JP2002371376A

JP2002371376A - スラッジのリサイクル方法及びアルミニウム合金溶湯の除滓剤

Info

Publication number: JP2002371376A
Application number: JP2001351268A
Authority: JP
Inventors: Hideo Fujimoto; 日出男藤本; Ryoji Shoda; 良治正田; Yoshiko Ogawa; 淑子小川; Tadashi Mantani; 正万谷; Tadao Meguro; 忠雄目黒
Original assignee: FAUNTEKKU KK; Kobe Steel Ltd; Nippon Paint Co Ltd
Current assignee: FAUNTEKKU KK; Kobe Steel Ltd; Nippon Paint Co Ltd
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2002-12-26
Anticipated expiration: 2021-11-16
Also published as: JP4250724B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】少なくともアルミニウム乃至アルミニウム合
金材を含む構造物をリン酸亜鉛処理した際に発生するス
ラッジを有効にリサイクルする方法を提供する。【解決手段】発生するスラッジをアルミニウムおよびア
ルミニウム合金溶湯処理用フラックスとし使用する。金
属のフッ化物をフッ素換算で３〜３０質量％と、無機塩
５０質量％以下と、金属リン酸塩を４０〜９０質量％
（Ｐとしての含有量で８〜１８質量％）を含有し、無機
塩と金属リン酸塩とを合計で９０質量％以下に制限し、
残部が不可避不純物からなるスラッジをアルミニウム合
金溶湯の除滓剤に使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、少なくともアルミ
ニウム乃至アルミニウム合金材を含む構造物を、リン酸
亜鉛処理するに際し発生するスラッジを有効に利用する
ための、スラッジのリサイクル方法及びアルミニウム及
びアルミニウム合金溶湯の除滓剤に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム乃至アルミニウム合金（以
下アルミ合金と言う）は、省資源化の観点と低コスト化
の観点とからリサイクルされることが一般的となって来
た。しかしながら、合金種によって添加元素の含有量が
異なることから、成分組成の調整が容易な二次合金や鋳
物合金としてリサイクルされている。

【０００３】具体的には、回収されたスクラップを溶解
・溶湯精錬・除滓・鋳造等の工程を経て二次合金や鋳物
合金とされるが、溶解から除滓までの工程について詳述
する。即ち、溶解炉に投入された原料が加熱溶融されて
溶湯となる。精錬工程では、溶解工程での原料スクラッ
プに付着していた有機物他が、溶解時に生じた酸化物と
共に各種介在物となり、これらが精錬剤の作用によりメ
タル分との混合状態で滓として浮上する。この滓は製品
欠陥の大きな原因となるので除去すべきであるが、多量
のメタル分が含まれておりそのまま排除するとメタルロ
スとなるため、除滓に当たってはメタル分を出来る限り
溶湯中へ戻し、介在物のみを効率良く排除する必要があ
る。

【０００４】そのための代表的な方法として、ハロゲン
系のフラックスを溶湯湯面に散布し、滓と共に混合する
ことにより滓中の微細なＡｌと反応せしめて、その際の
発熱を利用して滓を加熱することにより、メタル分の流
動性を高めて溶湯中に戻す方法が知られている。尚、前
記脱ガス処理時に溶湯中に不活性ガス、例えば窒素やア
ルゴンガスと共にこの種フラックスを吹込むことも周知
である。

【０００５】このような溶湯からの脱ガス・除滓は、溶
湯を清浄化して製品品質を向上するための溶湯処理とし
て極めて重要であり、各種の除滓剤が提案されている。
就中、アルミニウム合金溶湯の除滓剤としては例えば、
特開平７−２０７３７６号公報、特開平１１−８０８５
１号公報等が挙げられる。

【０００６】一方、自動車産業においては軽量化の観点
から各種部材にアルミニウム合金が多用されており、殊
に自動車ボディ外装材（パネル材）は鋼板部分とアルミ
合金板部分とで構成されるものが多い。そして、このよ
うな外装部分は塗装されるが、その下地処理として一般
的にリン酸亜鉛処理が施される。ところが、このリン酸
亜鉛処理の際に鋼板部分とアルミ合金板部分とが同時に
処理されることから、処理液中にアルミニウムイオンが
徐々に増加し、鋼板に対する処理性が劣化することから
これを防止する為に、フッ素イオン添加によりアルミニ
ウムイオンを沈殿させることが一般的手法として知られ
ている。

