JP7802138B2

JP7802138B2 - アルミニウム合金のリサイクリング方法及びその精製

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Application number: JP2024187130A
Authority: JP
Inventors: ヤン，シンヤン; キャロン，フランシス
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Description

アルミニウム合金は、様々な用途に有用である。アルミニウム合金の中には、リサイクル可能なものもあり、そのようなアルミニウム合金をリサイクルすることはエネルギー資源の節約になる。米国及びカナダでは、毎年５００万トン以上のアルミニウムがリサイクルされている。

概して、本開示は、アルミニウム合金スクラップから精製された(purified)アルミニウム合金を製造する方法に関する。一実施形態では、製造されたアルミニウム合金は、３ｘｘアルミニウム鋳造合金である。別の実施形態では、製造されたアルミニウム合金は、３ｘｘｘ又は４ｘｘｘ展伸アルミニウム合金のうちの１つである。一般的に、精製アルミニウム合金を製造するための本明細書に記載の方法は、アルミニウム合金スクラップを溶融すること、１又は２種以上の金属間化合物形成材料(intermetallic former materials)を溶融物に加えること、Ｓｉ及び／又はＭｎ等の金属間化合物形成材料をアルミニウム合金スクラップの元素鉄と反応させること、を含み、これにより、鉄含有金属間化合物粒子(iron-bearing intermetallic particles)を生成するものである。生成された鉄含有金属間化合物粒子は、その後（例えば濾過により）除去され得る。金属間化合物形成材料であるＳｉ及び／又はＭｎの添加により、Ｓｉ及び／又はＭｎの量が増加した合金が生成され、３ｘｘアルミニウム鋳造合金、又は３ｘｘｘ又は４ｘｘｘ展伸(wrought)アルミニウム合金の１つが生成される。金属間化合物形成材料を溶融物に加えることにより、金属間化合物粒子の除去可能な温度範囲(temperature window)が拡大し、それゆえ、除去に利用可能な鉄含有金属間化合物粒子の体積分率が増加する。したがって、金属間化合物形成材料を溶融物に加えることは、好適な最終用途合金の製造を促進し、工業的に適用可能な温度範囲でアルミニウムスクラップから鉄の除去を促進し、アルミニウム合金中の鉄含有量の低減を促進することができる。

一実施形態において、図１ａを参照すると、アルミニウムスクラップは従来の方法によって溶融され（１２０）、金属間化合物形成材料が溶融物に添加される（１３０）。金属間化合物形成材料の添加により、例えば、金属間化合物形成材料と溶融物中の鉄との反応（１４１）により、鉄含有金属間化合物粒子が生成される（１４０）。それらの生成後又は生成中に、鉄含有金属間化合物粒子は、限定するものでないが、濾過又は沈殿等のあらゆる適当な方法によって除去されることができる（１５０）。最終的に、溶融物は凝固し（１６０）、精製されたアルミニウム合金が生成される（１６１）。

より具体的には、図１ｂを参照すると、鉄（Ｆｅ）を含有するアルミニウム合金スクラップ（１１１）を、リサイクリング（１１０）のために入手する。例えば、鉄（Ｆｅ）の初期含有量は、０．２重量％以上であってよい（１１２）。一実施形態において、鉄（Ｆｅ）の初期含有量は、０．３重量％以上であってよい。他の実施形態において、鉄（Ｆｅ）の初期含有量は、０．４重量％以上であってよい。さらに他の実施形態において、鉄（Ｆｅ）の初期含有量は、０．５重量％以上であってよい。他の実施形態において、鉄（Ｆｅ）の初期含有量は、０．６重量％以上であってよい。さらに他の実施形態において、鉄（Ｆｅ）の初期含有量は、０．７重量％以上であってよい。他の実施形態において、鉄（Ｆｅ）の初期含有量は、０．８重量％以上であってよい。さらに他の実施形態において、鉄（Ｆｅ）の初期含有量は、０．９重量％以上であってよい。他の実施形態において、鉄（Ｆｅ）の初期含有量は、１．０重量％以上であってよい。さらに他の実施形態において、鉄（Ｆｅ）の初期含有量は、１．５重量％以上であってよい。他の実施形態において、鉄（Ｆｅ）の初期含有量は、２．０重量％以上であってよい。さらに他の実施形態において、鉄（Ｆｅ）の初期含有量は、３．０重量％以上であってよい。

アルミニウム合金スクラップは、従来の方法によって溶融され（１２０）、ケイ素（Ｓｉ）及び／又はマンガン（Ｍｎ）等の金属間化合物形成材料が溶融物に加えられる（１３１）。金属間化合物形成材料は、Ｓｉ及び／又はＭｎと、溶融物中の鉄との反応（１４１）等により、溶融物中に鉄含有金属間化合物粒子が生成される（１４０）のに十分な量が添加される。前記生成は、溶融物を第１の温度から第２の温度に冷却した結果として起こる。幾つかの実施形態において、第１の温度は溶融物の液相線温度である。他の実施形態では、第１の温度は、溶融物の液相線温度よりも高い。幾つかの実施形態において、第２の温度はｆｃｃアルミニウムの凝固温度よりも高い。幾つかの実施形態において、第２の温度は、アルミニウムの凝固温度よりも低く、溶融物の固相線温度よりも高い。金属間化合物形成材料の添加（１３０）は、溶融物の液相線温度とｆｃｃアルミニウムの凝固温度との温度差（例えば、精製温度範囲(purification temperature window)ΔΤ）の増加を実現するのに十分な量である（１３２）。これに関しては、その温度範囲で、鉄含有金属間化合物粒子が形成されることができる。一般に、金属間化合物形成材料の添加（１３０）により、第１の温度と第２の温度との温度範囲は１０℃以上である（１３３）。前記温度範囲内（場合によっては第２温度であるか又は第２温度よりも低い）では、金属間化合物粒子は、限定するものでないが、溶融物の濾過や沈殿等の方法によって除去されることができる（１５０）。除去（１５０）により鉄が少なくなった溶融物は、その後、凝固される（１６０）（例えば、鉄の少ない溶融物の固相線温度より低い温度に冷却される）。金属間化合物形成材料を添加し（１３０）、鉄含有金属間化合物粒子を生成し（１４０）、鉄含有金属間化合物粒子の少なくとも一部を除去する（１５０）ことにより、鉄の少ない溶融物が凝固し（１６０）、精製アルミニウム合金が生成される（１６１）。一実施形態において、３ｘｘｘ又は４ｘｘｘ展伸アルミニウム合金の１つを製造することができる（１６２）。別の実施形態では、３ｘｘ鋳造アルミニウム合金を製造することができる（１６３）。精製アルミニウム合金の鉄含有量は、鉄含有粒子の除去（１５０）により、鉄の初期含有量よりも少ない（１６４）。例えば、精製されたアルミニウム合金の鉄（Ｆｅ）含有量は、０．５重量％以下である（１６５）。

