(57)【要約】【課題】アルミニウム材を確実に溶解することができ、メタル回収率を大幅に向上することが可能なアルミニウム材の溶解方法、及び、アルミニウム材の溶解装置を提供する。【解決手段】アルミニウム溶湯３の上に、少なくともＫＣｌ及びＮａＣｌと氷晶石とを含有する溶融塩フラックスからなる溶融塩フラックス層２０を形成し、アルミニウム材１を溶融塩フラックス層２０の上に投入し、アルミニウム材１が溶融塩フラックス層２０内を沈降している間に、アルミニウム材１の少なくとも一部を溶融することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム溶湯の上に、少なくともＫＣｌ及びＮａＣｌと氷晶石とを含有する溶融塩フラックスからなる溶融塩フラックス層を形成し、
アルミニウム材を前記溶融塩フラックス層の上に投入し、前記アルミニウム材が前記溶融塩フラックス層内を沈降している間に、前記アルミニウム材の少なくとも一部を溶融することを特徴とするアルミニウム材の溶解方法。
【請求項２】
前記溶融塩フラックス層は、ＫＣｌとＮａＣｌとを重量比でＫＣｌ：ＮａＣｌ＝４：６〜６：４の範囲内で混合された混合塩１００重量部に対して、氷晶石を１重量部以上２０重量部以下の範囲で含有することを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム材の溶解方法。
【請求項３】
前記溶融塩フラックスの比重が１．２以上２．０以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１又は請求項２の記載のアルミニウム材の溶解方法。
【請求項４】
前記溶融塩フラックスの粘性が０．０２Ｐａ・ｓ以上０．３Ｐａ・ｓ以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアルミニウム材の溶解方法。
【請求項５】
前記溶融塩フラックス層の厚さが２０ｍｍ以上６００ｍｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のアルミニウム材の溶解方法。
【請求項６】
前記溶融塩フラックス層の上に投入した前記アルミニウム材が前記溶融塩フラックス層内を通過する時間を１ｓｅｃ以上２０ｓｅｃ以下の範囲内とすることを徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のアルミニウム材の溶解方法。
【請求項７】
アルミニウム溶湯が貯留されるとともに、このアルミニウム溶湯の上に積層する溶融塩フラックス層が形成された溶解槽と、前記溶融塩フラックス層の上にアルミニウム材を投入する投入手段と、を有し、
前記溶融塩フラックス層は、少なくともＫＣｌ及びＮａＣｌと氷晶石とを含有する溶融塩フラックスからなり、
前記アルミニウム材を前記溶融塩フラックス層の上に投入し、前記アルミニウム材が前記溶融塩フラックス層内を沈降している間に、前記アルミニウム材の少なくとも一部を溶融することを特徴とするアルミニウム材の溶解装置。
【請求項８】
前記アルミニウム溶湯を加熱する加熱槽を有し、前記溶解槽と前記加熱槽とは、前記溶解槽に形成された前記溶融塩フラックス層下端よりも下方側の位置で連通されていることを特徴とする請求項７に記載のアルミニウム材の溶解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばアルミニウムリサイクル材等を破砕して得られるアルミニウム材を溶解するアルミニウム材の溶解方法、及び、アルミニウム材の溶解装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム部材においては、使用後に回収されてリサイクル原料として再利用されている。
リサイクル原料としては、例えば、使用済みの飲料缶（ＵＢＣ：Ｕｓｅｄ  Ｂｅｖｅｒａｇｅ  Ｃａｎ）や、アルミニウム板のプレス屑、アルミニウム材の加工屑等が挙げられる。このようなリサイクル材料は、圧縮され、切断や解砕等によって小片状のアルミニウム材に加工される。
【０００３】
ここで、例えば、比表面積の大きな小片状のアルミニウム材を溶解炉にそのまま投入した場合、アルミニウム材が溶湯表面に浮遊し、アルミニウム材の表面が酸化されることによって溶解原料の表面部分はドロスとなってしまうため、メタル回収率が大幅に低下してしまうことになる。
