JPS6017009B2 - アルミニウムからの汚染物の除去方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は弗化アルミニウムとの反応によって溶融アルミ
ニウムからアルカリ金属およびアルカリ士類金属の汚染
物を除去すること関する。

電解還元槽から取出される溶融アルミニウムは、リチウ
ムよびナトリウムのようなアルカリ金属や、マグネシウ
ムおよびカルシウムのようなアルカリ士類金属を少量含
む。

これらの汚染物のアルカリ金属およびアルカリ士類金属
の存在は、そのような一次アルミニウム金属が向けられ
る種々の用途のためには有害である。例えば、マグネシ
ウム含有アルミニウム合金のシートまたはプレートの製
造に際して、約２脚またはそれ以上の量のナトリウムは
熱間圧延中に「ホット・ショートネス（高温縦化）また
は緑割れを起こしうる。

痕跡量のりチウムおよび／またはナトリウムの存在は、
溶融アルミニウムの酸化速度を増大する。これにより溶
融物の損失が増し、鋳造機ノズルを閉塞したり金属流動
性を減少させうる厚いドロス層が生ずる。従って、経済
的および技術的観点から、これらの汚染元素を電解還元
槽からの一次アルミニウムの取出後に可及的に速かに除
去して、リチウムおよび／またはナトリウム含有溶融ア
ルミニウムが大気に曝される時間を短縮することが必要
とされる。少量のマグネシウムは電気伝導性に有害であ
り、従ってそ電気的性質が重要である製品のために用い
られるべき一次アルミニウムから除去されるべきである
。従って、アルカリ金属およびアルカリ士類金属汚染物
の濃度を２脚または好ましくはそれ以下にまで低減させ
るのが望ましいことが確認されてきている。そのような
除去は、アルミニウムまたはアルミニウム基合金（この
明細書では「アルミニウム」なる語は純粋アルミニウム
と同様にその合金をも広く含める意味で用いる）が少量
のアルカリ金属および／まかはアルカリ士類金属で汚染
されているその他の場合においても望ましい。溶解状態
のアルカリ金属および／またはアルカリ士類金属の含量
は、溶融アルミニウムを弗化アルミニウム（ＡそＦ３）
または弗化アルミニウム含有物質と接触させることによ
り低減されうろことは知られている。それらの汚染物は
弗化アルミニウムと反応して、混合したい〈つかの化合
物（例えば丸ｉＦ・鮒ａＦ・２Ａ〆Ｆ８のような氷晶石
系化合物類）を形成する。典型的には固体粒子の形の弗
化アルミニウムを溶融アルミニウムと接触させる。弗化
アルミニウム処理剤は、主として弗化アルミニウムから
なてし、ても、あるいは溶融金属の温度で固体あるアル
カリ金属フルオロアルミン酸塩のみからまたはそれを一
部含んでいてよい。後者のタイプの処理剤の例（リチウ
ム、マグネシウムおよびカルシウムの除去に有用なもの
）は、粒０状ナトリウム氷晶右、または弗化ナトリウム
：※化アルミニウムの重量比が小さいリチウム不含有電
鱗還槽電解質であり、従ってＮａぶそＦ３の化学量論量
よりも過剰の弗化アルミニウムを含み、処理温度におい
て固体のままにとどまるよううな組成を有するものであ
る。普通は、前記の比が１．３〜１．５の範囲内である
ような場合である。実際、添加物が固体のままであるこ
とは要件ではなく、大過剰のＡそＦ３を含む低融点（約
７２５℃）化合物であって、溶融アルミニウムへ導入さ
れたときに溶融する化合物も、アルカリ金属またはアル
カリ士類金属の除去において同等に効果であろう（その
ような化合物は、例えば非常に低い０．６〜０．７のＮ
ａＦ：Ａ〆Ｆ３重量比を有する）。そのような活性発化
物は、酸化アルミニウムのような不性物質をも、５の重
量％のような高率で含みうるが、７〜３０％が市販弗化
アルミニウムの通常の酸化アルミニウム含量である。弗
化アルミニウムでの処理は、塩素ガスまたは塩素／不活
ガス混合物でのフラックス化と比較して、アルカリ金属
およびアルカリ士類金属の除去のためには有利であると
考えられ、その理由は、そのようなガスを用いる操作で
は有害な副生気体が生じまたその他で不都合であるから
である。

