(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非鉄金属を含む鉄スクラップを、鉄が予め飽和溶解され、しかも鉄の融点より低い温度のアルミニウム溶液に浸漬し、含まれる非鉄金属を前記アルミニウム溶液に溶解させて分離することを特徴とする鉄スクラップ中の非鉄金属除去方法。
【請求項２】
前記鉄スクラップは多孔回転ドラム内に収納されて、前記アルミニウム溶液に浸漬され、前記多孔回転ドラムの最初の１０分間の初期回転数をそれ以後の回転数の１．３倍以上で、しかも遠心力によって収納された前記鉄スクラップが前記多孔回転ドラムの内周に固定されない回転速度範囲とし、含有する非鉄金属に塗布されている被覆材の除去を攪拌によって速めた請求項１記載の鉄スクラップ中の非鉄金属除去方法。
【請求項３】
前記多孔回転ドラムの内壁には、回転時に前記鉄スクラップが衝突する突起が設けられている請求項２記載の鉄スクラップ中の非鉄金属除去方法。
【請求項４】
前記非鉄金属は銅又は銅合金である請求項１〜３のいずれか１項に記載の鉄スクラップ中の非鉄金属除去方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム溶液を用いて非鉄金属（銅、銅合金、アルミニウム等をいう）を含んだ鉄スクラップから非鉄金属を除去する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車、家電製品のスクラップは鉄を主体とするが、その中に銅、アルミニウム等の非鉄金属が含まれているので、そのままでは鉄原料としては使用できない。そこで、鉄スクラップ中から非鉄金属を除去して鉄原料としており、このため人的選別である手選の他、磁気的性質の相違や比重差を利用して鉄と非鉄金属を分離しているのが現状である。
ところが、磁気又は比重差による非鉄金属と鉄との分離は、鉄に銅やアルミニウム、錫等が付着あるいは混在している場合には分離除去が困難であるという問題があるので、このような方法による選別の他に、更に人的選別を加えて鉄スクラップから非鉄金属を除去しているのが現状である。
また、特開平３−１９９３１４号公報において、溶融金属アルミニウム、溶融金属マグネシウム等の溶融金属に、個体の鉄スクラップ（鉄屑）を入れて、含まれる非鉄金属を溶解除去する技術が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者は前記公報記載の技術を検討するために、溶融金属アルミニウム（以下、アルミニウム溶液という）を用いて、鉄スクラップから非鉄金属の一例である銅を分離する実験を行った結果、以下のような問題があることが分かった。
（１）アルミニウム溶液は銅に対する溶解度が大きく、鉄スクラップから銅を溶解除去するには最適であるが、アルミニウム溶液に鉄を幾分溶解し、例えば、鉄スクラップを収納する容器（多孔回転ドラムや籠）が鉄製である場合には、容器自体がアルミニウム溶液に徐々に溶解し、痩せ細ってしまい使用回数に限度がある。
（２）鉄スクラップ中の銅は、発電機やモータのようにエナメル等で被覆された絶縁被覆銅線が使用されており、絶縁被覆が邪魔して銅とアルミニウム溶液の接触が悪くなって、銅が溶解しにくいという問題がある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、前記公報記載の技術の改良に係る方法であって、鉄製の容器が溶解等を起こすことが殆どなく、更には鉄スクラップから非鉄金属の除去処理時間も短い鉄スクラップ中の非鉄金属除去方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う請求項１記載の鉄スクラップ中の非鉄金属除去方法は、非鉄金属を含む鉄スクラップを、鉄が予め飽和溶解され、しかも鉄の融点より低い温度のアルミニウム溶液に浸漬し、含まれる非鉄金属を前記アルミニウム溶液に溶解させて分離している。
