(57)【要約】本発明は、上側表面および下側表面を有している多くとも部分的に凝固した溶融金属の層が互いに連通している一連の区画に分離され、金属が少なくともいくつかの区画内において攪拌され、金属の層内に形成され、および／または、存在する結晶が予め定められた方向に選択的に輸送されるとともに溶融金属が反対方向内に選択的に輸送されることを特徴とする、多くとも部分的に凝固した溶融金属を結晶分別する方法に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
多くとも部分的に凝固した溶融金属を分別結晶させる方法であって、
上側表面および下側表面を有している多くとも部分的に凝固した溶融金属の層が互いに連通している一連の複数の区画に分離され、
金属が少なくともいくつかの区画内において攪拌され、
金属の層内に形成されたおよび／または存在する結晶が予め定められた方向に選択的に輸送されるとともに溶融金属が反対方向に選択的に輸送される、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
金属層の長さにわたって温度差があり、結晶がそこへと輸送される金属層の端部において温度がより高いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
金属層内の区画は対をなして存在する区画壁によって形成され、
各対の区画壁は、好ましくは互いに隣接して配置されるとともに、その一方の区画壁は金属層の下面に向かってかつ隣接して延び、その他方の区画壁は金属層の下側表面から金属層の上側表面に向かって延びることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
金属層内の区画が対をなして存在する区画壁によって形成され、
各対の区画壁は、好ましくは互いに隣接して配置されるとともに、その一方の区画壁は金属層の上側表面から金属層の下側表面に向かって延び、その他方の区画壁は金属層の上側表面に向かってかつ隣接して延びることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
結晶を選択的に輸送するために輸送液体の層が前記金属層の下方および／または上方にあり、
金属層内の区画は、結晶を輸送するための好ましくは溶融塩からなる輸送液体の層に向かってかつ当該層に隣接して延びる区画壁によって形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項６】
金属層は傾斜した底を有するチャンバ内にあり、金属層内の区画はチャンバの底に向かってかつ隣接して延びる区画壁によって形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項７】
金属層は傾斜した上側壁を有するチャンバ内にあり、金属層内の区画はチャンバの上側壁に向かってかつチャンバの上側壁に隣接して延びる区画壁によって形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法
【請求項８】
区画壁は、それらが向かって延びる金属層の表面に対し、区画壁の端部がより近くあるいはより離れて配置されるように調節可能であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
少なくともいくつかの区画内で金属を撹拌するために混合手段が存在し、混合手段の混合速度が変更可能であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
溶融金属および／または前記結晶は、そこに向けて結晶が選択的に輸送される金属層の端部において取り出されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
使用される金属がアルミニウムであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｂ、Ｓｉ、Ｓｎ、ＺｎおよびＮｉの１つ若しくは複数をアルミニウムから除去するために用いられることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属の結晶分別方法に関する。
【０００２】
かなり高い濃度の夾雑物がその内部に存在している金属（金属合金の省略形として用いる）を精製するために結晶方法および装置が用いられている。このような夾雑物が存在し得るのは、金属鉱石から作られる金属、一次金属にかなり高い濃度の夾雑物が存在しているからであり、あるいはすでに消費された金属がリサイクルされるとスクラップ内の夾雑物の濃度がかなり高くなるからである。例えば、アルミニウムのスクラップは、商用目的のために使用する際に夾雑物をほとんど含んでいない一次金属を混ぜないと、Ｆｅ、ＳｉあるいはＭｇといったかなり多くの夾雑物を含むことになる。
【０００３】
