A New Principle of Impurity Removal From Molten Aluminium Aiming Carbon Neutrality

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K21325
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: 加藤 謙吾 富山大学, 学術研究部都市デザイン学系, 特命助教 (00965709)
• Project Period (FY): 2022-08-31 – 2024-03-31
• Keywords: アルミニウム / 不純物除去 / 熱力学

Outline of Annual Research Achievements

カーボンニュートラルの実現へ向けてアルミニウムのリサイクルは必須の課題である。現状アルミニウムスクラップは不純物許容値が高い鋳造材に主に利用されているが、鋳造材の主な用途であるエンジンブロックは自動車の電動化に伴って今後需要が減少すると考えられる。したがってアルミニウムスクラップからの不純物除去による展伸材へのアップグレードリサイクルが必要不可欠である。Ａ５０００系合金に添加されるＭｇはＳｉと親和力が強く容易に金属間化合物Ｍｇ２Ｓｉを形成することが知られている。そこで本研究では溶融Ａｌ合金中におけるＭｇとの親和力を利用した新たな不純物除去原理を提案する。本原理によるアルミニウムのリサイクルプロセスの実現へ向けてＭｇと不純物間の親和力の把握が必要である。本年度はアルミニウム合金からの除去が困難な元素であるＳｉに着目しＭｇ添加による除去可能性を調査した。ＭｇとＳiをＭｇ２Ｓｉの組成になるように混合し、不活性雰囲気で溶融させてＭｇ２Ｓｉを作製した。得られたＭｇ２ＳｉとＭｇを１５～４０ｍａｓｓ％添加したＡｌ－Ｍｇ合金をＡｌ２Ｏ３るつぼにいれて電気抵抗炉内で昇温し、８７３ Ｋで溶融させた後１９ ｈ保持して平衡させた。その後、取り出して空冷し、Ａｌ－Ｍｇ合金中Ｍｇ、Ｓｉの濃度をＩＣＰ発光分光分析法で分析した。以上の方法で、ＳｉをＭｇ２Ｓｉとして晶出させた場合における溶融Ａｌ－Ｍｇ合金中のＳｉ濃度の低減値を調査した。Ｍｇ濃度が高くなるほど、Ａｌ中Ｓｉ濃度が低下し、本原理によりＳｉの除去が可能であることがわかった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

アルミニウムスクラップからの不純物除去によるアップグレードリサイクルを目指して、溶融Ａｌ合金中におけるＭｇとの親和力を利用した新たな不純物除去原理の検討を進めている。本年度はアルミニウム鋳造材に多用されるが溶湯からの除去が困難な元素であるＳｉに着目し、Ｍｇ添加による除去可能性を調査した。Ｍｇ濃度が高くなるほど、Ａｌ中Ｓｉ濃度が低下すること確認し、本原理によりＳｉが除去できることを示すことができた。おおむね当初の計画通り研究が進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

カーボンニュートラルの実現へ向けてアルミニウムのリサイクルは必須の課題である。現状アルミニウムスクラップは不純物許容値の高い鋳造材に主に利用されているが、鋳造材の主な用途であるエンジンブロックは自動車の電動化に伴って今後需要が減少すると考えられる。したがってアルミニウムスクラップからの不純物除去による展伸材へのアップグレードリサイクルが必要不可欠である。本研究では溶融Ａｌ合金中におけるＭｇとの親和力を利用した新たな不純物除去原理の検討を進めている。本年度はアルミニウム合金からの除去が困難な元素であるＳｉに着目しＭｇ添加による除去可能性を調査した。次年度はアルミニウム鋳造材に含まれるが、溶湯からの除去が困難な元素であるＣｕに着目して検討を進める。まずＣｕを含むＡｌ合金にＭｇを添加した場合に晶出する化合物について調査し、その後Ｃｕの除去可能性について検討する。

Causes of Carryover

建設中の研究棟にて行う実験に用いる実験装置を購入予定であったが、工事が遅れて配置場所の確保ができなくなったために次年度使用額が発生した。現状は資料収集、数値解析を行い実験の準備を進めるとともに、必要に応じて共同で使用できる装置を利用することで対応した。今年度購入予定であった実験装置 (電気炉およびその周辺物品) を購入予定である。なお、移動が簡単な物品は次年度早い時期に購入し自身で運搬することも検討している。