[go: up one dir, main page]

JP2024121140A - Flux, its manufacturing method and molten metal treatment method - Google Patents

Flux, its manufacturing method and molten metal treatment method Download PDF

Info

Publication number
JP2024121140A
JP2024121140A JP2023028078A JP2023028078A JP2024121140A JP 2024121140 A JP2024121140 A JP 2024121140A JP 2023028078 A JP2023028078 A JP 2023028078A JP 2023028078 A JP2023028078 A JP 2023028078A JP 2024121140 A JP2024121140 A JP 2024121140A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
molten metal
flux
copper
metallic copper
salt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2023028078A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
加瑞馬 日比
Kazuma Hibi
盾 八百川
Jun Yaokawa
琢真 箕浦
Takuma Minoura
広行 森
Hiroyuki Mori
博 川原
Hiroshi Kawahara
靖 岩田
Yasushi Iwata
裕子 青木
Hiroko Aoki
詩織 長谷部
Shiori Hasegawa
悟志 中野
Satoshi Nakano
雄一 古川
Yuichi Furukawa
高嗣 冨田
Takashi Tomita
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Tsusho Corp
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Toyotsu Smelting Technology Corp
Original Assignee
Toyota Tsusho Corp
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Toyotsu Smelting Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Tsusho Corp, Toyota Motor Corp, Toyota Central R&D Labs Inc, Toyotsu Smelting Technology Corp filed Critical Toyota Tsusho Corp
Priority to JP2023028078A priority Critical patent/JP2024121140A/en
Publication of JP2024121140A publication Critical patent/JP2024121140A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

To provide a novel flux capable of efficiently removing Mg from an aluminum matrix molten metal.SOLUTION: The flux includes a molten salt containing metallic copper and a copper oxide or a solid salt thereof, and is capable of removing Mg from an aluminum matrix molten metal. The metallic copper is precipitated during a treatment of the aluminum matrix molten metal, and reacts with oxygen above the molten salt to form a copper oxide. The copper oxide reacts with the Mg taken from the aluminum matrix molten metal to the molten salt to be metallic copper. Thickness of the flux (molten salt) on the aluminum matrix molten metal is preferably 0.05 to 5 mm, for instance. While suppressing the amount of flux use, a waste substance generated in a molten metal treatment is reduced, and Mg can be continuously and efficiently removed from the aluminum matrix molten metal.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、アルミニウム基溶湯に用いるフラックス等に関する。 The present invention relates to fluxes and other materials for use in aluminum-based molten metals.

環境意識等の高揚に伴い、軽量なアルミニウム系部材が様々な分野で用いられている。新規に精錬されたアルミニウムを用いるよりもスクラップを再利用すれば、省エネルギ化、環境負荷低減、脱炭素化等を図りつつ、アルミニウム系部材の利用を促進できる。 As environmental awareness grows, lightweight aluminum-based components are being used in a variety of fields. Reusing scrap aluminum rather than using newly refined aluminum can promote the use of aluminum-based components while saving energy, reducing environmental impact, and achieving decarbonization.

スクラップを利用する場合、Al以外の様々な元素が溶湯中に混在し得る。不要または過剰な元素は、スクラップを溶解した原料溶湯(Al基溶湯)から除去する必要がある。その一例として、Mgの除去に関連する記載が下記の文献にある。 When scrap is used, various elements other than Al may be present in the molten metal. Unnecessary or excess elements must be removed from the raw molten metal (Al-based molten metal) produced by melting scrap. As an example, the following document describes the removal of Mg.

US4097270AUS4097270A 特開2007-154268JP2007-154268A 特開2008-50637Patent Publication 2008-50637 特開2011-168830Patent Publication 2011-168830 特開2021-110025Patent Publication No. 2021-110025 特開2021-110026Patent Publication No. 2021-110026

軽金属33(1983)243-248Light Metals 33 (1983) 243-248 軽金属54(2004)75-81Light Metals 54 (2004) 75-81

特許文献1には、Mgを含むAl基溶湯とシリカ(SiO)を反応させて(2Mg+SiO→2MgO+Si)、MgをMgOとして除去する方法(金属酸化物処理法の一種)に関する記載がある。 Patent Document 1 describes a method in which an Al-based molten metal containing Mg is reacted with silica (SiO 2 ) (2Mg+SiO 2 →2MgO+Si) to remove Mg as MgO (a type of metal oxide treatment method).

特許文献2は、Mgを含むAl基溶湯へ、ホウ酸アルミニウム(9Al・2B)を含むペレットを添加し、Mgをそのペレット上に付着させ、反応生成物(MgAl)として除去する方法を提案している。 Patent Document 2 proposes a method in which pellets containing aluminum borate (9Al 2 O 3 .2B 2 O 3 ) are added to an Al-based molten metal containing Mg, Mg is deposited on the pellets, and then removed as a reaction product (MgAl 2 O 4 ).

特許文献3、4は、使用済みの乾電池を焙焼して得た粉末状の電池滓を、Mgを含むAl基溶湯へ添加して、Mgを除去する方法を提案している。電池滓の主成分はZnO、MnOであり、Mgはそれら酸化物との反応物(MgO、MgMnまたはMgMnO)として除去される。電池滓に含まれる塩化物は、それら酸化物とAl基溶湯の濡れ性を高め、反応物の生成を促進する。塩化物量がマンガン乾電池より少ないアルカリ乾電池の電池滓を用いる場合、塩化物(KClとNaClの混合塩)が補充される。 Patent Documents 3 and 4 propose a method of removing Mg by adding powdered battery slag obtained by roasting used dry batteries to an Al-based molten metal containing Mg. The main components of battery slag are ZnO and MnO2 , and Mg is removed as a reaction product with these oxides (MgO , MgMn2O4 or MgMnO3 ). The chlorides contained in the battery slag increase the wettability of these oxides with the Al-based molten metal and promote the generation of reaction products. When using battery slag from an alkaline dry battery, which has a smaller amount of chloride than a manganese dry battery, chlorides (a mixed salt of KCl and NaCl) are replenished.

特許文献5、6では、アルミニウム基溶湯上に十分に厚く形成した溶融塩へCuOを加えて、そのアルミニウム基溶湯に含まれるMgをその厚い溶融塩へ取り込んで除去している。この場合、除去されるMg量は、溶融塩に加えたCuO量に依存するため、Mgの持続的な除去には、CuOの継続的な補充が必要となる。 In Patent Documents 5 and 6, CuO is added to a molten salt formed to a sufficient thickness on the aluminum-based molten metal, and the Mg contained in the aluminum-based molten metal is removed by being absorbed into the thick molten salt. In this case, the amount of Mg removed depends on the amount of CuO added to the molten salt, so continuous replenishment of CuO is required to continuously remove Mg.

非特許文献1、2には、塩素ガス処理法とフラックス処理法に関する記載がある。その塩素ガス処理法では、Al基溶湯中へ吹き込まれた塩素、六塩化エタン、四塩化炭素等のガスと反応したMgが、MgClとして除去される(Mg+Cl→MgCl)。そのフラックス処理法では、Al基溶湯中へ添加されたフッ化物(AlF、NaAlF、KAlF等)と反応したMgが、MgFとして除去される(例えば、3Mg+2AlF→3MgF+2Al)。このような処理法では、多くのAlがドロス等にトラップされてロスになると共に、作業環境の悪化や有害廃棄物の発生等を招く。 Non-Patent Documents 1 and 2 describe the chlorine gas treatment method and the flux treatment method. In the chlorine gas treatment method, Mg reacted with gases such as chlorine, hexachloroethane, and carbon tetrachloride injected into the Al-based molten metal is removed as MgCl2 (Mg+ Cl2MgCl2 ). In the flux treatment method, Mg reacted with fluorides ( AlF3 , NaAlF4 , K3AlF6 , etc.) added to the Al-based molten metal is removed as MgF2 (for example, 3Mg+ 2AlF33MgF2 +2Al). In such treatment methods, much of the Al is trapped in dross and lost, and the working environment is deteriorated and hazardous waste is generated.

本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、アルミニウム基溶湯に用いる新たなフラックス等を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide a new flux for use in aluminum-based molten metal.

本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究した結果、アルミニウム基溶湯上に形成した溶融塩中にある金属銅を酸化させ、アルミニウム基溶湯からマグネシウムを持続的に除去することを着想し、これを具現化した。この成果を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research into solving this problem, the inventor came up with the idea of oxidizing metallic copper in the molten salt formed on the aluminum-based molten metal, and continuously removing magnesium from the aluminum-based molten metal, and realized this idea. By expanding on this result, the inventor has completed the present invention, which will be described below.

