JP3568568B2

JP3568568B2 - 自動車用アルミニウム合金製品屑のリサイクル法

Info

Publication number: JP3568568B2
Application number: JP317994A
Authority: JP
Inventors: 晋拓安永; 登林; 研治大隅
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Priority date: 1994-01-17
Filing date: 1994-01-17
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2019-09-22
Also published as: WO1995019454A1; JPH07207354A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動車用アルミニウム合金製品屑のリサイクル法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム合金は、軽量、ファッション性、加工性などに優れ、運輸、建設、食品分野などに多用されている。この内、運輸分野においては、省資源、省エネルギの観点より自動車の軽量化が進行している。すなわち、自動車に用いられる部品、車体などをアルミニウム合金で構成し、従来の鉄系材料と比較して軽量化するのである。
【０００３】
ここで、各部品を見ると、エンジンなどは、既にアルミ化されており、今後のアルミ化の対象は車体関係（外板、骨格他）である。これら車体に用いられるアルミニウム合金は、美観、耐食性などの向上のため、一般には塗装されて使用される。すなわち、アルミニウム合金板の表面に下地処理を施しその上に、塗料を塗装する方式が一般的である。
【０００４】
しかし、これらアルミニウム合金が用いられた自動車車体は、耐用年数、その他の理由により廃車され、スクラップとなる。アルミニウム合金製品は、鉄製品と比較し、そのスクラップ価値が高く、省資源、省エネルギの観点よりリサイクルし、付加価値の高い用途例えば元の自動車用アルミニウム合金製品などに戻すことが望ましい。
【０００５】
現在、アルミニウム合金製品を主として車体に用いた自動車は、開発、実用化されつつある段階のため、実際にアルミニウム合金を車体に用いた自動車のリサイクルは開始されていない。
【０００６】
しかし、現在多用されているアルミニウム合金製品に本件自動車用アルミニウム合金製品と類似し、かつ、そのリサイクルにおける課題も類似した製品としてアルミニウム飲料缶とそのリサイクルが挙げられる。
【０００７】
すなわち、アルミニウム合金製の車体と、アルミニウム飲料缶の製品としての類似点としては、少なくとも次の各項目が挙げられる。
１．アルミニウム合金に下地処理した後、塗料を用い塗装している。
２．リサイクルにおいては、共に薄物製品であるとともに、塗料の存在が種々の弊害（例えば排ガスによる公害、溶解歩留りの低下、溶湯成分不良など）をもたらす。
３．例えばボンネットにおいては、表と裏材、アルミニウム飲料缶においては、エンドとボディ材が一般に異種金属あるいは異種合金のため、リサイクル後の対象品種と製品に制限が存在する。等々である。
【０００８】
次に、アルミニウム合金製の車体とアルミニウム飲料缶との差異点としては、少なくとも次の各項目が挙げられる。
１．その使用条件のため自動車アルミニウム合金製品の塗装は、アルミニウム飲料缶の場合の約３〜５倍厚みであり、塗料使用割合が多い（アルミニウム合金の重量に対する塗料重量の割合がアルミニウム飲料缶の場合約２〜３％、自動車・車体、例えばボンネットの場合約１０％）とともに、強固である。
２．自動車用アルミニウム合金は強度、じん性などが要求されるためＪＩＳ６０００系アルミニウム合金（以下アルミニウム合金を省略して示す）およびＪＩＳ５０００系が主体であるが、アルミニウム飲料缶はＪＩＳ３０００系およびＪＩＳ５０００系で構成されている。