ＡそＦ３を用いる米国特許第３３０５３５１号、同第３
５２斑０１号および第４１３８２４６号に記載されるよ
うな公知処理におては、溶融アルミニウムを、弗化アル
ミニウム含有固体粒状物質の単独または炭素質物質（例
：コークス）と混合したたものの充填幹炉過床に通す。
米国特許第４２７７２８０号では、粗大な顎粒状ＡそＦ
３含有物質の反応性床（フルターではない）の中を上向
きに溶融アルミニウムを通過させることによって同様な
効果が達成される。しかし、反応性物質から構成される
床フィルターまたは反応性床の使用は、いくつかの欠点
を有する。アルカリ金属（Ｌｉ，Ｎａ，Ｍｇ）と弗化ア
ルミニウムとの反応の生成物の大部分が、反応性床また
は組合されたフィルター物質の表面または内部に捕捉さ
れて残留し、すぐに目詰りを起こす。電解還元槽からの
電解質、電解槽から熔融金属と共に運ばれてくるスラツ
ジおよび／またはその他の固体、液体不純物は、同じよ
うな悪影響を与える。同様な理由により、選択的金属経
路または「チャンネル」が反応性床内に出現して、アル
カリ金属除去効率を著しく低めることがある。弗化アル
ミニウム剤は、溶融アルミニウムの処理中に消耗し、従
って反応性床の能力はその使役寿命中に一定ではない。
反応性床中における弗化アルミニウムの熱加水分解およ
び金属損失を防ぐために、発化アルミニウムは溶融アル
ミニウム中に何時も完全に没しているのが好ましい。

しかしこのようにするためには、設備が稼動していない
ときもこでも一定の加熱および熱消費が必要とされ、こ
れによって処理のコストが嵩むことになる。そのような
系で処理される金属の組成の変化には、必ず金属損失が
伴なう。またＡ〆Ｆ３床の初期子熱中に熱加水分解（す
なわち燃焼生成物中の水との反応）による分解が生じ易
い。ゆるく詰まった弗化アルミニウム粒子と溶融アルミ
ニウム金属との間の効果的な接触を達成するのは困難で
ある。

この理由は、溶融アルミニウムの高い表面張力、および
弗化アルミニウム粉末と溶融アルミニウムとの密度差が
大きいことによって、弗化アルミニウム粉末が溶融アル
ミニウムの表面上に浮遊するからである。さらには、弗
化アルミニウム粉末は溶融アルミニウムによって容易に
は漏れず、熱的に非常に安定である（すなわち大気圧下
では溶融しない）。また弗化アルミニウムは約１２７０
ｑｏの昇華温度を有するので液−液または気−液相間の
反応は溶融アルミニウムの処理温度（約６６０〜９００
ｑＣ）においては不可能である。これらの物理的特性は
、溶融アルミニウム中へばらばらの粒状弗化アルミニウ
ムを導入しようとした先行技術の満足でない成果を物語
るものである。射出（注入）ランチャーを用いて空気ま
たは窒素のようなキャリャーガス噴流で弗化アルミニウ
ム粒子を溶融アルミニウム中へ射出（注入）するこが可
能である。しかし射出操作は、可成り長時間を必要とし
、溶融金属中の高ガス圧力に伴なう危険の発生のおそれ
があり、さらにはキャリャーガスとして空気を使用する
と、過度のドロスおよび酸化膜形成をもたらしうる。溶
融金属の導入前の空のルッボの底に弗化アルミニウム粉
末を大量に添加しておくことも可能である。しかし、そ
の弗化アルミニウム粉末が電解槽からの電解質（溶融ア
ルミニウムと共に電解槽から必ずサィフオン移送される
）と選択的に反応して、ルツボのライニングに付着され
て残留する固体塊を形成することが認められている。従
って溶融アルミニウムとの効果的接触が妨げられる上記
の検討から明かなように、ＡそＦ３含有物質のゆるく詰
まった粒子と、溶融アルミニウム金属中のアルカリ金属
、アルカリ士類金属との間の効率的反応には可成りの接
触時間が必要とされる。本発明方法は、溶融金属内での
処理剤を再循環させると同時に金属の酸化を低めるため
に溶融金属表面の過度の乱れ（波立ち）を抑える条件下
で、溶融Ａそ金属に対して処理剤（ＡそＦ３またはＡそ
Ｆ３含有物質）の適切な仕込量を添加することを必要と
する。

本発明方法においては、処理剤は、容器（ルッボ）内に
保持された溶融金属体中に発生した渦巻中へ処理剤を供
給することにより、溶融Ａそ金属中へ同伴されて移行す
る。渦巻発生装置は、容器の境界領域における溶融金属
中に上向きの旋回流を発生させて、処理剤粒子と溶融金
属との長時間にわたる接触を保つような機能も果す。渦
巻の発生による熔融金属の循環は、溶融金属中のアルカ
リ金属およびアルカリ士類金属舎量の所望の低い値にま
で低減するに足る時間にわたって継続し、その時点で循
環を停止する。残留処理剤と混合している反応生成物の
あるものは、ドロスの形で金属表面へ上昇し、そのよう
なドロスから熔融金属はドロスのスキミングによりまた
は金属のサィフオン取出しにより、あるいは他の慣用法
により分離できる。しかし、反応生成物の多くの部分は
縄辞処理工程中にルツボのラィニングに付着する煩向が
あるので、ルツボが空のときに取り除くことができるい
くつかの捨金処理方法において、溶融金属を連続流とし
て排出する容器中に発生される溶融金属渦巻中へ反応性
物質を導入することは周知である。