請求項２記載の鉄スクラップ中の非鉄金属除去方法は、請求項１記載の方法において、前記鉄スクラップは多孔回転ドラム内に収納されて、前記アルミニウム溶液に浸漬され、前記多孔回転ドラムの最初の１０分間の初期回転数をそれ以後の回転数の１．３倍以上で、しかも遠心力によって収納された前記鉄スクラップが前記多孔回転ドラムの内周に固定されない回転速度範囲とし、含有する非鉄金属に塗布されている被覆材の除去を攪拌によって速めている。
ここで、多孔回転ドラムにはドラム側壁に多数の孔を形成したものの他、ドラム本体をネット状物で形成する場合も含まれる。
請求項３記載の鉄スクラップ中の非鉄金属除去方法は、請求項２記載の方法において、前記多孔回転ドラムの内壁には、回転時に前記鉄スクラップが衝突する突起が設けられている。なお、前記突起にはドラム内壁に設けた凹凸も含むものである。
そして、請求項４記載の鉄スクラップ中の非鉄金属除去方法は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法において、前記非鉄金属は銅又は銅合金からなっている。
【０００５】
【作用】
請求項１〜４記載の鉄スクラップ中の非鉄金属除去方法においては、非鉄金属を含む鉄スクラップを、アルミニウム溶液に浸漬すると、非鉄金属の融点以下のアルミニウム溶液であっても、非鉄金属がアルミニウム溶液に溶解する。
この場合、仮にアルミニウム溶液の容器あるいは鉄スクラップを入れる容器が鉄製であっても、アルミニウム溶液に鉄飽和溶液を使用しているので、鉄がアルミニウム溶液に溶けることがなく、長期の寿命を有する。
特に、請求項２記載の鉄スクラップ中の非鉄金属除去方法においては、鉄スクラップを多孔回転ドラムに入れた状態で、アルミニウム溶液中に浸漬しているので、鉄スクラップが攪拌されてアルミニウム溶液と接する割合が増加し、非鉄金属のアルミニウム溶液への溶解度が増大する。
そして、多孔回転ドラムの最初の１０分間の初期回転数をそれ以後の回転数の１．３倍以上で、しかも遠心力によって収納された鉄スクラップが前記多孔回転ドラムの内周に固定されない回転速度以下としているので、鉄スクラップが攪拌され、これによって非鉄金属（例えば、銅線）の表面に塗布されている皮膜（エナメル）が機械的破壊によって剥離され、非鉄金属がアルミニウム溶液に直接浸漬される機会が増加するので、非鉄金属の溶解が促進される。
なお、多孔回転ドラムの最初の１０分間の初期回転数をそれ以後の回転数の１．３倍以上としたのは、これ以下であると、攪拌による大きな絶縁皮膜の剥離に対して大きな効果がないからである。
請求項３記載の鉄スクラップ中の非鉄金属除去方法においては、多孔回転ドラムの内壁に突起が設けられているので、攪拌されるスクラップが突起に衝突し、これによって、非鉄金属の表面に塗布されている皮膜が衝突剥離される。従って、より急速に鉄スクラップ中に含まれる非鉄金属がアルミニウム溶液に溶解する。
請求項４記載の鉄スクラップ中の非鉄金属除去方法においては、非鉄金属が銅又は銅合金からなっているので、アルミニウム溶液に対して溶解度が大きく、効率的に銅が鉄スクラップから除去できる。
【０００６】
【実施例】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の一実施例に係る鉄スクラップ中の非鉄金属除去方法を使用する攪拌溶解装置の説明図、図２〜図４は攪拌時間とドラム回転を示すグラフ、図５は各場合の鉄スクラップの浸漬時間と銅溶出速度との関係を示すグラフ、図６は他の実施例に係る攪拌溶解装置の説明図である。
【０００７】
まず、図１に示す攪拌溶解装置１０について説明すると、アルミニウム溶液１１を約７００〜９５０℃に加熱するための図示しない加熱手段を備えた溶融金属容器１２と、溶融金属容器１２内に横置き状態で回転可能に設けられた多孔回転ドラム１３と、多孔回転ドラム１３を回転自在に支持する吊り下げ支持台１４と、多孔回転ドラム１３を対となる摩擦ローラ１５を介して回転駆動する油圧モータ１６とを有する。以下、これらについて詳しく説明する。