金属を精製するために分別結晶（結晶分別法）を用いるときには、溶融金属が部分的に凝固する間に溶融金属内に結晶が形成されるが、この結晶は、出発点として使用する溶融金属のものとは異なる組成を有する。
【０００４】
溶融金属が部分的に結晶化する間に溶融金属内に形成される結晶は、溶融金属に比較すると、例えば精製されている。しかしながら、精製量は、夾雑物の種類および金属の種類、および出発点として使用する溶融金属内の夾雑物の量に応じて決まる。１つの精製段階では、多くの場合、商用目的のために充分に純度の高い精製された金属を得るためには充分ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、高度に精製された金属を生産できる金属を結晶分別する方法を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、分別結晶により金属を精製するための比較的簡単な方法を提供することにある。
【０００７】
本発明のさらに他の目的は、比較的簡単な装置と共に用いることができる方法を提供することにある。
【０００８】
本発明のさらなる目的は、連続結晶分別のためのそのような方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの目的の１つ若しくは複数は、上側表面および下側表面を有している多くとも部分的に凝固する溶融金属の層が互いに連通している一連の区画に分離され、金属が少なくともいくつかの区画内において攪拌され、かつ金属の層内に形成されたおよび／または存在する結晶が予め定められた方向に選択的に輸送されるとともに溶融金属が反対方向内に選択的に輸送されることを特徴とする、多くとも部分的に（全部ではなく）凝固した溶融金属を分別結晶させる方法によって達成される。
【００１０】
金属層内の区画と各区画内における攪拌の存在により、金属の層内に形成されたおよび／または存在している結晶は、しばらくの間その区画内に残る。金属の撹拌はまた結晶の周りの薄い境界層をもたらす。区画が互いに連通していることにより、いくつかの結晶は、予め定められた方向への選択的な輸送の結果として１つの区画から他の区画へと輸送される。各区画においてさらなる精製が生じるので、最後の区画においては高度に精製された結晶が生じる。高度に精製された金属を生産するためには、精製の度合いが低い溶融金属は、結晶を輸送する方向とは反対あるいは対向流れ方向に輸送されなければならない。この方法の全体的な精製および収率は、対向流れ内の溶融金属の量に応じて決まる。
【００１１】
金属層の長さにわたって温度差があり、結晶が輸送される側の金属層の端部において温度がより高いことが好ましい。
【００１２】
層の長さにわたって温度差が存在する結果、隣接する区画の間に比較的小さな温度差が存在する。したがって、結晶が選択的に輸送される区画内の温度は、そこから結晶が輸送される区画内の温度より高い。より高い温度を有している区画においては、溶融金属はより精製される。したがって、この区画内で形成された結晶は、それ以前の結晶よりも精製されている。結晶が輸送される方向における各区画内では、このようにして結晶がより精製される。これにより、高度に精製された結晶および溶融金属は、結晶を輸送する予め定められた方向において、一連の区画の最後に存在する。金属層内に結晶を形成するために、金属層は何らかの方法で冷却されなければならない。
【００１３】
好ましい方法によると、金属層内の区画は対をなして存在する区画壁によって形成され、各対の区画壁は好ましくは互いに隣接して配置されるとともに、そのうちの一方の壁は金属層の下側表面に向かってかつ金属層の下側表面に隣接して延び、そのうちの他方の壁は金属層の下側表面から金属層の上側表面に向かって延びる。
【００１４】
このようにして、溶融金属より重い結晶は区画内で沈むが、金属の撹拌により、区画内のいくらかの結晶は下側表面から延びている壁を超えて次の区画内に降下する。結晶は他の方向に輸送されることがないから、この手段は一方向への結晶の選択的な輸送をもたらす。結晶が金属層を通って一方向に輸送されるときに、溶融金属は反対方向の流れを有しなければならない。ある対の区画壁が好ましくは互いに隣接して配置されている場合には、溶融金属はその対の壁の間で結晶とは反対方向に流れなければならず、比較的少ない溶融金属が結晶と共に次の区画へと輸送されることになる。このようにして、各区画内の溶融金属は可能な限り精製された状態に保たれる。
【００１５】
あるいは、金属層内の区画は、対をなして存在する区画壁によって形成され、各組の区画壁は好ましくは互いに隣接して配置されるとともに、そのうちの一方の壁は金属層の上側表面から金属層の下側表面に向かって延び、かつ他方の壁は金属層の上側表面に向かってかつ金属層の上側表面に隣接して延びる。この代案は、溶融金属内で形成されたおよび／または存在している結晶が溶融金属より軽いときに使用されなければならない。この方法は、類似のやり方で用いられる。
【００１６】