そこで、例えば特許文献１には、アルミニウム原料とフラックスとを溶解炉に同時に投入し、プロペラシャフトで撹拌混合してアルミニウム原料をアルミニウム溶湯中に巻き込むとともにアルミニウム溶湯中でフラックスがアルミニウム原料の表面に形成された酸化膜と接触することによって酸化膜を除去して溶解する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２３１３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたように、プロペラシャフト等を用いてフラックスとアルミニウム材とをアルミニウム溶湯中で混合した場合、アルミニウム材と同時にフラックスを投入し続ける必要があることから、ドロス（フラックス及びアルミニウム酸化物の混合物）の発生量が多くなってしまったり、フラックスとアルミニウム材との接触が十分でないため、アルミニウム材に形成した酸化膜が溶け残ったりしてしまう問題があった。このドロスはアルミニウム溶湯の表面に浮遊するため、頻繁にこれらの浮遊物を除去する必要があった。
また、空気や水蒸気が巻き込まれてしまい、アルミニウム材の酸化ロスが多くなり、メタル回収率が十分に高くならないおそれがあった。
さらに、溶解して得られたアルミニウム溶湯中の酸素濃度及び水素濃度が高くなってしまうおそれがあった。
【０００６】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、アルミニウム材を確実に溶解することができ、メタル回収率を大幅に向上させることが可能なアルミニウム材の溶解方法、及び、アルミニウム材の溶解装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明のアルミニウム材の溶解方法は、アルミニウム溶湯の上に、少なくともＫＣｌ及びＮａＣｌと氷晶石とを含有する溶融塩フラックスからなる溶融塩フラックス層を形成し、アルミニウム材を前記溶融塩フラックス層の上に投入し、前記アルミニウム材が前記溶融塩フラックス層内を沈降している間に、前記アルミニウム材の少なくとも一部を溶融することを特徴としている。
【０００８】
この構成のアルミニウム材の溶解方法においては、アルミニウム溶湯の上に、少なくともＫＣｌ及びＮａＣｌと氷晶石とを含有する溶融塩フラックスからなる溶融塩フラックス層を形成し、アルミニウム材を前記溶融塩フラックス層の上に投入する構成としているので、アルミニウム材が溶融塩フラックス層内を自然沈降する間に、アルミニウム材の表面に形成された酸化膜が除去され、アルミニウム材を確実に溶解することができる。
また、投入されたアルミニウム材が前記溶融塩フラックス層内に沈降する構成とされていることから、空気や水蒸気の巻き込みを抑制でき、アルミニウム材の酸化ロスを低減してメタル回収率を向上させることが可能となる。また、得られたアルミニウム溶湯中の酸素濃度及び水素濃度の上昇を抑制できる。
また、フラックスを投入し続ける必要がないことから、ドロスの発生量が必要以上に増加することを抑制でき、ドロスの除去作業の負荷を軽減することができる。
【０００９】
ここで、本発明のアルミニウム材の溶解方法においては、前記溶融塩フラックス層は、ＫＣｌ（塩化カリウム）とＮａＣｌ（塩化ナトリウム）とを重量比でＫＣｌ：ＮａＣｌ＝４：６〜６：４の範囲内で混合された混合塩１００重量部に対して、氷晶石を１重量部以上２０重量部以下の範囲で含有することが好ましい。
この構成のアルミニウム材の溶解方法によれば、前記溶融塩フラックス層の組成が、上述の範囲内とされているので、融点が低くなり、アルミニウム溶湯の上に溶融塩フラックス層を確実に形成することができる。また、混合塩１００重量部に対して、氷晶石を１重量部以上２０重量部以下の範囲で含有しているので、アルミニウム材の表面に形成された酸化膜を確実に除去することができる。
【００１０】
また、本発明のアルミニウム材の溶解方法においては、前記溶融塩フラックスの比重が１．２以上２．０以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、アルミニウム材の比重に対して、溶融塩フラックスの比重が小さくなることから、溶融塩フラックス層の上に投入したアルミニウム材を、溶融塩フラックス層内に自然沈降させることができる。また、アルミニウム材との比重差が大きくならず、アルミニウム材の沈降速度が速くなることを抑制し、溶融塩フラックス内を通過する時間を確保でき、溶融塩フラックス層内においてアルミニウム材の少なくとも一部を確実に溶解することができる。