《フラックス》
本発明は、金属銅と酸化銅と塩化物を含み、Mgを含むアルミニウム基溶湯上に配設されるフラックスである。
Flux
The present invention is a flux that contains metallic copper, copper oxide, and chloride and is disposed on an aluminum-based molten metal that contains Mg.

本発明のフラックスを用いれば、アルミニウム基溶湯(Al基溶湯)からマグネシウム(Mg)を除去する溶湯処理(精製等)を行える。 The flux of the present invention can be used to perform molten metal treatment (refining, etc.) to remove magnesium (Mg) from aluminum-based molten metal (Al-based molten metal).

また本発明のフラックスを用いると、例えば、フラックスの使用量の低減、フラックスの使用後にできる廃棄物(ドロス等)の低減、有害廃棄物の発生や作業環境の悪化の抑制回避等を図ることも可能になる。つまり、フラックスや廃棄等に要するコストの削減、環境負荷の低減等、ひいてはAl基溶湯の処理費用抑制等を図ることが可能になる。このような優れた効果が得られる機序は、次のように考えられる。 Furthermore, by using the flux of the present invention, it is possible to, for example, reduce the amount of flux used, reduce waste (dross, etc.) generated after using the flux, and prevent the generation of hazardous waste and deterioration of the working environment. In other words, it is possible to reduce the costs required for flux and disposal, reduce the environmental load, and ultimately reduce the processing costs of Al-based molten metal. The mechanism by which such excellent effects are obtained is thought to be as follows.

本発明のフラックスをAl基溶湯に加えると、Al基溶湯上に溶融塩(溶融塩化物)ができる。溶融塩中の酸化銅(CuOおよび/またはCuO)は、自身の還元(CuO・CuO→Cu)によって金属銅となり、その引き換えに、Al基溶湯から溶融塩へ取り込まれたMgを酸化(Mg→MgO)させる。溶融塩中(Al基溶湯の界面を含む。)に析出した金属銅(Cu)は、酸素が供給され得る状況下(例えば大気雰囲気中)で、容易に酸化銅を生成する。この酸化銅は、上述したMgの酸化(MgO生成)に消費されて、金属銅として析出する。 When the flux of the present invention is added to an Al-based molten metal, a molten salt (molten chloride) is formed on the Al-based molten metal. The copper oxide (CuO and/or Cu 2 O) in the molten salt reduces itself (CuO.Cu 2 O→Cu) to become metallic copper, and in exchange, oxidizes Mg taken into the molten salt from the Al-based molten metal (Mg→MgO). The metallic copper (Cu) precipitated in the molten salt (including the interface of the Al-based molten metal) easily produces copper oxide under conditions where oxygen can be supplied (e.g., in the air). This copper oxide is consumed in the oxidation of Mg (production of MgO) described above, and precipitates as metallic copper.

このように、酸化銅から金属銅への変化(酸化銅の還元)と金属銅から酸化銅への変化(金属銅の酸化)とが溶融塩中で繰り返され得る。この場合、Al基溶湯上に形成した溶融塩へ酸化銅を外部から補充し続けなくても、Al基溶湯に含まれるMgの持続的な除去が可能となり、上述した効果が得られる。なお、上述の説明から明らかなように、本発明のフラックスを用いた溶湯処理なら、有害なガスや廃棄物の大量発生、作業環境の悪化等も回避される。 In this way, the change from copper oxide to copper metal (reduction of copper oxide) and the change from copper metal to copper oxide (oxidation of copper metal) can be repeated in the molten salt. In this case, Mg contained in the Al-based molten metal can be continuously removed without continuously replenishing copper oxide from the outside to the molten salt formed on the Al-based molten metal, and the above-mentioned effects can be obtained. As is clear from the above explanation, molten metal treatment using the flux of the present invention also avoids the large-scale generation of harmful gases and waste, and the deterioration of the working environment.

《フラックスの製造方法》
本発明は、フラックスの製造方法としても把握される。フラックスは、例えば、金属銅および/または酸化銅と塩化物とを混在(原材料(粉末等)の混合、溶融混合等)させて得られる。塩化物は、溶融塩でも固形塩(塊状、粒子状、粉末状等)でもよい。
<Production method of flux>
The present invention can also be understood as a method for producing a flux. The flux can be obtained, for example, by mixing metallic copper and/or copper oxide with a chloride (mixing raw materials (e.g., powders), melt mixing, etc.). The chloride can be a molten salt or a solid salt (lump, particulate, powder, etc.).

フラックスは、当初から金属銅と酸化銅の両方を含んでいてもよいし、金属銅と酸化銅の一方(一部)が他方に変化して結果的に両方が含まれるようになってもよい。例えば、Al基溶湯上に形成された金属銅と酸化銅の一方を含む溶融塩が、後発的に、金属銅と酸化銅の両方を含む溶融塩(フラックス)となってもよい。 The flux may contain both metallic copper and copper oxide from the beginning, or one (part of) metallic copper or copper oxide may change to the other, resulting in the flux containing both. For example, a molten salt containing either metallic copper or copper oxide formed on an Al-based molten metal may later become a molten salt (flux) containing both metallic copper and copper oxide.

マグネシウム(Mg)が塩化物(固形塩または溶融塩)中に含まれていると、金属銅と酸化銅に係る酸化還元反応が促進される。Mgは、塩化物(MgCl)として当初から混合されてもよいし、溶湯処理中(フラックス調製中)にAl基溶湯から溶融塩へ供給されてもよい。 When magnesium (Mg) is contained in the chloride (solid salt or molten salt), the redox reaction between metallic copper and copper oxide is promoted. Mg may be mixed in as a chloride ( MgCl2 ) from the beginning, or may be supplied from the Al-based molten metal to the molten salt during molten metal treatment (flux preparation).

《溶湯処理方法》
本発明は、上述したフラックスを用いて、Al基溶湯からMgを除去する溶湯処理方法としても把握される。溶湯処理は、フラックス中の金属銅へ酸素が供給され得る状況でなされるとよい。フラックスまたは溶融塩を所定厚さの層状にすると、金属銅と酸素の接触が促進され得る。一例として、溶湯処理を酸素含有雰囲気(例えば、大気雰囲気)中で行なうとよい。酸素含有雰囲気は、圧送や循環等が積極的になされてもよい。
<Method of treating molten metal>
The present invention can also be understood as a molten metal treatment method for removing Mg from an Al-based molten metal using the above-mentioned flux. The molten metal treatment is preferably performed under conditions in which oxygen can be supplied to the metallic copper in the flux. By forming the flux or molten salt into a layer of a predetermined thickness, contact between the metallic copper and oxygen can be promoted. As an example, the molten metal treatment is preferably performed in an oxygen-containing atmosphere (e.g., air atmosphere). The oxygen-containing atmosphere may be actively pumped or circulated.

金属銅と酸化銅は相互に循環して生成されるため、処理対象であるAl基溶湯の補充や入れ替えがなされても、本発明のフラックスは連続利用または繰返し利用が可能である。溶湯処理中に塩化物(溶融塩)が蒸発や坩堝への染み込等により減少するときは、塩化物(液相でも固相でもよい。)を補充してもよい。これにより、溶融塩またはフラックスが適量に維持され、溶湯処理の安定的な継続が可能となる。 Because metallic copper and copper oxide are produced in a reciprocal cycle, the flux of the present invention can be used continuously or repeatedly even if the Al-based molten metal being treated is replenished or replaced. When the chloride (molten salt) decreases during molten metal treatment due to evaporation or seepage into the crucible, chloride (which may be in either liquid or solid phase) can be replenished. This maintains the appropriate amount of molten salt or flux, allowing for stable continuation of molten metal treatment.

《Al基合金》
本発明は、溶湯処理後(精製後)のAl基溶湯(半溶融状態を含む)またはその凝固物(インゴット等)からなるAl基合金として把握されてもよい。
<<Aluminum-based alloy>>
The present invention may be understood as an Al-based alloy made of an Al-based molten metal (including a semi-molten state) after melt treatment (after purification) or a solidified product thereof (ingot, etc.).

《その他》
(1)本明細書でいう「フラックス」は液相(酸化銅および/または金属銅を含む溶融塩)でも固相(酸化銅および/または金属銅を含む固形塩)でもよい。適宜、液相のフラックスを「溶融フラックス」、固相のフラックスを「固形フラックス」という。固形フラックスは、フラックス原料(固相)の混在物(例えば混合粉末状)でもよいし、溶融フラックスの凝固物でもよい。本明細書でいう「フラックス」は、Al基溶湯に含まれるMgの除去(濃度低減)ができる限り、再生数(再利用回数)等をとわない。
"others"
(1) The "flux" referred to in this specification may be either a liquid phase (molten salt containing copper oxide and/or metallic copper) or a solid phase (solid salt containing copper oxide and/or metallic copper). As appropriate, a liquid phase flux is referred to as a "molten flux" and a solid phase flux is referred to as a "solid flux". A solid flux may be a mixture (e.g., a mixed powder) of flux raw materials (solid phase) or a solidified product of molten flux. The "flux" referred to in this specification may be regenerated (reused) any number of times as long as Mg contained in the Al-based molten metal can be removed (concentration reduced).