【０００７】しかしながら、この手法によればリン酸亜
鉛処理性能が良くなるものの沈殿された弗化アルミを主
成分とするスラッジが大量に発生してしまうと言う問題
がある。また、このスラッジはフッ素含有量が多い為に
再利用が困難であり、現状では廃棄物として埋立処分す
るしかないと言う問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、クリオライト
等の増加により、フッ化物を添加しない場合に比べて、
スラッジの発生量が大幅に増加すると言った問題が新た
に発生している。

【０００９】このようなスラッジの増加を抑えるため、
アルミニウム乃至アルミニウム合金材自体についても改
善が進められており、例えば、アルミニウム乃至アルミ
ニウム合金材に表面処理膜を形成しアルミニウムイオン
の溶出を抑える等の方法（例えば、特開２０００−２５
６８７３号公報）も考えられている。しかし、現状で
は、コストおよび性能面からフッ化物添加による方法が
主流として採用されている。

【００１０】なお、これらスラッジは、定期的に専門業
者に回収され、産業廃棄物として殆ど全て埋め立て等に
使われている。しかし、今後、さらにアルミニウム乃至
アルミニウム合金材の使用量が増加することにより、廃
棄コストが増加するのみか、廃棄場所が不足すると言っ
た環境面においても重大な問題になるものと考えられ
る。

【００１１】本発明は、このような事情に着目して成さ
れたものであり、その目的は、スラッジのリサイクルに
よる地球環境のクリーン化、限り有る資源の有効活用お
よび廃棄コストを低減することである。

【００１２】そこで、本発明者等はこのスラッジを有効
活用すべく、その成分組成を調べたところアルミニウム
合金溶湯の除滓剤の主成分であるクリオライト（Ｎａ₃
ＡｌＦ₆）と共通する元素が多量に含有されていること
を知見し、フラックス原料としての使用可能性について
各種実験を行った。

【００１３】即ち、実験例では、鋼材：アルミニウム合
金材の面積比を変化させた試験片をフリーフッ素４００
ｐｐｍにてリン酸塩処理してクリオライト比率の異なる
スラッジを発生させ、このスラッジから水分除去したも
のを、溶湯の除滓剤として用いた。このスラッジの成分
組成は、表１の通りであった。尚、成分分析に当たって
は、スラッジを１０５℃で２時間乾燥後、０．５ｇ採取
し、濃塩酸３０ｃｃ中で加熱溶解したものを１００ｃｃ
にメスアップさせて試料とし、金属成分は原子吸光法
で、その他の成分はイオンクロマトで行った。

【００１４】スラッジによる除滓剤特性を調べる為に、スラッジ添加
によるスラッジ中の不純物金属による溶湯汚染への影響
をＦｅ、Ｚｎ、Ｎａの含有量の変化で調べたが、表２に
示す通り溶湯汚染は殆ど無く、無視できる程度であっ
た。

【００１５】

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前述のよ
うな目的を達成するため鋭意研究を進め、本発明を成し
たものである。

【００１７】すなわち、先ず、鋼材およびアルミニウム
乃至アルミニウム合金材を含む構造物のリン酸亜鉛処理
により発生したスラッジについて、組成分析を行なった
結果、クリオライト成分（Ｎａ、Ａｌ、Ｆ）が多量に含
まれることを確認した。なお、これらクリオライト成分
は、リン酸亜鉛処理浴中へのフッ化物の添加量、アルミ
ニウム乃至アルミニウム合金材の処理量等によりその含
有率は異なる。

【００１８】一方、アルミニウム乃至アルミニウム合金
を溶解する場合、凝固時に気孔の原因となる溶湯中の水
素の除去、また、内部欠陥の原因となる非金属介在物を
除去し清浄化するために溶湯処理用フラックスが用いら
れている。

