明では、それぞれ独立した精錬炉10及び
加熱槽30を使用している。しかし、本発明はこれに拘
束されるものではなく、たとえば晶出物M1 が付着した
冷却体20を引き上げて精錬炉10内の残留溶湯M0
ら分離し、そのままの吊下げ状態で晶出物M1 が付着し
た冷却体20を所定温度に所定時間保持することによっ
ても、純度の低い凝固体M2 を晶出物M1 から溶出分離
できる。
【0011】
【実施例】炉口寸法が330mm×330mmの正方形
で深さが900mmの精製炉10に、おおむねAl−8
重量%Si−3重量%Cu−1重量%Feの組成をもつ
アルミニウム合金溶湯85kgを装入し、610±5℃
に保持した。この原料溶湯M0 に冷却体20を挿入し、
冷却ガスを流しながら冷却体20を25rpmで回転さ
せ、晶出物M1 として約10kgのα−Al晶を冷却体
20に付着させた。このとき、凝固開始時の溶湯温度は
584.4℃,凝固終了時の溶湯温度は579.4℃で
あり、精製時間が35分であった。精製終了後、晶出物
1 が付着した冷却体20を精製炉10から取り出し、
加熱槽30の内部に挿入し、晶出物M1 の下面がカーボ
ンブロック33に接する位置で冷却体20を固定した。
この状態で炉内の雰囲気温度を640℃まで上げ、75
分間保持した後、徐冷した。このとき、晶出物M1 自体
は、586〜588℃の温度範囲に維持された。この高
温保持によって、10kgの晶出物M1 から1kgの滴
下液M4 が分離され、純度が上がった精製物M5 が得ら
れた。
【0012】精製過程の各段階で、原料溶湯M0 ,純度
の低い凝固体M2 がトラップされている晶出物M1 ,滴
下液M4 及び純度の低い凝固体M2 が分離された精製物
5の不純物濃度を分析した。分析結果を示す表1にみ
られるように、精製物M5 は、晶出物M1 に比較して明
らかに純度が向上していた。精製効率としては、Si,
Cu,Mgで約5%,Feで2%改善されていた。他
方、晶出物M1 から分離された滴下液M4 の不純物濃度
は、残留母液M0 の不純物濃度とほぼ一致していた。こ
の結果から、不純物に富んだ溶液部が晶出物M1 の表面
や粒界にトラップされて凝固体M2 となっていたもの
が、高温保持処理により晶出物M1 から滴下液M4 とし
て分離され、純度の高い精製物M5 が得られることが確
認された。
【0013】
【0014】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の精製方
法においては、冷却体に付着した晶出物にトラップされ
ている不純物に富んだ凝固体を高温保持処理で晶出物か
ら分離している。これにより、晶出物から一層純度の高
い精製物が得られる。また、高温に保持するだけの簡単
な操作で純度が高められることから、精製効率及び生産
性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 冷却体を使用したアルミニウムの精製装置
【図2】 冷却体から晶出物を分離する加熱槽
【図3】 晶出物が付着した冷却体の水平断面
【図4】 晶出物が付着した冷却体の垂直断面
【符号の説明】
0 :原料溶湯 M1 :晶出物 M2 :純度の低い
凝固体 M3 :スポンジ状晶出物 M4 :滴下液 10:精製炉 11:台車 12:炉体 13:
ヒータ 20:冷却体 21:支持棒 22:昇降用モータ
23:回転用モータ 24:冷却ガス導入口 25:電磁弁 26:冷却
ガス排出口 30:加熱槽 31:台車 32:炉体 33:
カーボンブロック 34:ヒータ 35:炉蓋 36:熱電対

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウム合金の溶湯に浸漬した冷却
    体を回転させながらα−Al晶を冷却体に晶出させた
    後、残留溶湯から晶出物を冷却体と共に引き上げ、晶出
    物実体温度を晶出開始時点の溶湯温度より1〜4℃高い
    温度で晶出物を0.5〜24時間保持し、晶出物に取り
    込まれている不純物及び不純物濃度の高い母液を溶解滴
    下させることを特徴とするアルミニウムの精製方法。
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