JPS5935641A - アルミニウム精製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 利用分野 本発明は、元素周期表の■ｂｒ　Ｉｌｌ　ｂ　ｔ　ＩＶ
　ｂおよびＶｂ族の金属の少なくとも１つで汚染された
アルミニウムを、アルミニウムまたはアルミニウム合金
の融点とナトリウムの沸点にわたる温度範囲で、分離コ
ラム内において、液体抽出用として用いられたナトリウ
ムによって精製する方法に関する。

従来技術 炭素で内張すされた陰極タンク内で炭素陽極を用いて行
なう溶融塩電解を経てアルミニウムをつくる通常の方法
では、製造される一次金属は９９５％以上の純度をもっ
ている。このような方法では電極も溶融電解浴も無視で
きぬ程度にまで溶融アルミニウムを汚染することはない
。

その通常の方法以外に、金属を比較的純粋な形ではなく
合金としてつくるというアルミニウム製沈降するアルミ
ニウムと結合させある範囲の合金を形成せしめることが
できる。

一アルミニウム製造のためのカーボサーミック（ｃａｒ
ｂＯｔｈｅｒｍｉｃ　）法ではアルミニウムを珪素およ
び鉄から分離させ得るように還元炉内で直接または還元
後に鉛または錫を吸収剤として用いている。

これらのアルミニウム製造法は、残存する０、８〜１．
５％鉛および錫を共晶点を超えるレベルにまで除去する
ことを可能とするものならばかなりの技術的規模で採用
され得るものである。

米国特許第２２３９２７７号の公報には、溶融アルミニ
ウム捷たはアルミニウム合金すなわちアンチモン、ビス
マス、鉛および錫という不純物の少なくと′も１つを１
％まで含んでいるそれらの精製法が提案されている。こ
のことは０．１−．１％のナトリウムを溶湯に添加し攪
拌することによって得られる。結果としてそのように形
成されるドロスは溶湯の表面に浮上して除去される。ナ
トリウムの添加は好ましくは問題の金属と金属間化合物
を形成するのに必要とされる化学量論量に従って行なわ
れる。この方法を用いることによってたとえばアルミニ
ウム合金の鉛成分を０．９４％から０．２５％にまで下
げることができる。しかしながら、この濃度はアルミニ
ウム中で鉛が許容される５０ｐｐｍの限界を遥かに超え
ており、このことがこの方法をして工業的規模で適用し
難いものにさせている。

ドイツ特許第２４３８０６４号の公報には、金属アルミ
ニウムの精製方法、特にはビスマス、カドミウム、ガリ
ウム、水銀および錫の除去および回収の方法が記載され
ている。これらの元素は金属アルミニウム中に、正常な
商用純度をもつアルミニウムとしては受は入れ難い量で
含まれ得るものである。溶融アルミニウムはナトリウム
またはカリウムのようなアルカリ金属と接触せしめられ
る。

前記の米国特許第２２３９２７７号と同様に、このアル
カリ金属は金属間化合物を形成する化学量論的に相当す
る量で添加されている。

ドイツ公開特許公報第２４３８０６４号によって提案さ
れた方法は、通常の向流抽出反応器の上流側に混合段階
を設け、そこで高濃度の錫を含んだアルミニウムが低濃
度の錫を含むナトリウムと混合されるように設備を設け
るものである。続いて、混合物はやはり向流抽出反応器
の上流側に併置された一連の沈降コラムの中で２層すな
わち錫成分の低いアルミニウム層と錫成分の多いナトリ
ウム層とに分離される。これら２つの層の密度はナトリ
ウム層の錫成分に応じて変り、どちらかの層が上部に浮
上するようになる。こうした密度の重なりは実際上困難
を惹起することになる。向流抽出器を出た錫含有ナトリ
ウム合金は混合段階に返戻される。精製されたアルミニ
ウムはナトリウムの蒸溜により、過剰のナトリウムが除
去されることになる。装置からの錫の除去は第２段階に
おいて行なわれ、この第２段階で錫の多いナトリウム合
金が除かれることになる。

高温すなわち、アルミニウムの融点以上におけるす）　
ＩＪウム量に富む錫合金の分離と除去は多くの技術的問
題を含んでおり、さらに、除かれる錫と共に多くのナト
リウムが失なわれてしまう。

