(57)【要約】合金元素を含有するアルミニウム合金を精製するための方法であって、少なくとも前記アルミニウム合金を前記アルミニウム合金中の合金元素の含量よりも少ない合金元素の含量を有する製品流れと前記アルミニウム合金中の合金元素の含量よりも多い合金元素の含量を有するグレードの低い品流れに分離する分別結晶化法に前記アルミニウム合金をかけ、そして添加物を前記グレードの低い品流れに添加して、形成される金属間化合物を含有する混合物を形成し、そしてこの混合物から廃棄品流れと再循環流れを分離し、前記廃棄品流れが前記再循環流れよりも多い含量の合金元素を含有し、そして前記再循環流れが分別結晶化法に少なくとも部分的にフィードされる、金属間化合物の分離工程に前記グレードの低い品流れをかける方法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金元素を含有するアルミニウム合金を精製するための方法であって、少なくとも前記アルミニウム合金を前記アルミニウム合金中の合金元素の含量よりも少ない合金元素の含量を有する製品流れと、前記アルミニウム合金中の合金元素の含量よりも多い合金元素の含量を有するグレードの低い品流れとに分離する分別結晶化法に前記アルミニウム合金をかけ、そして添加物を前記グレードの低い品流れに添加して、形成される金属間化合物を含有する混合物を形成し、そしてこの混合物から廃棄品流れと再循環流れを分離し、前記廃棄品流れが前記再循環流れよりも多い含量の合金元素を含有し、そして前記再循環流れが分別結晶化法に少なくとも部分的に供給される、金属間化合物の分離工程に前記グレードの低い品流れをかける方法。
【請求項２】
前記添加物がＳｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、ＣｏおよびＮｉから選択される少なくとも１つの元素を含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記添加物が主にＭｎを含む請求項１又は２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記合金元素がＦｅである請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記アルミニウム合金中のＦｅ含量が１．７重量％未満、好ましくは１．５重量％未満である請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記アルミニウム合金中のＦｅ含量が０．４重量％未満、好ましくは０．５重量％未満である請求項４あるいは５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアルミニウム合金を精製するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
既知の方法は、例えば鉄などの合金元素により汚染されたアルミニウム合金を精製するのに適用可能な分別結晶化である。分別結晶化においては、ある合金元素または不純物に対しては、組成の点で亜共晶であるアルミニウム合金のスクラップ材料の入力流れを第１の精製されたアルミニウムの出力流れまたは製品流れと、不純物により入力流れよりも更に汚染され、そして不純物に対して共晶組成に近い組成を有する第２の出力流れまたはグレードの低い品流れと、に分割する。
【０００３】
この明細書において、分別結晶化に対して引用を行う場合には、これは、亜共晶合金から出発する分別結晶化のすべての形とすべての他の精製方法であって、グレードの低い品流れの組成がアルミニウムと合金元素の共晶組成により決定されるものを含むものとして理解されるべきである。
【０００４】
分別結晶化の問題は、グレードの低い品流れ中の不純物の最大含量が共晶組成により決定されるということである。０．５％のＦｅに汚染されたアルミニウムの入力流れと０．１％未満の製品流れのＦｅ含量の場合には、Ｆｅ含量が増加したグレードの低い品流れは、この入力流れの２５％以上である。
【０００５】
Ａｌ−Ｆｅ相図から容易に判るように、製品流れを高純度とする程、グレードの低い品流れが低汚染となる。しかしながら、経済的な方法のためには、高度に汚染したグレードの低い品流れの量が少ないことが望ましい。
【０００６】