【０００８】
前記溶融金属容器１２は、耐熱鋼、ステンレス又は耐火物等からなって、必要量のアルミニウム溶液１１を貯めることができるようになっている。この溶融金属容器１２の加熱手段としては、ガスバーナ、電熱ヒータ又は誘導加熱が採用され、常時内部のアルミニウム溶液を７００〜９５０℃に保持している。
なお、このアルミニウム溶液１１には、予め鉄が飽和溶解されて溶融金属容器１２又は多孔回転ドラム１３を鉄で作った場合でも、アルミニウム溶液に溶解しないようになっている（以下の実施例でも同じ）。
【０００９】
前記多孔回転ドラム１３は、耐熱鋼又はステンレスからなって、横置き円筒状のドラム本体の周囲に多数の小孔１７が形成されている。多孔回転ドラム１３の両側には軸１８が設けられ、断面コ字状の吊り下げ支持台１４に回転自由に取付けられている。この吊り下げ支持台１４の頂部には吊り下げフック１９が設けられている。また、多孔回転ドラム１３の上部には摩擦ローラ１５が設けられ、これらの共通の駆動軸２０に連結する油圧モータ１６の回転によって駆動され、下部の多孔回転ドラム１３を約６〜２０ｒｐｍの速度で回転駆動するようになっている。
また、前記多孔回転ドラム１３の両側の側板２１には開閉できる蓋板２２を備えた開口２３がそれぞれ形成され、鉄スクラップ２４の投入及び排出ができるようになっている。
【００１０】
前記攪拌溶解装置１０を用いて、本発明の一実施例に係る鉄スクラップ中の非鉄金属除去方法の実験を行った結果について以下に説明する。
エナメル線が積層鋼片に巻かれた破砕モータ等からなる鉄スクラップを、図２〜図４に示すようなＡ〜Ｃのパターンで７５０℃のアルミニウム溶液１１に浸漬した。その結果を、図５に示すが、通常の回転数を落として、回転に必要なエネルギーを増加させないようにした場合であっても、攪拌初期に多孔回転ドラム１３の回転数を上げた場合の方が銅の溶出速度は大きくなっている。以下、図２〜図４に基づいて詳しく説明する。図４に示すＣパターンは従来法により通常の回転数を１２回／分と設定し、鉄スクラップ中の銅の溶出が完了するまでの回転数を常に一定にした場合の結果を示すが、銅の溶出が完了するまでに６０分を要した。
図３に示すＢパターンは比較例で、最初の１０分間の初期回転数を１５回／分（Ｃパターンの１．２５倍）として、それ以後の回転数は１０回／分に落として処理した場合の結果を示す。銅の溶出が完了するまでに５０分を要し、Ｃパターンより僅かに溶出時間が短縮された。
【００１１】
これに対して、図２に示すＡパターンは本発明の一実施例に係るもので、最初の１０分間の初期回転数を１５．６回／分（Ｃパターンの１．３倍）として、それ以後の回転数は、１０回／分に落として処理した場合の結果を示した。銅の溶出が完了するまでに要した時間は３０分で大幅に溶出時間を短縮できた。
以上のように、攪拌初期に多孔回転ドラム１３の回転数を通常の１．３倍以上にすることで、銅の溶出速度が大幅に向上することが分かる。これは多孔回転ドラム１３の回転初期に、絶縁皮膜であるエナメル（被覆材の一例）の機械的剥離が促進されて、金属銅のアルミニウム溶液１１への露出が速まり、銅の溶解が促進されたからである。
なお、高速で多孔回転ドラム１３を回転させると、鉄スクラップ２４が多孔回転ドラム１３の周壁に遠心力によって押圧され、鉄スクラップ２４の攪拌が阻害されるので、多孔回転ドラム１３の回転によって鉄スクラップ２４が多孔回転ドラム１３内を転がる回転速度以下で初期回転を増加するのが好ましい。
【００１２】