【００１１】
さらに、本発明のアルミニウム材の溶解方法においては、前記溶融塩フラックスの粘性が０．０２Ｐａ・ｓ以上０．３Ｐａ・ｓ以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、前記溶融塩フラックスの粘性が０．０２Ｐａ・ｓ以上とされているので、アルミニウム材が溶融塩フラックス層を通過する時間を確保でき、溶融塩フラックス層内においてアルミニウム材の少なくとも一部を確実に溶解することができる。一方、前記溶融塩フラックスの粘性が０．３Ｐａ・ｓ以下とされているので、溶融塩フラックス層の上に投入したアルミニウム材を、円滑に溶融塩フラックス層内へと自然沈降させることができる。
【００１２】
また、本発明のアルミニウム材の溶解方法においては、前記溶融塩フラックス層の厚さが２０ｍｍ以上６００ｍｍ以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、前記溶融塩フラックス層の厚さが２０ｍｍ以上とされているので、アルミニウム材が溶融塩フラックス層を通過する時間を確保でき、溶融塩フラックス層内においてアルミニウム材の少なくとも一部を確実に溶解することができる。一方、前記溶融塩フラックス層の厚さが６００ｍｍ以下とされているので、フラックスを確実に溶融させて、溶融塩フラックス層を形成することができる。
【００１３】
さらに、本発明のアルミニウム材の溶解方法においては、前記溶融塩フラックス層の上に投入した前記アルミニウム材が前記溶融塩フラックス層内を通過する時間を１ｓｅｃ以上２０ｓｅｃ以下の範囲内とすることが好ましい。
この場合、前記溶融塩フラックス層の上に投入した前記アルミニウム材が前記溶融塩フラックス層内を通過する時間を１ｓｅｃ以上としているので、アルミニウム材が溶融塩フラックス層を自然沈降する間に、アルミニウム材の少なくとも一部を確実に溶解することができる。一方、前記溶融塩フラックス層の上に投入した前記アルミニウム材が前記溶融塩フラックス層内を通過する時間を２０ｓｅｃ以下としているので、アルミニウム材の溶解作業を効率的に行うことができる。
【００１４】
本発明のアルミニウム材の溶解装置は、アルミニウム溶湯が貯留されるとともに、このアルミニウム溶湯の上に積層する溶融塩フラックス層が形成された溶解槽と、前記溶融塩フラックス層の上にアルミニウム材を投入する投入手段と、を有し、前記溶融塩フラックス層は、少なくともＫＣｌ及びＮａＣｌと氷晶石とを含有する溶融塩フラックスからなり、前記アルミニウム材を前記溶融塩フラックス層の上に投入し、前記アルミニウム材が前記溶融塩フラックス層内を沈降している間に、前記アルミニウム材の少なくとも一部を溶融することを特徴としている。
【００１５】
この構成のアルミニウム材の溶解装置によれば、前記アルミニウム材を前記溶融塩フラックス層の上に投入し、前記アルミニウム材が前記溶融塩フラックス層内を沈降している間に、溶融塩フラックスが前記アルミニウム材の表面に形成した酸化膜を除去し、前記アルミニウム材の少なくとも一部を溶融することができ、前記アルミニウム材を確実に溶解することが可能となる。また、アルミニウム材及びフラックスをアルミニウム溶湯に浸漬させるためにアルミニウム溶湯をプロペラシャフト等で撹拌する必要がないことから、空気や水蒸気の巻き込みを抑制でき、アルミニウム材の酸化ロスを低減してメタル回収率を向上させることが可能となる。
【００１６】
ここで、本発明のアルミニウム材の溶解装置においては、前記アルミニウム溶湯を加熱する加熱槽を有し、前記溶解槽と前記加熱槽とは、前記溶解槽に形成された前記溶融塩フラックス層下端よりも下方側の位置で連通されていることが好ましい。