多段あるいは向流の分別結晶化法を使用することにより、基本的な分別結晶化法の性能を改善することができるが、合金元素によるグレードの低い品流れの汚染に対する限界は共晶組成により決定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、製品流れの材料は元のアルミニウム合金の材料よりも高い経済的な価値を有するが、グレードの低い品流れの材料は低い経済的価値を有する。現在の市場においては、最も普通のアルミニウム合金に対しては、高度に汚染したグレードの低い品流れの価値の損失は、元のアルミニウム合金の価値に比較して製品流れの経済的な価値の増加によっては補填されない。分別結晶化法からのグレードの低い品流れの材料に対する市場における需要はかなり低く、そこで大量に製造されると、その経済的な価値は急速に低下する。それゆえ、入力廃棄品流れが共晶あるいは近共晶の組成の高精製および高汚染の流れを生じる分別結晶化法または任意の他の分離法は、今のところ経済的に実現可能ではない。
【０００８】
本発明の目的は、経済的に実現可能性の高いアルミニウム合金の精製方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
合金元素または不純物を含有するアルミニウム合金を精製するための方法であって、少なくともこのアルミニウム合金をこのアルミニウム合金中の合金元素の含量よりも少ない合金元素の含量を有する製品流れと、このアルミニウム合金中の合金元素の含量よりも多い合金元素の含量を有するグレードの低い品流れとに分離する分別結晶化法にこのアルミニウム合金をかけ、そして添加物をこのグレードの低い品流れに添加して、アルミニウム−合金元素−添加物の金属間化合物を含有する混合物を形成し、そしてこの混合物から廃棄品流れと再循環流れを分離し、この廃棄品流れがこの再循環流れよりも多い含量の合金元素を含有し、そしてこの再循環流れが分別結晶化法に少なくとも部分的にフィードされる、金属間化合物の分離工程にこのグレードの低い品流れをかける方法によって、この目的と他の目的は達成される。本発明による方法は、分別結晶化（ＦＣ）のような亜共晶法を金属間化合物の分離（ＳＩＭ）のような過共晶法と組み合わせたものである。この廃棄品流れは固体のＡｌ−合金元素−添加物の金属間化合物を含み、再循環流れは基本的にはグレードの低い品成分よりも少ない合金元素を含有する液体のアルミニウム流れである。頻繁に出現する合金元素はＦｅである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
ＳＩＭ法の原理は冶金の業界で既知であり、そして溶融塩における層結晶化、濾過、磁気分離、水サイクロンおよび沈澱などの工程を含む。
【００１１】
ＦＣ法のグレードの低い品流れがＳＩＭ法の入力流れとして使用される。このＳＩＭ法においては添加物が添加される。この添加物は、Ｆｅとアルミニウムの共晶組成などの合金元素とアルミニウムの共晶組成を効果的に低下させるように選択される。
【００１２】
分別結晶化法のグレードの低い品流れは、それに添加物を添加することにより過共晶混合物となされる。このＳＩＭ法においては、この混合物を添加物と合金元素の含量が高い廃棄品流れと合金元素の組成が低い再循環流れに分割する。この再循環流れをアルミニウム合金の入力流れと混合する。
【００１３】
本発明の方法は、通常スクラップリサイクルの分野における組成のアルミニウム合金に特に好適なアルミニウム合金の精製に新しい、極めて経済的な方途を開くものである。
【００１４】
この方法の他の利点は、規模の経済性、工程集積による相乗的な利点、アルミニウム価格の変動への低敏感性、および環境の持続性である。この方法は、極めて大規模で適用する場合にも経済的な収益性を保つ。
【００１５】
本発明の方法は、ＦＣ法のグレードの低い品を精製するための金属間化合物法の分離とＳＩＭ法の製品流れ（再循環流れ）の少なくとも一部を精製するためのＦＣ法を使用する。ＦＣ法とＳＩＭ法に対する共晶を別々に交差させることが基本的に不可能であることは、本発明の方法に再循環ループを導入することにより回避される。ＦＣ法の共晶に近いグレードの低い品流れは、添加物を添加することにより過共晶となされる。ＳＩＭ法の共晶に近い製品流れ（再循環流れ）は、精製対象のアルミニウム合金材料の添加によりこの添加物を希釈することにより亜共晶となされる。この方法の結果は、共晶以上の合金元素の含量を有する少量の生成廃棄品流れによるアルミニウム合金からの合金元素の少なくとも部分的な除去である。
【００１６】
それゆえ、本発明の方法は、交差共晶精製またはＸＥＰとも呼ばれる。
【００１７】
