JP4136170B2

JP4136170B2 - 塗装されたマグネシウム系廃材の再生方法

Info

Publication number: JP4136170B2
Application number: JP08006999A
Authority: JP
Inventors: 耕平久保田; 洋一野坂
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Kinzoku Co Ltd
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 1999-03-24
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2019-03-24
Also published as: JP2000273555A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は塗装されたマグネシウム及びマグネシウム合金（本明細書においてはこれらを総称してマグネシウム系又はマグネシウム系材料という）廃材の再生方法に関し、より詳しくは、塗装されたマグネシウム系材料製の部品・製品のスクラップをフラックスを用いることなく且つ塗料の酸化に伴う有害な有機系ガスを発生させることなしで溶解させ、塗料を分解させ、分解生成物を除去し、更に、溶湯中にマグネシウム系材料の特性に悪影響を及ぼす量の酸化物等の異物が存在する場合にはそれらの異物を浮上させ、分離して再生する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、軽量材料のニーズが高まり、樹脂材料や軽量金属材料が用いられてきている。しかし、樹脂材料は一般的にリサイクルが困難であるため環境性に問題があるのに対して、金属材料は一般的にリサイクルが容易であるため、マグネシウム系材料、アルミニウム系材料等の実用軽量金属中最も密度の小さい軽量マグネシウム系材料が注目され、特に、自動車あるいは携帯用家電製品用材料として注目される流れとなっている。
【０００３】
マグネシウム系材料製の部品・製品は、クロメート等の化成処理（酸化処理）を施した後、塗装を施して使用されることが多い。このような塗装されたマグネシウム系材料製の部品・製品は、リサイクルに際し、そのままで大気中、７００℃近傍で溶解され、その高温により塗料を燃焼させているのが現状である。塗料の燃焼で発生するガス中には有機系のＣ₄Ｈ₉Ｏ₄Ｎ、Ｃ₉Ｈ₁₃Ｎ、Ｃ₈Ｈ₉ＯＮ、Ｃ₉Ｈ₉Ｎ、Ｃ₅Ｈ₁₅Ｏ₂Ｎ、Ｃ₇Ｈ₇ＯＮ等が含まれ、多くの場合にダイオキシンも発生する。リサイクル温度が高温であればあるほど有機系ガス成分の単素数（炭素重合度）は小さくなり、有害性は低下するが、マグネシウムの発火の危険性から従来以上の高温での溶解処理は困難である。また、塗装されたマグネシウム系廃材に限らずマグネシウムのリサイクルでは大量のフラックスが使用されるため環境への影響も懸念される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように、マグネシウム系材料が樹脂材料に比較して環境性・リサイクル性の点で優位性を有することが、特に最近のマグネシウムの用途拡大の大きな駆動力になっていることからも、またマグネシウムの需要が世界的に急拡大しているので、今後、塗装されたマグネシウム系材料製の部品・製品のスクラップが大量に発生すると予想されることからも、塗装されたマグネシウム系材料製の部品・製品のリサイクル技術の確立が求められている。
【０００５】
従って、本発明は、塗装されたマグネシウム系材料製の部品・製品のスクラップをフラックスを用いることなく且つ塗料の酸化に伴う有害な有機系ガスを発生させることなしで溶解させ、塗料を分解させ、分解生成物を除去して再生する、環境性に優れた再生方法を提供することを課題としている。