この場合、アルミニウム材を溶解して得られたアルミニウム溶湯を加熱槽で加熱及び抜き出すことができ、アルミニウム材の溶解作業を効率的に行うことができる。また、加熱槽と溶解槽とが、前記溶解槽に形成された前記溶融塩フラックス層下端よりも下方側の位置で連通されているので、加熱槽側に溶融塩フラックス及びドロスが流れ込むことを抑制でき、ドロスなどの異物の混入のない高品質なアルミニウム溶湯を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、アルミニウム材を確実に溶解することができ、メタル回収率を大幅に向上することが可能なアルミニウム材の溶解方法、及び、アルミニウム材の溶解装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係るアルミニウム材の溶解方法が適用されるＵＢＣ材のリサイクル方法を示す工程図である。
【図２】本発明の実施形態に係るアルミニウム材の溶解方法において溶解対象となるアルミニウム材の一例を示す写真である。
【図３】本発明の実施形態に係るアルミニウム材の溶解装置の概略説明図である。
【図４】実施例に示す確認実験を行った実験装置の概略説明図である。
【図５】比較例の観察結果を示す写真である。
【図６】本発明例の観察結果を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施形態であるアルミニウム材の溶解方法、及び、アルミニウム材の溶解装置について添付した図面を参照して説明する。
本実施形態であるアルミニウム材の溶解方法及びアルミニウム材の溶解装置においては、使用済みのアルミニウム部材をリサイクル処理する際に適用されるものである。本実施形態では、使用済みの飲料缶（ＵＢＣ：Ｕｓｅｄ  Ｂｅｖｅｒａｇｅ  Ｃａｎ）を例に挙げて説明する。
【００２０】
使用済みの飲料缶（ＵＢＣ）のリサイクル方法について、図１のフロー図を用いて説明する。使用済みの飲料缶（ＵＢＣ）は、回収後にブロック状に成形されたＵＢＣＰａｃｋとして流通される。
まず、ブロック状に成形されたＵＢＣｐａｃｋを解砕する（解砕工程Ｓ０１）。
次に、解砕して得られたＵＢＣ材の選別を行い、ペットボトルやスチール缶等を除去する（選別工程Ｓ０２）。
【００２１】
次に、選別されたＵＢＣ材を焙焼し、ＵＢＣ材に付着していたインク、水分、フィルム等を分解除去する。（焙焼工程Ｓ０３）。本実施形態では、円筒状をなすキルン炉の軸線方向一方側からＵＢＣ材を投入し、軸線方向他方側から熱風を吹き込むことによって、ＵＢＣ材の焙焼を行う構成としている。このようにして、ＵＢＣ材から、図２に示すような、アルミニウム材１が得られる。
【００２２】
そして、得られたアルミニウム材１を溶解し、アルミニウム溶湯３を得る。（アルミニウム溶解工程Ｓ０４）。
本実施形態に係るアルミニウム材の溶解方法及びアルミニウム材の溶解装置は、このアルミニウム溶解工程Ｓ０４を実施する際に適用される。
【００２３】
ここで、本実施形態では、飲料缶を切断したアルミニウム材１を用いた。その厚さは０．１〜０．３ｍｍ程度とされ、重量が１０〜３０ｇ程度とされている。また、その最大かさ厚みＴは、５〜３０ｍｍ程度とされている。最大かさ厚みとは、ここでは平板にアルミニウム材を静置したときの平板表面からアルミニウム材の最大高さとする。なお、このアルミニウム材１の比重ρａは、構成するアルミニウム及びアルミニウム合金の組成によって異なるが、およそ２．７程度とされている。
【００２４】
次に、本実施形態であるアルミニウム材の溶解装置１０について、図３を参照して説明する。
本実施形態であるアルミニウム材の溶解装置１０は、図３に示すように、アルミニウム溶湯３が貯留される炉本体１１と、炉本体１１にアルミニウム材１を投入する原料投入シュート１９と、を備えている。
【００２５】
炉本体１１は、隔壁１２によって溶解槽１４と加熱槽１５とに区画されており、これら溶解槽１４と加熱槽１５とは、隔壁１２の下部に設けられた２つの連通孔１３によって連通されている。なお、本実施形態では、溶解槽１４は大気に開放されている。
また、加熱槽１５の下部には、アルミニウム溶湯３を抜き出すための溶湯抜出口１６が形成されている。
【００２６】
さらに、本実施形態では、図３に示すように、加熱槽１５には蓋部１７が配設されており、加熱槽１５内の溶湯面の上部空間が雰囲気制御可能とされている。
また、この加熱槽１５には、アルミニウム溶湯３を加熱する加熱手段として加熱バーナー１８が配設されている。なお、アルミニウム溶湯３は、図示されていない移送手段を用いて、２つの連通孔１３を経由して加熱槽１５と溶解槽１４とを循環するように構成されている。
【００２７】