経済的な理由によって、小さな、高不純度の廃棄品流れが大量の低汚染度の廃棄品流れよりも好ましい。しかしながら、Ａｌ−Ｆｅ−添加物金属間化合物は多量のアルミニウムを含有する。通常の、別々に適用される金属間化合物の分離法においては、固体−液体分離はアルミニウムの損失が更に大きいことを意味する。また、この廃棄品流れは特に価値のあるものではない。これはかなり実質的な量の鉄を含有し、そのために低級の使用にしか適用可能でない。更に、金属間化合物法の分離の製品流れ（再循環流れ）は精製された流れであるが、組成的に共晶に近い。アルミニウム中のＦｅなどの共晶に近い量の合金元素を含むアルミニウム合金には極めて小さい市場しか存在しない。結果として、現在の市場は指定される量を吸収することができず低価格に導きそのために、この方法は大規模な産業用途に実現可能とならない。これらの理由により、別々に適用した場合にはＳＩＭ法も経済的に実現可能でない。
【００１８】
これとは別に、本発明の方法は小さな廃棄品流れを生じるのみである。それゆえ、本発明の方法は、個別の方法のＳＩＭ法とＦＣ法の各々の廃棄品流れが市場での需要に較べて大きいという上述の問題に悩むことはない。そこで、本発明の方法の大規模な適用は、廃棄品流れの価値と全工程の収益性に小さな程度でしか影響しない。
【００１９】
本発明の方法の物質収支は、ＳＩＭ法からの製品流れの比率を制限することもあり、これは分別結晶化法に再循環品としてフィードバック可能である。この液体製品流れの一部は形成される金属間化合物と共に残留する。好ましくは、次の分離法においてこの液体アルミニウムの少なくとも一部を金属間化合物から分離する。
【００２０】
上述のように、分別結晶化法は現在ではそれ自身経済的でなく、大量の用途には特に経済的でない。
【００２１】
しかしながら、本発明による２つの方法を組み合わせることにより、大量の合金元素と添加物を含有し、個別の方法におけるよりも小さい高精製の製品流れと廃棄品流れが得られる。この小さな廃棄品流れを例えば、製鋼業界における脱酸化剤または合金剤として使用するか、あるいはこの金属間化合物を電解により分解することができ、そして構成成分を回収することができる。この製品流れは、高品質アルミニウム合金用の高価値の出発材料である。それゆえ、それ自身経済的に実現可能ではない２つの方法を一つの合体された方法として組み合わせることによって、経済的に実現可能な、新しいそして発明性のある方法が生み出される。
【００２２】
好ましい態様は、添加物がＳｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、ＣｏおよびＮｉから選択される少なくとも１つの元素を含むことを特徴とする。これらの元素は、添加物として個別あるいは組み合わせのいずれかで添加されて、アルミニウム業界で使用される多数の合金元素と金属間化合物を容易に形成し、そして高除去効率を生じる。限定ではないが除去対象の合金元素がＦｅである場合には、特にこのことが当てはまる。
【００２３】
更なる態様は、添加物が主にＭｎを含むことを特徴とする。添加物として主にＭｎを使用すると、限定ではないが特に合金元素がＦｅである場合に、廃棄品流れの量のかなりの低減を得ることができる。
【００２４】
本発明はこの合金元素がＦｅである場合特に興味がある。
【００２５】
鉄によるアルミニウムの汚染は、アルミニウム製品の使用または製造時に起こるか、あるいは他の再循環工程中に蓄積する。鉄は、アルミニウム合金製品の成形性と破壊力学に悪影響を及ぼし、それゆえ少量でしか許容可能でない。
【００２６】
好ましくは、Ｆｅが除去対象の合金元素である場合には、アルミニウム合金中のＦｅ含量は、１．７重量％未満、更に好ましくは１．５重量％未満である。Ｆｅ含量が共晶値になお近い場合には、入力流れ中のＦｅ含量に比較してＦＣ法のグレードの低い品流れ中のＦｅ含量の起こり得る増加は、小さ過ぎて全工程を経済的に実現可能とすることができない。
【００２７】
好ましくは、Ｆｅが除去対象の合金元素である場合には、アルミニウム合金中のＦｅ含量は、０．４重量％以上、更に好ましくは０．５重量％以上である。
【００２８】
精製対象のアルミニウム合金の入力流れのＦｅ含量が更に低い場合には、使用される添加物に依ってＳＩＭ法からの再循環流れも約０．５％のＦｅを含有するので、廃棄品流れの実質的な減少は得られない。
【実施例】
【００２９】
分別結晶化法と本発明の方法について廃棄品流れと製品流れの量と組成を比較することにより、本発明を例示する。
【００３０】
表１にアルミニウム合金の組成を示す。この重量は１単位、例えば１０００ｋｇであると仮定される。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