「金属銅」は、Cuを主成分とする金属であり、その形態やサイズは種々あり得る。例えば、金属銅は、樹枝状、針状、棒状、板状等であってもよい。金属銅は、純銅(高純度銅、銅単体物)に限らず、不純物、合金元素、化合物等を含んでいてもよい。敢えていえば、金属銅は、その全体に対してCuを90%以上、95%以上さらには98%以上含むとよい。なお、本明細書でいう濃度や組成は、特に断らない限り、対象物(溶湯、組成物等)の全体に対する質量割合(質量%)であり、単に「%」で示す。 "Metallic copper" is a metal whose main component is Cu, and its shape and size can vary. For example, metallic copper may be dendritic, needle-like, rod-like, plate-like, etc. Metallic copper is not limited to pure copper (high purity copper, copper alone), and may contain impurities, alloy elements, compounds, etc. Strictly speaking, metallic copper should contain 90% or more, 95% or more, or even 98% or more of Cu relative to the whole. In this specification, the concentration and composition are the mass percentage (mass%) of the whole of the target object (molten metal, composition, etc.) unless otherwise specified, and are simply indicated as "%".

「酸化銅」は、酸化第一銅(CuO)および/または酸化第二銅(CuO)である。通常、CuOが主である。 "Copper oxide" is cuprous oxide (Cu 2 O) and/or cupric oxide (CuO). Usually, CuO predominates.

元素名(例えばマグネシウム)または元素記号(例えばMg)のみで示すものは、特に断らない限り、その状態(単体、化合物、イオン等)を問わない。 When an element is indicated only by its name (e.g., magnesium) or symbol (e.g., Mg), it can be in any state (element, compound, ion, etc.) unless otherwise specified.

(2)本明細書でいう「x~y」は、特に断らない限り、下限値xおよび上限値yを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を新たな下限値または上限値として「a~b」のような範囲を新設し得る。本明細書でいう「x~yμm」はxμm~yμmを意味する。他の単位系についても同様である。 (2) In this specification, "x to y" includes a lower limit of x and an upper limit of y, unless otherwise specified. Any numerical value included in the various numerical values or numerical ranges described in this specification may be used as a new lower limit or upper limit to create a new range such as "a to b." In this specification, "x to y μm" means x μm to y μm. The same applies to other units.

Mg除去量またはCu増加量と溶湯処理時間との関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between the amount of Mg removed or the amount of Cu increased and the molten metal treatment time. フラックス上面の時間変化を示す写真である。13 is a photograph showing the change over time of the upper surface of the flux. フラックス原料と、溶融フラックスと、固形フラックスの外観写真である。Photographs showing the appearance of flux raw materials, molten flux, and solid flux. 固形フラックスの表側と裏側を示す写真である。1 is a photograph showing the front and back sides of a solid flux. その表側に観られる黒色部のSEM像とEDX像である。The images show an SEM image and an EDX image of the black area seen on the front side. その表側に観られる茶色部のSEM像とEDX像である。These are SEM and EDX images of the brown area seen on the front side. その表側に観られる白色部のSEM像とEDX像である。The SEM and EDX images show the white area seen on the front side. その裏側に係るSEM像とEDX像である。4 shows an SEM image and an EDX image of the back side. その固形フラックスの所定断面における表側付近のSEM像とEDX像である。1 shows an SEM image and an EDX image of the vicinity of the front side of a predetermined cross section of the solid flux. その断面の裏側付近のSEM像とEDX像である。The SEM and EDX images are of the rear side of the cross section. その固形フラックスを水洗して得た残留物のSEM像とEDX像である。The solid flux is washed with water and the residue is then subjected to SEM and EDX images. 溶融塩厚さとMg除去効率の関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between molten salt thickness and Mg removal efficiency. 大気雰囲気中またはAr雰囲気中で溶湯処理した様子を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a state where a molten metal treatment is performed in an air atmosphere or an Ar atmosphere. 所定時間経過後の各フラックス表面を示す写真である。6 is a photograph showing the surface of each flux after a predetermined time has elapsed. 各雰囲気中で溶湯処理したときのMg除去量を示す棒グラフである。1 is a bar graph showing the amount of Mg removed when molten metal was treated in each atmosphere. フラックスを再利用しつつ溶湯処理を繰り返す様子を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a state in which a molten metal treatment is repeated while reusing flux. その再利用回数とAl基溶湯中のMg濃度との関係を示す棒グラフである。1 is a bar graph showing the relationship between the number of times of reuse and the Mg concentration in the Al-based molten metal. フラックスによりAl基溶湯中のMgが除去される機序を説明する模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the mechanism by which Mg is removed from an Al-based molten metal by a flux. 金属酸化物と金属塩化物の標準生成自由エネルギ図である。FIG. 1 is a standard free energy diagram of formation of metal oxides and metal chlorides.

上述した本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を付加し得る。方法的な構成要素であっても物(例えばフラックス(Mg除去剤)、Al合金(溶湯)等)に関する構成要素ともなり得る。 One or more components selected arbitrarily from the present specification may be added to the components of the present invention described above. These may be method-related components or components related to substances (e.g., flux (Mg removal agent), Al alloy (molten metal), etc.).

《Mg除去原理》
Al基溶湯からMgが除去される原理は次のように考えられる。
<Magnesium removal principle>
The principle by which Mg is removed from the Al-based molten metal is believed to be as follows.

(1)基本反応
Al基溶湯中のMgは次のように酸化され得る。
アノード反応:Mg → Mg2++2e- (1)
(1) Basic reaction Mg in an Al-based molten metal can be oxidized as follows:
Anode reaction: Mg → Mg + 2e ( 1)

溶融塩中のCu2+、Cu+は次のように還元され、金属銅として析出し得る。
カソード反応:Cu2++2e- → Cu (2a)
Cu+ + e- → Cu (2b)
Cu 2+ and Cu + in the molten salt can be reduced as follows and precipitated as metallic copper.
Cathodic reaction: Cu + 2e Cu (2a)
Cu + + e - → Cu (2b)

従って、MgとCuO、CuOとの酸化還元反応は次のようになる。
CuO +Mg → Cu+MgO (3a)
CuO+Mg → 2Cu+MgO (3b)
Therefore, the oxidation-reduction reaction between Mg and CuO, and Cu 2 O is as follows.
CuO + Mg → Cu + MgO (3a)
Cu 2 O + Mg → 2Cu + MgO (3b)

これらの反応は、金属元素の塩化物・酸化物の標準生成自由エネルギ(単に「自由エネルギ」ともいう。)に基づけば、自由エネルギ変化ΔGが負(ΔG<0)となる安定な方向、すなわち、左辺から右辺に進行し易いと考えられる。ちなみに、自由エネルギの大小関係(660℃)は、例えば、Knacke O., Kubaschwski O., Hesselmann K.,“Thermochemical Properties of Inorganic Substances"(1991),SPRlNGER-VERLAG(図7参照)に示されている。図7に示す傾向は、少なくとも660~800℃で同様である。 Based on the standard free energy of formation (also simply called "free energy") of metal element chlorides and oxides, these reactions are thought to proceed in a stable direction where the free energy change ΔG is negative (ΔG<0), that is, from the left side to the right side. Incidentally, the relationship in magnitude of the free energies (660°C) is shown, for example, in Knacke O., Kubaschwski O., Hesselmann K., "Thermochemical Properties of Inorganic Substances" (1991), SPRINGER-VERLAG (see Figure 7). The tendency shown in Figure 7 is the same at least from 660 to 800°C.