【００１９】ここで、本発明者らは、一般的な溶湯処理
用フラックスにはＮａが含まれていることに注目し、ク
リオライト成分のフラックスヘの適用を検討、スラッジ
をアルミニウムおよびアルミニウム合金溶湯処理用フラ
ックスとして用いることを見出したのである。

【００２０】つまりは、本発明は、少なくともアルミニ
ウム乃至アルミニウム合金材を含む構造物をリン酸亜鉛
処理した際に発生するスラッジを、アルミニウムおよび
アルミニウム合金溶湯処理用フラックスとして有効にリ
サイクルする方法を提供するものである。なお、その技
術的構成は次のとおりである。

【００２１】すなわち、本発明における第一の発明は、
「少なくともアルミニウム乃至アルミニウム合金材を含
む構造物をリン酸亜鉛処理した際に発生するスラッジ
を、アルミニウムおよびアルミニウム合金溶湯処理用フ
ラックスとして用いることを特徴とする、スラッジのリ
サイクル方法」である。

【００２２】また、第二の発明は、「上記溶湯処理用フ
ラックスに上記スラッジを混入させてアルミニウム乃至
アルミニウム合金を溶湯処理することを特徴とする請求
項１記載のリサイクル方法」である。

【００２３】さらに第三の発明は、「上記スラッジを原
料の一部として用いて、上記溶湯処理用フラックスを製
造することを特徴とする請求項１記載のリサイクル方
法」である。

【００２４】また第四の発明は、「金属のフッ化物をフ
ッ素換算で３〜３０質量％と、無機塩５０質量％以下
と、金属リン酸塩を４０〜９０質量％（Ｐとしての舎有
量で８〜１８質量％）を含有し、無機塩と金属リン酸塩
とを合計で９０質量％以下に制限し、残部が不可避不純
物からなるスラッジをアルミニウム合金溶湯の除滓剤に
使用するスラッジのリサイクル方法」である。

【００２５】更に、第五の発明は「金属のフッ化物をフ
ッ素換算で３〜３０質量％と、無機塩５０質量％以下
と、金属リン酸塩を４０〜９０質量％（Ｐとしての含有
量で８〜１８質量％）を含有し、無機塩と金属リン酸塩
とを合計で９０質量％以下に制限し、残部が不可避不純
物からなるアルミニウム合金溶湯の除滓剤」である。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明でのスラッジのリサイクル
においては、先ずリン酸亜鉛浴からスラッジが回収され
る。この場合、回収方法としては、連続式重力濾過、加
圧型べーパーフィルター濾過或いは、加圧布型フィルタ
ー濾過等の方法が用いられる。

【００２７】さらに、回収後、自然乾燥、温風乾燥（８
０〜１５０℃）或いは、ドラム及びディスク状伝導型加
熱乾燥（８０〜１５０℃）等の方法により乾燥され、回
転及び振動フルイ、重力・慣性力分級或いは、遠心力分
級等の方法により分級される。

【００２８】また、本発明における、スラッジより成る
アルミニウムおよびアルミニウム合金溶湯処理用フラッ
クスについては、通常使われているフラックスとの混合
が有効である。この際、通常フラックスとの混合割合が
問題となるが、溶湯の種類、脱ガス、脱滓等の要求度に
応じて適宜選択されるものである。

【００２９】さらに、上述のアルミニウムおよびアルミ
ニウム合金溶湯処理用フラックスは、使用にあたって、
粒度を調整した粉体として溶湯表面に散布する方法、押
込む方法、或いはパイプによって窒素のような不活性ガ
スと共に溶湯内へ吹き込む方法、若しくは、形状並びに
大きさの調整された固体として溶湯内へ押込む方法等を
炉の種類並びに容量と溶湯処理の要求度に応じて適宜選
択するのが好ましい。