上記したように、金属間化合物形成材料が溶融物に添加され（１３１）、溶融物の中で鉄含有金属間化合物粒子が生成される（１４０）。一実施形態では、溶融物の中に、Ａｌ_１５（Ｆｅ：Ｍｎ）_３Ｓｉ_２の組成を有する金属間化合物粒子が生成され、温度範囲は、溶融物の液相線とｆｃｃアルミニウムの凝固温度との間である。このため、Ａｌ_１５（Ｆｅ：Ｍｎ）_３Ｓｉ_２粒子は液相線より低い温度で凝固する（すなわち、Ａｌ_１５（Ｆｅ：Ｍｎ）_３Ｓｉ_２は最初の固体であり、液相線より低い温度で生成する）。一実施形態において、金属間化合物形成材料Ｓｉ及び／又はＭｎの添加により、鉄含有金属間化合物粒子Ａｌ_１５（Ｆｅ：Ｍｎ）_３Ｓｉ_２が除去され（１５０）、溶融物の液相線とｆｃｃアルミニウム合金の凝固温度との温度範囲は、１０℃以上である（１３３）。

アルミニウム合金スクラップは、様々な形態で入手される（１１０）。例えば、アルミニウム合金スクラップは、自動車スクラップ、航空機スクラップ、飲料缶スクラップ、電子部品スクラップ、都市ゴミスクラップ等として入手され、アルミニウム合金の産業上利用性が見出される。このように、アルミニウム合金スクラップは、あらゆる種類のスクラップが集められたものである（例えば、入手ルートが混合したスクラップ(mixed-stream scrap)）。一実施形態において、アルミニウム合金スクラップは、入手ルートが混合したアルミニウム合金スクラップである。同様に、スクラップアルミニウム合金は、インゴット、ビレットの鋳造、又は部品の形状鋳造(shape casting)の通常の生産の一部として生産されることができる。これに関して、アルミニウム合金スクラップは、異質の（例えば、相対的に異なる組成を有する）少なくとも第１のスクラップと第２のスクラップから構成されることができる。幾つかの実施形態では、アルミニウム合金スクラップは相対的に異なる組成を有する少なくとも第１のスクラップと第２のスクラップとを含む。

溶融（１２０）は、あらゆる適当な方法、例えば、当技術分野で既知の方法によって行うことができる。溶融（１２０）の後、金属間化合物形成材料の添加は、任意の適当な時点で行われる。例えば、（ａ）溶融前、（ｂ）スクラップの溶融中、又は（ｃ）スクラップが液相線温度を超えた後（例えば、溶融後）に添加することができる。さらに、金属間化合物形成材料は、あらゆる適当な形態として加えられることができる。例えば、金属間化合物形成材料は、比較的純粋な形態で添加されることができる。例えば、ケイ素は比較的純粋なケイ素として加えられ、マンガンは比較的純粋なマンガンとして加えられることができる。さらに、金属間化合物形成材料を含む合金は、金属間化合物形成材料の原料として使用されることができる。例えば、ケイ素含有アルミニウム合金又はマンガン含有アルミニウム合金を添加して、溶融物のケイ素及び／又はマンガン含有量を増加させることができる。一実施形態において、金属間化合物形成材料のマンガンはマンガン母合金（例えば、Ｍｎ＞１０重量％、残部が本質的にアルミニウム）として添加されることができる。

金属間化合物形成材料は、比較的純粋な形態に加えて、スクラップ自体として添加されることができる。例えば、アルミニウム合金スクラップは、少なくとも第１のスクラップ及び第２のスクラップを含むことができる。これに関して、第１のスクラップは、鉄含有金属間化合物粒子の除去を実現するには十分でない金属間化合物形成材料を有するアルミニウム合金であってよい。第２のスクラップは、少なくとも第１のスクラップと組み合わせて、鉄含有金属間化合物粒子の除去を実現するのに十分な金属間形成材料を有するアルミニウム合金スクラップであってよい。さらに、本明細書に記載されるプロセスは、少なくとも第１及び第２のスクラップの添加に限定されない。例えば、第１及び第２のスクラップはアルミニウム合金スクラップを含み、追加の金属間化合物形成材料は、前記少なくとも第１及び第２のスクラップに関して鉄含有金属間化合物粒子を除去及び／又は除去の増加を実現することができる他の形態で添加されることができる。

上記のように、金属間化合物形成材（例えば、ケイ素（Ｓｉ）及び／又はマンガン（Ｍｎ））の十分な量の添加（１３１）により、溶融物の液相線温度とｆｃｃアルミニウムの凝固温度との温度差（本明細書では「精製温度範囲」と言うこともある）の拡大を実現することができる（１３２）。鉄含有金属間化合物粒子は、少なくとも１０℃の精製温度範囲（１３３）で除去されることができる。一実施形態では、精製温度範囲は少なくとも１５℃である。別の実施形態では、精製温度範囲は少なくとも２０℃である。さらに別の実施形態では、精製温度範囲は少なくとも３０℃である。別の実施形態では、精製温度範囲は少なくとも４０℃である。さらに別の実施形態では、精製温度範囲は少なくとも５０℃である。別の実施形態では、精製温度範囲は少なくとも６０℃である。さらに別の実施形態では、精製温度範囲は少なくとも７０℃である。別の実施形態では、精製温度範囲は少なくとも８０℃である。さらに別の実施形態では、精製温度範囲は少なくとも１００℃である。