(2)塩化物中の反応
もっとも、酸化銅自体はAl基溶湯に濡れ難く、溶融塩中の反応も遅い。ただ、銅塩化物(CuCl、CuCl)なら、下記の反応が進行し易い。
CuCl+Mg → Cu+MgCl (4a)
2CuCl +Mg → 2Cu+MgCl (4b)
(2) Reactions in chlorides Copper oxide itself is difficult to wet with Al-based molten metal, and the reaction in the molten salt is slow. However, the following reaction is likely to proceed in copper chlorides (CuCl 2 , CuCl):
CuCl 2 +Mg → Cu+MgCl 2 (4a)
2CuCl + Mg → 2Cu + MgCl 2 (4b)

そしてMgを含む塩化物(溶融塩)中なら、酸化銅でも下記の反応が進行し易い。
CuO +MgCl → CuCl+MgO (5a)
CuO+MgCl → 2CuCl +MgO (5b)
Furthermore, in a chloride (molten salt) containing Mg, the following reaction is likely to occur even with copper oxide.
CuO + MgCl 2 → CuCl 2 + MgO (5a)
Cu 2 O + MgCl 2 → 2CuCl + MgO (5b)

結局、Mgを含む塩化物(溶融塩)中なら、高価な塩化銅ではなく安価な酸化銅を用いても、Al基溶湯中のMgはMgOとして効率よく除去され得る。なお、反応式(4a)、(4b)と反応式(5a)、(5b)から、反応式(3a)、(3b)を促進させるMgCl は触媒的な作用に留まることがわかる。 In the end, if the chloride (molten salt) contains Mg, Mg in the Al-based molten metal can be efficiently removed as MgO even if inexpensive copper oxide is used instead of expensive copper chloride. It can be seen from reaction formulas (4a) and (4b) and reaction formulas (5a) and (5b) that MgCl2 , which promotes reaction formulas (3a) and (3b), only acts as a catalyst.

ちなみに、反応式(5a)、(5b)は共に、左辺から右辺へ進行するとき、自由エネルギ変化ΔGが負(ΔG<0)となる安定な方向となる。このため、Al基溶湯からフラックスへトラップされたMgは、MgCl→MgOに一方的に変化し、MgOからMgClへは殆ど戻らない。こうしてAl基溶湯中のMgは、フラックス(除去剤)中でMgOとなり除去される。 Incidentally, in both reactions (5a) and (5b), when the reaction proceeds from the left side to the right side, the free energy change ΔG becomes negative (ΔG<0), which is a stable direction. Therefore, Mg trapped in the flux from the Al-based molten metal changes unilaterally from MgCl2 to MgO, and almost no MgO returns to MgCl2 . In this way, Mg in the Al-based molten metal becomes MgO in the flux (removal agent) and is removed.

(3)金属銅の酸化
金属銅は、下記のように、酸素と接触して酸化銅を生成する。
2Cu+O → 2CuO (6a)
4Cu+O → 2CuO (6b)
(3) Oxidation of Metallic Copper Metallic copper produces copper oxide when it comes into contact with oxygen as follows.
2Cu+O 2 → 2CuO (6a)
4Cu+O 2 → 2Cu 2 O (6b)

反応式(3a)、(3b)からすると、除去されるMgO量は供給(補充)されるCuO量に依る。但し、反応式(6a)、(6b)も併せて考えれば、CuO自体を補給しなくても、酸素(O、O)の供給があれば、Al基溶湯中のMgは溶融塩中にMgOとして取込まれて持続的に除去されることがわかる。この様子を図6に模式的に示した。 According to reaction formulas (3a) and (3b), the amount of MgO removed depends on the amount of CuO supplied (replenished). However, when reaction formulas (6a) and (6b) are also considered, it can be seen that even if CuO itself is not replenished, as long as oxygen (O, O2 ) is supplied, Mg in the Al-based molten metal is taken up as MgO in the molten salt and is continuously removed. This state is shown diagrammatically in Figure 6.

《塩化物》
(1)塩化物は、金属元素とClからなる金属塩化物である。金属元素は、例えば、K、Na、Caが代表的である。それ以外に、例えば、アルカリ金属(Li等)アルカリ土類金属(Ba等))を金属元素として含んでもよい。また、溶融塩またはフラックスは、塩化物以外のハロゲン化物(例えば臭化物)を含んでもよい。
Chloride
(1) The chloride is a metal chloride consisting of a metal element and Cl. Typical examples of the metal element are K, Na, and Ca. In addition, the metal element may include, for example, an alkali metal (Li, etc.) or an alkaline earth metal (Ba, etc.). The molten salt or flux may also include a halide other than the chloride (e.g., a bromide).

塩化物は、単塩(例えば、KCl、NaCl、CaCl)でも、それらの複合塩でもよい。複合塩を用いると、融点、密度(比重)、濡れ性、蒸気圧、吸湿性等の調整やコスト低減が可能になる。例えば、塩化物の融点を低下させるKClが、塩化物全体に対して30~70質量%(単に「%」という。)または40~65%含まれてもよい。NaClなら、塩化物全体に対して30~60%または35~47%含まれてもよい。触媒的な作用をするMgClは、塩化物全体に対して、例えば、1~20%または3~10%含まれてもよい。 The chloride may be a simple salt (e.g., KCl, NaCl, CaCl 2 ) or a complex salt thereof. The use of a complex salt makes it possible to adjust the melting point, density (specific gravity), wettability, vapor pressure, hygroscopicity, etc., and to reduce costs. For example, KCl, which lowers the melting point of the chloride, may be contained in an amount of 30 to 70 mass % (simply referred to as "%") or 40 to 65% of the entire chloride. NaCl may be contained in an amount of 30 to 60% or 35 to 47% of the entire chloride. MgCl 2 , which acts as a catalyst, may be contained in an amount of, for example, 1 to 20% or 3 to 10% of the entire chloride.

塩化物は、複数種の原料塩の混合物(混合塩)でも、原料塩全体を溶融させて固化(凝固)させた溶製塩でも、鉱物や鉱物から得られた鉱物由来塩化物(例えばカーナライト無水物:KMgCl)等でもよい。 The chloride may be a mixture (mixed salt) of multiple types of raw salts, a molten salt obtained by melting and solidifying (coagulating) the entire raw salt, or a mineral-derived chloride obtained from a mineral (e.g., carnallite anhydrous: KMgCl 3 ), etc.

(2)塩化物は、フラックス全体に対して、例えば、30~80%、40~70%または45~65%含まれる。塩化物が過少でも過多でも、Mgの除去効率が低下し得る。 (2) The chloride content of the entire flux is, for example, 30-80%, 40-70%, or 45-65%. Too little or too much chloride can reduce the efficiency of magnesium removal.

《金属銅・酸化銅》
金属銅と酸化銅は、塩化物(特に溶融塩)中に保持される形態であればよい。金属銅なら、例えば、樹枝状粒子、針状粒子、棒状粒子または板状粒子であるとよい。それらのサイズは問わないが、例えば、最大長が5~500μm、10~100μm、15~65μmであってもよい。なお、本明細書でいうサイズは、例えば、視野(横:50~500μm×縦50~500μm)に現れたそれぞれの最大長の算術平均値で特定されてもよい。
《Copper metal/copper oxide》
The copper metal and copper oxide may be in any form that can be retained in a chloride (particularly a molten salt). In the case of copper metal, for example, dendritic particles, needle-like particles, rod-like particles, or plate-like particles may be used. There is no restriction on the size of these particles, and the maximum length may be, for example, 5 to 500 μm, 10 to 100 μm, or 15 to 65 μm. The size in this specification may be specified, for example, by the arithmetic average value of the maximum length of each particle that appears in a visual field (horizontal: 50 to 500 μm x vertical: 50 to 500 μm).

酸化銅は、例えば、金属銅と同様な形態(形状、サイズ)でもよい。また酸化銅の少なくとも一部は、金属銅の一部が酸化されて形成されたもの(膜状、層状、殻状等の酸化銅)でもよい。 The copper oxide may have, for example, the same form (shape, size) as metallic copper. At least a portion of the copper oxide may be formed by oxidizing a portion of metallic copper (film-like, layer-like, shell-like, etc. copper oxide).

なお、Al基溶湯への配設前(投入前)のフラックス(原料)には、金属銅が含まれていなくてもよい。つまり金属銅は、Mgを除去するAl基溶湯の処理中に析出されたものでもよい。 The flux (raw material) before being placed (put into) the Al-based molten metal does not need to contain metallic copper. In other words, metallic copper may be precipitated during the treatment of the Al-based molten metal to remove Mg.

《フラックス》
Al基溶湯上で溶融する限り、フラックス自体は液体状態でも固体状態でもよい。Al基溶湯への投入前のフラックスは、原料の混在物(混合粉末等)でもよいし、その混在物を溶解凝固させた固形物(溶製物)でもよい。固形物は、例えば、塊状でも粒状(砕粉状、顆粒状、粉末状等)でもよい。
Flux
As long as the flux melts on the Al-based molten metal, it may be in a liquid state or a solid state. The flux before being poured into the Al-based molten metal may be a mixture of raw materials (mixed powder, etc.) or a solid (melted product) obtained by dissolving and solidifying the mixture. The solid may be, for example, in a lump or granular form (crushed powder, granules, powder, etc.).