【０００９】
次に、公知となっているアルミニウム飲料缶のリサイクルと、本発明が対象とする自動車用アルミニウム合金製品、特に車体関係、のリサイクルの比較により、自動車用アルミニウム合金製品のリサイクルにおける問題点を抽出する。
【００１０】
アルミニウム飲料缶のリサイクルにおいてはエンド材とホディ材（ＪＩＳ５０８２、ＪＩＳ３００４）を同時に溶解すると、Ｍｇが蒸発、低減しホディ材（ＪＩＳ３００４）の組成となる事が分かっている。ここで使用済みアルミニウム飲料缶を溶解した場合、少なくとも次の問題が生じる。
（１）塗料燃焼により排ガスが発生する。
（２）塗料燃焼により発生した熱により、溶湯温度が上昇し、溶湯酸化が促進されメタルロスが増大、すなわち、溶解歩留りが低減する。
（３）塗料に含有される顔料等の添加物が溶湯中に混入し、溶湯中の不純物元素濃度が増大し成分不良となる。主たるものは顔料中のＴｉＯ_２によるＴｉ成分不良である。
これらは全て塗料に起因する問題であり、自動車用アルミニウム合金製品にも共通した問題である。この解決策としては、使用済みアルミニウム飲料缶の場合は溶解に先立ち原料前処理として、これら塗料を除去する方法が用いられている。すなわち、アルミニウム飲料缶のリサイクル流れは次のようになる。
アルミニウム飲料缶 →使用 →使用済みアルミニウム飲料缶 →回収 →原料前処理・塗料除去 →溶解 →精錬 →鋳造 →熱間加工 →冷間加工 →熱処理 →表面処理 →加工 →（アルミニウム飲料缶に戻るサイクルとなる）
【００１１】
ここで塗料除去法としては次の３種類に分類できる。
（１）熱的方法
３００〜４００℃付近まで、使用済みアルミニウム飲料缶を加熱し、塗料を加熱、燃焼させる方法（アルコア社他）である。しかし、この方法では、塗料中の高分子有機物は、燃焼により消滅するが、顔料例えばＴｉＯ_２などは、そのまま焼残り残渣中に残存し、アルミニウム缶の表面に付着したままとなる。この傾向は、自動車用アルミニウム合金でも同様である。
【００１２】
（２）機械的方法（特願昭６３−３０９６４１号参照）
鉄ボールなどを塗装面に高速で投射し、使用済みアルミニウム飲料缶の塗料をその衝撃力および摩擦力により除去するものである。しかし、この方法では、ショット処理に長時間かかるとともに使用済みアルミニウム飲料缶の見かけ上の表面積を増加させる必要があり、本例では「１０〜６０ｍｍの小片」にあらかじめ切断している。しかし、自動車用車体をこれほど小さく切断することは加工コスト面より不利である。
【００１３】
（３）化学的方法（特開平３−２９０４７５号公報参照）
塩化メチレンを主体とした溶液を用い、膨潤剥離法にて塗料膜を除去する方法である。しかし、この方法は、直接塗料膜の厚い自動車用アルミニウム合金に用いた場合、詳細を後述するようにその効果に問題がある。
【００１４】
なお、アルミニウム飲料缶以外の塗装されたアルミニウム合金製品の例としては、他にアルミサッシがあり、このリサイクルも上述と同様の理由により、原料前処理を用いる方法が公知となっている。（特開平４−１４３２３０号公報参照）
【００１５】
すなわち、自動車用アルミニウム合金のリサイクルにおいては、これらアルミニウム飲料缶およびサッシ屑と同様、溶湯品質の保証、溶解歩留りの向上、公害防止などの面より塗料の除去が重要と推定される。
【００１６】
次に塗料が関与しない問題として、アルミニウム飲料缶のリサイクルにおいてはスチール缶の混入がある。混入したスチール缶は、現在原料前処理として人手、磁選により分離されているが、その効果はいまだ改善の余地がある。
【００１７】
他方、本発明が対象とする自動車用アルミニウム合金製品では、これらを固定するなどの目的のため、鉄または鉄合金部品（ボルト、ナット、ワッシャ、あて板、他）が用いられている。この存在状態はアルミニウム飲料缶が独立した混入に対しアルミニウム製品に固定もしくは、半固定状態であることが相異点である。このため、アルミニウム飲料缶のごとく容易に人手、磁選が不可能である。しかし、自動車用アルミニウム合金製品においてもＦｅの不良は製品高度、耐食性などの低下をまねくため、アルミニウム飲料缶のリサイクルと同様に、溶湯中のＦｅ不純物増加を防止する必要がある。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