溶解槽１４には、アルミニウム溶湯３の上に、少なくともＫＣｌ及びＮａＣｌと氷晶石とを含有する溶融塩フラックスからなる溶融塩フラックス層２０が形成されている。溶融塩フラックス層２０は、溶解槽１４に保持されたアルミニウム溶湯３の表面全体を覆い、層状に形成されている。溶融塩フラックスは、加熱槽１５で加熱されたアルミニウム溶湯３を溶解槽１４に移送させることによって、アルミニウム材１の融点よりも高い温度で保持される。なお、この溶融塩フラックス層２０は、上述した連通孔１３よりも上方に形成されており、連通孔１３を介して加熱槽１５側へは流出しないように構成されている。
この溶融塩フラックス層２０は、ＫＣｌとＮａＣｌとを重量比でＫＣｌ：ＮａＣｌ＝４：６〜６：４の範囲内で混合された混合塩１００重量部に対して、氷晶石を１重量部以上２０重量部以下の範囲で含有する組成とされており、融点が６２０〜７００℃とされている。
【００２８】
本実施形態においては、溶融塩フラックスの比重ρｆが１．２以上２．０以下の範囲内、溶融塩フラックスの粘性ηが０．０２Ｐａ・ｓ以上０．３Ｐａ・ｓ以下の範囲内とされている。なお、これら溶融塩フラックスの比重ρｆ及び粘性ηは、温度７００℃以上９００℃以下の温度範囲における比重及び粘性とされている。
また、この溶融塩フラックス層２０の厚さｔが２０ｍｍ以上６００ｍｍ以下の範囲内とされている。なお、本実施形態においては、溶融塩フラックス層２０の厚さｔが、投入するアルミニウム材１の最大かさ厚みＴより厚くなるように設定されている。
【００２９】
本実施形態においては、この溶融塩フラックス層２０の温度が７００℃以上９００℃以下の範囲内に調整されている。なお、溶融塩フラックス層２０の温度は、７５０℃以上８５０℃以下の範囲内とすることが好ましい。
本実施形態では、図３に示すように、加熱槽１５に配置された加熱バーナー１８によってアルミニウム溶湯３を加熱し、溶解槽１４に移送することにより、溶融塩フラックス層２０の温度が上述の範囲になるように調整されている。
【００３０】
上述の構成とされたアルミニウム材の溶解装置１０においては、原料投入シュート１９により、焙焼されたアルミニウム材１が溶融塩フラックス層２０の上に投入される。
溶融塩フラックス層２０の上に投入されたアルミニウム材１は、比重差により、静置状態の溶融塩フラックス層２０内へ自然沈降する。
溶融塩フラックス層２０を沈降する間に、アルミニウム材１の表面に形成された酸化膜が除去されるとともに、アルミニウム材１の少なくとも一部が溶解される。
【００３１】
少なくとも一部が溶融されたアルミニウム材１は、溶融塩フラックス層２０の下側に位置するアルミニウム溶湯３中において完全に溶解される。
逐次投入されたアルミニウム材１を溶解して得られたアルミニウム溶湯３は、連通孔１３を介して加熱槽１５側に移動し、加熱バーナー１８によって加熱され、その一部が溶解槽１４に移送され、他の一部が加熱槽１５に設けられた溶湯抜出口１６から取り出される。
【００３２】
ここで、本実施形態においては、溶融塩フラックス層２０の上に投入したアルミニウム材１が溶融塩フラックス層２０内を通過する時間を１ｓｅｃ以上２０ｓｅｃ以下の範囲内に設定している。
【００３３】
以下に、本実施形態において、溶融塩フラックスの比重、粘性、並びに溶融塩フラックス層２０の組成、厚さ、及び、溶融塩フラックス層２０の上に投入したアルミニウム材１が溶融塩フラックス層２０を通過するまでの時間を、上述のように規定した理由を説明する。
【００３４】
（溶融塩フラックス層の組成）
ＫＣｌとＮａＣｌとを重量比でＫＣｌ：ＮａＣｌ＝４：６〜６：４の範囲内で混合された混合塩は、共晶組成となり、融点が６５０℃以下にまで低下する。また、この混合比のＫＣｌとＮａＣｌの混合塩に対して、氷晶石を１重量部以上２０重量部以下の範囲で添加すると、さらに融点が低下することになる。また、氷晶石を１重量部以上含有することにより、アルミニウム材１の表面に形成された酸化膜を確実に除去することが可能となる。
以上の理由から、本実施形態においては、溶融塩フラックス層２０の組成を、ＫＣｌとＮａＣｌとを重量比でＫＣｌ：ＮａＣｌ＝４：６〜６：４の範囲内で混合された混合塩１００重量部に対して、氷晶石を１重量部以上２０重量部以下の範囲で含有するものとしている。
なお、確実に融点を低下させるとともに、アルミニウム材１の表面に形成された酸化膜を除去するためには、ＫＣｌとＮａＣｌとを重量比でＫＣｌ：ＮａＣｌ＝４：６〜６：４の範囲内で混合された混合塩１００重量部に対して、氷晶石を４重量部以上１５重量部以下の範囲内で含有することが好ましい。