それらの生成後又は生成中に、鉄含有金属間化合物粒子は、限定するものでないが、濾過又は沈殿及びそれらの組合せ等の適当な方法により除去されることができる（１５０）。例えば、鉄含有金属間化合物粒子の濾過は、耐火性フィルター材料から作られたフィルター等の様々なフィルターを使用して行うことができる。適当な耐火性フィルター材料には、特に限定されないが、アルミナ、シリカ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化カルシウム、グラファイト、炭素等を挙げることができる。幾つかの実施形態において、鉄含有金属間化合物粒子は、少なくとも一種の耐火性フィルター材料を含む濾過材によって除去される。これに関しては、溶融物から鉄含有金属間化合物粒子の除去を促進するために、１つのフィルターの中で複数の耐火性フィルター材料を使用することができる。幾つかの適当な耐火性フィルターは、米国特許第５，１２６，０４７号に記載されている。

本明細書の中で記載するプロセスの結果、凝固したアルミニウム合金（１６０）は、鉄含有量が、アルミニウム合金スクラップ（１６４）の初期の鉄含有量よりも少ない精製アルミニウム合金（１６１）である。１つの態様において、当該プロセスによって得られる精製アルミニウム合金の鉄含有量は、アルミニウム合金スクラップよりも少なくとも１０％少ない。限定するものでない例として、鉄の初期含有量が０．８重量％のアルミニウム合金スクラップは鉄含有量が１０％少なくなるように精製されることができる。この例では、鉄の初期含有量が０．８重量％のアルミニウム合金スクラップは、精製された後の鉄含有量は０．７２重量％（０．８重量％×（１００％－１０％））になる。一実施形態において、精製後の鉄含有量は、鉄の初期含有量よりも１５％少ない。別の実施形態では、精製後の鉄含有量は、鉄の初期含有量よりも２０％少ない。さらに別の実施形態では、精製後の鉄含有量は、鉄の初期含有量よりも２５％少ない。別の実施形態では、精製後の鉄含有量は、鉄の初期含有量よりも３５％少ない。さらに別の実施形態では、精製後の鉄含有量は、鉄の初期含有量よりも４５％少ない。別の実施形態では、精製後の鉄含有量は、鉄の初期含有量よりも６０％少ない。さらに別の実施形態では、精製後の鉄含有量は鉄の初期含有量よりも７５％少ない。別の実施形態では、精製後の鉄含有量は、鉄の初期含有量よりも８５％少ない。

別の態様において、精製されたアルミニウム合金は、鉄（Ｆｅ）含有量が１．８０重量％以下である（１６５）。一実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、鉄（Ｆｅ）含有量が１．５重量％以下である。別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、鉄（Ｆｅ）含有量が１．２重量％以下である。さらに別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、鉄（Ｆｅ）含有量が１．０重量％以下である。別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、鉄（Ｆｅ）含有量が０．８重量％以下である。さらに別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、鉄（Ｆｅ）含有量が０．５重量％以下である。別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、鉄（Ｆｅ）含有量が０．４０重量％以下である。さらに別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、鉄（Ｆｅ）含有量が０．３５重量％以下である。別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、鉄（Ｆｅ）含有量が０．３０重量以下である。さらに別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、鉄（Ｆｅ）含有量が０．２５重量％以下である。別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、鉄（Ｆｅ）含有量が０．２０重量％以下である。さらに別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、鉄（Ｆｅ）含有量が０．１５重量％以下である。別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、鉄（Ｆｅ）含有量が０．１２重量％以下である。さらに別の実施形態において、精製されたアルミニウム合金は、鉄（Ｆｅ）含有量が０．１０重量％以下である。

凝固（１６０）に関しては、精製されたアルミニウム合金（１６１）は、形状鋳造部品として鉄含有量の少ない溶融物から鋳造されることができるし、インゴット／ビレットとして鋳造されることもできる。鋳造されたインゴット又はビレットはまた、後で、形状鋳造で使用するために再溶融されることができる。さらに、鋳造インゴット又はビレットを再溶融され、他の材料と組み合わせて、目的のアルミニウム合金組成物を製造することができる。例えば、所望のアルミニウム合金を製造するために、比較的純粋なアルミニウムを添加されることができるし、及び／又は他の合金化添加物を添加することもできる。鋳造インゴット又はビレットは、熱間加工及び／又は冷間加工により加工されることができる。これらの加工は、例えば、圧延、鍛造、押出、を挙げることができ、その他に、圧縮及び／又は伸長による応力除去を挙げることができる。精製されたアルミニウム合金の形状鋳造は、あらゆる適当な形状鋳造法を含み、これには、例えば、永久鋳型鋳造、高圧ダイ鋳造、砂型鋳造、インベストメント鋳造、スクイーズ鋳造、及び半固体鋳造などがある。