１．自動車用アルミニウム合金製品、特に表面処理された車体用途のアルミニウム合金のリサイクル技術、特に溶解に先立つ原料前処理における塗料の除去法を確立すること。
２．自動車用アルミニウム合金製品と共存して用いられている鉄および鉄合金製品の溶解における溶湯汚染の防止策を確立すること。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明に係わる自動車用アルミニウム合金製品屑のリサイクル法は、自動車用アルミニウム合金製品屑を少なくとも塗料除去した後、溶解原料の一部、もしくは全部として用い、大気溶解し、この溶湯の一部もしくは全部を用い自動車用アルミニウム合金製品に戻すものである。
【００２０】
そして、上記自動車用アルミニウム合金製品屑のリサイクル法において塗料除去および鉄分混入防止方法としては下記方法が好ましく使用される。
１．塗料除去
（１）焙焼および機械的除去法の併用により塗料を除去する。
（２）塩化メチレンを主体とする溶液を用い膨潤剥離法により塗料を除去する。
２．Ｆｅ混入防止
鉄および鉄合金製品の表面をアルミニウム合金溶湯と反応性の小さい表面処理層によりカバーする方法。
【００２１】
【作用】
以下、本発明の作用並びに構成について溶解試験例を基に説明する。
１．自動車用アルミニウム合金製品リサイクルの一具体例としてＪＩＳ６０００系合金板に下地処理し、そののち塗装したボンネット材を用い溶解試験を行った。ただし原料はボンネット材１００％配合とし、誘導炉にて大気溶解した。
（１）リサイクル可能な合金系
ＪＩＳ６０００系合金ボンネット材はＪＩＳ６０００系合金にリサイクル可能である。
【００２２】
（２）溶湯品質
少なくともＰｂ：２００ｐｐｍ〜５０ｐｐｍ、Ｓｎ：約２０ｐｐｍ、Ｚｎ：約４２０ｐｐｍ検出された。ＰｂおよびＳｎが検出された原因は塗料に含まれているためであり、ＰｂやＳｎは、アルミニウム合金中に固溶限を持たないため、単独で存在し、圧延加工工程などで融点以上に加熱されると溶融し、強度低下を招き、加工不良（われ等）の原因となる。このため通常、Ｐｂは５０ｐｐｍ以下望ましくは１０ｐｐｍ以下としたい。またＳｎは１５ｐｐｍ以下望ましくは１０ｐｐｍ以下としたい。一方、Ｚｎが検出された原因は、下地処理としてりん酸亜鉛処理を施しているためであり、Ｚｎを多く含有すると時効析出が不安定となり、また製品の表面色調が低下する。このため通常Ｚｎは２００ｐｐｍ以下望ましくは１００ｐｐｍ以下としたい。なお、アルミニウム飲料缶で認められたＴｉ不良は、溶湯分析によると自動車用材料ではもはや問題とならない。
【００２３】
（３）排ガス
塗装されたボンネット材の溶解時に黒色発煙を生じ作業環境面より望ましくない。かつ、アルミニウム飲料缶より、多量の塗料が共存、燃焼するため対策を要する。
【００２４】
（４）溶解歩留り
溶解歩留りは約８５％であり、より向上が望ましい。なお比較材として用いた同種、同形状のボンネット素材（アルミニウム合金板のまま、塗料無、下地処理無）では、溶解歩留りは約９７％と良好であり塗料の影響が類推される。
【００２５】
２．塗料除去の効果
（１）焙焼法による塗料除去の場合
上述ボンネット材を３００〜４００℃にて加熱、保持し焙焼処理した。この材料を原料とし、溶解した所、あらかじめ焙焼処理にて塗料が熱分解しているため排ガス量は極めて低減し、作業環境上の問題は解消した。また溶解歩留りも上述の無処理のアルミニウム合金板並みとなり問題は解消した。しかし、溶解中のＰｂ、Ｓｎ、Ｚｎ量は、上述した量とほぼ同量が検出された。これは、塗料またはりん酸亜鉛処理膜中に含まれたＰｂＯ等の酸化物が塗料およびりん酸亜鉛処理膜中のベース材である高分子分などが燃焼消失してもそのままアルミニウム合金板の表面に付着、残留したためと考えられる。ゆえにＰｂ等の成分不良の防止には、単に塗料を焙焼するのみでは否で焙焼残渣を機械的にアルミニウム合金板の表面より、かきとり等により除去する必要がある。すなわち、自動車用アルミニウム合金製品のリサイクルにおいては、特に成分不良防止のため、焙焼処理＋燃焼残渣の機械的除去が必要となる。特にアルミニウム飲料缶の場合と比較し、塗料のアルミニウム合金製品にしめる割合が３〜５倍と多いため、特に燃焼残渣の除去が重要となる点が単に焙焼法のみで可とされているアルミニウム飲料缶の場合との相違点である。