フラックスには、酸化マグネシウムが含まれていてもよい。酸化マグネシウムは、溶湯処理中に形成されたものでもよい。ポーラス状の酸化マグネシウムは、フラックスの密度(比重)低減、析出したCu(金属銅)のAl溶湯中への混入抑制等に寄与し得る。 The flux may contain magnesium oxide. The magnesium oxide may be formed during the molten metal treatment. Porous magnesium oxide can contribute to reducing the density (specific gravity) of the flux and preventing the precipitated Cu (metallic copper) from being mixed into the molten Al.

《溶湯処理》
フラックス(または溶融塩)は、Mgを除去するAl基溶湯上における厚さが、例えば、0.05~5mm、0.1~4mm、0.5~3mmまたは1~2.5mmであるとよい。このとき、溶融塩中の金属銅は、フラックスの上空側にある酸素と反応して酸化銅を生成し易い。そこで溶湯処理は、例えば、少なくともフラックス上空を酸素含有雰囲気にしてなされるとよい。酸素含有雰囲気は、大気雰囲気でもよいし、酸素濃度(酸素分圧)が制御された雰囲気でもよい。
Molten metal treatment
The thickness of the flux (or molten salt) above the Al-based molten metal from which Mg is removed may be, for example, 0.05 to 5 mm, 0.1 to 4 mm, 0.5 to 3 mm, or 1 to 2.5 mm. At this time, metallic copper in the molten salt reacts with oxygen above the flux to easily generate copper oxide. Therefore, the molten metal treatment may be performed, for example, in an oxygen-containing atmosphere at least above the flux. The oxygen-containing atmosphere may be an air atmosphere or an atmosphere in which the oxygen concentration (oxygen partial pressure) is controlled.

Al基溶湯の補充や入れ替え等を行なうときでも、フラックスの継続利用または再利用が可能である。フラックス中の塩化物(溶融塩)が減少するときは、適宜、その補充を行なうとよい。このような補充は、例えば、Al基溶湯上のフラックス(溶融塩)の厚さに基づいて管理されてもよい。 The flux can be continuously used or reused even when replenishing or replacing the Al-based molten metal. When the chloride (molten salt) in the flux decreases, it should be replenished as appropriate. Such replenishment may be controlled, for example, based on the thickness of the flux (molten salt) on the Al-based molten metal.

フラックスは、Al基溶湯の湯面の一部を覆うだけでもよい。Al基溶湯の湯面全体を覆うことにより、Mgの除去効率の向上、Alの酸化抑制等が図られる。 The flux may cover only a portion of the surface of the Al-based molten metal. Covering the entire surface of the Al-based molten metal improves the efficiency of Mg removal and inhibits oxidation of Al.

処理時間を長くするほど、Al基溶湯中のMg濃度を低減できる。もっとも、スクラップ等を再生する場合、そのMg濃度が所望範囲内になれば十分なことも多い。一回あたりの処理時間は、例えば、0.1~3時間、0.3~2時間または0.5~1時間である。Mgを除去する溶湯処理を繰り返して、Al基溶湯中のMg濃度を順次低減させてもよい。 The longer the treatment time, the more the Mg concentration in the Al-based molten metal can be reduced. However, when recycling scrap, etc., it is often sufficient if the Mg concentration is within the desired range. The treatment time per session is, for example, 0.1 to 3 hours, 0.3 to 2 hours, or 0.5 to 1 hour. The Mg concentration in the Al-based molten metal may be gradually reduced by repeating the molten metal treatment to remove Mg.

フラックスによるAl基溶湯中のMg除去に関する具体例を示しつつ、本発明をより詳しく説明する。 The present invention will be explained in more detail while showing a specific example of the removal of Mg from Al-based molten metal using flux.

[全体概要]
特に断らない限り、以下に示す条件下で種々の実験を行なった。
[Overall Overview]
Unless otherwise stated, the various experiments were carried out under the conditions shown below.

(1)原料
市販の純Al(純度99.7%)とAl-20%Mg(純度99.7%)を黒鉛坩堝内で溶解して、Al-(0.75%~0.76%)Mg溶湯(710℃±20℃)を調製した。濃度(%)は、特に断らない限り、質量割合(質量%)である。
(1) Raw Materials Commercially available pure Al (purity 99.7%) and Al-20%Mg (purity 99.7%) were melted in a graphite crucible to prepare an Al-(0.75% to 0.76%)Mg molten metal (710°C ± 20°C). Concentrations (%) are mass percentages (mass%) unless otherwise specified.

塩化物には、市販の試薬を配合して溶製した混合塩化物(KCl-41%NaCl-5%MgCl)を用いた。混合塩化物は、溶融凝固させた固形塩を約3mm程度の粒子に粉砕して用いた。混合塩化物の密度(比重)は2.4g/cm以下であり、その溶融塩はAl基溶湯と二相分離してAl基溶湯上に形成される。なお、固形塩(粒子状等)に替えて、原料塩の混合物(粉末状等)をそのまま塩化物として用いてもよい。 The chloride used was a mixed chloride (KCl-41% NaCl-5% MgCl 2 ) prepared by blending commercially available reagents. The mixed chloride was prepared by crushing melted and solidified solid salts into particles of about 3 mm. The density (specific gravity) of the mixed chloride was 2.4 g/cm 3 or less, and the molten salt separated into two phases from the Al-based molten metal and formed on the Al-based molten metal. Instead of a solid salt (particulate, etc.), a mixture of raw salts (powder, etc.) may be used as the chloride as it is.

金属銅または酸化銅の銅源には、酸化第二銅(CuO)の粉末(市販の試薬)を用いた。 Cupric oxide (CuO) powder (a commercially available reagent) was used as the copper source for metallic copper or copper oxide.

(2)溶湯処理
溶湯処理は、特に断らない限り、大気開放雰囲気中で行なった。溶湯処理中、Al基溶湯を710℃±20℃に保持して、撹拌等は特に行なわなかった。
(2) Molten metal treatment The molten metal treatment was carried out in an open atmosphere unless otherwise specified. During the molten metal treatment, the Al-based molten metal was kept at 710° C.±20° C., and no stirring or other operations were performed.

(3)濃度分析
Al基溶湯の化学成分(Mg濃度等)は次のように分析した。先ず、坩堝の略中央付近から採取したAl基溶湯を、金型(ステンレス製分析型)へ注入し、大気中で自然凝固させた。得られたAl合金鋳物(試料)の化学成分(Mg濃度、Cu濃度)を、蛍光X線分析装置(XRF:株式会社リガク製ZSX Primus II)で測定した。
(3) Concentration Analysis The chemical components (Mg concentration, etc.) of the Al-based molten metal were analyzed as follows. First, the Al-based molten metal sampled from approximately the center of the crucible was poured into a mold (stainless steel analytical mold) and allowed to solidify naturally in the air. The chemical components (Mg concentration, Cu concentration) of the resulting Al alloy casting (sample) were measured using an X-ray fluorescence analyzer (XRF: ZSX Primus II manufactured by Rigaku Corporation).

(4)観察・元素分析
フラックス等は、目視観察した他、走査型電子顕微鏡(SEM/株式会社日立ハイテクノロジーズ製SU3500形)でも観察した。その顕微鏡に付属しているエネルギー分散型X線分光装置(EDX)で元素分析も行なった。
(4) Observation and elemental analysis The fluxes and other materials were observed visually and also with a scanning electron microscope (SEM/SU3500, Hitachi High-Technologies Corporation). Elemental analysis was also performed with an energy dispersive X-ray spectrometer (EDX) attached to the microscope.

[実施例1](Mg除去量)
《溶湯処理》
Al基溶湯(1800g)上に溶融塩(9g)を加えた。このとき、Al基溶湯の湯面から溶融塩の上面までの高さ(溶融塩厚さ)は0.6mmであった。その溶融塩上へCuO(9g)をさらに添加した。こうして、Al基溶湯上にフラックスを形成した。そのフラックスの厚さは約3mmであった。なお、溶融塩厚さは体積から換算した。フラックス厚さはスケール(ステンレス製定規)で測定して求めた。溶融塩厚さ:フラックス厚さ=1:2~8とした。
[Example 1] (Amount of Mg removed)
Molten metal treatment
Molten salt (9 g) was added onto the Al-based molten metal (1,800 g). At this time, the height from the surface of the Al-based molten metal to the top surface of the molten salt (molten salt thickness) was 0.6 mm. CuO (9 g) was further added onto the molten salt. In this way, a flux was formed on the Al-based molten metal. The thickness of the flux was approximately 3 mm. The molten salt thickness was converted from the volume. The flux thickness was measured using a scale (stainless steel ruler). The molten salt thickness: flux thickness = 1:2-8.