【００３５】
（溶融塩フラックスの比重）
静置状態の溶融塩フラックス層２０の上に投入されたアルミニウム材１を自然沈降させるためには、溶融塩フラックスの比重ρｆを、アルミニウム材１の比重ρａよりも小さくする必要がある。ここで、温度７００℃以上９００℃以下の温度範囲での溶融塩フラックスの比重ρｆを２．０以下とすることにより、確実にアルミニウム材１を溶融塩フラックス層２０内に自然沈降させることが可能となる。また、温度７００℃以上９００℃以下の温度範囲での溶融塩フラックスの比重ρｆを１．２以上とすることにより、アルミニウム材１の沈降速度が遅くなり、アルミニウム材１の溶融塩フラックス層２０内の通過時間を確保でき、アルミニウム材１を十分に溶解することが可能となる。
以上の理由から、本実施形態においては、温度７００℃以上９００℃以下の温度範囲での溶融塩フラックスの比重ρｆを、１．２以上２．０以下の範囲内に設定している。
なお、アルミニウム材１を確実に自然沈降させるためには、溶融塩フラックスの比重ρｆの上限を１．６以下とすることが好ましい。また、アルミニウム材１の溶融塩フラックス層２０内の通過時間を確実に確保するためには、溶融塩フラックスの比重ρｆの下限を１．４以上とすることが好ましい。
【００３６】
（溶融塩フラックスの粘性）
溶融塩フラックスの粘性ηを０．０２Ｐａ・ｓ以上とすることにより、アルミニウム材１の沈降速度が遅くなり、アルミニウム材１の溶融塩フラックス層２０内の通過時間を確保でき、アルミニウム材１を十分に溶解することが可能となる。一方、溶融塩フラックスの粘性を０．３Ｐａ・ｓ以下とすることにより、溶融塩フラックス層２０の上に投入されたアルミニウム材１を円滑に沈降させることが可能となる。
以上の理由から、本実施形態においては、温度７００℃以上９００℃以下の温度範囲での溶融塩フラックスの粘性ηを０．０２Ｐａ・ｓ以上０．３Ｐａ・ｓ以下の範囲内に設定している。
なお、アルミニウム材１を確実に自然沈降させるためには、溶融塩フラックスの粘性ηの上限を０．２Ｐａ・ｓ以下とすることが好ましい。また、アルミニウム材１の溶融塩フラックス層２０内の通過時間を確実に確保するためには、溶融塩フラックスの粘性ηの下限を０．０５Ｐａ・ｓ以上とすることが好ましい。
【００３７】
（溶融塩フラックス層の厚さ）
溶融塩フラックス層２０の厚さｔを２０ｍｍ以上とすることにより、アルミニウム材１が溶融塩フラックス層２０内を通過する時間を確保でき、アルミニウム材１の表面に形成された酸化膜を確実に除去して、アルミニウム材１を確実に溶解することができる。一方、溶融塩フラックス層２０の厚さｔを６００ｍｍ以下とすることにより、フラックスを十分に溶融させることができ、フラックスとしての還元力を確実に発揮させることが可能となる。
以上の理由から、本実施形態においては、溶融塩フラックス層２０の厚さｔを２０ｍｍ以上６００ｍｍ以下の範囲内に設定している。
なお、アルミニウム材１を確実に溶解するためには、溶融塩フラックス層２０の厚さｔの下限を５０ｍｍ以上とすることが好ましい。また、フラックスを確実に溶融させるためには、溶融塩フラックス層２０の厚さｔの上限を３００ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００３８】
（アルミニウム材の溶融塩フラックス層内の通過時間）
溶融塩フラックス層２０の上に投入されたアルミニウム材１の溶融塩フラックス層２０内を通過する時間を１ｓｅｃ以上とすることにより、アルミニウム材１の表面に形成された酸化膜を確実に除去でき、アルミニウム材１を確実に溶解することが可能となる。一方、アルミニウム材１の溶融塩フラックス層２０内の通過時間を２０ｓｅｃ以下とすることにより、アルミニウム材１の溶解に要する時間が短くなり、アルミニウム材１の溶解作業を効率良く行うことが可能となる。
以上の理由から、本実施形態においては、アルミニウム材１の溶融塩フラックス層２０内の通過時間を１ｓｅｃ以上２０ｓｅｃ以下の範囲内に設定している。
なお、アルミニウム材１を確実に溶解するためには、アルミニウム材１の溶融塩フラックス層２０内の通過時間の下限を３ｓｅｃ以上とすることが好ましい。また、アルミニウム材１の溶解作業をさらに効率良く行うためには、アルミニウム材１の溶融塩フラックス層２０内の通過時間の上限を１０ｓｅｃ以下とすることが好ましい。