ト８イツ公開特許公報第２４６８０６４号による方法の
ために用いられる装置は複雑で方法自体もエネルギー多
消費的である。

発明の開示 それ故に本発明の目的は元素周期表のｌ１ｂｌｌｂ。

■ｂおよびＶｂ族の少なくとも１つの金属で汚染された
アルミニウムを精製するための方法とこれを簡単な設備
で行なうことおよびエネルギー少消費的な方法を開発す
ることである。

本目的は次のような発明の方法で達成される。

すなわち −予熱されたナトリウムが熱交換器、固体沈降器、ポン
プおよび貯蔵タンクを有する循環路から分離コラム内に
導入され、そしてその量は汚染金属の量よりも少なくと
も５倍以上の量で、また同じく分離コラムに導入される
汚染されたアルミニウムに対し向流に流される。

一少量の残存汚染金属と５００ｐｐｍを超えないナトリ
ウム成分を含む精製アルミニウムが除去されそして使用
に供される。さらに 一低濃度の汚染金属を含むナトリウムは循環路に返戻さ
」する。

元素周期表のＩＩ　ｂ　＋　ＩＩ　ｂ　ｔ　ＩＶ　ｂお
よびＶｂ族の金属は特にはカドミウム、水銀、ガリウム
、錫、鉛、アンチモンおよびビスマスである。実際的に
本発明の方法は、アルミニウムおよびアルミニウム合金
から鉛および錫を除去するのに特に重要であることが見
出された。

本発明者によって行なわれたいろいろな試験から、ドイ
ツ公開特許公報第２４３８０６４号における場合のよう
に上記金属の１つまたはそれ以上で汚染されたアルミニ
ウムと不純物量の少ないナトリウム合金とを予め混合す
ることは不必要であることが示された。従って、出来た
混合物を他の反応器に受けて２つの異なる層に分離しな
ければならないということは避けられる。このことは、
作業員と時間の節減と同時に、かなりの熱損失を避ける
ことを可能にするものである。

本発明の方法によれば、公知の方法とは対照的にす）　
ＩＪウムは化学量論的量よりはるかに過剰の量で汚染ア
ルミニウムに添加され、多くのナトリウムに富む金属間
化合物が生成することになる。

添加されるす）　ＩＪウムの量は好ましくは汚染金属の
それより少なくとも１０倍特に好ましくは少なくとも６
０倍である。従って、液体抽出法のどの面でもアルミニ
ウムは不純物の多いナトリウム合金と接触することはな
く、常に不純物量の少ないナトリウム合金とのみ接触す
る。この結果分離の精度が向上するのみならず、さらに
、万−設備が停止しても不純物がアルミニウム中に再溶
解することはあり得ない。もし、またナトリウムよりも
重い溶融塩の数センチメートル厚さの層を溶融アルミニ
ウム上に浮上させるならば、この効果はさらに向上・し
得る。かかる塩は例えば塩化す）　ＩＪウムおよび塩化
カリウムの混合物からつくり得る。

両金属が塩の層によって互に隔てられるすなわち通常の
接触面をもたないととによりもはや再混合は起り得ない
。

分離コラム内での向流法は好ましくは６５０°〜７５０
℃の間の温度で行なわれる。純ナトリウムは下部から、
そして汚染されたアルミニウムは上部から有効に竪型分
離コラム内に導入される。

精製されたアルミニウムは分離コラムの最下部から排出
される。該アルミニウムは通常の工業的な利用の場合、
温度や不純物の種類というようなパラメータに依存する
がナトリウムを１００〜５００ｐｐｍの範囲で含んでい
る。過剰のす）　ＩＪウムは表面で燃えてしまうかまた
はフラックス処理、塩化処理あるいは蒸溜処理で除かれ
得る。最後の蒸溜は特に真空で行なわれるものである。

ナトリウムと分離されて、製造された精製アルミニウム
は好ましくは高々５０ｐｐｍの汚染金属を含むにすぎな
い。得られた代表値は、鉛が分離コラム内で除去され２
０〜３０　ｐｐｍ　Ｌか残らぬまでになっていることを
示している。

