JPH0137458B2

JPH0137458B2 -

Info

Publication number: JPH0137458B2
Application number: JP56201181A
Authority: JP
Inventors: Takashi Hashimoto; Hiroshi Kawakami; Yoshinori Seki; Mitsuo Ichikawa; Shiro Matsuoka
Original assignee: Kasei Naoetsu Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Priority date: 1981-12-14
Filing date: 1981-12-14
Publication date: 1989-08-07
Also published as: JPS58104132A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はアルミニウムの純化方法に関するもの
であり、詳しくは不純な溶融アルミニウムから、
分別結晶法により、高純度のアルミニウムを取得
する方法に関するものである。

分別結晶法により高純度のアルミニウムを製造
する方法はいくつか提案されている（特公昭49−
5806、50−20536、特開昭55−89439、56−55530
および56−112429参照）。これらの方法では、分
配係数が１より小さい不純物元素、例えば鉄、珪
素などは、析出するアルミニウム結晶から排除さ
れて母液中に残留する。従つて母液と晶出アルミ
ニウムとを適宜の方法で分離することにより、高
純度のアルミニウムを取得することができる。

本発明は工業的に大規模に実施するのに好適
な、分別結晶法によるアルミニウムの純化方法を
提供するものである。

本発明方法によれば、熱伝導率の大きい炭素質
材料で構成されかつその内部に冷却媒体流通管を
有する水平な床を備え、その側壁が、該側壁を通
しての溶融アルミニウムからの熱損失が実質的に
生起しないように、断熱構造となつている容器に
溶融アルミニウムを収容し、該溶融アルミニウム
中に撹拌機を挿入して撹拌しながら、一方では該
冷却媒体流通管に冷却媒体を流通させ、他方では
該溶融アルミニウムの表面を加熱することによ
り、床表面にアルミニウム結晶を析出させ、かつ
床表面へのアルミニウム結晶の析出に伴い撹拌機
を漸次上方に引き上げることにより、結晶生長面
と撹拌機との間隔を、結晶析出の間ほぼ一定に維
持し、所定量の結晶が析出したならば残存する溶
融アルミニウムを容器から排出することにより、
不純なアルミニウムから高純度のアルミニウムを
取得することができる。

本発明を更に詳細に説明するに、第１図および
第２図は本発明方法を実施するのに好適な装置の
一例の断面図である。この装置は、方形、例えば
２ｍ×２ｍの浅い鍋状でその一方の側壁の上部を
欠いて溶融アルミニウムの排出口を形成してある
下部構造と、その上部を覆う上部構造と、該上部
構造に支持した撹拌装置とから成つている。図
中、１は断熱レンガ層、２は耐火レンガ層であ
る。耐火レンガ層のうち、溶融アルミニウムと接
触する側壁部分には、溶融アルミニウムを汚染し
ないもの、例えば高アルミナ質耐火レンガを用い
る。若し所望ならば、溶融アルミニウムと接触す
る側壁部分も、底面と同じく、耐火レンガ層の上
に更に炭素質材料で内張りを施してもよい。この
場合には、内張り層を通つて熱が底面の炭素質材
料層に実質的に流出しないような構造とする。３
は熱伝導率の大きい炭素質材料の層である。通
常、この層はアルミニウム電解槽の陰極と同じ
く、炭素ブロツクを並べ、その間隙に炭素質結合
材を充填することにより構成される。炭素ブロツ
クとしては黒鉛ないしは準黒鉛質のものが好まし
い。この炭素質材料層中には冷却媒体流通管４が
埋設されている。５は撹拌機であり、溶融アルミ
ニウムに接する部分は溶融アルミニウムを汚染し
ない材料、好ましくは黒鉛で構成されている。６
は撹拌機の駆動装置であり、駆動中に撹拌機の軸
７を上昇させうるようになつている。軸７は上方
部材と下方部材とを溶融アルミニウムから露出し
た部分において、断熱材を介して結合した構造と
するのが好ましい。このような構造とすると、機
械的強度を保持するため上方部材を冷却しても下
方部材が冷却されないので、溶融アルミニウムが
撹拌機上に析出するのを防止することができる。
８は上方を覆う蓋であり、撹拌機を装置外に取り
出し得るように取り外し可能となつている。９は
加熱用のガスバーナーである。

図示の装置を用いてアルミニウムの純化を行な
う方法について説明すると、先ず装置内に溶融ア
ルミニウムを入れ、これに撹拌機５を挿入して撹
拌する。撹拌機の下端はできるだけ底面に近く位
置するようにする。次いで冷却媒体流通管４に空
気等の冷却媒体を流通させて、炭素質材料層３を
アルミニウムの融点以下に冷却する。これにより
溶融アルミニウムは底面から上方に向つて凝固を
開始する。本発明においては、アルミニウムの析
出速度を底面全体にわたつてできるだけ同一とな
るようにすることが必要である。そのため、底面
を構成する炭素質材料として熱伝導率の大きいも
のを用いると共に、冷却媒体流通管の適正な配置
により、底面の温度がその全体にわたつてできる
だけ均一となるようにする。

アルミニウムの析出の間、撹拌機を作動させ
て、固液界面における溶融アルミニウムの流動を
維持する。これにより、晶析に際して溶融アルミ
ニウム中に排除された不純物は、直ちに固液界面
から取り去られる。また、固液界面における溶融
アルミニウムの流動は、結晶が樹枝状に発達する
のを阻止する作用を有する。これにより樹枝状結
晶間に多量の溶融アルミニウムが保留されて、得
られる固体アルミニウムの純度が低下することを
防止することができる。