図６に示す攪拌溶解装置２５は、多孔回転ドラム２６を竪型にしたものであるが、多孔回転ドラム２６の上部を解放とし、上周側に大歯車２７を取付け、この下部を複数の支持ローラ２８で支持し、大歯車２７に噛合する小歯車２９が取付けられた油圧モータ３０によって多孔回転ドラム２６を回転駆動している。なお、前記支持ローラ２８は支持環３１に回転自由に取付けられ、支持環３１には、支持アーム３２が回動可能に取付けられ、支持アーム３２の中央に吊り下げフック３３が設けられている。
【００１３】
この攪拌溶解装置２５を用いて、初期の回転速度を通常の回転速度より１．３倍以上に上げると、アルミニウム溶液１１と鉄スクラップ２４の攪拌、及びアルミニウム溶液１１の抵抗に起因する機械的攪拌が高まり、結果としてエナメルの剥離が促進され、溶解速度が向上した。
なお、ここで、多孔回転ドラム２６の内側に、図６に示すように、凹凸からなる突起３４を設けることによって、更に攪拌効率が高まることが確認されている。
【００１４】
前記実施例は、非鉄金属の一例として銅を含む場合について説明したが、更にアルミニウム、マグネシウム、亜鉛、鉛等を同時に又は単独で含むものであっても本発明は適用される。
また、前記アルミニウム溶液に溶解した非鉄金属は周知の方法で分離して、アルミニウム溶液から銅等の非鉄金属を回収することが可能となる。また、鉄スクラップからは非鉄金属がアルミニウム溶液に溶解されるので、アルミニウムの付着はあるが鉄だけとなって、製鋼原料として有効に使用できる。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１〜４記載の鉄スクラップ中の非鉄金属除去方法は以上の説明からも明らかなように、鉄飽和アルミニウム溶液を使用しているので、使用する機器に鉄を使用することができ、結果として装置を安価に製造できる。
特に、請求項２記載の鉄スクラップ中の非鉄金属除去方法は、多孔回転ドラムの初期回転速度を向上することによって、非鉄金属に被覆されていた絶縁皮膜等の機械的剥離が促進され、早期のうちに含まれる非鉄金属がアルミニウム溶液内に溶解し、処理時間の短縮化を図ることができる。
そして、請求項３記載の鉄スクラップ中の非鉄金属除去方法においては、更に多孔回転ドラムの内壁に突起を設けているので、これによって更に絶縁皮膜等の機械的剥離を促進できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る鉄スクラップ中の非鉄金属除去方法を使用する攪拌溶解装置の説明図である。
【図２】攪拌時間とドラム回転を示すグラフである。
【図３】攪拌時間とドラム回転を示すグラフである。
【図４】攪拌時間とドラム回転を示すグラフである。
【図５】Ａ〜Ｃの各場合の鉄スクラップの浸漬時間と銅溶出速度との関係を示すグラフである。
【図６】他の実施例に係る攪拌溶解装置の説明図である。
【符号の説明】
１０  攪拌溶解装置                １１  アルミニウム溶液
１２  溶融金属容器                １３  多孔回転ドラム
１４  吊り下げ支持台              １５  摩擦ローラ
１６  油圧モータ                  １７  小孔
１８  軸                          １９  吊り下げフック
２０  駆動軸                      ２１  側板
２２  蓋板                        ２３  開口
２４  鉄スクラップ                ２５  攪拌溶解装置
２６  多孔回転ドラム              ２７  大歯車
２８  支持ローラ                  ２９  小歯車
３０  油圧モータ                  ３１  支持環
３２  支持アーム                  ３３  吊り下げフック
３４  突起
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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