JP2002534602A - アルミニウムのスクラップを冷却剤として使用する炭素熱によるアルミニウムの製造 - Google Patents
アルミニウムのスクラップを冷却剤として使用する炭素熱によるアルミニウムの製造Info
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Abstract
(57)【要約】
アルミナ鉱石の炭素熱還元によるアルミニウム金属を製造するプロセス。アルミナ鉱石を、炭素の存在下で高温に加熱して、約１０〜３０重量％の炭化アルミニウムで汚染されたアルミニウム金属物体を製造する。次いで、アルミニウム金属またはアルミニウム合金のスクラップを加えて温度を約９００〜１０００℃にして、炭化アルミニウムを析出させる。析出した炭化アルミニウムを、ろ過し、デカントし、または塩で融解して、炭化アルミニウム含有量の少ない溶融物体を生成する。
Description
【０００１】 （発明の背景） １．技術分野 本発明は、酸化アルミニウムの直接熱還元によるアルミニウム金属生成用の炭
素熱プロセスに関する。
素熱プロセスに関する。
【０００２】 ２．背景 アルミニウム金属製造のための現在の支配的な工業用プロセスは、溶融氷晶石
浴に溶かされたアルミナを約１０００℃未満の温度で電気分解によって解離する
Ｈａｌｌ−Ｈｅｒｏｕｌｔプロセスである。このプロセスに代わって、式（１）
に書かれている反応に従って十分な高温で炭素を使ってアルミニウム酸化物を直
接熱還元するプロセスによってアルミニウムを工業的に製造するために多くの試
みがなされてきた。 式（１） Ａｌ2Ｏ3＋３Ｃ→２Ａｌ＋３ＣＯ
浴に溶かされたアルミナを約１０００℃未満の温度で電気分解によって解離する
Ｈａｌｌ−Ｈｅｒｏｕｌｔプロセスである。このプロセスに代わって、式（１）
に書かれている反応に従って十分な高温で炭素を使ってアルミニウム酸化物を直
接熱還元するプロセスによってアルミニウムを工業的に製造するために多くの試
みがなされてきた。 式（１） Ａｌ2Ｏ3＋３Ｃ→２Ａｌ＋３ＣＯ
【０００３】 アルミニウムは、例えば、開放型またはおおい隠したアーク電気炉、またはた
スラグ抵抗加熱炉で、アルミナを炭素熱により直接熱還元することによって製造
することができる。その反応の化学と熱力学に含まれている科学的原理は、現在
では、かなりよく理解されている（Ｃ．Ｎ．Ｃｏｃｈｒａｎの論文「Ｍｅｔａｌ
−Ｓｌａｇ−Ｇａｓ Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ」、Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ，Ｎ．Ｊ．，ｐｐ２９９
−３１６，１９７５年；Ｋ．ＭｏｔｚｆｅｌｄｔおよびＢ．Ｓａｎｄｂｅｒｇの
論文「Ｌｉｇｈｔ Ｍｅｔａｌｓ １９７９」、Ａ Ｉ Ｍ Ｅ，Ｎｅｗ Ｙｏ
ｒｋ，Ｎ．Ｙ．，Ｖｏｌ．１，ｐｐ４１１−４２８，１９７９年、およびそこに
引用されている参考資料）。それにもかかわらず、これらの原理に基づいた工業
用プロセスは確立されていない。
スラグ抵抗加熱炉で、アルミナを炭素熱により直接熱還元することによって製造
することができる。その反応の化学と熱力学に含まれている科学的原理は、現在
では、かなりよく理解されている（Ｃ．Ｎ．Ｃｏｃｈｒａｎの論文「Ｍｅｔａｌ
−Ｓｌａｇ−Ｇａｓ Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ」、Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ，Ｎ．Ｊ．，ｐｐ２９９
−３１６，１９７５年；Ｋ．ＭｏｔｚｆｅｌｄｔおよびＢ．Ｓａｎｄｂｅｒｇの