【００３９】
このような構成とされた本実施形態に係るアルミニウム材の溶解方法、及び、アルミニウム材の溶解装置においては、アルミニウム溶湯３の上に形成された溶融塩フラックス層２０上にアルミニウム材１を投入し、このアルミニウム材１が静置状態の溶融塩フラックス層２０を自然沈降する間に、アルミニウム材１の表面に形成された酸化膜を除去し、アルミニウム材１の少なくとも一部を溶解する構成とされているので、溶融塩フラックス層２０を撹拌する必要がなく、空気や水蒸気の巻き込みを抑制でき、アルミニウム材１の酸化ロスを低減してメタル回収率を向上させることが可能となる。また、得られたアルミニウム溶湯３中の酸素濃度及び水素濃度の上昇を抑制できる。
また、フラックスを追加添加しないことから、ドロスの発生量が必要以上に増加することを抑制でき、ドロスの除去作業の負担を軽減することができる。
【００４０】
また、本実施形態においては、溶融塩フラックス層２０が、ＫＣｌとＮａＣｌとを重量比でＫＣｌ：ＮａＣｌ＝４：６〜６：４の範囲内で混合された混合塩１００重量部に対して、氷晶石を１重量部以上２０重量部以下の範囲で含有する組成とされているので、溶融塩フラックス層２０の融点がアルミニウムの融点よりも低くなり、アルミニウム溶湯３の上に溶融塩フラックス層２０を確実に形成することができる。また、混合塩１００重量部に対して、氷晶石を１重量部以上２０重量部以下の範囲で含有しているので、アルミニウム材１の表面に形成された酸化膜を確実に除去することができ、アルミニウム材１の少なくとも一部を溶融塩フラックス層２０内で確実に溶解することが可能となる。
【００４１】
さらに、本実施形態においては、溶融塩フラックスの比重ρｆが２．０以下とされているので、溶融塩フラックス層２０の上に投入したアルミニウム材１を、溶融塩フラックス層２０内へと自然沈降させることができる。また、溶融塩フラックスの比重ρｆが１．２以上とされているので、溶融塩フラックス層２０内のアルミニウム材１の沈降速度が速くなることを抑制でき、溶融塩フラックス層２０内においてアルミニウム材１の少なくとも一部を確実に溶解することができる。
【００４２】
また、本実施形態においては、溶融塩フラックスの粘性ηが０．０２Ｐａ・ｓ以上とされているので、アルミニウム材１が溶融塩フラックス層２０を通過する時間を確保でき、溶融塩フラックス層２０内においてアルミニウム材１の少なくとも一部を確実に溶解することができる。一方、溶融塩フラックスの粘性ηが０．３Ｐａ・ｓ以下とされているので、溶融塩フラックス層２０の上に投入したアルミニウム材１を、溶融塩フラックス層２０内に自然沈降させることができる。
【００４３】
さらに、本実施形態においては、溶融塩フラックス層２０の厚さｔが２０ｍｍ以上とされているので、アルミニウム材１が溶融塩フラックス層２０を通過する時間を確保でき、溶融塩フラックス層２０内においてアルミニウム材１の少なくとも一部を確実に溶解することができる。一方、溶融塩フラックス層２０の厚さｔが６００ｍｍ以下とされているので、フラックスを十分に溶融させることができ、フラックスとしての還元力を確実に発揮させることが可能となる。
【００４４】
また、本実施形態においては、溶融塩フラックス層２０の上に投入されたアルミニウム材１の溶融塩フラックス層２０内を通過する時間が１ｓｅｃ以上とされているので、アルミニウム材１が溶融塩フラックス層２０を自然沈降する間に、アルミニウム材１を確実に溶解することができる。一方、アルミニウム材１の溶融塩フラックス層２０内の通過時間が２０ｓｅｃ以下とされているので、アルミニウム材１の溶解作業を効率的に行うことができる。
【００４５】
さらに、本実施形態においては、アルミニウム溶湯３を加熱、保持する加熱槽１５を有し、溶解槽１４と加熱槽１５とが、隔壁１２の下部に形成された連通孔１３を介して連通されているので、アルミニウム材１を溶解して得られたアルミニウム溶湯３を加熱槽１５で加熱、保持することができ、アルミニウム材１の溶解作業を効率的に行うことができる。