区画壁の対の間における結晶および溶融金属の輸送は、これらの壁の設計および配置によって最適化される。例えば区画壁は、一対の区画壁間の距離が結晶を輸送する方向に増加するように、互いにある角度で配置することができる。その結果、区画壁の対の間においては、対向流れ内の溶融金属の速度が減少し、かつ結晶の速度が相加するので、ほとんど静止している結晶が結晶の輸送を妨げるリスクが最小となる。
【００１７】
他の好ましい方法によると、結晶を選択的に輸送するために輸送液体の層が金属層の下方および／または上方にあり、かつ金属層内の区画は、結晶を輸送するための輸送液体、好ましくは溶融塩の層に向かってかつ溶融塩の層に隣接して延びる区画壁によって形成される。
【００１８】
前述した好ましい方法と同じように、金属層内に形成されたおよび／または存在している結晶は、攪拌によって懸濁状態に保たれる。結晶のいくつかは輸送液体に向かって沈みあるいは上昇し、輸送液体の層は結晶を次の区画に輸送する。その結果、選択的な輸送が達成される。このときまた、溶融金属が対向流れ内で輸送され、かつ結晶を輸送する輸送液体の層に隣接して区画壁が終端することにより、比較的少ない溶融金属が結晶と共に次の区画に輸送されることになる。好ましくは、溶融塩が輸送液体として使用される。溶融金属と反応せず、かつ高温に耐えることができるからである。
【００１９】
さらに他の好ましい方法によると、金属層は傾斜した底を有するチャンバ内にあり、かつ金属層内の区画はチャンバの底に向かってかつチャンバの底に隣接して延びる区画壁によって形成される。
【００２０】
上述したように、結晶は、溶融金属の撹拌により区画内で懸濁状態に保たれる。結晶のいくらかは傾斜した底に沈み、かつこれらの結晶は重力によって次のより下側の区画に輸送される。ここで、選択的な輸送は底の傾斜によって達成され、かつ底に隣接して終端する区画壁により比較的少ない溶融金属が結晶と共により下側の区画に輸送されるが、溶融金属は対向流れにおいて輸送される。
【００２１】
この最後の好ましい方法に代えて、金属層は傾斜した上側壁を有するチャンバ内にあり、金属層内の区画はチャンバの上側壁に向かってかつチャンバの上側壁に隣接して延びる区画壁によって形成される。この代案は、結晶が溶融金属より軽くて区画内で上昇するときに使用されなければならない。
【００２２】
好ましくは区画壁は、それらが向かって延びる金属層の表面に対し、区画壁の端部がより近くあるいはより離れて配置されるように調節可能である。このようにして、結晶の輸送は、他のプロセス変数、金属の種類、その他に応じて制限しあるいは増大させることができる。
【００２３】
好ましい方法によると、少なくともいくつかの区画内で金属を撹拌するために混合手段が存在するが、混合手段の混合速度は変更することができる。混合手段の混合速度は、１つの区画から次の区画への結晶の輸送を制御するために用いることができる。
【００２４】
好ましくは、溶融金属および／または結晶は、そこに向けて結晶が選択的に搬送される金属層の端部において取り出される。ここにおいて、金属の精製の度合いが最も高い。もちろん、精製されてない溶融金属を追加しなければならず、かつより多量の夾雑物を含んで残留している溶融金属は取り除かれなければならない。
【００２５】
好ましくは、用いる金属はアルミニウムである。アルミニウムは、従来法によって精製することが困難でありおよび／またはコストのかかる金属の一つである。本発明による方法は、アルミニウムの比較的容易かつ費用効果的な分別晶出に特に適している。
【００２６】
上述した分別結晶は、好ましくは、アルミニウムからＦｅ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｂ、Ｓｉ、Ｓｎ、ＺｎおよびＮｉの１つ若しくは複数を取り除くために用いられる。
【００２７】
本発明は、添付図面を考慮しつつ例示的な実施例に関連して説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、１つ若しくは複数の夾雑物を含んでいる溶融金属を連続的に結晶化させるための、この目的のために目下のところ好適な結晶装置１の一部を示している。この結晶装置が備えるチャンバ２は底３および上部壁４を有しているが、それらは通常、特殊な耐火材料によって周知のように非常に良好に絶縁されている。
【００２９】
チャンバ２内では、組になっている区画壁８、９によって区画５、６、７が形成されている。区画壁８は上側壁４に取り付けられ、下側壁に隣接して終端している。しかしながら、チャンバ２の高さおよび結晶化させる金属の種類に応じて、区画壁８の上端が上側壁４からいくらか距離を開けるように配置することもできる。区画壁９はチャンバ２の底３に取り付けられ、上側壁４からいくらか離れて終端している。区画壁９の高さは、結晶化させる金属および晶出の間のプロセス条件に応じて決まる。形成されたおよび／または金属内に存在している結晶と共に溶融金属を撹拌するために、各区画内には混合要素１０が存在している。
【００３０】