論文「Ｌｉｇｈｔ Ｍｅｔａｌｓ １９７９」、Ａ Ｉ Ｍ Ｅ，Ｎｅｗ Ｙｏ
ｒｋ，Ｎ．Ｙ．，Ｖｏｌ．１，ｐｐ４１１−４２８，１９７９年、およびそこに
引用されている参考資料）。それにもかかわらず、これらの原理に基づいた工業
用プロセスは確立されていない。
【０００４】 （発明への導入） 炭素熱による直接熱還元プロセスには、酸化アルミニウムを含んでいる化合物
を、通常は炭素、炭化アルミニウム、またはその混合物である還元体と電気炉内
で反応させて、その酸化アルミニウムを金属アルミニウムに還元することが含ま
れている。第一印象ではその反応は簡単な反応である、すなわち、酸化アルミニ
ウムのアルミニウムへの還元と見えるだろうけれども、従来の炭素熱プロセス経
由では実質的に純粋なアルミニウムは得られない。そして、実際、その炉から引
き出される生成物は炭化アルミニウムで汚染されたアルミニウムである。炭化ア
ルミニウムによる汚染量は、実施される特定の炭素熱プロセスにより変わるが、
一般に、従来の炭素熱プロセスでは１０〜３０重量％の炭化アルミニウムで汚染
されたアルミニウムを製造するという結果になる。
を、通常は炭素、炭化アルミニウム、またはその混合物である還元体と電気炉内
で反応させて、その酸化アルミニウムを金属アルミニウムに還元することが含ま
れている。第一印象ではその反応は簡単な反応である、すなわち、酸化アルミニ
ウムのアルミニウムへの還元と見えるだろうけれども、従来の炭素熱プロセス経
由では実質的に純粋なアルミニウムは得られない。そして、実際、その炉から引
き出される生成物は炭化アルミニウムで汚染されたアルミニウムである。炭化ア
ルミニウムによる汚染量は、実施される特定の炭素熱プロセスにより変わるが、
一般に、従来の炭素熱プロセスでは１０〜３０重量％の炭化アルミニウムで汚染
されたアルミニウムを製造するという結果になる。
【０００５】 その炭素熱による直接熱還元プロセスは、ある種の困難な処理の障害物を克服
しなければならないという実質的に技術的な挑戦を表している。例えば、アルミ
ナを直接熱還元してアルミニウムを生成するのに必要な、例えば、アルミナを直
接熱還元してアルミニウムを生成するために必要な、例えば、約２０５０℃のよ
うな温度では、アルミニウムは、そのプロセスから引き出される可能性のあるア
ルミニウム金属液として生成するよりもむしろ、揮発してアルミニウム金属また
はアルミニウム亜酸化物のガスになる。こうした理由で、多くの試みは、その系
の揮発性ガス成分の量を下げる目的で、電気炉を組み込んだ。
しなければならないという実質的に技術的な挑戦を表している。例えば、アルミ
ナを直接熱還元してアルミニウムを生成するのに必要な、例えば、アルミナを直
接熱還元してアルミニウムを生成するために必要な、例えば、約２０５０℃のよ
うな温度では、アルミニウムは、そのプロセスから引き出される可能性のあるア
ルミニウム金属液として生成するよりもむしろ、揮発してアルミニウム金属また
はアルミニウム亜酸化物のガスになる。こうした理由で、多くの試みは、その系
の揮発性ガス成分の量を下げる目的で、電気炉を組み込んだ。
【０００６】 他の金属またはそれらの酸化物がない場合の炭素によりアルミナを熱還元する
試みでは、炭化アルミニウムの実質的な量は式（２）のように書かれている反応
に従って生成する。 式（２） ２Ａｌ2Ｏ3＋９Ｃ→Ａｌ4Ｃ3＋６ＣＯ
試みでは、炭化アルミニウムの実質的な量は式（２）のように書かれている反応
に従って生成する。 式（２） ２Ａｌ2Ｏ3＋９Ｃ→Ａｌ4Ｃ3＋６ＣＯ
【０００７】 式（２）は、１８００℃またはそれ以上で有利に進行する。式（３）および式
（４）のように書かれている反応によって、オキシ炭化物のような他の中間化合