本発明方法の操作においては、渦巻の発生は、比較的に
低い嵩密度の微粉砕粒状物質を溶融金属と接触させるた
めの手段として、またそのような熔融金属中に物質の粒
子を分散状態にまた渦巻が終了するまでの長時間にわた
って溶融金属と緊密な接触状態に維持するための手段と
しての両機能を果す。渦巻は、ルッボ中の溶融金属内に
浸潰されて垂直軸に関して回転される額斜羽根付き多羽
根ローターをもつ回転式澱投機を用いて発生させ維持す
るのが好ましく、各羽根の煩斜は垂直に対し鋭角で下向
きの主要面を羽根に与えるような角度とするのが好まし
い。

羽根車ロータ−はルッポの垂直中心線に関して偏心して
ルッボ中に配置されるのが好ましい。電磁誘導蝿を用い
ても渦巻を発生させることがでかきる。適切に配直した
誘導コイルを、溶融金属を収容するルッボまたはその他
の容器の外部に設ける。本発明は粒状Ａ〆Ｆ３処理剤を
溶融アルミニウムと混合するための装置も提供する。

この菱魔は、溶融金属収容用のルッポおよび羽根車また
はロ−ターを含み、その羽根車は額斜羽根を有し、ルッ
ポの垂直中心線から偏心して配置されている。以下にそ
れらの寸法および位置関係に特定な範囲を説明する。添
付図面において、円筒状ルッボ１０は溶融アルミニウム
１１を含んでいる。

分離蓋１２は偏心れた羽根車１４を支持しており、羽根
車はモーター１６により駆動される。羽根車１４は溶融
アルミニウム１１中に浸潰される羽根（ブレード）２０
を備えた回転軸１８を有している。蓋１２は、ルツボへ
処理剤を供Ｖ給するためのダクト２２、およびルッボか
ら発煙を排出するための排気導管２４も備えている。典
型的には「ルツボは鋼製シェルに、溶融アルミニウムに
対して不活性の耐火ラィニングを施したものである。蓋
１２および関連した部材は、一連の異なる移動式ルッボ
に含まれる溶融金属のバッチを蝿拝するのに同一の蝿洋
装層を使用できるように移動できる渦巻発生アセンブリ
イをなしている。溶融アルミニウムから汚染物たるアル
カリ金属および／またはアルカリ士類金属を除去するた
めに、ルッボ１０に適正量の溶融アルミニウム金属を仕
込む。

次いで蓋１２をルッボの上に置いて羽根車１４の羽根付
き部分を溶融アルミニウム中に浸糟する。弗化アルミニ
ウム（ＡそＦ３）からなりまたはそれを含む粒状の処理
剤（このものは溶融アルミニウムの温度では固体である
）をダクト２２を介して重力により供給する。羽根車の
回転は、処理剤の導入前に開始されるのが好ましく（し
かし導入後に開始してもよい）、そして溶融体１１中に
安定な渦巻（第２図の２６）を維持する。渦巻の発生に
よって溶融金属中に袖方向流動コンポーネント（成分）
および半径方向（放射状）流動コンポーネント（成分）
の組合せがもたらされる。ＡそＦ３粒子は渦巻中へ引き
込まれ、次いで一般的に２８に示した流動経路に沿って
溶融体中を循環される。渦巻中へ弗化アルミニウムを直
接に供繋官することは必要でなく、その理由は弗化アル
ミニウム剤は溶融体表面における金属の高い循環速度に
よって渦巻中へ急速に移動されるからである。羽根車の
回転は、所望の低水準にまで溶融体中の汚染物含量を低
減させるに足る充分なアルカリ金属および／またはアル
カリ士類金属（すなわち溶解された汚染物）と発化アル
ミニウムとの間の反応が行われるまで、渦巻２６および
弗化アルミニウム粒子の再循環を維持しつつ継続される
。

典型的には、このような結果を達成するのに要する時間
は、約１び分未満であり、実際にはいよいよ１０分より
もはるかに少し、。汚染物であるアルカリ金属およびア
ルカリ士類金属と弗化アルミニウムとの反応により生成
される氷晶石系化合物の如き化合物は、熔融体の表面上
に浮遊し、従って羽根車の回転を停止し、蓋をルッボか
ら取り外したときには、スキミングたはその他の方法に
よって容易に除去できる。汚染物除去済の金属はかくし
てルッボから注ぎ出しまたはその他の方法で取り出すこ
とができる。本発明方法によって、汚染物の濃度を、典
型的な約２のｐｍのＩＪチウムおよび約３０〜６呼ｍの
ナトリウムの濃度から、羽根車での連続燈洋を１び分ま
たはそれ以下の時間行うことにより、１肌未満にまで低
減することができる。

熔融アルミニウムの取扱いにおいて一般的に用いられそ
の他の諸工程の実施中に本来的に上記の如き汚染物の幾
分かの濃度低下が生ずるので、汚染物金属の含量の満足
すべき低減（例えば２ｐｐｍＬｉまでの低減）をさらに
短時間で達成することがいまいま可能である。弗化アル
ミニウムは、ある割合のアルミナを含むことがあるけれ
ども、フルオロアルミン酸塩反応生成物のフラックス作
用がそのような不溶性アルミナの除去に効果を示す。事
実、本発明方法は処理前に溶融物中に存在していた炭化
アルミニウム（Ａ夕４Ｃ３）の如き包含物質を除去する
付随的効果を示くことが認められる。溶融アルミニウム
中への固体ＡそＦ３粒子の高混入効率を達成するために
最適な麹方向および半径方向（放射方向）流動成分の組
合せは、ルッボに関して羽根車を適切に配置することに
より、および／または、羽根車の寸法および形態により
、達成される。