《測定》
CuO添加後から所定の処理時間が経過する毎に、Al基溶湯の成分分析を行なった。Al基溶湯中の濃度変化量(所定時間経過毎の濃度と初期濃度の差分)から、Al基溶湯全体に対するMg除去量とCu増加量を算出した。各変化量は、化学反応式から求まる理論値(化学量論値)と比較するため、モル単位で示した。処理時間と、MgおよびCuの変化量との関係を図1Aに示した。
"measurement"
The components of the Al-based molten metal were analyzed every time a predetermined treatment time elapsed after the addition of CuO. The amount of Mg removed and the amount of Cu increased relative to the entire Al-based molten metal were calculated from the amount of change in concentration in the Al-based molten metal (the difference between the concentration at each predetermined time and the initial concentration). Each amount of change was shown in moles to compare with the theoretical value (stoichiometric value) obtained from the chemical reaction formula. The relationship between the treatment time and the amount of change in Mg and Cu is shown in Figure 1A.

《観察》
CuO添加後のフラックス表面の時間変化を観察した。その様子を図1Bにまとめて示した。図1B中に示した時間(min)は、CuO添加後の経過時間である。
"observation"
The change over time of the flux surface after the addition of CuO was observed. The changes are summarized in Figure 1B. The time (min) shown in Figure 1B is the time elapsed after the addition of CuO.

《評価》
(1)Mg量
反応式(3a)によれば、Mg除去量の理論値(最大値)は、添加したCuO(9g:0.113mol)と同molになるはずである。しかし、図1Aから明らかなように、Mg除去量は、30分間経過後に理論値を越え、さらに処理時間の経過と共に単調増加した。
"evaluation"
(1) Amount of Mg According to reaction formula (3a), the theoretical amount (maximum amount) of Mg removed should be the same mole as the added CuO (9 g: 0.113 mol). However, as is clear from Fig. 1A, the amount of Mg removed exceeded the theoretical amount after 30 minutes had elapsed, and further increased monotonically with the passage of treatment time.

CuOを添加しなければ、MgがAl基溶湯から実質的に除去されないことは確認済である。Al基溶湯上の溶融塩層をかなり厚くすると、Mg除去量が理論値内に留まることも確認済である。これらのことから、反応式(3a)、(4a)、(5a)に加えて、他の化学反応(つまり反応式(6a))の関与が明らかになった。 It has been confirmed that Mg is not substantially removed from the Al-based molten metal unless CuO is added. It has also been confirmed that the amount of Mg removed remains within the theoretical value if the molten salt layer on the Al-based molten metal is made considerably thick. These findings reveal the involvement of another chemical reaction (i.e., reaction (6a)) in addition to reactions (3a), (4a), and (5a).

(2)Cu量
図1Aに示すCu増加量から明らかなように、Al基溶湯へのCuの混入(溶解、浸入等)は観られなかった。このことから、形態や構造等は別にして、Cuはフラックス中に留まることも明らかになった。
(2) Cu content As is clear from the Cu increase shown in Figure 1A, no mixing (dissolution, penetration, etc.) of Cu into the Al-based molten metal was observed. This also makes it clear that Cu remains in the flux, regardless of its shape, structure, etc.

(3)フラックス
図1Bから明らかなように、溶融塩へCuOを添加した直後は茶色部(金属銅の析出)が見られた。しかし、30分間経過後は、茶色部がかなり減少し、黒色部と白色部が多くなった。さらに時間経過とともに、黒色部(主にCuO)と白色部(主にMgO)が増加していった。
(3) Flux As is clear from Figure 1B, brown areas (precipitation of metallic copper) were observed immediately after adding CuO to the molten salt. However, after 30 minutes, the brown areas decreased significantly, and black and white areas increased. Furthermore, the black areas (mainly CuO) and white areas (mainly MgO) increased with time.

[実施例2](フラックス)
実施例1の結果を踏まえて、Al基溶湯上に形成されたフラックスの観察と分析を次のように行なった。
[Example 2] (Flux)
Based on the results of Example 1, the flux formed on the Al-based molten alloy was observed and analyzed as follows.

《フラックスの調製》
Al基溶湯上に混合塩化物(5g)を添加して溶融塩層(厚さ0.3mm)を形成した。その溶融塩層上にCuO(5g)をさらに添加した。30分間経過後、Al基溶湯上のフラックスを取り出し、自然冷却して固化させた。こうして得られた観察用試料を図2Aに示した。その調製に用いた混合塩化物およびCuOと、Al基溶湯上のフラックスとを示す写真も併せて図2Aに示した。
Flux Preparation
A mixed chloride (5 g) was added onto the Al-based molten metal to form a molten salt layer (0.3 mm thick). CuO (5 g) was further added onto the molten salt layer. After 30 minutes, the flux on the Al-based molten metal was removed and allowed to cool naturally and solidify. The observation sample thus obtained is shown in Figure 2A. A photograph showing the mixed chloride and CuO used in the preparation and the flux on the Al-based molten metal is also shown in Figure 2A.

《外観》
観察用試料(固形フラックス)の表側と裏側を図2Bに示した。表側には、中央最上面付近に黒色部が観られ、そこから一段下がた周縁付近に茶色部と白色部が観られた。その裏側には、Al基溶湯が凝固した付着物(Al基合金)と、茶色部が観られた。
"exterior"
The front and back sides of the observation sample (solid flux) are shown in Figure 2B. On the front side, a black area was observed near the top center, and brown and white areas were observed one level below that near the periphery. On the back side, a deposit (Al-based alloy) formed by solidification of the Al-based molten metal and a brown area were observed.

《分析》
(1)表側
表側の黒色部、茶色部および白色部をヘラで削り、採取した各粉末をSEMで観察すると共に、EDXで元素分析した。得られた結果を図2C~図2Eにそれぞれ示した。
"analysis"
(1) Front side The black, brown and white parts of the front side were scraped off with a spatula, and the collected powders were observed with a SEM and analyzed by EDX. The results are shown in Figures 2C to 2E.

図2Cから明らかなように、黒色部はCuOおよび/またはCuO(適宜「酸化銅」という。)からなり、最大長が20μm程度の粗大粒と最大長が数μm程度の微細粒が混在していた。 As is clear from FIG. 2C, the black portion was composed of CuO and/or Cu 2 O (sometimes referred to as "copper oxide"), and contained a mixture of coarse grains with a maximum length of about 20 μm and fine grains with a maximum length of about several μm.

図2Dから明らかなように、茶色部は金属銅(MgOと酸化銅を一部含む。)であった。金属銅は、最大長が50μm以下の板状、針状、樹枝状(デンドライト状)であった。 As is clear from Figure 2D, the brown area was metallic copper (containing some MgO and copper oxide). The metallic copper was plate-shaped, needle-shaped, or dendritic (dendrite-shaped) with a maximum length of 50 μm or less.

図2Eから明らかなように、白色部はMgOであり、多孔質状(ポーラス状)であった。こうして観察用試料の表側には、酸化銅(黒色部)の周縁付近に、金属銅(茶色部)とMgO(白色部)が分散していることがわかった。 As is clear from Figure 2E, the white part is MgO and is porous. Thus, it was found that metallic copper (brown part) and MgO (white part) are dispersed near the periphery of copper oxide (black part) on the front side of the observation sample.

(2)裏側
裏側をそのままEDXで観察・分析した。その結果を図2Fに示した。図2Fから明らかなように、微細な金属銅(茶色部)の周囲にMgOと塩化物(K、Na、Cl)が観られた。
(2) Back side The back side was observed and analyzed by EDX. The results are shown in Figure 2F. As is clear from Figure 2F, MgO and chlorides (K, Na, Cl) were observed around the fine metallic copper (brown area).

微細な金属銅が多孔質なMgOにトラップされていた。MgOはAl基溶湯に溶解せず、多孔質なMgOは嵩密度が小さいため、Al基溶湯へ移行し難く、フラックス(溶融塩)内に留まり易くなっていたと考えられる。 Fine metallic copper particles were trapped in the porous MgO. MgO does not dissolve in the Al-based molten metal, and because porous MgO has a low bulk density, it is difficult for the particles to migrate into the Al-based molten metal and tends to remain in the flux (molten salt).

