(57)【要約】【課題】冷却体を精製すべき溶融金属中に浸漬した直後における冷却体周面への金属の凝固速度が速くなるのを防止して、純度の高い精製金属を得ることができるとともに、冷却体との密着性が悪化して冷却体の回転に伴う遠心力により晶出した金属が剥離するのを防止することができる金属精製法及び装置等を提供する。【解決手段】精製すべき溶融金属２中に冷却体３を浸漬し、この冷却体３を回転させながら冷却体表面に高純度金属を晶出させる金属精製方法において、溶融金属２に浸漬する時の冷却体３の温度を、精製すべき金属の固相線温度×０．６以上に設定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
精製すべき溶融金属中に冷却体を浸漬し、この冷却体を回転させながら冷却体表面に高純度金属を晶出させる金属精製方法において、
溶融金属に浸漬する時の冷却体の温度を、精製すべき金属の固相線温度×０．６以上としたことを特徴とする金属精製方法。
【請求項２】
冷却体の温度を、精製すべき金属の固相線温度×０．７以上とした請求項１に記載の金属精製方法。
【請求項３】
冷却体の温度を、精製すべき金属の固相線温度×０．８以上とした請求項１に記載の金属精製方法。
【請求項４】
冷却体の温度を、精製すべき金属の固相線温度×０．９以上とした請求項１に記載の金属精製方法。
【請求項５】
冷却体の温度調整を加熱装置にて行う請求項１〜４のいずれかに記載の金属精製方法。
【請求項６】
精製すべき金属がアルミニウムである金属精製方法。
【請求項７】
精製すべき溶融金属を収容する炉体と、前記炉体に収容された溶融金属中に浸漬される回転可能な冷却体とを備えた金属精製装置において、
前記溶融金属に浸漬する時の冷却体の温度が、精製すべき金属の固相線温度×０．６以上となされていることを特徴とする金属精製装置。
【請求項８】
冷却体の温度が、精製すべき金属の固相線温度×０．７以上となされている請求項７に記載の金属精製装置。
【請求項９】
冷却体の温度が、精製すべき金属の固相線温度×０．８以上となされている請求項７に記載の金属精製装置。
【請求項１０】
冷却体の温度が、精製すべき金属の固相線温度×０．９以上となされている請求項７に記載の金属精製装置。
【請求項１１】
請求項１ないし５のいずれかに記載の方法で精製された精製金属。
【請求項１２】
請求項１１に記載の精製金属から製造された鋳造品。
【請求項１３】
請求項１２に記載の鋳造品が圧延されてなる金属製品。
【請求項１４】
請求項１３に記載の金属製品が電極材として用いられている電解コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属の精製方法及び装置に関し，更に詳しく言えば、偏析凝固法の原理を利用して共晶不純物を含むアルミニウム、ケイ素、マグネシウム、鉛、亜鉛等の金属から、共晶不純物の含有量を元の金属よりも少なくし，高純度の金属を製造する方法及び装置に関し、さらには前記方法により精製された金属、この金属を用いた鋳造品、金属製品及び電解コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種金属の精製方法として、大別して電解法と偏析凝固法が行われている。電解法は高度な精製が可能ではあるが大量の電力が必要となるためにコストがかさんでしまう欠点がある。それに対し偏析凝固法は溶融金属が凝固する時の溶質分配法則を応用する精製方法であり、簡便な装置で精製可能であるためコスト面で優れた製造方法である。
【０００３】
偏析凝固法の一つとして、精製用溶湯保持炉内に入れられた共晶不純物を含む溶融金属中に回転冷却体を浸漬し、回転冷却体内に冷却流体を供給しつつこの冷却体を回転させてその周面により純度の高い精製金属を晶出させる方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
この方法では、冷却体周面への凝固速度が遅いほど、晶出した金属の純度が高くなることがわかっている。ところで、冷却体周面の温度が低い状態のまま冷却体を精製すべき溶融金属中に浸漬すると、その周面への凝固速度が速くなり、その結果晶出した金属の純度が低くなるという問題がある。また、このような凝固速度が大きな状態で晶出した金属は冷却体との密着性が悪く、回転による遠心力によって非常に剥離しやすく、精製金属回収量が少なくなってしまう。
【０００５】
このような問題に対処する方法として、回転冷却体周面に剥離防止用凹溝を設けることが提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】昭公昭６１−３３８５号公報