更に、マグネシウム系材料の特性に悪影響を及ぼす量の酸化物等の異物が溶湯中に存在する場合には、それらの異物を浮上させ、分離して再生する方法に関する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を達成するために鋭意検討した結果、塗装されたマグネシウム系材料製の部品・製品のスクラップを、酸素分圧が極めて低く、溶湯に悪影響を与えない雰囲気中で溶解させ、その溶湯をその雰囲気中に保持することにより塗料を酸化させずに無機物に分解でき、また減圧下に保持することによりその分解生成物が除去できることを見出し、本発明に到達した。
【０００７】
更に、上記のようにして塗料成分の分解、除去された溶湯中に特定のガスを吹込んで該溶湯中に含まれる酸化物、スラッジ、塗料の分解残留物等の異物を浮上させ、分離することにより該溶湯を一層充分に清浄化、再生できることを見いだし、本発明に到達した。
【０００８】
即ち、本発明の塗装されたマグネシウム系廃材の再生方法は、塗装されたマグネシウム系廃材をＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、ＳＦ₆ 、ＣＯ₂ 、ＳＯ₂ 又はＮ₂ ガス雰囲気中、常圧下で溶解させ、得られた溶湯をＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、ＳＦ ₆ 、ＣＯ ₂ 、ＳＯ ₂ 又はＮ ₂ ガス雰囲気中、常圧下に保持して塗料を無機物に分解させ、次いで該溶湯を該雰囲気中、減圧下に保持することにより塗料の分解生成物を除去することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の塗装されたマグネシウム系廃材の再生方法は、上記の方法によって塗料を無機物に分解して除去し、引き続いてその溶湯中に清浄化ガスとしてＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、ＳＦ₆、ＣＯ₂、ＳＯ₂又はＮ₂ガス、あるいはこれらのガスと乾燥空気との混合ガスを細かく泡立てながら吹込むことによって該溶湯中の酸化物等の異物を浮上させ、分離することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の再生方法で再生の対象としている塗装されたマグネシウム系廃材は、マグネシウム又はマグネシウム合金（例えば、ダイカスト用のマグネシウム合金であるＡＺ９１、ＡＭ６０、ＡＭ５０、ＡＳ４１）製の鋳造品、ダイカスト品、加工品（板材、線材）等でその表面に塗料による塗装が施されている部品・製品の使用済みの回収品や、製造過程で生じる不良品を包含する。
【００１１】
本発明においては、塗料はマグネシウム系材料製の部品・製品の塗装に一般的に用いられている全ての塗料を包含し、例えば、フェノール樹脂系塗料、尿素樹脂系塗料、メラミン樹脂系塗料、ビニル樹脂系塗料、エポキシ樹脂系塗料、ポリエステル樹脂系塗料、ケイ素樹脂系塗料、フラン樹脂系塗料、セルロース系塗料、クリアーラッカー等を含む。
【００１２】
それらの塗装されたマグネシウム系廃材を再生処理する場合に懸念されることとしては、塗装されたマグネシウム系廃材を溶解する際に塗料が燃焼して有害な有機系ガスが発生することがある。また、塗料中の顔料として金属酸化物が用いられている場合にはそれらが溶湯中に混入するという問題がある。更に、塗料が用いられていないマグネシウム系廃材の再生でも問題となる酸化物や離型剤等の異物の混入も同様に問題となる。
【００１３】
本発明の再生方法においては、塗装されたマグネシウム系廃材をＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、ＳＦ₆ 、ＣＯ₂ 、ＳＯ₂ 又はＮ₂ ガス雰囲気中で、即ち酸素分圧が極めて低く、溶湯に悪影響を与えない雰囲気中で、常圧下で溶解させ、その溶湯を該雰囲気中に保持するので、塗料を酸化させずに無機物に分解でき、また減圧下に保持することによりその分解生成物を除去することができる。
【００１４】