(3)断面
図2Bに示す破線部分の断面をEDXで観察・分析した。その断面の表側付近を図2Gに、その断面の裏側付近を図2Hに示した。図2Gから明らかなように、表側には、厚み20μm以下の板状、針状、塊状の酸化銅に、微細な酸化銅が付着している様子が観察された。図2Hから明らかなように、裏側には、厚み20μm以下の板状、針状、塊状の金属銅が多く観察された。
(3) Cross-Section The cross-section of the dashed line portion shown in Fig. 2B was observed and analyzed by EDX. The front side of the cross-section is shown in Fig. 2G, and the back side of the cross-section is shown in Fig. 2H. As is clear from Fig. 2G, fine copper oxide particles were observed adhering to plate-shaped, needle-shaped, and chunky copper oxide particles with a thickness of 20 μm or less on the front side. As is clear from Fig. 2H, a large amount of plate-shaped, needle-shaped, and chunky metallic copper particles with a thickness of 20 μm or less were observed on the back side.

これらから、フラックス内で析出した金属銅は、フラックスの最表面付近で大気中の酸素と反応して、部分的に酸化銅になったと考えられる。つまり、金属銅の析出と酸化銅の形成がフラックスの裏側(Al基溶湯側)と表側で繰り返されて、Al基溶湯からMgが理論値を越えて除去されるようになったと考えられる。 From this, it is believed that the metallic copper precipitated in the flux reacted with oxygen in the air near the outermost surface of the flux, partially turning into copper oxide. In other words, it is believed that the precipitation of metallic copper and the formation of copper oxide were repeated on the back side (the Al-based molten metal side) and front side of the flux, causing Mg to be removed from the Al-based molten metal in excess of the theoretical value.

(4)水洗
観察用試料を水洗して塩化物を除去した試料をEDXで観察・分析した。その結果を図2Iに示した。図2Iから明らかなように、厚み10μm以下の微細な樹枝状または棒状の金属銅が多く観察された。
(4) Water washing The observation sample was washed with water to remove chlorides, and the sample was observed and analyzed by EDX. The results are shown in Figure 2I. As is clear from Figure 2I, a large amount of fine dendritic or rod-like metallic copper with a thickness of 10 μm or less was observed.

[実施例3](溶融塩厚さ/Mg除去効率)
(1)溶湯処理
実施例1と同様な溶湯処理を、溶融塩厚さを変更しつつ行なった。Al基溶湯は80~1000gとし、処理時間は30分間(一定)とした。処理後のAl基溶湯の成分分析を行い、Mg除去量をそれぞれ算出した。Mg除去量の理論値に対するモル比率(Mg除去効率(%)という。)と、溶融塩厚さの関係を図3にまとめて示した。
[Example 3] (Molten salt thickness/Mg removal efficiency)
(1) Molten metal treatment The same molten metal treatment as in Example 1 was performed while changing the thickness of the molten salt. The amount of Al-based molten metal was 80 to 1000 g, and the treatment time was 30 minutes (constant). The components of the Al-based molten metal after treatment were analyzed, and the amount of Mg removed was calculated. The relationship between the molar ratio of the amount of Mg removed to the theoretical value (referred to as Mg removal efficiency (%)) and the thickness of the molten salt is summarized in Figure 3.

(2)評価
図3から明らかなように、溶融塩厚さを0.05~5mm(0.05mm超~5mm未満)さらには0.06mm~4mmとすると、添加したCuO量から求まる理論値(Mg除去効率100%)を超えてMgを除去できることがわかった。
(2) Evaluation As is clear from FIG. 3, it was found that when the thickness of the molten salt was 0.05 to 5 mm (more than 0.05 mm and less than 5 mm) or further 0.06 mm to 4 mm, Mg could be removed in excess of the theoretical value calculated from the amount of CuO added (Mg removal efficiency: 100%).

溶融塩が薄過ぎると、添加したCuOの溶解が遅れる結果、上記の処理時間内におけるMg除去効率が100%未満になったと考えられる。逆に、溶融塩層が厚過ぎると、析出した金属銅と酸素の接触が溶融塩により妨げられ、上記の処理時間内におけるMg除去効率が100%未満になったと考えられる。 If the molten salt is too thin, the dissolution of the added CuO is delayed, and it is believed that the Mg removal efficiency within the above treatment time is less than 100%. Conversely, if the molten salt layer is too thick, it is believed that the molten salt prevents the precipitated metallic copper from coming into contact with oxygen, and the Mg removal efficiency within the above treatment time is less than 100%.

[実施例4](処理雰囲気)
(1)溶湯処理
実施例1と同様な溶湯処理を、溶融塩上方の雰囲気を変更して行なった。Al基溶湯:1000g、溶融塩厚さ:0.3mm、CuO添加量:5g、処理時間(CuO添加後の経過時間):120分間とした。
[Example 4] (Treatment atmosphere)
(1) Molten metal treatment The same molten metal treatment as in Example 1 was carried out, except that the atmosphere above the molten salt was changed. The Al-based molten metal: 1000 g, the molten salt thickness: 0.3 mm, the amount of CuO added: 5 g, and the treatment time (time elapsed after the addition of CuO): 120 minutes were set.

図4Aに示すように、溶融塩上方の雰囲気は、大気雰囲気またはAr雰囲気にした。Ar雰囲気は、CuOの添加後、Arを導入して溶融塩上方の雰囲気をArで部分的に置換した。このとき、溶融塩の上方に設けた蓋により、溶融塩を外気から遮蔽した。 As shown in FIG. 4A, the atmosphere above the molten salt was air or Ar. After adding CuO, Ar was introduced to partially replace the atmosphere above the molten salt with Ar. At this time, the molten salt was shielded from the outside air by a lid placed above the molten salt.

(2)観察・分析
処理時間経過後の各フラックス表面を図4Bに示した。また、処理後のAl基溶湯の濃度分析を行い、Mg除去量をそれぞれ算出した。その結果を図4Cに示した。
(2) Observation and Analysis The surfaces of the fluxes after the treatment time are shown in Fig. 4B. In addition, the concentration of the Al-based molten metal after the treatment was analyzed, and the amount of Mg removed was calculated. The results are shown in Fig. 4C.

(3)評価
図4Bから明らかなように、大気雰囲気中で溶湯処理したときのフラックスは、実施例1や実施例2と同様な構造(黒色部、茶色部、白色部)であった。一方、Ar雰囲気中で溶湯処理したときのフラックスには、黒色部が殆どなく、白色部と茶色部しか観られなかった。蓋を外してAr雰囲気を大気雰囲気に開放すると、茶色部の一部が赤色発熱し、黒色に変化した。溶融塩の表面付近に析出していた金属銅が大気中の酸素により急激に酸化されたためと考えられる。
(3) Evaluation As is clear from Fig. 4B, the flux when the molten metal was treated in the air atmosphere had the same structure (black part, brown part, white part) as in Example 1 and Example 2. On the other hand, the flux when the molten metal was treated in the Ar atmosphere had almost no black parts, and only white and brown parts were observed. When the lid was removed and the Ar atmosphere was opened to the air atmosphere, part of the brown part emitted red heat and changed to black. This is thought to be because the metallic copper precipitated near the surface of the molten salt was rapidly oxidized by oxygen in the air.

図4Cから明らかなように、Ar雰囲気中で溶湯処理したときのMg除去量は理論値程度であった。一方、大気雰囲気中で溶湯処理したときのMg除去量は理論値の3倍以上となった。なお、Ar雰囲気中で溶湯処理したときのMg除去量が理論値を少し越えている理由は、溶融塩の上空に酸素が残存していたためと考えられる。 As is clear from Figure 4C, the amount of Mg removed when the molten metal was treated in an Ar atmosphere was approximately the theoretical value. On the other hand, the amount of Mg removed when the molten metal was treated in an air atmosphere was more than three times the theoretical value. The reason why the amount of Mg removed when the molten metal was treated in an Ar atmosphere slightly exceeded the theoretical value is thought to be because oxygen remained above the molten salt.

溶融塩(さらには酸化銅)の上空を酸素含有雰囲気にすると、僅かな溶融塩とCuOでも、継続的かつ効率的にAl基溶湯からMgを除去できることがわかった。 It was found that by creating an oxygen-containing atmosphere above the molten salt (and even copper oxide), even small amounts of molten salt and CuO can continuously and efficiently remove Mg from the Al-based molten metal.