少量の不純物金属をともなうナトリウムは分離コラムか
ら流出して向流の純ナトリウムを含む約１５０℃の熱交
換器内で冷却される。冷却剤として用いられる純媒体は
分離コラムに流れ、このようにして循環路は閉鎖されて
いる。この方法では純ナトリウムを加熱するのに必要と
されるのは少量にすぎない。低い温度ではあるが、ナト
リウムの融点より十分高い、好ましくは１５０°〜２０
０℃で固相がナトリウムとアルミニウム中の不純物金属
との間で形成される。より高い温度で操作する必要のあ
る公知の手段に訴えることなくこの比較的低い温度で、
公知の技術的手段を用い液相と固相をより明確に分離さ
せることが可能である。

固相は一般に公知の分離装置を用いて液状ナトリウムか
ら分゛離される。この例としては、フィルター、フィル
ターシリンダー、「ラツシヒ」リング、遠心分離機ある
いはサイクロンが用いられる。

本発明の方法を実施するための装置を付属の概略図（第
１図）の助けによって説明する。分離コラム１０には供
給管１２を経由して不純なアルミニウムが供給される。

この管１２は図で示されるように分離コラム１０の１端
に結合されるか、さもなくばその周壁の上部域に結合さ
れる。ナ）　ＩＪウム哨鎖循環路の供給管１４は分離コ
ラム１０の底部にまで垂下させる。このようにして導入
された純ナトリウムは上昇し、不純アルミニウムの方向
に逆らって流れる流れを形成する。精製されもアルミニ
ウムは管１６から引き出される。汚染金属を含むナトリ
ウムは連結Ｔｔ　１８を経て熱交換器２０の上端域に流
入される。

分離コラム１０はたとえばクロム・ニッケル鋼製容器か
らなり、内壁は少なくともアルミニウムの最大レベル以
上の点まで炭化珪素で被覆される。

溶融塩の層は両金属を分離するものであるが、好ましく
はこのレベルに供給する。

金属で汚染されたナトリウムは熱交換器内で約１５０℃
に冷却され、それと共に同相が生成され沈降せしめられ
る。熱交換器２０の底に連結された流出管２２は固体沈
降器２４に導かれており、そこで固相は排出管２６を経
て除かれる。次に純ナトリウムは連結管２４とポンプろ
Ｏを経て貯蔵タンク６２に流れる。

純ナトリウムはこのタンク６２からポンプ手段ろ４によ
って連結管６６を経て熱交換器２００床域に＃？ンゾ移
送される。熱交換器２０を通して流れる際に純ナトリウ
ムは金属で汚染されたナトリウムを冷却しそれ自身は昇
温される。供給管１４に入る際、純す）　ＩＪウムはそ
れ故はとんど作業温度に達し、それ以上のエネルギーを
供給する必要はを丘とんとない。

次の実施例は本発明の方法の利用について可能なところ
を示したものである。

実施例　１ １重量％鉛を含むアルミニウム合金を２０ｋＶ／ｈの流
量で付属図面で示されたような試験装置を通過させる。

分離コラム内の液体抽出は７００℃の温度で行なわれる
。ナ）　＋７ウムは１　ｋｙ　／　ｈの割合で鉛で汚染
されたアルミニウムに逆らう方向に流れるように分離コ
ラム内に導入される。鉛で汚染されたナトリウムは熱交
換器で１５０℃に冷却される。

精製されたアルミニウムの分析は鉛０．６重量％および
ナトリウム０．０１重量％を示した。このように高鉛成
分を含むア、ルミニウムはたとえば熱処理性快削合金と
いうような特別な目的のために使用され得る。

実施例　２ １重量％の鉛成分を有するアルミニウム合金ヲ実施例１
における場合と同じ速度と温度で同様の分離コラムに導
入する。しかしナトリウムの流量を６　ｋｆ／　ｈに増
加させる。

精製アルミニウムの分析では鉛量０．００３重量％およ
びナトリウム量０．０６重量％が示された。金属中のほ
とんど全部の鉛は、熱交換器の下流の固体沈降器に組立
てられた金属鋼上にＮａｔｓＰｂ４として沈降した。