この目的のために、羽根車は複数の等角度に配置され頚
斜（ピッチ）角を付けた羽根（ブレード）を設え、それ
ぞれの羽根は垂直に対し鋭角で下を向いている主要面２
０ａを有するようになっている。羽根車の回転軸の心は
、ルッボの幾何学的軸から偏心されて配置されており、
また羽根車の回転方向は、羽根の表面２０ａが羽根のり
ード面（前進面）となって、下向きの成分をもつ力を溶
融アルミニウムに作用させるようになっている。図面に
おいて、■（シータ）は羽根の表面２０ａの懐斜角（ピ
ッチ角）を示し、ｄは羽根車の羽根部分の全体直径を示
し、ｈは羽根の高さ寸法を表わし、ｘは羽根車回転軸の
偏心距離を示し、ｙはルッボの内底から羽根車の羽根の
中位点までの垂直距離を示し、日はルッボの内底からル
ッボ中の溶融金属の静止面までの垂直距離を示し、Ｄは
ルッポの内径を示し、そして矢印Ｒは羽根車の回転方向
を示す。本発明によれば、その特定のまたは好ましい態
様として、下記の範囲の相対関係および寸法が、添付図
に示したタイプの羽根車の形態および配置において見ら
れる。

満足すべき結果は、円筒容器（ルッボ）の中心に配置し
た羽根車、またはほとんど偏心してない羽根車でも得ら
れるが、羽根車の回転軸の偏心（ｘ）は、普通０．１〜
０．２弧の範囲であり、より好ましくは０．２５〜０．
７ｄの範囲である。

１２００ の間隔で離されて３０〜３５０のピッチ角を
もつ３枚羽根を用いまたｄ／Ｄ比を約０。

２５とするのが最も好ましい。

羽根車の偏心ｘは０．９が最も好ましい。説明した羽根
車の配置は、交換式トランスファールッボでは実用でき
ない垂直バッフルを使用せずに、安定な渦巻を作り出す
のに有利である。羽根車と液体との間に高い相対速度を
維持することによる渦巻の発生における慣用バッフルの
機能は、羽根車によって作られる放射状（半径方向）お
よび軸方向の両流動コンポーネント（成分）の組合せに
より本発明の羽根車の配置で達成される。羽根の４５０
ほどの大きな煩斜角（ピッチ角）■は、しぶきおよび表
面波を生じさせ易いので、それよりも小さなピッチ角、
例えば３び〜３ずを用いて溶融金属アルミニウムを下向
きに押して弗化アルミニウム粉末を溶融アルミニウム中
へ引き込むようにするのが好ましい。

必要とされる溶融金属流の軸方向コンポーネントは、垂
直羽根付きの羽根車を用いてさえも、ルッボの幾何学的
軸に関して羽根車を偏心して位置させることにより達成
される。

しかし、溶融金属の表面での波および振動を最小化する
ためには、偏心配遣したピルチ角付き羽根車を使用する
のが極めて好ましい。羽根車の偏心配贋によって大きな
寸法のトランフアールッボ中の金属の灘梓中にしぶき（
スプラツシング）の発生のおそれがなく、ルッボを一層
多く満たせるようにできることが判明した。羽根車偏心
配層によれば所与の寸法のルッボで実質的に大きな量の
金属バッチの処理が可能となるので、そのような偏心配
暦は本発明による好ましい態様の重要な特徴である。所
与の羽根車についての最小回転速度は、安定な渦巻を発
生、維持するものであり、一方最大回転速度は、それ以
上の速度では蝿拝されている溶融金属中へ空気が取り込
まれてしまうような限界の速度である。

これらの値は、羽根車の直径ｄによって左右さる。最適
回転速度は過度の金属のスプラッシングや損失を起こす
ことなくルッボ耐火材または羽根車構造金属の侵蝕を生
じさせることなく良好な渦巻を発生させるような速度で
ある。好しし、範囲０．１５〜０．４０内のｄ／Ｄ比を
与える羽根車を例にとれば、現在のところ、そのような
羽根車は約１００〜約３０仇ｐｍの回転速度で回転させ
るのが好ましい。しかしこの範囲外の回転速度も、それ
によって望ましい渦巻きが過度のスプラッシングを生じ
させることなく得られる限り、使用できる。チルトまた
はピッチ羽根付き上記定義の方向に回転させる偏心配層
羽根車の使用は、溶融金属への団体弗化アルミニウム粒
体の侵入を増長する鞠方向および放射状流動コンポーネ
ントの高度に効率的な組合せをもつ安定な渦巻の発生に
おいて特に満足すべきものであことが判明した。ＡそＦ
３分末で溶融アルミニウムを処理中に、アルカリ金属お
よびアルカリ士類金属はＡでＦ３と反応して混合アルカ
リ氷晶石系化合物を生成する。