上記のような雰囲気については、塗装されたマグネシウム系廃材を装入したチャンバー内を５０Ｔｏｒｒ以下に減圧し、チャンバー内の雰囲気をＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、ＳＦ₆、ＣＯ₂、ＳＯ₂又はＮ₂ガスで置換することにより形成することが好ましい。このようにする理由はチャンバー内の酸素を排除することにあるので、減圧度が高い（減圧後の圧力が低い）ほど良好な結果が得られ、減圧後の圧力が５０Ｔｏｒｒよりも高い場合には酸素分圧がある程度残存するため塗料は一部酸化されることになる。しかしながら、減圧後の圧力が５０Ｔｏｒｒよりも高くても、この雰囲気置換を２〜３回繰返すことにより適正な雰囲気を得ることができる。
【００１５】
塗装されたマグネシウム系廃材を溶解させる際の上記の雰囲気の圧力については特には制限されないが、加圧する必要は全くなく常圧でよい。このような条件下で溶解して得た溶湯を上記の雰囲気中に、塗料が完全に無機物に分解するまで保持する。保持する時間は塗料の種類、マグネシウム系材料に対する塗料の相対量に依存して変化する。塗料の分解の終了は、分解ガスの発生の停止に起因するチャンバー内の圧力の変化によって確認できる。
【００１６】
塗装されたマグネシウム系廃材を溶解させる温度、及びその溶湯を保持する温度については通常の鋳造の際の溶湯温度と同一でよく、６００から７００℃までの間にあることが望ましい。塗料の主成分は有機物であり、必要に応じて金属酸化物などの顔料を含有するので、溶湯温度が６００〜７００℃で、酸素が排除されている条件下では、有機物は完全に分解して主として炭素として溶湯中に残留する。溶湯温度が６００℃未満の場合には有機物の分解速度が遅かったり、分解が不十分であったりする傾向があり、また、溶湯温度が７００℃を超える場合には大気中にに戻す際に燃焼しやすいという問題がある。従って、安全性の点から溶湯温度が６００から６５０℃までの間にあることが一層望ましい。
【００１７】
また、必要に応じて塗料に添加される金属酸化物も溶湯中に残存する。更に、マグネシウム系材料製の部品・製品は、下地処理としてクロメート等の化成処理（酸化処理）を施した後、塗装を施すのが一般的であるので、これに伴う酸化物も溶湯中に残存する。
【００１８】
なお、マグネシウム系材料の鋳造においては、繰返し溶解し、再生利用を行うと、金属成分の変動は認められないのに溶湯の流動性も鋳物の耐食性も劣化することが知られている。これは酸化物、離型剤等の異物の混入に起因するものである。このような異物が溶湯中に残存している場合には、これらの異物を除去することが望ましく、また、場合によっては除去することが必須となる。
【００１９】
そこで、塗料を分解し、除去した後に、引き続いて、溶湯に悪影響を与えないガスを溶湯中に吹込んで、そのガスが気泡として溶湯中を浮上する過程で該溶湯中に浮遊している酸化物や離型剤等の異物を気泡に付着させて一緒に浮上させ、分離させた。
【００２０】
溶湯中にガスを吹込む際の溶湯温度については通常の鋳造の際の溶湯温度と同一でよいが、溶湯温度が６００℃以下の場合にはガス吹込みに伴う溶湯温度の低下が溶湯の鋳造性に悪影響を及ぼし、また、溶湯温度が７００℃以上の場合には保護ガスとしてＳＦ₆やＳＯ₂を含むガスを用いても不十分であった。従って、溶湯温度は６００から７００℃までの間にあることが望ましく、６００から６５０℃までの間にあることが一層望ましい。
【００２１】
溶湯中に吹込むガスとして種々のガスを用いて上記の溶湯温度条件下で試験を繰り返した。溶湯中に吹込んだガスが溶湯中を浮上する過程で、該溶湯中に浮遊している酸化物や離型剤等の異物が気泡に付着して一緒に浮上する必要があり、しかも溶湯中に吹込んだガスは溶湯にあまり悪影響を与えない（例えば、溶湯とあまり反応しない）ことが必要である。これらの条件を満足し、所望の効果が達成される清浄化ガスの種類としてＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、ＳＦ₆、ＣＯ₂、ＳＯ₂又はＮ₂ガス、あるいはこれらのガスと乾燥空気（湿分を含まない空気）との混合ガスが見い出された。なお、上記のガスと乾燥空気との混合ガスや、ＳＦ₆及びＮ₂ガスを用いる場合には、Ｍｇ溶湯との反応生成物がわずかに生成する。従って、溶湯中に吹込むガスとしては、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、ＳＦ₆、ＣＯ₂が望ましく、ＳＯ₂又はＮ₂ガス、あるいは上記のガスと乾燥空気との混合ガスも使用できる。