精製されたアルミニウム合金は、Ｓｉ系(Si-based)アルミニウム合金であってよい。例えば、Ｓｉ系アルミニウム合金は、３ｘｘ鋳造アルミニウム合金又は４ｘｘｘ展伸アルミニウム合金を含むことができる。本明細書に記載される精製プロセスの一部として、ケイ素（Ｓｉ）が溶融物に添加されるが、その結果、ケイ素（Ｓｉ）の少なくとも一部が精製されたアルミニウム合金の中に残ってもよい。精製されたアルミニウム合金は、一般的に、少なくとも３．０重量％のケイ素（Ｓｉ）を含んでもよい。一実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、少なくとも４．０重量％のケイ素（Ｓｉ）を含む。別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、少なくとも５．０重量％のケイ素（Ｓｉ）を含む。さらに別の実施形態では、精製アルミニウム合金は、少なくとも６．０重量％のケイ素（Ｓｉ）を含む。別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は少なくとも６．５重量％のケイ素（Ｓｉ）を含む。さらに別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は少なくとも７．０重量％のケイ素（Ｓｉ）を含む。別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、少なくとも７．５重量％のケイ素（Ｓｉ）を含む。さらに別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、少なくとも８．５重量％のケイ素（Ｓｉ）を含む。別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、少なくとも９．０重量％のケイ素（Ｓｉ）を含む。一実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、２３．０重量％以下のケイ素（Ｓｉ）を含む。別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、２０．０重量％以下のケイ素（Ｓｉ）を含む。さらに別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、１５．０重量％のケイ素（Ｓｉ）を含む。

本明細書で使用される「３ｘｘアルミニウム合金」は、主要合金成分としてケイ素（Ｓｉ）を含むアルミニウム鋳造合金を意味し、この合金は、アルミニウム協会“Designations and Chemical Composition Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot (2009)”に記載されており、別名ピンクシート(Pink Sheets)である。

本明細書で使用される「４ｘｘｘアルミニウム合金」は、主要合金成分としてケイ素（Ｓｉ）を含む展伸アルミニウム合金を意味し、アルミニウム協会“International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys (2015)”に記載されており、別名ティールシート(Teal Sheets)である。

一実施形態において、本明細書に記載の精製アルミニウム合金の製造方法は、本出願人に係る米国特許公開第２０１３／０１０５０４５号に開示されたアルミニウム合金と同じアルミニウム合金を製造するために使用される。別の実施形態において、本明細書に記載の精製アルミニウム合金を製造する方法は、本出願人に係る米国特許公開第２０１７／００１６０９２号に開示されたアルミニウム合金と同じアルミニウム合金を製造するために使用される。さらに別の実施形態では、本明細書に記載の精製アルミニウム合金の製造方法は、本出願人に係る国際公開第２０１７／０２７７３４号に開示されたアルミニウム合金と同じアルミニウム合金を製造するために使用される。

精製されたアルミニウム合金は、Ｍｎ系(Mn-based)アルミニウム合金であってよい。例えば、Ｍｎ系アルミニウム合金は、３ｘｘｘ展伸アルミニウム合金を含むことができる。本明細書に記載される精製プロセスの一部として、マンガン（Ｍｎ）が溶融物に添加されるが、その結果、マンガン（Ｍｎ）の少なくとも一部が精製されたアルミニウム合金の中に残ってもよい。精製されたアルミニウム合金は、一般的に、少なくとも０．０５重量％のマンガン（Ｍｎ）を含んでもよい。一実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、少なくとも０．１０重量％のマンガン（Ｍｎ）を含む。別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、少なくとも０．２０重量％のマンガン（Ｍｎ）を含む。さらに別の実施形態では、精製アルミニウム合金は、少なくとも０．３０重量％のマンガン（Ｍｎ）を含む。別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は少なくとも０．４０重量％のマンガン（Ｍｎ）を含む。さらに別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は少なくとも７．０重量％のマンガン（Ｍｎ）を含む。一実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、１．８重量％以下のマンガン（Ｍｎ）を含む。別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、１．５重量％以下のマンガン（Ｍｎ）を含む。さらに別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、１．２重量％のマンガン（Ｍｎ）を含む。別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、０．９重量％以下のマンガン（Ｍｎ）を含む。さらに別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、０．８重量％のマンガン（Ｍｎ）を含む。別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、０．７重量％以下のマンガン（Ｍｎ）を含む。さらに別の実施形態では、精製されたアルミニウム合金は、０．４重量％のマンガン（Ｍｎ）を含む。

本明細書で使用される「３ｘｘｘアルミニウム合金」は、主要合金成分としてマンガン（Ｍｎ）を含む展伸アルミニウム合金を意味し、アルミニウム協会“International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys (2015)”に記載されており、別名ティールシート(Teal Sheets）である。

また、本明細書で使用される「３ｘｘｘアルミニウム合金」又は「４ｘｘｘアルミニウム合金」という用語は、組成のみを指し、いかなる処理にも関係しない。すなわち、本明細書で使用される３ｘｘｘアルミニウム合金又は４ｘｘｘアルミニウム合金は、展伸製品である必要はなく、３ｘｘｘ又は４ｘｘｘアルミニウム合金の組成を有する合金とみなされる。

適当なアルミニウム合金製品の生産を促進するために、他の合金化添加物を溶融物に加えることもできる。例えば、（ａ）鉄含有金属間化合物粒子を除去する前に溶融物に加えたり、及び／又は（ｂ）鉄含有金属間化合物粒子を除去した後に溶融物に加えることができる。或いはまた、他の合金化添加物は、例えば、形状鋳造の前、又はインゴット／ビレットとして鋳造する前に、（ｃ）精製されたアルミニウム合金の再溶融の間、又は（ｄ）精製されたアルミニウム合金の再溶融の後に加えられることができる。また、精製されたアルミニウム合金の物理的特性（例えば、引張特性、靭性、耐食性、その他）を調整するために、合金化添加物を加えることができる。

本明細書で使用される「他の合金化添加物」又は「合金化添加物(alloying additions)」は、アルミニウム、ケイ素、鉄、及びマンガン以外の元素を意味し、例えば、予め選択された目標組成物、最終的には、予め選択された凝固合金製品を製造するために、意図的に溶融物に添加されることができる。また、他の合金化添加物は、予め選択された目標組成物について所望の物理的特性の実現を促進するために加えられることができる。他の合金化添加物は、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、チタン（Ｔｉ）、スズ（Ｓｎ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等を含む。一実施形態では、合金化添加物は、銅（Ｃｕ）又はマグネシウム（Ｍｇ）の少なくとも一種を含む。