例えばＮもＡＺ３Ｆ，４，Ｎａ２ＬｉＡそＦ６，および
Ｌｉ３Ｎａ３Ａで２Ｆ，２である。これらの化合物は比
較的低い融点を有し、容易に凝集され、またはルッボ壁
に付着し、あるいは溶融物表面に浮遊し、そこでそれら
の化合物は電解槽からサィフオンで供艶篤される場合に
必ず存在する電解槽電解質または金属酸化物と反応する
。これに引き続き行われるサイフオンによる金属移送中
に、これらの化合物のほとんどはルッポの内側に残留し
、かくして精製溶融Ａメから分離される。アルカリ金属
との迅速な反応のためには高品位のＡ〆Ｆ３が望ましい
が、低品位ＡクＦ３粉末についてはＡそＦ３／Ａ〆比を
高くするように添加を行うことにより補償できる。

使用しうるその他の混合物は、低品位ＡそＦ３（例えば
Ａ夕２０３と混合したＡクＦ３）または非常に過度のＡ
〆Ｆ３を含むアルミニウム電還元槽浴物質（すなわち過
剰のＡどＦ３を含むＮａ３Ａ〆Ｆ６）である。本発明を
下記の実施例によりさらに説明する。実施例 １約２０
〜２母血のＬｉを含む純度９９．７％の溶融アルミニウ
ムの試料１３０ｋｇを、下記の種々の各操作において、
マイナス（一）３５メッシュの粒度に粉砕した固体Ａそ
Ｆ３で処理した。

Ａ：３００９のＡそＦ３粒子を、櫨梓せずに溶融アルミ
ニウム表面へ供給。

Ｂ：２００夕のＡＺＦ３粒子を、溶融物を９０仇ｐｍで
回転しているロータ−によって蝿拝しつつしかし渦巻を
発生させないで、溶融物表面へ供給。

Ｃ：３００夕のＡそＦ３粒子を、窒素をキヤリヤーガス
としてグラフアィト製ランチャーを介して溶融物の表面
より下の溶融物中へ注入。Ｄ：２００夕のＡぐＦ３粒子
を上記Ｃのようにして注入、但し溶融物を９０仇ｐｍで
回転するローター（ランチャーの出口の上に配置）によ
ってかきまぜ。

Ｅ：２００夕（Ｂ−１）および３００夕（Ｅ一２）のＡ
そＦ３粒子を、本発明により、２０仇ｐｍで回転する蝿
梓機で熔融物中に渦巻を発生させ維持しながら、溶融物
表面へ供給。

別の操作Ｆでは、Ａ〆Ｆ３を用いなかったが、９０仇ｐ
ｍで回転するローターにより、渦巻を発生させずにかき
まぜた。

結果は下記の通りであつた。本発明方法による操作（Ｅ
−■１およびＥ−２）は、他のいずれの操作よりも著し
く迅速なりチウム除去を達成した。

本発明の操作により９分後に達したりチゥム濃度は、リ
チウム汚染初期濃度がはるかに低くＡそＦ３の注入と蝿
梓とを併用した操作Ｄによるものと同等であるだけであ
った。

この実施例における羽根車の諸寸法および配置は次の通
りである。

羽根車の直径ｄは１２．＆松であり、その羽根車は、高
さ８．８肌の４枚の羽根を備え、それらの羽根は３５ｏ
の角度で煩いてし、た。

ルッポ（容器）の直径は５比１であり、日の値は３７．
５地、ｘの値は１／２ｄであった。

実施例 ２ 約１６０肌の内径および約４５００【９溶融アルミニウ
ムの公称容積をもつ円筒ルッボを備えた添付図に示した
タイプの装置を用いて、リチウムおよびナトリウムで汚
染された一連の量の溶融アルミニウムを、本発明方法に
より処理した。

各場合に、ルッボボを１００肌の高さまで溶融アルミニ
ウムで満たし、Ａ〆Ｆ３をアルミニウム１トン当り約１
．７ｋ９の割合で溶融アルミニウム表面へ供孫舎した。
羽根の高さ２５弧および直径４５伽の懐斜羽根付き羽根
車を、２０〜３ルネ（好ましくは２２．＆九）中心から
ずらしそして羽根車の羽根の中位点をルッボの底から３
７．５加として、溶融アルミニウム中に浸潰し、羽根の
上縁が溶融アルミニウムの上面とルッボの底との中間点
に配置されるようにした（従って羽根は溶融金属体の下
半分内に全体的に位置していた）。各場合に、羽根車は
約１３０〜約１３８ｐｍの間の速度でＩＱ分間回転させ
て、安定な渦巻を発生させ維持した。Ａ〆Ｆ３粒子の添
加方式およ、び溶融金属温度はそれぞれ試験毎に変えた
。２０の連続的試験の結果は下記の通りであった。