【特許文献２】特開昭６２−２８０３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、回転冷却体周面に剥離防止用凹溝を設ける方法だけでは不十分であり、剥離を防ぐことは出来ない。このため、前述した、冷却体周面の温度が低い状態のまま冷却体を精製すべき溶融金属中に浸漬すると、その周面への凝固速度が速くなり、その結果晶出した金属の純度が低くなるという問題や、凝固速度が大きな状態で晶出した金属は冷却体との密着性が悪く、冷却体の回転に伴う遠心力によって非常に剥離しやすく、精製金属回収量が少なくなってしまうといった問題を、依然として解決できなかった。
【０００７】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、冷却体を精製すべき溶融金属中に浸漬した直後における冷却体周面への金属の凝固速度が速くなるのを防止して、純度の高い精製金属を得ることができるとともに、冷却体との密着性が悪化して冷却体の回転に伴う遠心力により晶出した金属が剥離するのを防止することができる金属精製法及び装置を提供し、さらには前記方法により精製された金属、この金属を用いた鋳造品、金属製品及び電解コンデンサを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、以下の手段によって解決される。
（１）精製すべき溶融金属中に冷却体を浸漬し、この冷却体を回転させながら冷却体表面に高純度金属を晶出させる金属精製方法において、溶融金属に浸漬する時の冷却体の温度を、精製すべき金属の固相線温度×０．６以上としたことを特徴とする金属精製方法。
（２）冷却体の温度を、精製すべき金属の固相線温度×０．７以上とした前項１に記載の金属精製方法。
（３）冷却体の温度を、精製すべき金属の固相線温度×０．８以上とした前項１に記載の金属精製方法。
（４）冷却体の温度を、精製すべき金属の固相線温度×０．９以上とした前項１に記載の金属精製方法。
（５）冷却体の温度調整を加熱装置にて行う前項１〜４のいずれかに記載の金属精製方法。
（６）精製すべき金属がアルミニウムである金属精製方法。
（７）精製すべき溶融金属を収容する炉体と、前記炉体に収容された溶融金属中に浸漬される回転可能な冷却体とを備えた金属精製装置において、前記溶融金属に浸漬する時の冷却体の温度が、精製すべき金属の固相線温度×０．６以上となされていることを特徴とする金属精製装置。
（８）冷却体の温度が、精製すべき金属の固相線温度×０．７以上となされている前項７に記載の金属精製装置。
（９）冷却体の温度が、精製すべき金属の固相線温度×０．８以上となされている前項７に記載の金属精製装置。
（１０）冷却体の温度が、精製すべき金属の固相線温度×０．９以上となされている前項７に記載の金属精製装置。
（１１）前項１ないし５のいずれかに記載の方法で精製された精製金属。
（１２）前項１１に記載の精製金属から製造された鋳造品。
（１３）前項１２に記載の鋳造品が圧延されてなる金属製品。
（１４）前項１３に記載の金属製品が電極材として用いられている電解コンデンサ。
【発明の効果】
【０００９】
前項（１）に記載の発明によれば、精製すべき溶融金属中に冷却体を浸漬し、この冷却体を回転させながら冷却体表面に高純度金属を晶出させる金属精製方法において、溶融金属に浸漬する時の冷却体温度を、精製すべき金属の固相線温度×０．６以上としたから、冷却体を精製すべき溶融金属中に浸漬した直後における冷却体周面への金属の凝固速度が過剰に速くなるのを防止することができる。その結果、純度の高い精製金属を得ることができるとともに、冷却体との密着性が悪化して冷却体の回転に伴う遠心力により晶出した金属が剥離するのを防止することができ、精製金属回収量を増加させることができる。
【００１０】
前項（２）に記載の発明によれば、冷却体温度を精製すべき金属の固相線温度×０．７以上としたから、凝固速度が速くなるのをさらに効果的に防止することができ、より純度の高い精製金属を得ることができる。
【００１１】
前項（３）に記載の発明によれば、冷却体温度を精製すべき金属の固相線温度×０．８以上としたから、凝固速度が速くなるのをさらに効果的に防止することができ、より純度の高い精製金属を得ることができる。
【００１２】
前項（４）に記載の発明によれば、冷却体温度を精製すべき金属の固相線温度×０．９以上としたから、凝固速度が速くなるのをさらに効果的に防止することができ、より純度の高い精製金属を得ることができる。
【００１３】
前項（５）に記載の発明によれば、冷却体の温度調整を加熱装置にて行うから、温度調整が簡易になる。
【００１４】
前項（６）に記載の発明によれば、純度の高いアルミニウムを精製することができる。