構成部品(components)は、精製されたアルミニウム合金から製造されることができる。例えば、構成部品は、精製されたアルミニウム合金を用いて形状鋳造されることができる。精製アルミニウム合金から作られた構成部品は、例えば、自動車、航空機、産業又は商業輸送用途等のあらゆる適当な用途において使用されることができる。一実施形態では、精製されたアルミニウム合金部品は、自動車部品（例えば、ボディインホワイト（ＢＩＷ）部品、サスペンション部品）である。一実施形態では、精製されたアルミニウム合金部品は自動車の中に含まれる。一実施形態では、精製アルミニウム合金部品は航空機部品である。一実施形態では、精製されたアルミニウム合金部品は航空機の中に含まれる。一実施形態では、精製アルミニウム合金部品は工業用部品である。一実施形態では、精製アルミニウム合金部品は、商業輸送用部品である。一実施形態において、精製されたアルミニウム合金成分は、商業輸送用車両の中に含まれる。

調整された金属間化合物形成材料添加物を、必要に応じて他の合金化添加物と共に使用することにより、アルミニウム合金スクラップから、予め定められた低Ｆｅアルミニウム合金の生産が容易になる。一実施形態において、図１ｃを参照すると、本明細書に記載の方法を使用して生産するために、標的とする精製アルミニウム合金組成物が、予め選択される（２１０）。ここで、予め選択された目標組成物は、３ｘｘ鋳造アルミニウム合金、又は３ｘｘｘ又は４ｘｘｘ展伸アルミニウム合金の何れかである。予め選択されたステップ及びアルミニウム合金スクラップの組成に基づいて、特定量の金属間化合物形成材料がアルミニウム合金スクラップに添加されることができる（２２０）。アルミニウム合金スクラップの組成は、特定量の金属間形成材料及び／又は他の合金化添加物を加える前に決定することができる（２２１）。このようにして、特定量の金属間形成材料が、鉄含有金属間化合物粒子の除去を実現するのに十分になり得る（２２５）。追加することができる金属間化合物の特定量は、あらゆる適当な方法を用いて選択されることができる。これについて、金属間化合物形成材料の追加は、実験結果に基づいて選択されることができるし、又は、リサイクリングシミュレーション（例えば、モデリング）に基づいて選択されることができる。例えば、鉄含有金属間化合物粒子の除去を実現するのに十分な金属間化合物の適当量を計算するのに、シミュレーションのデータベースを使用することができる。鉄含有金属間化合物粒子を除去（２２５）した後、本明細書に記載された方法及び／又は他の合金化添加物（２２２）を用いて、予め選択された目標組成を有する精製アルミニウム合金を製造することができる。目標組成物は、ある組成範囲を有するものと解されるべきである。

図１ａは、精製されたアルミニウム合金を製造する一実施形態である。

図ｌｂは、金属間形成材料としてケイ素（Ｓｉ）及び／又はマンガン（Ｍｎ）を使用して精製アルミニウム合金を製造する一実施形態である。

図１ｃは、予め選択された目標の組成を有する精製アルミニウム合金を製造する一実施形態である。

図２ａは、ＭＩＣ６（登録商標）の鋳放し合金を３００倍で撮影した顕微鏡写真である。

図２ｂは、ＭＩＣ６の鋳放し合金を３０００倍で撮影した顕微鏡写真である。

図３ａは、実施例１のＭＩＣ６合金について、Ｐａｎｄａｔ（登録商標）により、固相率(solid fraction)０～１に対する凝固経路を作成した図である。

図３ｂは、実施例１のＭＩＣ６合金について、Ｐａｎｄａｔにより、固相率０～０．２に対する凝固経路を作成した図である。

図４ａは、実施例１のＭＩＣ６合金、合金１及び合金２について、Ｐａｎｄａｔにより、固相率０～１に対する凝固経路を作成した図である。

図４ｂは、実施例１のＭＩＣ６合金、合金１及び合金２について、Ｐａｎｄａｔにより、固相率０～０．２に対する凝固経路を作成した図である。

図５は、Ｐａｎｄａｔにより、固相率０～１に対して作成した凝固経路図及び液体アルミニウム中の液体アルミニウム、Ｍｎ及びＦｅの組成をプロットした図である。

図６ａは、リサイクリングシミュレーションにおいて、可能な限り少ない鉄含有量に対する金属間化合物形成材料Ｓｉ及びＭｎの添加効果を示すコンター図(contour plots)である。