（上記表の注） ※ 測定せず ※※ ａ−開始時に５０※のＡムＦ３を添加し、羽根車
の運転１分後に残りの５０※添加。

ｂ−開始時に３３多、羽根車の運転３０秒後に３３孫、
１分後に３３％添加。ｃ−羽根車の運転開始から１．５
分間に連続的に供給。ｄ−羽根車の運転開始から１．０
分間に連続的に供給。ｅ−羽根車の運転開始から０．５
分間に連続的に供給。ｆ−開始時に３３％、羽根車の運
転開始１５秒後に３３％、３０秒後に３３％添加。ｇ−
開始時に３３％添加、羽根車始動１０秒後に３３※、２
０秒後に３３％添加。これらのデータは、リチウム除去
効率に対する高い温度の逆効果を示しており、かかる逆
効果は高温金属からの１００％のＩＪチウム除去効率を
妨げる熱力学的に支配されるリチウム弗化物と金属リチ
ウムとの間のりチウムの平衡によるものである。同様な
効果は、除去を助長するナトリウムの高い蒸気圧の故に
、ナトリウムに関しては観察されなかった。１粉ご間の
処理後のりチゥムの平均除去効率は上記表中の２０の試
験について９３％であった。

これは、処理剤金属について満足すべきリチウム濃度（
すなわち、ほとんどの目的にとって許容されうる上限値
以下）に相当する。実施例 ３ 電解還元槽からサィフオン移送したアルミニウムを含む
トランスファールツボでいくつかの処理実験を行った。

使用した弗化アルミニウム粉末（９２％ＡとＦ３、約８
％Ａ夕２０３；重量）は１．５〜１．７夕／地の高密度
をもち、また下記の粒度分布であつた。２５％
＞１００ミクロン５０％ ＞８
０ミクロン ７５％ ＞６５ミクロン これらの処理において、各ルッボは約３５００ｋ９の溶
融アルミニウムを含んだ。

３枚羽根の羽根車を用いたが、これは３５ｏの羽根ピッ
チ（角＠）、４６弧の直径（ｄ）および２５弧の羽根高
さ（ｈ）を有し、回転して安定な渦巻を発生させて維持
した。

ｄ／○比およびｈ／日比はそれぞれ０．２５であり、最
大処理時間は６分であった。ローターの偏心（ｘ）は１
／２ｄであった。いくつかのルッボを一連の組にして処
理した。比較の目的で、一組の（試験１）は弗化アルミ
ニウムを使用せずに実施した。残りの六組の処理（試験
２〜７）は本発明によるものであった。試験２〜５では
、すべての弗化アルミニウムを縄梓開始時またはその前
に添加し、試験６および７では弗化アルミニウムの１′
３を開始時に、１′３を開始０．５分後にそして１′３
を開始１分後に添加した。試験７のルッボ中の金属は初
期に１０１脚のマグネシウムを含んでいた。他の六試験
の金属はＩＱ岬未満のマグネシウムを含んでいた。結果
は下記の通りであった。

試験１（比較）は、アルミニウム縄梓効果のみにるアル
カリ金属の除去を示している。

３分および６分後のいりチウム除去効率（１５％，１９
％）と比較して、ナトリウムの除去率が高いのは（６１
％，７２％）、ナトリウムよりもリチウムの方がはるか
に低い蒸気圧を有することによる。

実際、ナトリウムは大気圧において８８〆○の沸点を有
するのに比較して、リチウムの沸点は１３２飢○である
。試験２，３および４では、ナトリウムおよびリチウム
の除去に対するＡそＦ３重の効果が比較できる。Ａ〆Ｆ
３のｋ９数／Ａそのトン数の比０．７から３．３へ増加
することによってリチウム除去に著しい効果があった。
この効果はナトリウムについてはそれ程顕著ではないが
、その理由は酸化だけで迅速なナトリウム除去がなされ
るからである。試験５は、回転数を１０仇ｐｍから１５
仇ｐｍへ増加した以外は試験３と同じである。

回転数の増加によって、ナトリウムおよびリチウムの除
去効率が、それぞれ、８９％から９２％へ、そして７４
％から８５％へ増大した。試験６は、７つのトランスフ
ァールッボを用いたが、アルカリ金属の除去率に対する
Ａ〆Ｆ３粉末の逐次添加の効果を示すものである。

このような添加方法によってもアルカリ金属の除去率を
増大しうろことが判るが、これは多分ＡそＦ３粉末とア
ルミニウムとの間の界面の増大によるものと考えられる
（一回で大量のＡそＦ３を添加すると粉末の凝結を引き
起こすことがあり、そしてアルミニウムとの効果的接触
が低められうる）。試験７は、Ｌｉ，ＮａおよびＣａ以
下にＭｇの金属が存在することにより影響を示すもので
ある。３分間後の櫨梓後のＭｇ舎量は４６脚（除去率鬼
％）であり、６分後では３瓜血（除去率７０％）であっ
た。