【００１５】
前項（７）に記載の発明によれば、純度の高い精製金属を得ることができるとともに、冷却体との密着性が悪化して冷却体の回転に伴う遠心力により晶出した金属が剥離するのを防止することができる精製装置となしうる。
【００１６】
前項（８）に記載の発明によれば、凝固速度が速くなるのをさらに効果的に防止することができ、より純度の高い精製金属を得ることができる精製装置となしうる。
【００１７】
前項（９）に記載の発明によれば、凝固速度が速くなるのをさらに効果的に防止することができ、より純度の高い精製金属を得ることができる精製装置となしうる。
【００１８】
前項（１０）に記載の発明によれば、凝固速度が速くなるのをさらに効果的に防止することができ、より純度の高い精製金属を得ることができる精製装置となしうる。
【００１９】
前項（１１）に記載の発明によれば、純度の高い精製金属となしうる。
【００２０】
前項（１２）に記載の発明によれば、純度の高い鋳造品となしうる。
【００２１】
前項（１３）に記載の発明によれば、純度の高い圧延金属製品となしうる。
【００２２】
前項（１４）に記載の発明によれば、純度の高い圧延金属からなる電極材が用いられた電解コンデンサとなしうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明の一実施形態を説明する。
【００２４】
図１はこの発明の一実施形態に係る金属精製装置の概略構成と、これを用いた金属精製方法を説明するための図である。
【００２５】
図１において、１は溶湯保持炉であり、この溶湯保持炉１の内部に溶融金属２が収容保持されている。保持炉１の上方には回転冷却体３が上下左右移動自在に配置されるとともに、金属精製時には冷却体３が下方移動して、溶湯保持炉１内の溶融金属２中に浸漬されるものとなされている。また、図１（ｃ）に示すように、溶湯保持炉１と平行する配置で、精製金属掻き落とし装置４が設置されている。
【００２６】
また、図示は省略したが、溶湯保持炉１内の溶融金属２は、一定の温度となるよう加熱炉内に配置され、保持炉１の外側から加熱されるようになっている。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、前記回転冷却体３を溶湯保持炉１内の溶融金属２に浸漬し、内部に冷却流体を供給しつつ回転させ、図１（ｂ）に示すように、冷却体１の周面に精製金属５をゆっくり晶出させる。この順序は特に限定するものではなく、回転冷却体３を回転させながら溶融金属２に浸漬させても問題はない。共晶不純物は液相中に排出されて凝固界面近傍の液相中に共用不純物の不純物濃化層が出来るが、回転冷却体３と溶融金属２との相対速度によって不純物濃化層中の不純物が液相全体に分散させられる。この状態で凝固を進行させると、冷却体３の周面には元の溶融金属２よりはるかに高純度の金属塊が得られる。
【００２８】
この回転冷却体３を溶融金属２中に浸漬するときに、回転冷却体３の温度が低すぎると、溶融金属２は回転冷却体３への熱拡散により急冷され凝固してしまう。この凝固した金属は共晶不純物がほとんど排出されないため、はぼ元の溶融金属と同じ不純物濃度となってしまうものである。しかも、このような凝固速度が大きな状態で晶出した金属は回転冷却体３との密着性が悪く、回転冷却体３の回転による遠心力によって非常に剥離しやすく、精製金属回収量が少なくなってしまう。
【００２９】
そこで、この発明では、溶融金属２に浸漬する時の冷却体３の温度を、精製すべき金属の固相線温度×０．６以上に設定する。溶融金属２に浸漬する時の冷却体３の温度が、精製すべき金属の固相線温度×０．６未満では、冷却体浸漬直後の溶融金属の凝固速度が過剰に大きくなって、純度が低下し、しかも冷却体３との密着性が悪くなり、回転冷却体３の回転による遠心力によって非常に剥離しやすいものとなる。望ましくは、溶融金属２に浸漬する時の冷却体３の温度を、精製すべき金属の固相線温度×０．７以上、更に好ましくは×０．８以上、更に好ましくは×０．９以上に設定するのが良い。
【００３０】
なお、回転冷却体３に温度分布がある場合は、周面総面積の半分以上が精製すべき金属の固相線温度×０．６以上であれば問題ない。
【００３１】
こうして、所定温度以上に設定された冷却体３を溶融金属２中に浸漬して、純度が高く冷却体３との密着性の良い金属を晶出させた後は、冷却体３内に冷却媒体を供給しつつ冷却体３を回転させて、その周面に精製金属を晶出させていく。
【００３２】
一定時間経過後に回転冷却体３は、図１（ｃ）に示すように、晶出した金属とともに引き上げられ、掻き落とし装置４にて周面に晶出した精製金属５を掻き落とす。その後、図１（ｄ）に示すように、回転冷却体３は所定温度となるように加熱装置６にて加熱され、再度溶湯保持炉１に移動させ、精製を行う。