図６ｂは、リサイクリングシミュレーションにおいて、精製温度範囲に対する金属間化合物形成材料Ｓｉ及びＭｎの添加効果を示すコンター図である。

図６ｃは、リサイクリングシミュレーションにおいて、可能な限り少ない鉄含有量に対する合金化添加物Ｃｕ及びＭｇの添加効果を示すコンター図である。

図６ｄは、リサイクリングシミュレーションにおいて、精製温度範囲に対する合金化添加物Ｃｕ及びＭｇの添加効果を示すコンター図である。

図７は、実施例３のリサイクリングシミュレーションのデータ表であり、固相率、液体アルミニウム組成、及び析出相を示す。

図８は、実施例４のリサイクリングシミュレーションのデータ表であり、固相率、液体アルミニウム組成、及び析出相を示す。

図９は、実施例５のリサイクリングシミュレーションのデータ表であり、固相率、液体アルミニウム組成、及び析出相を示す。

図１０は、実施例６のリサイクリングシミュレーションのデータ表であり、固相率、液体アルミニウム組成、及び析出相を示す。

図１１は、実施例７のリサイクリングシミュレーションのデータ表であり、固相率、液体アルミニウム組成、及び析出相を示す。

＜実施例１＞
ＭＩＣ６のリサイクル可能なアルミニウム合金をインゴットとして鋳造した。表１ａは、アルミニウム合金ＭＩＣ６の典型的な組成を示す。
鋳放しアルミニウム合金の写真を撮影した。３００倍の顕微鏡写真を図２ａに示し、３０００倍の顕微鏡写真を図２ｂに示す。図示のように、アルミニウム合金の鋳放し顕微鏡写真は、金属間化合物相を含む。金属間化合物相は漢字のような構造を示し、ＳＥＭ－ＥＤＸ分析により、Ａｌ_１５（Ｆｅ：Ｍｎ）_３Ｓｉ_２が特定された。金属間化合物相の組成の確認は、Ｐａｎｄａｔを用いて表１の組成の相図を構築し、凝固経路を分析することにより行なった。図３ａ－３ｂは、Ｐａｎｄａｔによって構築された相図であり、凝固経路を示している。図３ｂに示されるように、僅かに２．５℃の精製温度範囲が存在するが、この精製温度範囲では、固体の金属間化合物Ａｌ_１５（Ｆｅ：Ｍｎ）_３Ｓｉ_２は固体アルミニウムを含まない。原理上は、金属間化合物Ａｌ_１５（Ｆｅ：Ｍｎ）_３Ｓｉ_２粒子は、２．５℃の温度範囲内で液相から（例えば、濾過により）分離されることができる。しかしながら、実際には、温度範囲（２．５℃）は小さすぎて、有意な分離を達成することができない。

ＭＩＣ６合金に金属間化合物のケイ素とマンガンを添加すると、凝固経路が変更される。表１ｂ及び図４ａ－４ｂに示されるように、マンガン（「合金１」）及びケイ素とマンガンの組合せ（「合金２」）を追加すると、精製温度範囲（ΔΤ）及び金属間化合物Ａｌ_１５（Ｆｅ：Ｍｎ）_３Ｓｉ_２の固相率が増加する。

バルクアルミニウム中の固相率、鉄成分及びマンガン成分と、合金２の相変化温度を図５に示す。図示されるように、金属間化合物Ａｌ_１５（Ｆｅ：Ｍｎ）_３Ｓｉ_２は、約６９０℃で生成し始める。５９２℃で、固体アルミニウム（ｆｃｃ）は、金属間化合物相及び液相と平衡状態になる。このように、５９２℃から６９０℃まで、約９７℃の温度範囲があり、ここで、Ａｌ_１５（Ｆｅ：Ｍｎ）_３Ｓｉ_２は固体アルミニウムの無い液体アルミニウム相から分離されることができる。約９７℃のこの精製温度範囲は、金属間化合物粒子をバルク液体アルミニウムから分離するのに十分である。一実施態様では、金属間化合物粒子をバルク液体アルミニウムから分離するための精製温度範囲は少なくとも１０℃である。

図５に示されるように、金属間化合物形成材を加えて、金属間化合物Ａｌ_１５（Ｆｅ：Ｍｎ）_３Ｓｉ_２を除去することにより、バルクアルミニウム中の鉄を減少させることができる。図示されるように、アルミニウム中の鉄濃度は、ｆｃｃアルミニウムの凝固温度（５９２℃）で０．５３重量％から約０．０５重量％に減少する。しかしながら、固体アルミニウムを除去せずにバルクアルミニウム中の鉄を０．０５重量％減少させることはおそらく可能でない。一実施態様では、金属間化合物粒子は、アルミニウムの凝固温度より高い温度（例えば、１０～２０℃高い温度）で、（例えば、濾過により）除去され、固体アルミニウムの除去を回避することができる。

＜実施例２＞
金属間化合物形成材を添加し、鉄含有金属間化合物粒子を除去することによるアルミニウム合金の精製は、様々なアルミニウム合金で実行することができる。これにより、他の一般的なアルミニウム合金組成物のリサイクルプロセスモデルが構築される。熱力学シミュレーションソフトウェアであるＰａｎｄａｔとアルミニウム熱力学データベースであるＰａｎＡｌｕｍｉｎｕｍ（登録商標）とを使用して、プロセスモデルを構築した。なお、以下に詳細に説明するように、金属間化合物形成材は、アルミニウム合金組成物毎に選択した。金属間化合物形成材とアルミニウム合金との混合物は、プロセスシミュレーションに全組成を提供する。Ｐａｎｄａｔは全組成を利用して、混合物について、鉄の最少濃度と、それに対応する精製温度範囲（ΔＴ）が決定される。

金属間化合物形成材は、リサイクリングプロセス毎に選択した。金属間化合物形成材は、Ｊａｖａコンピュータスクリプトにより、シミュレーションデータベースの中で、金属間化合物形成材の量が良好な分離結果を実現する組成と一致する質量を選択した。この実施態様では、金属間化合物形成材の質量の選択は、ΔＴを最大にし、鉄濃度を最小にすることに基づいている。シミュレーションのデータベースは、１１，５２０のシミュレーションを含んでおり、これらのシミュレーションは、次の表２に示される元素及び組成の各組合せを用いて行なわれた。

次に、１１，５２０のシミュレーションを使用して、コンター図を作成した。Ｃｕ２．２５重量％、Ｍｇ０．７重量％、Ｚｎ０．５重量％を含むアルミニウム合金について、金属間化合物形成材であるＭｎ及びＳｉの鉄濃度及び精製温度範囲に対する効果を示すコンター図を図６ａ及び図６ｂに示す。図に示されるように、ＳｉとＭｎの含有量が増えると、鉄濃度が減少し、精製温度範囲が増加する。図示のＳｉ及びＭｎの含有量範囲及び前記アルミニウム合金組成の場合、鉄濃度は０．１０～約０．７０重量％変動し、精製温度範囲は２０℃から約１００℃まで変動する。Ｍｎ２．０重量％、Ｓｉ１０．０重量％、Ｚｎ０．５重量％を含むアルミニウム合金について、金属間化合物形成材であるＣｕ及びＭｇの鉄濃度及び精製温度範囲に対する効果を示すコンター図を図６ｃ及び図６ｄに示す。図に示されるように、ＣｕとＭｇの含有量が増えると、鉄濃度が減少し、精製温度範囲が増加する。図示のＣｕ及びＭｇの含有量範囲及び前記アルミニウム合金組成の場合、鉄濃度は０．１１～約０．１４重量％変動し、精製温度範囲は９４℃から約１０４℃まで変動する。