Ｍｇの存在は、たとえそれが他のアルカリ金属類よりも
高い濃度であっても、処理効率に著しくは悪影響を与え
ないことが結論できる。この試験におけるＭｇの存在は
、電解還元槽においてＬｉＦ−ＭｇＦ２混合電解質を用
いたことによるものであった。その他の原因による金属
中のグネシゥムの存在（例えばＡそ−Ｍｇ合金からの汚
染）も許容されうる。しかし、もしＭ数字増大すると、
それに応じてＡそＦ３の添加も調節して一定のリチウム
およびぴナトリウム除去効率を確保するようにしなけれ
ばならない。実施例 ４ 実施例３と同じ装置を用いた二つのシリーズ試験におい
て、それぞれ約３４００ｋ９の溶融アルミニウムを含む
トランスファールッボを、本発明により処理した。

ＡそＦ３粉末は、Ａ〆トン当り２．０ｋ９のＡ〆Ｆ３の
割合で、三等分して（すなわち、開始時、縄拝３の妙後
および１分後に）ルッボに添加した。渡梓は実施例３の
試験３のように１７８ｐｍで６分間実施し、安定な渦巻
を発生させ維持した。一方の試験で処理した金属を用い
て米国アルミニウム協会記号ＡＡ−１３５０をもつ第１
の合金を作り、第二の試験で処理した金属を用いて米国
アルミニウム協会記号ＡＡ−５１５４をもつ第２の合金
を作った。アルカリ金属およびアルカリ士類金属の含量
を合金化後にも測定した。結果は下記の通りであった。
平 均 分 析 値 除去効率は実施例３の試験６のそれと同程度である。

またナトリウムおよびリチウム濃度は処理後に低減し続
けることが判る。これは炉中でのアルカリ金属の酸化を
促進する種々の金属処理取扱い操作（移動、合金化、蝿
梓、加熱、保持等）によるものと考えられる。実施例
５ この例でも実施例３および４と同じ装置および同じＡそ
Ｆ３粉末を用いて、トランフアールッボ中の熔融アルミ
ニウム（各３５００ｋ９）を１０仇ｐｍで１０分間燈拝
して、安定な渦巻を発生させ維持した。

処理後、金属を１び分間静遣してアルカリ金属舎量を再
測定した。結果は下記の通りであった。櫨枠停止後に観
察されたアルカリ金属含量の一層の低減は、溶融金属と
接触しているＡそＦ３に富む反応生成物の高水準の活性
によるものと考えることができる。処理後の静直の際の
かかるアルカリ金属含量の低減がたとえ、処理中の反応
と比較して著しく重要ではないとしても、トランスファ
ールッボ中に処理と鋳造炉への移動との間に保されてい
る間の逆反応のおそれがないことを示すものである。こ
のようなことは、もしアルカリ金属が塩素ガス反応のみ
の処理で除去される場合にはないことである。実施例
６ 羽根車の羽根の角度の効果を示すために、一連の試験を
を行った。

純度９９７％の溶融アルミニウム（温度８２５こ０）を
１２５ｋ９用い、またマイナス（一）３５メッュの弗化
アルミニウム粉末をアルミニウム１トン当り０．８ｋ９
の割合で用いた。種々の頃斜角（ピッチ）の羽根を付け
た羽根車を用いた。各場合にｄ＝１２．５肌、ｈ＝１１
弧、ｄ／Ｄ＝０．２５、ｈ／Ｈ：０．２５そしてｘ＝１
／２ｄであった。鷹梓は２５仇ｐｍで６分間行った。結
果は下記の通りであつた。ピッチ角を増大することによ
って、３分および６分後のＬｉの除去率が増加し、また
羽根の数も除去効率に影響するようである。

実施例 ７ ５０％（重量）の氷晶石（Ｎａ３ＡそＦ６）および５０
％（重量）のＡそＦ３を含む合成混合物（ＮａＦ／Ａ〆
Ｆ３重量比＝０．４３）を、上記二化合物の融合により
調製し、マイナス（一）３５メッシュの粒子寸法にまで
粉砕し、本発明による溶融アルミニウムの処理のために
用いた。

１５０ｋ９のアルミニウムの試料二個（８２５午○）を
、３０ｏのピチ角、１２．５弧の直径（ｄ）、１１肌の
羽根、高さの４枚羽根の健梓機を用いて、ルッボ中で処
理した。

ルッボの寸法はｄ／Ｄ比およびｈ／日比がそれぞれ０．
２５になるようなものであった。二つの試験のうちの一
方では、８５重量％のＡそＦ３および１５重量％のＡメ
２０３からなる弗化物含有物質を用い、そして他方の試
験では前述の氷晶石とＡクＦ３の合成混合物を用いた。
両者とも、アルミニウム１トン当り２．０ｋｇの割合で
用いた。結果は下記の通りであった。ＡそＦ３／Ｎａ３
ＡクＦ３混合物の高効率は、おそらく低融点（約７００
午０）相の形成によるものと考えられる。