【００２６】
（２）塩化メチレンを主とする溶液による膨潤剥離法の場合
上述の塗料を含む自動車用アルミニウム合金製品の例としてボンネット材を用い、塩化メチレンを主とする特開平３−２９０４７５号公報に示される溶液を用い塗料を膨潤剥離により除去することをテストした。この結果、アルミニウム飲料缶の場合と比較し自動車用アルミニウム合金製品本例ではボンネット材の方が塗料の除去速度は著しく遅かった。この一具体例を図１に示す。この原因については次の様に考えられる。膨潤剥離法の原理は、塗料面より溶液を浸透させ、塗料膜を膨張させ、この時の変形力により下地より塗料を除去するものである。このため、アルミニウム飲料缶の塗料膜の約３〜５倍厚みを有する自動車用アルミニウム合金製品の塗料膜の場合、溶解の塗料膜への浸透に長時間かかるためと考えられる。この結果、塗料除去には次の傾向が認められた。
【００２７】
▲１▼アルミニウム合金板素材の表面が下地処理に先立ち、ショットブラスト、ダル、バフ、エメリー研磨等の手段を用いたアルミニウム合金板の表面仕上げにより残留応力が存在すると下地処理を介しているにもかかわらず、下地処理の上に塗られた塗料の膨潤剥離は極めて容易となる。この具体例を図２に示す。ゆえに、リサイクルをも考慮した場合、塗料を塩化メチレンを主とした溶液を用い膨潤剥離する場合、アルミニウム合金板素材の表面に残留応力が生じる処理を施すのが有効である。
【００２８】
▲２▼塗装に先立つ下地処理の種類は、クロメート処理よりもりん酸亜鉛処理の方が望ましい。すなわち、図３に示すごとく、塗料を塩化メチレンを主とした溶液を用い膨潤剥離する場合、上述のアルミニウム合金板素材の表面状況のみならず、下地処理としては、りん酸亜鉛処理の方が塗料の膨潤剥離が極めて容易である。
【００２９】
▲３▼用いる原料の寸法は小さい方が望ましい。図４に示すごとく、切断寸法は５００ｍｍ以下であれば、良好な膨潤剥離が得られる。この理由は、膨潤剥離に用いる溶液は、塗料表面から侵入するのみならず切断面からも侵入し、剥離を促進するためと考えられ、このためには表面積が一定であれば切断断面積の多い方、すなわち小片とすることが望ましい。
【００３０】
次に、自動車用アルミニウム合金製品、例えばボンネット、ドア、フレーム、トランクリッド、屋根などを固定もしくは半固定している鉄および鉄合金製品から溶湯中へのＦｅ混入防止には、大別して２種類の方法がある。すなわち、（１）鉄および鉄合金製品自体の溶損を防止する。（２）アルミニウム合金溶湯中への溶解速度を低減する。
【００３１】
本件では上記（１）の根本的な対策に着目して述べる。鉄および鉄合金製品自体の溶損を防止するには、製品の表面に各種処理を施し、鉄および鉄合金とアルミニウム合金溶湯との直接接触を避ければ良い。この目的で各種表面処理を施した同一寸法、同一重量かつ同一表面積のサンプルと比較材として表面処理を施さない元の材料とを同時にアルミニウム合金溶湯中に浸漬試験した。この結果を図５に示す。これにより、本件で選定した表面処理は、程度の差はあるが、表面処理を施さない場合より著しく溶湯中への溶解速度が低減していることが分かる。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
（実施例１）
下記に示す条件で、焙焼法と機械的方法の組合せにより塗料を除去した自動車用アルミニウム合金製品の溶解を行うとともに、溶解状況および溶湯品種などを調査した。その調査結果を表１に示す。