このスクラップがＦＣ法を用いて精製される場合について得られる製品流れおよび廃棄品流れの組成と重量を表２に示す。判るように、廃棄品重量は元のスクラップ重量の約２５％である。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
表３は、マンガンのような添加物をＦＣ法のグレードの低い品流れに添加し、そしてＳＩＭ法からの製品流れの少なくとも一部を再循環としてＦＣ法の投入にフィードバックすることにより、本発明をこのスクラップに適用した場合の結果を示す。この表は、この廃棄品が投入スクラップ重量の１７％未満まで低減されていることを示す。少なくとも金属間のＡｌ６［Ｆｅ，Ｍｎ］が形成されていると推定される。
【００３５】
表３による廃棄品は投入重量の約１７％である。ＦＣ法にフィードバック可能な再循環の量は、物質収支を考慮することにより求められ、そして多くの場合ＳＩＭ法からの製品の全量を含まない。
【００３６】
別々の工程においてアルミニウムを金属間化合物から好ましくは液体の形で更に分離することにより、廃棄品の量を更に低減することができる。
【００３７】
追加の分離を追加することもこの適用ＳＩＭ法の選択における柔軟性を更に大きくする利点を有する。低分離能を有するが、低コストである効果の少ないＳＩＭ法を適用することができる。次に、追加の分離方法により更なる分離を行うことができる。
【００３８】
【表３】
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【００３９】
図面を参照しながら本発明を例示する。
【００４０】
図１において正方形２０で囲ってあるのが本発明の方法の基本的な工程である。この工程は数字２１で示すＦＣ工程と数字２２で示すＳＩＭ工程を含む。数字２３で示す精製対象のスクラップをライン２４によりＦＣ工程２１の中にフィードする。得られる精製された製品を数字２５で示し、ライン２６によりＦＣ工程から取り出す。グレードの低い品２７をライン２８によりＦＣ工程から運び去り、そしてライン２９によりＳＩＭ工程２２にフィードする。ＳＩＭ工程からの廃棄品成分３０をライン３１によりＳＩＭ工程から取り去る。添加物３２をライン３３によりＳＩＭ工程の中にフィードする。再循環成分３４をライン３５によりＳＩＭ工程２２から取り出し、ライン３６によりＦＣ工程の中にフィードする。
【００４１】
図２においては、参照番号１１は供給ラインを示し、これによりアルミニウム合金の流れを好ましくは溶融された形の合金元素を含有するスクラップとして第１のプロセス容器１２にフィードし、そこで分別結晶化工程を行う。この分別結晶化工程を分別結晶化の既知の態様であるように選択してもよい。戻りライン１３を供給ライン１１に接続するが、その機能は後述する。供給ライン１１と戻りライン１３を入力ライン１９に合一して、プロセス容器１２に結合する。この分別結晶化工程においては、アルミニウム合金とグレードの低い品流れの混合物を製品ライン１４により取り出される製品成分と廃棄品ライン１５によりプロセス容器１２から抽出される残存成分に分離する。第２のプロセス容器１７に廃棄品ライン１５を接続し、フィードライン１６も接続する。フィードライン１６により、Ｍｎなどの添加物を第２のプロセス容器１７にフィードする。金属間化合物法の分離を第２のプロセス容器１７中で行う。Ｆｅなどの多量の合金元素を含有し、そしてＭｎも含有する廃棄品流れを廃棄品ライン１８により除去する。戻りライン１３も第２のプロセス容器１７に接続され、これによって第２の工程の精製された分流を再循環品としてプロセス容器１２にフィードバックする。
【００４２】
場合によっては、廃棄品流れをライン１８により次の分離工程１０にフィードし、アルミニウムを液体あるいは固体の形で金属間化合物から分離する。この追加の分離工程によって、ライン９により除去する廃棄品の量を更に低減することができ、そしてライン８により取り出される多量の精製されたアルミニウムを得ることができる。
【００４３】
全体の合体工程は、入力流れとして精製対象のアルミニウム合金の流れと添加物の流れを、そして出力流れとして廃棄品流れと製品成分を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は本発明の原理を示す。
【図２】図２は本発明の態様のダイアグラムを示す。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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