＜実施例３＞
表３ｂに示される組成を有する合金（「合金３」）について、実施例２のシミュレーション手順を使用してシミュレーションを行なった。金属間化合物形成材のマンガンとケイ素について、マンガンを（１）マンガン母合金（８５重量％Ａｌ及び１５重量％Ｍｎ）として添加し、ケイ素を（２）純ケイ素として添加した。シミュレーションでは、６００．２℃の温度で、可能な限り少ない鉄含有量約０．１０重量％となり、精製温度範囲は約７７℃である。シミュレーション結果では、Ｆｅ含有量０．１３～０．１７重量％の最終合金組成物は、濾過をアルミニウムの凝固温度よりも約１０～２０℃高い温度で行ない、金属間化合物相を除去することにより実現される。合金３及び金属間化合物の質量を表３ａに示す。合金３の組成、溶融物の組成（合金３及び金属間化合物形成材全体の組成）、及び精製後の最終溶融物の組成を表３ｂに示す。リサイクリングシミュレーションの完全なデータは図７に示されている。

＜実施例４＞
表４ｂに示される組成を有する２つの合金（「合金４ａ」及び「合金４ｂ」）の混合物について、実施例２のシミュレーション手順を使用してシミュレーションを行なった。合金４ａは、代表的な６０６１アルミニウム合金である。金属間化合物形成材のマンガンとケイ素について、マンガンを（１）マンガン母合金（８５重量％Ａｌ及び１５重量％Ｍｎ）として添加し、ケイ素を（２）純ケイ素として添加した。純銅が添加され、合金中の銅含有量は約１．０重量％に上昇した。シミュレーションでは、５９４．９℃の温度で、可能な限り少ない鉄含有量約０．０８重量％となり、精製温度範囲は約１０５℃である。シミュレーション結果では、Ｆｅ含有量０．１１～０．１４重量％の最終合金組成物は、濾過をアルミニウムの凝固温度よりも約１０～２０℃高い温度で行ない、金属間化合物相を除去することにより実現される。合金４ａ、合金４ｂ、Ｍｎ母合金、純Ｓｉ及び純Ｃｕの質量を表４ａに示す。合金４ａ、合金４ｂの組成、溶融物の組成（合金４ａ、合金４ｂ、Ｍｎ母合金、純Ｓｉ及び純Ｃｕ全体の組成）、及び精製後の最終溶融物の組成を表４ｂに示す。リサイクリングシミュレーションのより完全なデータは図８に示されている。

＜実施例５＞
表５ｂに示される組成を有する２つの合金（「合金５ａ」及び「合金５ｂ」）の混合物について、実施例２のシミュレーション手順を使用してシミュレーションを行なった。金属間化合物形成材のマンガンとケイ素について、マンガンを（１）マンガン母合金（８５重量％Ａｌ及び１５重量％Ｍｎ）として添加し、ケイ素を（２）純ケイ素として添加した。シミュレーションでは、５９２．７℃の温度で、可能な限り少ない鉄含有量約０．０８重量％となり、精製温度範囲は約８４℃である。シミュレーション結果では、Ｆｅ含有量０．１０～０．１３重量％の最終合金組成物は、濾過をアルミニウム凝固温度よりも約１０～２０℃高い温度で行ない、金属間化合物相を除去することにより実現される。合金５ａ、合金５ｂ、Ｍｎ母合金及び純Ｓｉの質量を表５ａに示す。合金５ａ、合金５ｂの組成、溶融物の組成（合金５ａ、合金５ｂ、Ｍｎ母合金及び純Ｓｉ全体の組成）、及び精製後の最終溶融物の組成を表５ｂに示す。リサイクリングシミュレーションのより完全なデータは図９に示されている。

＜実施例６＞
表６ｂに示される組成を有する２つの合金（「合金６ａ」及び「合金６ｂ」）の混合物について、実施例２のシミュレーション手順を使用してシミュレーションを行なった。金属間化合物形成材のケイ素を純ケイ素として添加した。シミュレーションでは、５９７．９℃の温度で、可能な限り少ない鉄含有量約０．１０重量％となり、精製温度範囲は約６７℃である。シミュレーション結果では、Ｆｅ含有量０．１２～０．１６重量％の最終合金組成物は、濾過をアルミニウム凝固温度よりも約１０～２０℃高い温度で行ない、金属間化合物相を除去することにより実現される。合金６ａ、合金６ｂ及び純Ｓｉの質量を表６ａに示す。合金６ａ、合金６ｂの組成、溶融物の組成（合金６ａ、合金６ｂ及び純Ｓｉ全体の組成）、及び精製後の最終溶融物の組成を表６ｂに示す。リサイクリングシミュレーションのより完全なデータは図１０に示されている。

＜実施例７＞
表７ｂに示される組成を有する合金（「合金７」）について、実施例２のシミュレーション手順を使用してシミュレーションを行なった。金属間化合物形成材のケイ素を純ケイ素として添加した。純銅が加えられ、合金中の銅含有量は約１．９重量％に上昇した。シミュレーションでは、約５９５．１℃の温度で、可能な限り少ない鉄含有量約０．０９重量％となり、精製温度範囲は約１００℃である。シミュレーション結果では、Ｆｅ含有量０．１２～０．１５重量％の最終合金組成物は、濾過をアルミニウム凝固温度よりも約１０～２０℃高い温度で行ない、金属間化合物相を除去することにより実現される。合金７、Ｍｎ母合金及び純Ｓｉの質量を表７ａに示す。合金７の組成、溶融物の組成（合金７，純ケイ素及び純銅全体の組成）、及び精製後の最終溶融物の組成を表７ｂに示す。リサイクリングシミュレーションの完全なデータは図１１に示されている。