３つの区画５、６、７だけが示されている。出発点において存在している夾雑物の量およびプロセス条件に応じて、この結晶装置が、ある金属の所望の精製のために必要な多数の区画の数を含むことは理解されるであろう。
【００３１】
結晶化のためには常に必要であるように、結晶装置内の溶融金属は冷却されなければならない。そうするための冷却手段は示されいないが、周知である。
【００３２】
上述した結晶装置は、例えば、０．１０％のＳｉおよび０．２０％のＦｅを含む（いわゆるＰ１０２０）アルミニウムを、０．０１％未満のＳｉおよび０．０１％のＦｅを含む（いわゆるＰ０１０１）アルミニウムへと連続的に結晶分別するために用いることができる。
【００３３】
この晶出プロセスのために結晶装置１のチャンバ２は８〜１０の区画を有しなければならず、各区画の寸法は約５００×５００×５００ｍｍ３であり、チャンバの内側寸法は約４５ｍ（長さ）×０．５ｍ（幅）×０．５ｍ（高さ）である。区画壁８は底３から８０〜１００ｍｍで終端し、かつ区画壁９の高さは約４００ｍｍである。しかしながら、区画壁９の高さは混合要素１０の回転速度および寸法に応じて決まる。区画壁８，９間の距離は約８０ｍｍである。
【００３４】
上述した装置によりアルミニウムのために実行される本発明の方法は、以下の通りである。
【００３５】
Ｐ１０２０組成の溶融アルミニウムは、晶出温度である約６６０℃よりやや高い温度で吸込口（図示せず）から装置に導入される。チャンバ２内の溶融アルミニウムは、結晶を形成するために冷却手段（図示せず）を用いて冷却される。これらの結晶が含む夾雑物のＳｉおよびＦｅはより少なく、溶融アルミニウムを通過して底部へとゆっくり沈む。
【００３６】
混合要素１０の攪拌作用は結晶を懸濁状態に保つ。例えば区画５においては、結晶のいくらかが連続して区画壁９（矢印Ａ）を越えて移動する。この量は結晶の寸法、混合要素１０の回転速度、および区画壁９の高さによって決まる。区画壁を越えて移動する結晶は区画６内において底３へと沈む。区画壁８，９間では溶融金属が撹拌されないからである。結晶は、区画壁８の下端より下方に沈むと、区画６内における混合要素１０の攪拌作用によって運び上げられる。区画６内の結晶は混合要素によって懸濁状態に保たれ、かつある量の結晶は同様に連続的に区画７に移動する。
【００３７】
このようにして、結晶は装置の右端から左端へと選択的に輸送される。結晶が左に輸送されるので、溶融金属は装置を通って右側に移動しなければならない。区画壁８，９間の距離が小さいので、溶融金属は上方に移動し、結晶のみが効果的に下方に移動する。このようにして、装置を通る対向流れが存在する。
【００３８】
装置の長さにわたって温度差が存在し、図１に示す装置の左端における溶融金属の温度が装置の右端におけるそれよりも高い。これは、例えば区画６内の温度が区画５内の温度より僅かに高いことを意味している。区画５内に形成されたあるいは存在する結晶は、その内部でそれが形成されあるいは存在している溶融アルミニウムより精製されている。温度が僅かにより高い区画６にこの結晶が輸送されると、この結晶は部分的にあるいは全て溶融し、区画５内の溶融アルミニウムよりも精製されている区画６内の溶融アルミニウムの組成に至る。区画６内では結晶が再び形成される。このようにして、区画６内に形成される結晶は、区画５内の結晶よりも精製されている。
【００３９】
同じことが晶出装置１内のすべての隣接した区画に当てはまるので、この装置の左側の区画内におけるきわめて精製されたアルミニウムにつながり、精製されたアルミニウムをそこから排出することができる。対向流れにより、多くのケイ素および鉄を含んでいるアルミニウムは、図１の装置の右端において副産物として排出することができる。
【００４０】
晶出の制御のために、好ましくはこの装置に、固体分別、金属層内の化学成分あるいはまた温度を測定して制御するために手段が設けられる。
【００４１】
上述した装置により、Ｐ０１０１組成のアルミニウムの１日２０トンの生産を達成することができ、副産物はその約１０％である。
【００４２】
使用する金属およびそれから取り除かなければならない夾雑物に応じて、多くの変更をなすことができ、かつ必要となることは理解される。例えば、形成されたおよび／または存在している結晶が溶融金属内で上昇する場合に、区画壁は逆さに配置されなければならない。区画内の溶融金属を撹拌するために、他の手段を使用することもできる。
【００４３】
他方、この明細書の導入部において説明したように、この方法を達成するために他の種類の装置を使用することもできる。このように、本発明の範囲は添付の請求の範囲によってのみ決定される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による方法を実現する晶出装置の断面を模式的に示す図。
【図１】
2005532473.tif 000002
【国際調査報告】
2005532473.tif 000003
2005532473.tif 000004