従って、それは液伏アルミニウムと接触後に溶融して固
／液反応ではなく液／液反応にＡ〆Ｆ３粉末を供給し、
そのＡそＦ３が弗化アルミニウム稀釈を補償する。さら
には広範囲の粒度分布の混合物中の弗化アルミニウム粉
末を用いた。その際の平均粒子寸法は、１柳から０．０
５肌の間で変えた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するめの装置の横断面図。 第２図は第１図の線２一２での縦断面図。円筒容器…・
・・１０、溶融アルミニウム・・・・・・１１、容器カ
バー・・・・・・１２、羽根車・・・・・・１４、モ−
夕−・・・・・・１６、羽根車回転軸…・・・１８、羽
根・・・・・・２０、弗化物供給口・・・・・・２２、
排気導管・・・…２４、渦巻・・…・２６。（０．〆 （ｏ．２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶融アルミニウムから汚染物のアルカリ金属および
   アルカリ土類金属を、弗化アルミニウムとの反応により
   そのような汚染物金属のフルオロアルミン酸塩とするこ
   とにより除去する方法であつて、（i） 汚染されてい
   るアルミニウム金属を竪型容器に仕込み、（ii） その
   容器中で溶融状態のアルミニウムを、その中に渦巻を定
   常的に生じさせる共に溶融アルミニウム中にその渦巻の
   底で下向きおよび横向きの両流動成分をもつ流れと容器
   の周縁付近領域中で上向き旋回流とを生じさせる条件の
   下に撹拌し、（iii） 粒状の弗化アルミニウム含有物
   質を上記渦巻の中へ入り込むように供給し、（iv） ア
   ルカリ金属およびアルカリ土類金属の含量が所望の低水
   準に低減するまで溶融アルミニウムの撹拌を継続し、（
   v） 溶融アルミニウムを溶融フルオロアルミン酸塩反
   応生成物から分離する、ことからなる上記溶融アルミニ
   ウムから汚染物を除去する方法。 ２ 容器の軸線に関して中心や外れた渦巻を発生させる
   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 回転軸に関して傾いた羽根を有する多羽根車によつ
   て渦巻を発生させ、維持する特許請求の範囲第１または
   ２項に記載の方法。４ 粉末ＡｌＦ＿３、または低いＮ
   ａＦ／ＡｌＦ＿３重量比の粉末ＮａＦ・ＡｌＦ＿３で溶
   融金属を処理する特許請求の範囲第１〜３項のいずれか
   に記載の方法。 ５ 容器は内径Ｄを有して溶融金属によつて高さＨまで
   満たされ、羽根車は直径ｄおよび羽根の高さ寸法ｈを有
   し、ｄ／Ｄ比が０．１ないし０．６そしてｈ／Ｈ比が０
   ．１ないし０．７であることを特徴とする特許請求の範
   囲第３項に記載の方法。 ６ 羽根車の回転軸は容器の軸線に関して０．１〜０．
   ２５Ｄの値に相当する距離ｘだけ中心が外れている特許
   請求の範囲第５項記載の方法。 ７ 羽根の中位点は容器の底から上へ０．２５〜０．７
   ５Ｈに相当する距離ｙだけ離れている特許請求の範囲第
   ６項に記載の方法。 ８ ｄ／Ｄ比は０．１５〜０．４０であり、羽根車は１
   ００〜３００ｒｐｍで回転させる特許請求の範囲第５項
   に記載の方法。 ９ 処理剤は渦巻の定常的発生後の短時間中に溶融金属
   に対して少量づつ分割してまたは連続的に供給する特許
   請求の範囲第１〜８項のいずれかに記載の方法。 １０ 羽根車の回転軸は容器の軸線に関して０．２５〜
   ０．７ｄの値に相当する距離ｘだけ中心が外れている特
   許請求の範囲第５項に記載の方法。 １１ 粒状の弗化アルミニウム含有物質と溶融アルミニ
   ウムとを混合して溶融アルミニウムから溶解汚染物のア
   ルカリ金属およびアルカリ土類金属を除去するための装
   置であつて、ａ 垂直な幾何学的軸および内径Ｄを有し
   て溶融アルミニウムを底面から高さＨまで含むための円
   筒状容器であつて実質的に内部バツフルを含まない円筒
   状容器、ｂ 多羽根付き羽根車、羽根車を垂直軸に関し
   て駆動するための手段、羽根車を回転させるための手段
   および粒状弗化アルミニウム含有物質を供給し発煙を排
   出するための手段を支持している上記容器用カバー、を
   備え； 羽根車は直径ｄであり、羽根車の羽根は高さ寸法ｈで
   あり、それらの羽根の中位点は容器の底から距離ｙだけ
   上にあり、羽根車の回転軸は容器の幾何学的軸から距離
   ｘだけ離れており、それらの羽根は垂直に対して角度θ
   で下向きに傾けられた主要表面を有し； そして上記ｄ
   ，Ｄ，ｈ，Ｈ，ｘ，ｙおよびθの値はｄ／Ｄ比が０．１
   〜０．６、ｈ／Ｈ比が０．１〜０．７、ｘが０．１〜０
   ．２５Ｄ、ｙが０．２５〜０．７５Ｈ、θが０〜４５°
   となるような値である；ことを特徴とする上記装置。 １２ ｄ／Ｄ比が０．１５〜０．４０、ｈ／Ｈ比が０．
   ２〜０．４、ｘが０．２５〜０．７ｄ、ｙが０．４〜０
   ．６Ｈそしてθが３０〜４０°であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１１項に記載の装置。