(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム溶解に伴い発生するホワイトドロスを粉砕して篩分けする処理工程にて発生した微紛からなるブラックドロスを直接加熱によって溶解させる工程を含むことを特徴とするブラックドロスの処理方法。
【請求項２】
前記ブラックドロスの溶解装置としてアークプラズマ発生装置を用いることを特徴とする請求項１に記載のブラックドロスの処理方法。
【請求項３】
前記ブラックドロスをプレスすることによりペレットに固めた後、前記アークプラズマ発生装置により溶解させることを特徴とする請求項２に記載のブラックドロスの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、アルミニウム溶解の際に発生するドロス、すなわちいわゆるホワイトドロスからさらにアルミニウムを回収する工程において、これを粉砕、篩分け処理する際に発生する微粉からなるいわゆるブラックドロスの処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
わが国におけるアルミニウムの消費量は、世界の１５％に達しているが、原料のほとんどがアルミニウム地金として海外から輸入されている。他方、アルミニウムはリサイクル、すなわち使用済み屑の溶解による再生が容易な金属であり、かつ再溶解に要する電力量は、ボーキサイトからの製錬の際に必要とする電力量の約３％にすぎない。このため、アルミニウムのリサイクル、すなわち溶解による再生は、資源的にもコスト的にも非常に有効な手段である。
【０００３】
しかして、アルミニウムの溶解の際には、ホワイトドロスと呼ばれる廃棄物が副生される。このホワイトドロスは、金属アルミニウムの含有量が通常７０％以上であるので、例えば図２に示すような工程によって大部分のアルミニウムが回収される。すなわち、ホワイトドロスは、粉砕され、篩分けられ、ある粒度範囲の粗粒を溶解して、アルミニウムを回収する。このホワイトドロスの粉砕、篩分けの際に発生する微粉（通常１００メッシュ以下）がいわゆるブラックドロスである。
【０００４】
このブラックドロスは、年間約３０万トンも発生するが、現在のところ有害廃棄物に指定されておらず、いわゆる管理型埋立てにより処分されている。しかしながら、不純物として窒素化合物、塩素化合物、重金属元素を含んでいるので、アルミニウムのリサイクルの進展に伴って蓄積量が増加すると、近い将来環境汚染の問題が表面化してくるものと考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ブラックドロスは、金属アルミニウムの含有量は通常２０％以下で、アルミナを主成分とするために、導電性がほとんどなく、かつ高融点である。したがって、含有される不純物を除去し、又は無害化するために、これを溶解処理することは従来の技術によっては不可能とされていた。本発明は、ブラックドロスを高温に加熱することにより溶解、すなわち溶融して、含有不純物を除去し、又は無害化する方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決する手段】
本発明は、上記の目的を達成するため、アルミニウム溶解に伴い発生するホワイトドロスを粉砕して篩分けする処理工程にて発生した微紛からなるブラックドロスを直接加熱によって溶解させる工程を含むことを特徴とするブラックドロスの処理方法である。本発明の溶解装置としては、アークプラズマ発生装置を用いることができる。このアークプラズマ発生装置によってブラックドロスを溶解するためには、該ブラックドロスをプレスすることによりペレットに固めた後、装置に投入することが好ましい。
【０００７】
【発明の作用・効果】
上記の本発明によるブラックドロスの処理方法によれば、従来の技術によっては溶解不可能とされていたブラックドロスの溶解処理が可能となった。この処理によって、ドロスの容積は処理前の４０％に減少し、また同ブラックドロスに含まれた塩素は９９．９％が除去された。
【０００８】
【実施例】