実施例１と２との比較では用いられたナトリウムの量が
重大な影響力をもつことが示されている。

ナ）　ＩＪウムの消費速度が６倍に増すにつれ鉛量は１
００分の１に減少した。

実施例　３ ６０重量％アルミニウムおよび４０重量％錫の合金を実
施例１の場合と同じ割合で分離コラムに導入する。アル
ミニウムに対し向流でナトリウムを８０ｋｆ／ｈの割合
で分離コラム内に導入する。

錫で汚染されたナトリウムを熱交換器内で１５０℃に冷
却する。

精製されたアルミニウムの分析では錫成分０．００２重
量％モ、ナトリウム成分０．０５重量％が示された。

フィルターシリンダー上のＰ滓の組成はＮａ４Ｓｎであ
った。そしてナトリウム循環路内のナトリウム量は８　
ｋｆ／　ｈ低下、した。

上記実施例のすべては一次アルミニウムの精製に関した
ものである。本発明に従う方法はもし該方法によって除
去されるべき不純物を含むならばスクラップの精製にも
また実質的変更なしに用いられ得ることはもちろん自明
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための設備を示す概略図であ
る。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）元素周期表の■ｂ、■ｂ、■ｂおよびｖｂ族の金
   属の少なくとも１つで汚染されたアルミニウムを、アル
   ミニウムまたはアルミニウム合金の融点とす）　＋７ウ
   ムの沸点にわたる温度範囲で、分離コラム内において、
   液体抽出用として用いられたナトリウムによって精製す
   る方法であって、−予熱したす）　ＩＪウムを熱交換器
   ２０、固体沈降器２４、ポンプ３０．６４および貯蔵タ
   ンクろ２を有する循環路から分離コラム１０に導入し、
   汚染金属の量よりも少なくとも５倍多い量で、がっ同じ
   〈分離コラム１０内に導入される汚染されたアルミニウ
   ムに対して向流に流し、 −少量の残存汚染金属と５００ｐｐｍを越えないナトリ
   ウムを含む精製アルミニウムを除去して使用に供し、そ
   して 一低濃度の汚染金属を含むす）　ＩＪウムを循環路に返
   戻する、 ことを特徴とするアルミニウム精製方法。
2. （２）純ナトリウムを竪型分離コラム１０に下部から、
   そして汚染されたアルミニウムを上部から導入すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。
3. （３）分離コラム１０内での液体抽出を６５０°〜７５
   ０℃で行ない、流出アルミニウム中の汚染金属の残存濃
   度を好ましくは５０ｐｐｍ　とすることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。
4. （４）循環路内で汚染金属を含むす）　ＩＪウムを熱交
   換器２０内に上部から供給し、向流に流した純ナトリウ
   ムにより・、明らかにナトリウムの融点以上の温度に冷
   却し、結果として固相を沈降させることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項ないし第３項の少なくとも１つに記
   載の方法。
5. （５）低濃度の不純物金属を含むナトリウムを熱交換器
   ２０内で１５０°〜２００℃に冷却することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項ないし第４項の少なくとも１つ
   に記載の方法。
6. （６）固相を含み、かつ熱交換器２０を離れたナトリウ
   ムを追加的に冷却された固体沈降器２４に通し、該系路
   内より沈降物を除去することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第５項の少なくとも１つに記載の方法。
7. （７）分離コラム１０に供給されるナトリウムを汚染金
   属の重量の少なくとも１０倍、特には少なくともろ０倍
   とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
   ６項の少なくとも１つに記載の方法。
8. （８）分離コラム１０を、少なくとも汚染されたアルミ
   ニウムが達する最高高さまで炭イし珪素で内壁を′内張
   すしたクローム・ニッケル鋼の容器トスることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第７項の少なくとも１
   つに記載の方法。
9. （９）数センチの厚さ層をもつ溶融塩を溶融アルミニウ
   ム上に浮上するナトリウムよりも高密度とすることを特
   徴とする特許請求の範囲第８項に記載の方法。 ＱＯ）　　溶融塩をＮａＣＩｔおよびＫＧＩの混合物と
   することを特徴とする特許請求の範囲第９項に記載の方
   法。