【００３３】
この金属精製装置において、溶湯保持炉１は単独であっても良いし連結樋によって複数の保持炉が互いに連通状に接続されていても構わない。単独の場合は精製を繰り返すと溶融金属の不純物濃度が増すために、精製した金属の純度が悪化してしまう。そのために定期的に溶融金属を入れ替えるのが良い。連結樋によって互いに連結した場合は、一端から新たな溶融金属を注ぎこめば溶融金属２が、隣接する溶湯保持炉１に流出し、高濃度の溶融金属がそのまま溶湯保持炉１に滞留することはなく、このため溶融金属を入れ替える必要がない。また最下流の溶湯保持炉１から流出した溶融金属は、精製に適さない濃度となるので排出される。
【００３４】
回転冷却体３は黒鉛、セラミックス製等が望ましいが、これに限るものではない。高温の溶融金属と接触するために回転冷却体３も高温となるので、この高温で溶融せず、極端な強度低下をしないものであれば良く、金属製であっても構わない。
【００３５】
また、回転冷却体３の温度調整は、溶融金属２と接触する箇所のみで良い。また、冷却体３の溶融金属２中への浸漬時の温度調整は、加熱装置を用いて行っても良いし、精製すべき金属の固相線温度×０．６以上の温度を確保できるのであれば、用いなくても良い。加熱装置６は、ガスバーナー、誘導加熱、電気ヒーターなどを用いたものを例示できるが、所定温度まで昇温出来れば特に方法を限定するものではない。また精製条件によるが、精製金属引き上げ、掻き落とし、精製開始までの問で回転冷却体３の温度低下を防止すれば、特に加熱工程を追加する必要はない。
【００３６】
回転冷却体３を冷却するための冷媒も特に限定はされず、窒索ガス、二酸化炭素ガス、アルゴンガス、圧縮エアー等を使用できるが、コストの面で圧縮エアーが推奨される。
【００３７】
精製金属は、共晶不純物を含むアルミニウム、ケイ素、マグネシウム、鉛、亜鉛等の金属を挙げうる。特にアルミニウムを精製する際、アルミニウムと包晶を生成する不純物が含まれる場合には、ホウ素添加および撹拌を行うのが良い。ホウ素添加および撹拌を行うことで、ホウ素が溶融金属中に含まれているＴｉ、Ｖ、Ｚｒ等の包晶不純物と反応してＴ
ｉＢ２、ＶＢ２、ＺｒＢ２等の不溶性ホウ化物が生成される。余剰のホウ素は、共晶不純物にして除去される。上記ホウ化物は、溶湯保持炉１内で冷却体３の回転により生じる遠心力によって冷却体３から遠ざけられ、冷却体３の周面に晶出したアルミニウムに含まれることはない。また、溶湯保持炉１が連結樋によって互いに連通状に接続されている場合は、最上流にホウ素添加用るつぼを配置しておくのがよい。ホウ素は一般的にアルミニウムに添加された母合金ロッドとして溶融金属中に供給される。
【００３８】
上記により精製された金属は、高純度であるから、各種の加工や用途に用いることで優れた特性や機能を発揮させることができる。一例を挙げると、精製金属を鋳造に用いて鋳造品を製作しても良いし、この鋳造品を圧延して各種の金属板や金属箔として用いても良い。また、この金属箔を例えばアルミニウム電解コンデンサの電極材として用いてもよい。
【実施例】
【００３９】
不純物として主にＦｅ：５００ｐｐｍ、Ｓｉ：４００ｐｐｍが含まれるアルミニウム溶湯を精製保持炉内に入れ、精製炉ヒーターの電力を調整し６６５℃の温度に保持する。その後、温度を調整した上端部の外径が１５０ｍｍであるテーパー形状の回転冷却体を溶湯中に浸潰し、周速３．１ｍ／ｓｅｃの速度で回転させながら、７分間回転冷却体周面に精製アルミニウムを晶出させた。なお回転冷却体内には圧縮エアーを直接当てて冷却させた。
【００４０】
そのときの精製塊重量および精製後のＦｅおよびＳｉ濃度を表１に示す。
【００４１】
【表１】
2008163418.tif 000003
【００４２】
表１の結果から理解されるように、溶湯へ浸漬するとき（表１では浸漬直前の温度と記している）の冷却体の温度が、固相線温度×０．６以上で純度の高い精製となり、冷却体の温度が高いほと純度が高くなるものとなった。また、塊重量も溶湯へ浸漬するときの回転冷却体の温度の上昇と共に増大するものであった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の一実施形態に係る金属精製装置の概略構成と、これを用いた金属精製方法を説明するための図である。
【００４４】
１    溶湯保持炉
２    溶融金属（溶湯）
３    冷却体
５    精製金属
６    加熱装置
【図１】
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