本発明は、ブラックドロスを直接加熱によって溶解させる工程を含むことを特徴とするが、本発明による方法の実施例として、以下にアークプラズマによって溶解を行った実験について説明する。実験に使用した試料は、図２に示すホワイトドロスの粉砕、篩分けの際に発生する微粉（１００メッシュ以下）のブラックドロスである。図１に実験に使用したアークプラズマ発生装置を示す。この装置のアークチャンバー１の上部には、直流アルゴンプラズマ発生用トーチ２と試料投入フィーダ３が取り付けられている。トーチ２に供給されるアーク電圧、アーク電流、アルゴンガス流量は図示省略の制御装置によって制御される。チャンバー１の中央にはカーボンるつぼ４（直径２２０ｍｍ×１２０ｍｍ）が設置されており、ここでフィーダ３から投入された試料をアークプラズマによって溶解する。なお、符号５はるつぼ蓋、６はチャンバー内の圧力を測定する圧力計、７ａ、７ｂはるつぼの温度を測定する温度計、８は分析用ガス取り出し口である。
【０００９】
実験操作は次のとおりである。ブラックドロス１６０ｇを試料とし、これをプレスして固めて１０×５０×２０ｍｍの大きさのペレット１０数個を作り、フィーダ３を通してチャンバー１内のカーボンるつぼ４にペレット３個／ｍｉｎの速さで順次投入し、プラズマ溶解した。２０ｋＷの電力で約５分間で処理を終えた。
【００１０】
溶解時に発生したガスは、質量分析計を用いて分析を行った後、スクラバー（排ガス処理装置）により中和処理を施した。プラズマ処理前後の試料については、Ｘ線回折分析とＥＰＭＡを用いて化学種分析を行い、またＩＣＰ−ＡＥＳ（誘導結合プラズマ発光分析）とフレームレス原子吸光分析を用いて組成分析を行った。下記表１にプラズマ処理前後のブラックドロスの化学種分析の結果を、下記表２に同様に組成分析の結果を示す。
【００１１】
【表１】
0003645934.tif 000002
【００１２】
【表２】
0003645934.tif 000003
【００１３】
上記実験の結果、本発明の方法によれば、ブラックドロスの直接加熱による溶解が可能なことが明らかとなった。すなわち、ブラックドロスから作ったペレットを少量ずつるつぼ４内に投入することにより、始めにるつぼの底に少量の溶融物からなる導電性の溜まりを形成し、この溜まり中に順次ペレットを投入して溶解させる。このようにして非導電性のブラックドロスの直接溶解が可能となった。この溶解処理によって、ブラックドロスの容積は処理前の４０％に減少した。表１から、ブラックドロスの主成分の形態は、Ａｌの酸化物と窒化物の混合した形となっていると考えられ、プラズマ処理後も大きな変化は見られなかった。表２から、Ｍ−Ａｌ（金属アルミニウム）については、プラズマ処理により酸化されてＡｌ2Ｏ3に変化することが分かった。これは、フィーダ３を用いて試料を大気下で投入したので、るつぼの周りが酸化雰囲気になっていたためであると考えられる。窒素については、プラズマ処理を施すことによってほぼ１／３に減少した。プラズマ処理を極く短時間行うと、質量分析計に質量数１７のアンモニアのピークが生じたことから、プラズマ処理によってブラックドロス中のＮ成分は分解されたと考えられる。Ｃｌについては、濃度がプラズマ処理前の７．３２％から、プラズマ処理後は０．００８０％（＝８０ｐｐｍ）に減少し、９９．９％除去することができた。Ｃｒ，Ｐｂ，Ｃｄのような重金属元素についは、プラズマ処理によってあまり変わっていないが、ガラス状に固化されているので溶出のおそれはないと考えられる。このように、ブラックドロスの溶解生成物は無害化されており、かつアルミナを主成分とするので、路盤材等としての再利用が期待される。
【００１４】
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の方法を実施したアークプラズマ発生装置の一部切り欠き略立面図である。
【図２】  アルミニウム溶解に伴うブラックドロスの発生を示す工程図である。
【符号の説明】
１…アークチャンバー、２…プラズマ発生用トーチ、３…試料投入フィーダ、４…カーボンるつぼ。
【図１】
0003645934.tif 000004
【図２】
0003645934.tif 000005