【００３３】
【表１】

【００３４】
（２）原料がＪＩＳ５０００系ボンネット材の場合
原料：アルミニウム合金ＪＩＳ５０００系、その他の条件は上記（１）に同じ。
なお、調査結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】

【００３６】
（３）原料がＪＩＳ６０００系＋ＪＩＳ５０００系ボンネット材（表材６０００系、裏材５０００系）の場合
原料：アルミニウム合金ＪＩＳ６０００系（５０％）＋ＪＩＳ５０００系（５０％）、その他の条件は上記（１）に同じ。
なお、調査結果を表３に示す。
【００３７】
【表３】

【００３８】
（実施例２）
下記に示す条件で、膨潤剥離法により塗料を除去した自動車用アルミニウム合金製品の溶解を行うとともに、溶解状況および溶湯品種などを調査した。その調査結果を表４に示す。

【００３９】
【表４】

【００４０】
（５）原料がＪＩＳ６０００系＋ＪＩＳ５０００系ボンネット材（表材６０００系、裏材５０００系）の場合
原料：アルミニウム合金ＪＩＳ６０００系（５０％）＋ＪＩＳ５０００系（５０％）、その他の条件は上記（４）に同じ。
なお、調査結果を表５に示す。
【００４１】
【表５】

【００４２】
（６）原料がＪＩＳ５０００系ボンネット材の場合
原料：アルミニウム合金ＪＩＳ５０００系、その他の条件は上記（４）に同じ。
なお、調査結果を表６に示す。
【００４３】
【表６】

【００４４】
なお、アルミニウム合金板の表面仕上げを、上述バフ仕上げ以外にもダル、ショットブラスト、エメリー仕上げとしたが同様の結果であった。また、塗料色を赤以外に、青、黒、白、緑などとしたが同様の結果であった。
【００４５】
（実施例３）
下記に示す条件で、自動車用アルミニウム合金製品屑に混入した自動車用鉄および鉄合金部品の溶湯品質に及ぼす影響を調査した。その調査結果を表７に示す。

【００４６】
【表７】

【００４７】
なお、自動車用アルミニウム合金製品・ボンネット材については上述の他にＪＩＳ６０００（表）＋ＪＩＳ５０００（裏）およびＪＩＳ５０００（表、裏）の組合せをも実施した。また、鉄部品としてはボルト以外にナット、ワッシャ、あて板などについても、その単体混入および複合混入の場合を検討した。この結果、上述結果と同様であった。また、材質として鉄以外に鉄合金（ステンレス他）を用いても同様の結果が得られた。
【００４８】
なお、以上の全実施例については自動車用アルミニウム合金製品としてボンネット材を一具体例として用い示したが、ボンネット材の他、トランクリッド、ドア、屋根部、骨格部、などについても同様に検討したが、上述結果と同じ結果が得られた。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の自動車用アルミニウム合金製品屑のリサイクル法によれば下記の効果が得られる。
１．自動車用アルミニウム合金製品は、元の自動車用アルミニウム合金製品にリサイクル可能である。
２．自動車用アルミニウム合金製品の溶解に先立ち、塗料を除去することにより、不純物元素Ｐｂの混入が防止できる。
３．自動車用アルミニウム合金製品に固定もしくは半固定された鉄および鉄合金部品の混入により、溶湯のＦｅ不良は、これら部品の表面処理により防止できる。
以上のことより、自動車用アルミニウム合金製品は、溶解により自動車用アルミニウム合金製品、およびその他のアルミニウム合金製品にリサイクル可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】アルミニウム飲料缶と自動車用アルミニウム合金材との膨潤剥離による塗料除去挙動を比較するためのグラフ図である。
【図２】膨潤剥離による塗料除去に及ぼすアルミニウム合金板の表面処理の影響を比較するためのグラフ図である。
【図３】膨潤剥離による塗料除去に及ぼす下地処理の影響を比較するためのグラフ図である。
【図４】膨潤剥離による塗料除去に及ぼす原料寸法の影響を示すグラフ図である。
【図５】アルミニウム合金溶湯中に浸漬した鉄ボルトからの鉄汚染状況を比較するためのグラフ図である。
【符号の説明】

Claims

自動車用アルミニウム合金製品屑を少なくとも塗料除去した後、自動車用アルミニウム合金製品に戻すことを特徴とする自動車用アルミニウム合金製品屑のリサイクルにおいて、塩化メチレンを主体とする溶媒を用い、金属表面に表面仕上げにより残留応力が存在する自動車用アルミニウム合金製品屑の塗料除去した後、溶解原料の一部、もしくは全部として用い、大気溶解し、この溶湯の一部もしくは全部を用い自動車用アルミニウム合金製品に戻すことを特徴とする自動車用アルミニウム合金製品屑のリサイクル法。
膨潤剥離を容易とするため、自動車用アルミニウム合金製品の下地処理として、りん酸亜鉛処理を用いる請求項１記載の自動車用アルミニウム合金製品屑のリサイクル法。
膨潤剥離を容易とするため、自動車用アルミニウム合金製品屑を５００ｍｍ角以下の寸法にシュレッダー処理する請求項１記載の自動車用アルミニウム合金製品屑のリサイクル法。
自動車用アルミニウム合金としてＪＩＳ６０００系アルミニウム合金および／もしくはＪＩＳ５０００系アルミニウム合金を用い、これらをＪＩＳ６０００系アルミニウム合金もしくはＪＩＳ５０００系アルミニウム合金に戻す請求項１記載の自動車用アルミニウム合金製品屑のリサイクル法。