【００３０】なお、この場合、鋼材（冷延鋼板等）、ア
ルミニウム乃至アルミニウム合金、Ｚｎめっきアルミニ
ウム合金およびこれら以外の例えば、Ｚｎ、Ｚｎめっき
鋼板、Ｚｎ−Ｆｅめっき鋼板、Ｚｎ−Ｎｉめっき鋼板等
の金属材を含む構造物においても同様なスラッジが得ら
れ、アルミニウムおよびアルミニウム合金溶湯処理用フ
ラックスとして使用することができる。

【００３１】

【実施例１】冷延鋼板およびアルミニウム合金材を含む
構造物をリン酸亜鉛処理し、スラッジを回収した。さら
に、本スラッジを温風乾燥機により乾燥し遠心力分級機
により分級した後、既存のアルミニウムおよびアルミニ
ウム合金溶湯処理用フラックス（フラックス−Ａ：ファ
ウンテック（株）製）と混合し、スラッジ混入量が０
（無添加）、２０％のフラックスとした。これらを下記
の試験条件にて処理し、スラッジがアルミニウム溶湯汚
染に及ぼす影響について評価した。

【００３２】使用地金：９９．９９％アルミニウム試験条件：溶湯量：５ｋｇ溶湯温度：７４０℃ フラックス添加量：５ｇ、１０ｇ、２０ｇフラックス添加方法：高純度アルミニウム箔に包み溶湯
中に浸漬本スラッジが混入されたフラックスを用いて鋳造された
アルミニウム合金を組成分析した結果、表３のような結
果が得られた。スラッジが含有されたフラックスを用い
た場合にも、スラッジ無添加（通常のフラックスのみ）
の場合と同様な組成割合を有している。また、鋳塊品質
についても調査したが、スラッジの添加、無添加による
違いは見られなかった。

【００３３】本発明の第五の発明のアルミニウム合金溶
湯の除滓剤において、金属のフッ化物は、溶湯表面の滓
との発熱反応によって滓と溶湯との分離を容易にする作
用を果たし、例えば、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＳｒＦ、
ＣａＦ₂、ＭｇＦ₂、ＡｌＦ₃、ＮａＡｌＦ₄、Ｎａ₃Ａｌ
Ｆ₆、ＫＡｌＦ₄、Ｋ₃ＡｌＦ₆等のフッ化物が挙げられ
る。更に反応速度や流動性の制御を目的に、ＮａＣｌ、
ＫＣｌ、ＳｒＣｌ、ＣａＣｌ₂、ＭｇＣｌ₂、ＢａＣ
ｌ₂、ＡｌＣｌ₃等の塩素系ハロゲン化合物を添加するこ
ともできる。

【００３４】無機塩及び金属リン酸塩は溶湯処理中にフ
ラックスを発熱させる助燃剤として作用し、無機塩とし
ては例えば、金属炭酸塩（Ｎａ₂ＣＯ₈、Ｋ₂ＣＯ₃、Ｍｇ
ＣＯ ₃等）、金属硫酸塩（Ｎａ₂ＳＯ₄、Ｋ₂ＳＯ₄、Ｍｇ
ＳＯ₄等）、金属硝酸塩（ＮａＮＯ₃、ＫＮＯ₃、Ｃａ
（ＮＯ₃）₂等が挙げられる。また、金属リン酸塩は例え
ば、ＦｅＰＯ₄、Ｚｎ₃（ＰＯ）₂、Ｍｎ₃（ＰＯ）₂、Ｎ
ｉ₃（ＰＯ）₂等）が挙げられる。

【００３５】尚、無機塩及び金属リン酸塩は発熱反応速
度の制御に有効であり、溶湯処理温度との関連で、９０
％までは許容できる。

【００３６】無機酸化物は上述の組成物に対して、溶湯
処理中の反応を適宜に制御する調整剤乃至は増量剤とし
て使用され、例えば、ＭｇＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等が
挙げられる。

【００３７】炭素質物質は上記無機塩と同様助燃剤とし
て任意に使用し得るものであり、コークスや微粉炭等が
使用できる。

【００３８】上述の除滓剤組成物は、使用に際して、粉
体として溶湯表面に散布するのが好ましい。これらの使
用方法に適合させるべく、粉体の場合には子袋に充填さ
れ、固体の場合は適宜形状、サイズに加圧成形され投入
される。