【００２２】
本発明においては、清浄化ガスと溶湯との接触を効率的にするために、清浄化ガスを溶湯中に細かく泡立てながら吹込む。また、この際に、溶湯中に吹込む清浄化ガスにより溶湯に対流を生じさせて全ての溶湯と清浄化ガスとの有効な接触を生じさせるのに充分な流量で且つ溶湯を有効に清浄化するのに充分な時間、清浄化ガスを溶湯中に吹込むことが望ましい。
【００２３】
清浄化ガスを細かく泡立てながら吹込むことによって溶湯中の酸化物等の異物の少なくとも一部が浮上するので、この浮上した異物、及び溶湯中に残存している異物を金属製又はセラミックス製のフィルターで有効に分離、除去することができる。このフィルターによる分離、除去技術は塗料の分解生成物を除去した直後の溶湯にも適用できる。
このように処理することにより、一般的に溶湯の流動性が向上すると共に、溶湯中の吸蔵ガスが減少し、その結果として吸蔵ガスに起因する鋳造欠陥が減少するという効果も達成される。
【００２４】
本発明の清浄化方法は、塗装されたマグネシウム系廃材のみを溶解して得た溶湯に適用できるだけでなく、勿論、新地金とマグネシウム廃材とを併用する場合にも適用できる。このように併用する場合には、マグネシウム系廃材の割合を０〜１００％の範囲内で適当に設定できるが、一般的には５０％以下にすることが望ましい。このように新地金と併用する場合には溶湯表面に浮上するドロス量は少量となる。
【００２５】
実施例１
塗装されたマグネシウム系廃材として、ＡＺ９１合金（Ｍｇ−９％Ａｌ−０．７％Ｚｎ−０．２％Ｍｎ）製鋳造品の表面をＤＯＷ１法によって化成処理し、中塗り塗料としてサイクロン９９９（東京ペイント株式会社製）を用い、上塗り塗料としてＭＧＲ−４８１ゴールド（東京ペイント株式会社製）を用いて塗装した製品の使用済みの回収品を用いた。
【００２６】
図１に概略図で示す溶解炉１内にこの回収品の破砕物２を装入し、真空吸引管３を介して溶解炉内を５０Ｔｏｒｒに減圧し、その後清浄化ガス導入管４を介してＡｒを封入して１気圧とした（即ち、溶解炉内を実質的にＡｒで置換した）。その内容物を加熱して溶解させた。その溶湯を６５０℃に１０分間保持した。
【００２７】
処理した後、溶解炉内のガスを分析したところ、大部分がＡｒであり、その他にＨ₂Ｏ、Ｎ₂、Ｏ₂、ＣＯ₂が検出され、それ以外の分子量のガスは極めて微弱であった。
また、得られた溶湯中にはＣ及びＡｌ，Ｆｅ，Ｐｂ，Ｂａ，Ｃｒ等の酸化物が検出された。
【００２８】
実施例２〜３
図２に概略図で示す溶解炉、即ち溶湯量が１８ｋｇ（１０リットル）、溶湯表面積が約５００ｃｍ²で溶湯表面から１５ｃｍ下の位置に、清浄化ガスを溶湯中に細かく泡立てる吹込み装置を設置した溶解炉を用い、実施例１で用いた回収品を用い、溶解炉１内にこの回収品の破砕物２を装入し、真空吸引管３を介して溶解炉内を５０Ｔｏｒｒに減圧し、その後清浄化ガス導入管４、清浄化ガスを溶湯中に細かく泡立てる吹込み装置５を介してＡｒを封入して１気圧とした（即ち、溶解炉内を実質的にＡｒで置換した）。その内容物を加熱して溶解させた。その溶湯を６５０℃に１０分間保持した。
【００２９】
その後、ガス導入管４、清浄化ガスを溶湯中に細かく泡立てる吹込み装置５を介してＡｒを毎分０．１リットルの流量で２０分（実施例２）又は４０分（実施例３）吹き込んだ。
処理後の溶湯の清浄度を評価するためにピンホール試験と塩水噴霧試験を実施した。
【００３０】
＜ピンホール試験＞