また、溶解槽１４と加熱槽１５とが、溶解槽１４に形成された溶融塩フラックス層２０の下端よりも下方側の位置で連通されているので、加熱槽１５側にドロスが流れ込むことを抑制でき、ドロスなどの異物の混入のない高品質なアルミニウム溶湯３を得ることができる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、使用済みの飲料缶（ＵＢＣ）から得られるアルミニウム材を溶解対象として説明したが、これに限定されることはなく、アルミニウム板のプレス屑等の他のアルミニウム材を溶解するものとしてもよい。また、本実施形態では、溶融塩フラックス層は、層状で形成されているが、溶融塩フラックス層とアルミニウム溶湯が分離された状態であれば、それぞれの層内で流動が生じていても構わない。
【００４７】
さらに、本実施形態においては、溶解槽と加熱槽とを備えたものとして説明したが、これに限定されることはなく、溶解槽のみを備えたものであってもよい。
また、本実施形態においては、加熱バーナーによってアルミニウム溶湯を加熱し、溶融塩フラックス層の温度を調整するものとして説明したが、これに限定されることはなく、溶融塩フラックス層を通電加熱によって加熱してもよいし、加熱バーナーやヒータによって直接溶融塩フラックス層を加熱してもよい。
【実施例】
【００４８】
以下に、本発明の有効性を確認するために行った確認実験の結果について説明する。この確認実験では、図４に示す実験装置を用いてアルミニウム材の溶解を行った。外径２５ｍｍ×内径２０ｍｍ×高さ１２０ｍｍのアルミナ坩堝３０に、純アルミニウム（粒状）を約６ｇと、溶融塩フラックス（ＮａＣｌ：３９．８ｍａｓｓ％、ＫＣｌ：４９．４ｍａｓｓ％、Ｎａ３ＡｌＦ６：１０．８ｍａｓｓ％）を装入した。なお、本発明例では、溶融塩フラックスを３ｇ、比較例では、溶融塩フラックスを０．０３ｇ装入した。
【００４９】
縦型管状シリコニット炉中心部に、鉛直方向に挿入されたアルミナ製反応管（外径７０ｍｍ×内径６０ｍｍ×高さ６００ｍｍ）に、上述のアルミナ坩堝３０を配置し、反応管の上部開放端にガス導入管を備えたゴム栓を取り付けて反応管内を密閉し、Ａｒガス気流中で８００℃まで昇温し、１時間保持した。
その後、炉内温度を８００℃に保持した状態で、反応管に取り付けたゴム栓を取り外し、アルミナ坩堝３０内の溶体を大気中に曝した。
【００５０】
同時に、予め焙焼して表面の塗料等を分解したＵＢＣ材の切断片（アルミニウム材１）を準備し、このアルミニウム材１を、ステンレス導入管３１（内径１５ｍｍ）を通して、反応管上部から投入して５分間静置した。アルミニウム材１の投入と静置を５回繰り返し行った。
その後、シリコニット炉内の反応管よりアルミナ坩堝３０を取り出し、大気中で室温にまで冷却した。
冷却後に、アルミナ坩堝３０を割り、凝固後の溶融塩フラックス、アルミニウム溶湯３の状態を観察した。比較例の観察結果を図５に、本発明例の観察結果を図６に示す。
【００５１】
また、添加したアルミニウム材の重量と最終的に得られた凝固後のアルミニウム溶湯重量とから、以下の式によって溶湯化率を算出した。算出結果を表１に示す。
（溶湯化率）＝（最終のアルミニウム溶湯重量−初期のアルミニウム溶湯重量）／（添加したアルミニウム材の重量）×１００
【００５２】
【表１】
2017020062.tif 000003
【００５３】
比較例においては、図５に示すように、添加したアルミニウム材が、凝固したアルミニウム溶湯の上に残存したままとなっており、アルミニウム材を溶解できなかったことが確認された。このため、溶湯化率も１０．５％と低かった。
なお、比較例においては、溶融塩を０．０３ｇ添加したが、アルミニウム溶湯の上に溶融塩フラックス層が形成されなかったためと推測される。
【００５４】
これに対して、本発明例においては、図６に示すように、凝固したアルミニウム溶湯の上に凝固した溶融塩フラックスが積層していた。また、溶湯化率が１１７．６％とされており、添加したアルミニウム材を確実に溶解することができた。なお、溶湯化率が１００％を超えたのは、凝固したアルミニウム材から溶融塩フラックスを完全に除去しきれなかったためであるが、フラックスの比重を考慮した溶湯化率は１００％と考えられる。
【符号の説明】
【００５５】
１  アルミニウム材
３  アルミニウム溶湯
１０  アルミニウム材の溶解装置
１４  溶解槽
１５  保持槽
２０  溶融塩フラックス層
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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