撹拌は固液界面に常に強い溶融アルミニウムの
流動を維持するように行なうことが必要である。
そのためには、撹拌機を固液界面に近く位置さ
せ、かつ結晶の生長につれて撹拌機を漸次引き上
げることにより、撹拌機と固液界面との距離を常
に一定範囲内に維持するようにする。通常は撹拌
機の下端が固液界面から10〜100mmの範囲内にあ
るようにするのが好ましい。撹拌機の引上げ速度
は、冷却媒体流通管を流れる冷却媒体を経て除去
される熱量からアルミニウムの晶出量を算出する
ことにより、決定することができる。撹拌機の引
上げは、間欠的であつてもよい。

本発明方法では、アルミニウムの晶析の間、ア
ルミニウムの表面を加熱して、底面以外にアルミ
ニウムが析出しないようにする。若し、表面から
の加熱を行なわなければ、表面からの熱損失によ
り表面で晶析がおこる。また、溶融アルミニウム
と接触する側壁は、断熱構造としておいても若干
の熱損失は避けられないので、側壁上にもアルミ
ニウムが析出するおそれがある。このような底面
以外へのアルミニウムの析出は、本発明方法によ
るアルミニウムの高純度化を阻害するので、表面
から加熱して底面以外へのアルミニウムの析出を
阻止する。アルミニウム表面の加熱は、通常は上
部構造に取付けたガスバーナーにより行なうが、
電熱により行なうこともできる。加熱は連続的で
も断続的でもよいが、溶融アルミニウムが融点よ
り若干高い温度、通常はほぼ662℃に維持される
ように行なえばよい。

所定量のアルミニウムが底面上に析出したなら
ば、残存する溶融アルミニウムを装置から排出す
る。この排出は、通常は装置を傾動させて、溶融
アルミニウムを排出口より流出させることにより
行なう。この際、加熱装置により残存する溶融ア
ルミニウムを急速に加熱するのが有利である。こ
れにより溶融アルミニウムの粘度が低下して容易
に流出するようになると共に、晶析したアルミニ
ウムの上面が若干溶融して、不純な溶融アルミニ
ウムが晶析したアルミニウムに付着して残留する
のを防止することができる。加熱は、残存溶融ア
ルミニウムが容易に流出する温度まで行なえばよ
い。通常は665〜667℃まで加熱して残存溶融アル
ミニウムを流出させる。若し、析出アルミニウム
の過度の溶融を避け得るように急速に加熱するこ
とが可能ならば、もつと高い温度まで加熱しても
よい。残存する溶融アルミニウムの排出が終了し
たならば、晶析したアルミニウムを加熱溶融さ
せ、上記と同様にして装置から排出し、所定の形
状に鋳造して製品とする。

本発明方法におけるアルミニウムの純化率は、
アルミニウムの晶析速度、撹拌の強さおよび晶析
率により変化する。晶析速度は小さいほど純化率
は向上する。通常は10〜150mm／時に晶析速度が
採用される。撹拌も強いほど純化率は向上する。
撹拌の強さとしては、撹拌翼の先端速度として通
常、１〜10ｍ／秒の範囲が採用される。なお、撹
拌は撹拌エネルギーが固液界面に集中するように
するのが好ましい。晶析率は大きいほど純化率が
低下する。従つて通常は装置に装入した溶融アル
ミニウムの30〜70％、好ましくは40〜50％が晶析
した時点で晶析を停止する。なお、晶析中に装置
に溶融アルミニウムを供給−排出することも不可
能ではないが、装置内における溶融アルミニウム
の温度の制御が困難であり、好ましい方法ではな
い。

本発明方法によれば、不純な溶融アルミニウム
から容易に高純度のアルミニウムを取得すること
ができる。例えば、鉄1670ppm、珪素350ppmを
含む溶融アルミニウムを本発明方法により、撹拌
翼の先端速度3.3ｍ／秒、晶析速度40mm／時で晶
析率が50％に達するまで晶析させると、ほぼ鉄
200ppm、珪素85ppmまで純化されたアルミニウ
ムを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するのに適した装置
の一例の本体部分の断面と撹拌機とを示す図であ
る。第２図は第１図の装置のＡ−Ａに沿う断面図
である。１……断熱レンガ層、２……耐火レンガ層、３
……炭素質材料層、４……冷却媒体流通管、５…
…撹拌機、６……駆動装置、７……撹拌機軸、８
……蓋、９……ガスバーナー。

Claims

【特許請求の範囲】１熱伝導率の大きい炭素質材料で構成されかつ
その内部に冷却媒体流通管を有する水平な床を備
え、その側壁が、該側壁を通しての溶融アルミニ
ウムからの熱損失が実質的に生起しないように、
断熱構造となつている容器に溶融アルミニウムを
収容し、該溶融アルミニウム中に撹拌機を挿入し
て撹拌しながら、一方では該冷却媒体流通管に冷
却媒体を流通させ、他方では該溶融アルミニウム
の表面を加熱することにより、床表面にアルミニ
ウム結晶を析出させ、かつ床表面へのアルミニウ
ム結晶の析出に伴い撹拌機を漸次上方に引き上げ
ることにより、結晶生長面と撹拌機との間隔を、
結晶析出の間ほぼ一定に維持し、所定量の結晶が
析出したならば残存する溶融アルミニウムを容器
から排出することを特徴とするアルミニウムの純
化方法。２溶融アルミニウムを収容する容器の側壁か
ら、側壁を通しての溶融アルミニウムからの熱損
失が実質的に生起しないように、断熱構造となつ
ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のアルミニウムの純化方法。