溶湯約５０ｃｃをデシケーター中のるつぼに注湯し、デシケーターを真空吸引しながら凝固させた。得られた鋳物材の比重からピンホール量を測定した。その結果を第１表に示す。溶湯中に酸化物が存在する場合には凝固時に発生するガスが酸化物にトラップされてピンホールが生成することは周知であるから、本試験により溶湯中の酸化物の除去状況を推測することができる。
【００３１】
＜塩水噴霧試験＞
ＪＩＳＺ２３７１に従って塩水噴霧試験を実施した。５％食塩水を用い、２０時間保持後の白錆の発生の有無を目視で観察した。その結果を、白錆の発生が認められなかった場合には○、白錆の発生が僅かに認められた場合には△、白錆の発生が明白に認められた場合には×として第１表中に示す。
【００３２】
比較例１
実施例２〜３で用いた回収品の代わりに、鋳造工場で発生したＡＺ９１合金（Ｍｇ−９％Ａｌ−０．７％Ｚｎ−０．２％Ｍｎ）の無塗装スクラップを用い、清浄化ガスであるＡｒを毎分０．１リットルの流量で１０分間吹き込んだ以外を、実施例２〜３と同様に処理した。処理後の溶湯の清浄度は第１表に示す通りであった。
【００３３】

【００３４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の再生方法は、塗装されたマグネシウム系材料製の部品・製品のスクラップを簡易な装置で、フラックスを用いることなく且つ塗料の酸化に伴う有害な有機系ガスを発生させることなしで溶解させ、塗料を分解させ、分解生成物を除去して再生する、環境性に優れた再生方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の再生方法の実施に用いることのできる装置の概略図である。
【図２】本発明の再生方法の実施に用いることのできるその他の装置の概略図である。
【符号の説明】
１溶解炉
２破砕物
３真空吸引管
４清浄化ガス導入管
５細かく泡立てる吹込み装置

Claims

塗装されたマグネシウム系廃材をＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、ＳＦ₆ 、ＣＯ₂ 、ＳＯ₂ 又はＮ₂ ガス雰囲気中、常圧下で溶解させ、得られた溶湯をＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、ＳＦ ₆ 、ＣＯ ₂ 、ＳＯ ₂ 又はＮ ₂ ガス雰囲気中、常圧下に保持して塗料を無機物に分解させ、次いで該溶湯を該雰囲気中、減圧下に保持することにより塗料の分解生成物を除去することを特徴とする塗装されたマグネシウム系廃材の再生方法。
塗装されたマグネシウム系廃材を装入したチャンバー内を５０Ｔｏｒｒ以下に減圧し、チャンバー内の雰囲気をＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、ＳＦ₆ 、ＣＯ₂ 、ＳＯ₂ 又はＮ₂ ガスで置換し、該雰囲気中、常圧下で該廃材を溶解させ、得られた溶湯をＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、ＳＦ ₆ 、ＣＯ ₂ 、ＳＯ ₂ 又はＮ ₂ ガス雰囲気中、常圧下に６００〜７００℃に保持して塗料を無機物に分解させ、次いで該溶湯を該雰囲気中、減圧下に保持することにより塗料の分解生成物を除去することを特徴とする請求項１記載の再生方法。
請求項１又は２記載の方法によって塗料を無機物に分解して除去し、引き続いてその溶湯中に清浄化ガスとしてＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、ＳＦ₆ 、ＣＯ₂ 、ＳＯ₂ 又はＮ₂ ガス、あるいはこれらのガスと乾燥空気との混合ガスを細かく泡立てながら吹込むことによって該溶湯中の酸化物等の異物を浮上させ、分離することを特徴とする塗装されたマグネシウム系廃材の再生方法。
５０重量％以上の新地金と５０重量％以下の塗装されたマグネシウム系廃材とを併用することを特徴とする請求項１、２又は３記載の再生方法。
塗装されたマグネシウム系廃材を請求項１〜４の何れかに記載の方法によって再生し、引き続いてその溶湯を金属製又はセラミック製のフィルターで濾過することを特徴とする塗装されたマグネシウム系廃材の再生方法。