[実施例5](フラックス再利用)
(1)溶湯処理
実施例1と同様な溶湯処理を行なった。このとき、Al基溶湯:500g、溶融塩厚さ:0.15mm(溶融塩:2.5g)、CuO添加量:2.5gとした。CuO添加後から30分間経過後、Al基溶湯上にあるフラックス(ドロス)のみを全量回収した。こうして得られたフラックス(「初期フラックス」という。)を用いて、次の2条件(条件A、条件B)で、繰返し計7回の溶湯処理を行なった。この様子を図5Aに模式的に示した。
条件A:取り出したフラックスを毎回そのまま再利用した。
条件B:取り出したフラックスに塩化物2gを毎回追加して再利用した。
(塩化物2gは溶融塩厚さ0.12mmに相当)
[Example 5] (Flux Reuse)
(1) Molten metal treatment The same molten metal treatment as in Example 1 was carried out. At this time, the Al-based molten metal: 500 g, the molten salt thickness: 0.15 mm (molten salt: 2.5 g), and the CuO added amount: 2.5 g were used. Thirty minutes after the CuO addition, the flux (dross) on the Al-based molten metal was entirely collected. Using the flux thus obtained (referred to as "initial flux"), the molten metal treatment was repeated seven times in total under the following two conditions (condition A and condition B). This state is shown diagrammatically in FIG. 5A.
Condition A: The removed flux was reused as it was each time.
Condition B: The flux was reused by adding 2 g of chloride each time it was removed.
(2 g of chloride is equivalent to a thickness of 0.12 mm of molten salt)

Al基溶湯はフラックスを添加する毎に更新した。つまり、Al基溶湯の初期Mg濃度を毎回一定にした。処理毎にAl基溶湯のMg濃度を測定した。その結果を図5Bにまとめて示した。なお、初期フラックスを生成したときのAl基溶湯のMg濃度は0.76%であった。 The Al-based molten metal was renewed every time flux was added. In other words, the initial Mg concentration of the Al-based molten metal was kept constant every time. The Mg concentration of the Al-based molten metal was measured after each treatment. The results are summarized in Figure 5B. The Mg concentration of the Al-based molten metal when the initial flux was generated was 0.76%.

(2)評価
図5Bから明らかなように、フラックスを4回程度再利用しても、Al基溶湯中のMg濃度は、初期フラックスの調製時と同程度に低減された。
(2) Evaluation As is clear from FIG. 5B, even when the flux was reused about four times, the Mg concentration in the Al-based molten metal was reduced to the same level as when the initial flux was prepared.

条件Bのように、塩化物の追加(溶融塩の補充)により、Al基溶湯のMg濃度が低減され易くなった。換言すると、Mg除去速度の増加傾向が観られた。溶融塩は、蒸発や坩堝への染込み等により減少する。塩化物の追加により、フラックスがMg除去に適した厚さに維持されたと考えられる。 As in condition B, the addition of chlorides (replenishment of molten salt) made it easier to reduce the Mg concentration in the Al-based molten metal. In other words, a tendency for the Mg removal rate to increase was observed. The molten salt decreases due to evaporation and penetration into the crucible. It is believed that the addition of chlorides maintained the flux at a thickness suitable for Mg removal.

以上から、本発明によれば、フラックスの使用量や溶湯処理時の廃棄物等を低減しつつ、Al基溶湯からMgを効率的に除去できることが確認された。 From the above, it has been confirmed that the present invention can efficiently remove Mg from Al-based molten metal while reducing the amount of flux used and waste generated during molten metal treatment.

Claims (14)

金属銅と酸化銅と塩化物を含み、Mgを含むアルミニウム基溶湯上に配設されるフラックス。 A flux containing metallic copper, copper oxide, and chlorides, which is placed on an aluminum-based molten alloy containing Mg. マグネシウムを含む請求項1に記載のフラックス。 The flux according to claim 1, which contains magnesium. 前記金属銅と前記酸化銅は、前記塩化物の溶融塩中に含まれる請求項1に記載のフラックス。 The flux according to claim 1, wherein the metallic copper and the copper oxide are contained in the molten chloride salt. 前記金属銅と前記酸化銅は、前記塩化物の固形塩中に含まれる請求項1に記載のフラックス。 The flux according to claim 1, wherein the metallic copper and the copper oxide are contained in the chloride solid salt. 前記金属銅は、樹枝状粒子、針状粒子、棒状粒子または板状粒子である請求項1に記載のフラックス。 The flux according to claim 1, wherein the metallic copper is in the form of dendritic particles, needle-like particles, rod-like particles, or plate-like particles. 前記酸化銅の少なくとも一部は、前記金属銅の一部が酸化されてなる請求項1に記載のフラックス。 The flux according to claim 1, wherein at least a portion of the copper oxide is formed by oxidizing a portion of the metallic copper. 酸化マグネシウムを含む請求項1に記載のフラックス。 The flux according to claim 1, which contains magnesium oxide. 前記酸化マグネシウムはポーラス状である請求項7に記載のフラックス。 The flux according to claim 7, wherein the magnesium oxide is porous. 金属銅および/または酸化銅と塩化物とを混在させて得られるフラックスの製造方法。 A method for producing flux obtained by mixing metallic copper and/or copper oxide with chlorides. 前記塩化物は、マグネシウムを含む請求項9に記載のフラックスの製造方法。 The method for producing a flux according to claim 9, wherein the chloride contains magnesium. 請求項1~8のいずれかに記載のフラックスを用いて、前記アルミニウム基溶湯からMgを除去する溶湯処理方法。 A molten metal treatment method for removing Mg from the aluminum-based molten metal using the flux according to any one of claims 1 to 8. 前記フラックスは、前記アルミニウム基溶湯上の厚さを0.05~5mmとして、酸素に接し得る雰囲気中で用いられる請求項11に記載の溶湯処理方法。 The molten metal treatment method according to claim 11, wherein the flux is applied to a thickness of 0.05 to 5 mm on the aluminum-based molten metal in an atmosphere where it can come into contact with oxygen. 前記フラックスは、前記アルミニウム基溶湯の補充後または入れ替え後に再利用される請求項12に記載の溶湯処理方法。 The molten metal treatment method according to claim 12, wherein the flux is reused after refilling or replacing the aluminum-based molten metal. 前記塩化物が補充される請求項13に記載の溶湯処理方法。 The molten metal treatment method according to claim 13, in which the chloride is replenished.
JP2023028078A 2023-02-27 2023-02-27 Flux, its manufacturing method and molten metal treatment method Pending JP2024121140A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023028078A JP2024121140A (en) 2023-02-27 2023-02-27 Flux, its manufacturing method and molten metal treatment method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023028078A JP2024121140A (en) 2023-02-27 2023-02-27 Flux, its manufacturing method and molten metal treatment method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2024121140A true JP2024121140A (en) 2024-09-06

Family

ID=92594182

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023028078A Pending JP2024121140A (en) 2023-02-27 2023-02-27 Flux, its manufacturing method and molten metal treatment method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2024121140A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Utigard The properties and uses of fluxes in molten aluminum processing
WO2021145293A1 (en) Metal removal method and metal recovery method
CN104328299A (en) Flux for aluminum and aluminum alloy melt refining and preparation method of flux
EP2446065B2 (en) USE OF A BINARY SALT FLUX OF NaCl AND MgCI2 FOR THE PURIFICATION OF ALUMINUM OR ALUMINUM ALLOYS, AND METHOD THEREOF
WO2021145292A1 (en) Metal removal agent
CN105316513B (en) A kind of aluminium alloy sodium-free refining agent of the erbium of yttrium containing cerium
US20120017726A1 (en) Use of a tertiary salt flux of nacl, kci and mgcl2 for the purification of aluminium or aluminium alloys, and method thereof
CN115612870B (en) Mg remover and aluminum alloy manufacturing method
JPWO2006098199A1 (en) Separation and recovery method for refractory metals
JP2024121140A (en) Flux, its manufacturing method and molten metal treatment method
US7988763B2 (en) Use of a binary salt flux of NaCl and MgCl2 for the purification of aluminium or aluminium alloys, and method thereof
JP7713325B2 (en) Magnesium remover and method for producing aluminum alloy
Baek et al. Removal of Ca from magnesium melt by flux refining
CN1275628A (en) Aluminium alloy covering slag-cleaning agent
JP2024127396A (en) Flux, its manufacturing method and molten metal treatment method
JP7284727B2 (en) Flux for aluminum refining
JP7689540B2 (en) Cu recovery method
WO2025057887A1 (en) Dross processing method
WO2024181328A1 (en) Cu recovery method
WO2013013321A1 (en) Use of a tertiary salt flux of nac1, kcl, and mgc12 for the purification of aluminum or aluminum alloys, and method thereof
Yörük Remelting Behaviour of Pure and AZ63 Magnesium Chips
JP2022168438A (en) Manganese recovery method
Akbari et al. Potential of minimizing magnesium losses in black dross through optimization of salt fluxes
Xiao et al. 2 4 Solubility of A1203 in NaCl-KCl Based Molten Salt System
CA2747650A1 (en) Use of tertiary salt flux of naci, kci, and mgci2 for the purification of aluminum or aluminum alloys, and method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20250625