【００３９】

【実施例２】以下、本発明の実施例について説明する。

【００４０】前記表１の組成及び性状を有するスラッジ
を用い、実炉での投入試験を実施し、スラグ分離性・ス
ラグ性状を調べた。その結果を表４に示す。尚、スラッ
ジは乾燥させた粉体を約１ｋｇに袋詰し、１５ｔｏｎ溶
解炉の溶湯表面に投入した。

【００４１】以上から、スラッジのフラックスとしての使用が、アル
ミニウム合金の品質に影響を及ぼさないことは明らかで
ある。

【００４２】従って、従来は廃棄処分されていた、少な
くともアルミニウム乃至アルミニウム合金材を含む構造
物をリン酸亜鉛処理して得られるスラッジは、アルミニ
ウムおよびアルミニウム合金溶湯処理用フラックスとし
て使用できるものである。

【００４３】

【発明の効果】以上、本発明によれば、従来は産業廃棄
物として廃棄処分されていた少なくともアルミニウム乃
至アルミニウム合金材を含む構造物のリン酸亜鉛処理に
より発生したスラッジは、アルミニウムおよびアルミニ
ウム合金溶湯処理用フラックスとして有効にリサイクル
できるものである。

【００４４】このため、地球環境のクリーン化、限り有
る資源の有効活用および廃棄コストを低減することがで
きる。

【００４５】本発明によれば、更に溶湯の除滓剤として
アルミニウム合金のリン酸塩処理で発生したスラッジを
利用することができ、しかも従来既存のフラックスとそ
の性能において大差なく、十分実用できるものである。
その結果、これまで殆ど有効に利用されることが無かっ
たスラッジのリサイクルが達成できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤本日出男栃木県真岡市鬼怒ケ丘15番地株式会社神戸製鋼所真岡製造所内 (72)発明者正田良治兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合研究所内 (72)発明者小川淑子東京都品川区南品川４丁目１番15号日本ペイント株式会社内 (72)発明者万谷正東京都千代田区丸の内３丁目３番１号株式会社ファウンテック内 (72)発明者目黒忠雄栃木県鹿沼市茂呂字北野2611−12 株式会社ファウンテック栃木研究所内Ｆターム(参考） 4D059 AA15 AA18 AA19 BD01 BD11 BE13 BE15 BE51 BK30 CC10 4K001 AA02 FA00 KA00 4K026 AA09 BA03 CA16 CA18 CA23 CA28 DA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともアルミニウム乃至アルミニウ
ム合金材を含む構造物をリン酸亜鉛処理し、発生するス
ラッジを、アルミニウムおよびアルミニウム合金溶湯処
理用フラックスとして用いることを特徴とする、スラッ
ジのリサイクル方法。
【請求項２】アルミニウムおよびアルミニウム合金溶
湯処理用フラックスに上記スラッジを混入させてアルミ
ニウム乃至アルミニウム合金を溶湯処理することを特徴
とする請求項１記載のリサイクル方法。
【請求項３】上記スラッジをフラックス原料として用
いて、上記溶湯処理用フラックスを製造することを特徴
とする請求項１記載のリサイクル方法。
【請求項４】金属のフッ化物をフッ素換算で３〜３０
質量％と、無機塩５０質量％以下と、金属リン酸塩を４
０〜９０質量％（Ｐとしての含有量で８〜１８質量％）
を含有し、無機塩と金属リン酸塩とを合計で９０質量％
以下に制限し、残部が不可避不純物からなるスラッジを
アルミニウム合金溶湯の除滓剤に使用するスラッジのリ
サイクル方法。
【請求項５】金属のフッ化物をフッ素換算で３〜３０
質量％と、無機塩５０質量％以下と、金属リン酸塩を４
０〜９０質量％（Ｐとしての含有量で８〜１８質量％）
を含有し、無機塩と金属リン酸塩とを合計で９０質量％
以下に制限し、残部が不可避不純物からなるアルミニウ
ム合金溶湯の除滓剤。