Claims

（ａ）少なくとも０．２０重量％の鉄（Ｆｅ）を鉄の初期含有量として含むアルミニウム合金スクラップを溶融するステップであって、このステップにより溶融物を生成する、溶融するステップと、
（ｂ）前記溶融物に、過剰のケイ素（Ｓｉ）を添加するステップであって、前記過剰のケイ素が、（ｉ）前記溶融物中に鉄含有金属間化合物粒子を生成することと、（ｉｉ）前記溶融物からＳｉ系アルミニウム合金を生成すること、の両方の生成を行うのに十分な量のケイ素である、過剰のケイ素を添加するステップと、
（ｃ）前記溶融物中に鉄含有金属間化合物粒子を生成するステップであって、第１の量のケイ素が前記溶融物の鉄と反応して前記鉄含有金属間化合物粒子を形成し、第２の量のケイ素が前記溶融物中に未反応の形態で残存し、前記第２の量のケイ素は、前記添加するステップ（ｂ）で使用される前記過剰のケイ素のうち、前記溶融物からＳｉ系アルミニウム合金を生成するのに必要な量に対応する、鉄含有金属間化合物粒子を生成するステップと、
（ｄ）前記溶融物から前記鉄含有金属間化合物粒子の少なくとも一部を除去するステップであって、このステップにより、前記第２の量のケイ素を含む、鉄含有量の少ない溶融物を生成する、除去するステップと、
（ｅ）前記鉄含有量の少ない溶融物を凝固させるステップであって、このステップにより前記第２の量のケイ素を有する前記Ｓｉ系アルミニウム合金を生成する、凝固させるステップと、を含む方法であって、ここで、前記Ｓｉ系アルミニウム合金は精製された鉄を含み、前記精製された鉄の含有量は、鉄の初期含有量よりも少なく、かつ、０．５重量％以下であり、前記Ｓｉ系アルミニウム合金はアルミニウム以外の主な合金成分としてケイ素を含む、方法。
添加するステップ（ｂ）は、前記溶融物にマンガンを添加することをさらに含む、請求項１の方法。
前記精製されたアルミニウム合金は、３ｘｘアルミニウム鋳造合金又は４ｘｘｘ展伸アルミニウム合金のうちの１つである、請求項１の方法。
前記精製されたアルミニウム合金は、０．３５重量％以下の鉄（Ｆｅ）を含む、請求項１の方法。
前記精製されたアルミニウム合金は、０．２０重量％以下の鉄（Ｆｅ）を含む、請求項１の方法。
前記精製されたアルミニウム合金は、０．１５重量％以下の鉄（Ｆｅ）を含む、請求項１の方法。
生成するステップ（ｃ）は、
（ｉ）前記溶融物を第１の温度から第２の温度に冷却することを含み、これにより、前記鉄含有金属間化合物粒子を生成する、請求項１の方法。
前記第２の温度又は前記第２の温度より低い温度で、除去するステップ（ｄ）を完了させることを含む、請求項７の方法。
除去するステップ（ｄ）は、前記溶融物を濾過すること及び前記溶融物を沈殿することのうちの少なくとも１つを含む、請求項８の方法。
除去するステップ（ｄ）は、耐熱性フィルター材料を用いて濾過することを含む、請求項９の方法。
前記第２の温度は、ｆｃｃアルミニウムの凝固温度よりも少なくとも１０℃高い、請求項８の方法。
凝固させるステップ（ｅ）は、前記溶融物を、前記第２の温度から、前記鉄含有量の少ない溶融物の固相線温度より低い温度まで冷却することを含む、請求項１１の方法。
前記第１の温度は液相線温度であり、前記液相線温度は、前記第２の温度よりも少なくとも１０℃高い、請求項１２の方法。
除去するステップ（ｄ）の後、凝固させるステップ（ｅ）の前に、前記鉄含有量の少ない溶融物に合金化添加物を添加するステップを含み、
前記合金化添加物は、クロム、ニッケル、亜鉛、チタン、錫、ストロンチウム、銅、マグネシウム、及びそれらの組合せからなる群から選択され、
凝固させるステップ（ｅ）の後、前記Ｓｉ系アルミニウム合金は前記合金化添加物を含む、請求項１の方法。
除去するステップ（ｄ）の後、凝固させるステップ（ｅ）の前に、前記鉄含有量の少ない溶融物に合金化添加物を添加するステップを含み、前記合金化添加物は、銅（Ｃｕ）及びマグネシウム（Ｍｇ）のうちの少なくとも１つを含み、
凝固させるステップ（ｅ）の後、前記Ｓｉ系アルミニウム合金は前記合金化添加物を含む、請求項１の方法。
前記精製された鉄の含有量は、前記鉄の初期含有量より少なくとも１０％少ない、請求項１の方法。
前記精製された鉄の含有量は、前記鉄の初期含有量より少なくとも２５％少ない、請求項１の方法。
前記精製された鉄の含有量は、前記鉄の初期含有量より少なくとも６０％少ない、請求項１の方法。
前記Ｓｉ系アルミニウム合金は、３．０～２３．０重量％のＳｉを含む、請求項１の方法。
前記Ｓｉ系アルミニウム合金は、少なくとも４．０重量％のＳｉを含む、請求項１９の方法。
前記Ｓｉ系アルミニウム合金は、少なくとも５．０重量％のＳｉを含む、請求項１９の方法。
前記Ｓｉ系アルミニウム合金は、少なくとも６．０重量％のＳｉを含む、請求項１９の方法。
前記Ｓｉ系アルミニウム合金は、少なくとも７．０重量％のＳｉを含む、請求項１９の方法。
前記Ｓｉ系アルミニウム合金は、２０．０重量％以下のＳｉを含む、請求項２３の方法。
前記Ｓｉ系アルミニウム合金は、１５．０重量％以下のＳｉを含む、請求項２４の方法。