物も生成する。 式（３） ４Ａｌ2Ｏ3＋Ａｌ4Ｃ3→３Ａｌ4Ｏ4Ｃ 式（４） Ａｌ4Ｏ4Ｃ＋Ａｌ4Ｃ3→４Ａｌ2ＯＣ
（４）のように書かれている反応によって、オキシ炭化物のような他の中間化合
物も生成する。 式（３） ４Ａｌ2Ｏ3＋Ａｌ4Ｃ3→３Ａｌ4Ｏ4Ｃ 式（４） Ａｌ4Ｏ4Ｃ＋Ａｌ4Ｃ3→４Ａｌ2ＯＣ
【０００８】 減圧下で行われると、炭素によるアルミニウムの還元が進行し、その結果、式
（５）および式（６）のように書かれている中間生成物としてアルミニウムオキ
シ炭化物および炭化アルミニウムを生じる。 式（５） ２Ａｌ2Ｏ3＋３Ｃ→Ａｌ4Ｏ4Ｃ＋２ＣＯ 式（６） Ａｌ4Ｏ4Ｃ＋６Ｃ→Ａｌ4Ｃ3＋４ＣＯ
（５）および式（６）のように書かれている中間生成物としてアルミニウムオキ
シ炭化物および炭化アルミニウムを生じる。 式（５） ２Ａｌ2Ｏ3＋３Ｃ→Ａｌ4Ｏ4Ｃ＋２ＣＯ 式（６） Ａｌ4Ｏ4Ｃ＋６Ｃ→Ａｌ4Ｃ3＋４ＣＯ
【０００９】 １９００℃より下では、一酸化炭素を除く全ての反応物および生成物は固体で
ある。しかしながら、１気圧の平衡ガス圧を達成するために、約２０００℃の温
度が必要であり、反応混合物は部分的に溶融しており、もはや単純な式（５）お
よび（６）を直接適用することはできない。同様に、最終的な金属生成段階は式
（７）のように書くことができる。 式（７） Ａｌ4Ｏ4Ｃ＋Ａｌ4Ｃ3→８Ａｌ（ｌ）＋４ＣＯ
ある。しかしながら、１気圧の平衡ガス圧を達成するために、約２０００℃の温
度が必要であり、反応混合物は部分的に溶融しており、もはや単純な式（５）お
よび（６）を直接適用することはできない。同様に、最終的な金属生成段階は式
（７）のように書くことができる。 式（７） Ａｌ4Ｏ4Ｃ＋Ａｌ4Ｃ3→８Ａｌ（ｌ）＋４ＣＯ
【００１０】 この反応のための平衡ガス圧は、約２１００℃で１気圧に達する。大気圧の下
で運転される還元炉では、反応帯を少なくとも、１気圧に等しい一酸化炭素の平
衡圧を提供するのに十分な温度に維持しなければならない。その反応を推進する
のにある程度の過剰圧を考慮すると、２１５０℃の温度を意味することになる。
この温度では、その系は、固体炭素と２つの液体、つまり、酸化物−炭化物の溶
融物と金属性溶融物または金属溶融物を含んでいる。式（７）を適用することが
できない。そして、金属を生じる反応は式（８）のように概略的に書くことがで
きる。 式（８） （酸化物−炭化物の溶融物）＋Ｃ（ｓ）→（金属溶融物）＋ＣＯ
で運転される還元炉では、反応帯を少なくとも、１気圧に等しい一酸化炭素の平
衡圧を提供するのに十分な温度に維持しなければならない。その反応を推進する
のにある程度の過剰圧を考慮すると、２１５０℃の温度を意味することになる。
この温度では、その系は、固体炭素と２つの液体、つまり、酸化物−炭化物の溶
融物と金属性溶融物または金属溶融物を含んでいる。式（７）を適用することが
できない。そして、金属を生じる反応は式（８）のように概略的に書くことがで
きる。 式（８） （酸化物−炭化物の溶融物）＋Ｃ（ｓ）→（金属溶融物）＋ＣＯ
【００１１】 一酸化炭素の生成と同時に発生し、そして濃縮した生成物である、揮発性のア
ルミニウムを含んだ種類のＡｌ2Ｏ（ｇ）とＡｌ（ｇ）も生成することになる。
式（５）および式（６）により正式に記述された反応の第１段階では、Ａｌ2Ｏ
のおよびＡｌの平衡圧は一酸化炭素の平衡圧のほんの数パーセントに達する。式
（７）または式（８）で表される最終段階では、平衡ガス中のＡｌ2ＯおよびＡ
ｌの比率はより高いが、過度ではない。しかしながら、アルミナと炭素の反応は
Ａｌ2ＯおよびＡｌの高い比率を持った気相を伴うメカニズムによって進行し、
結果として、揮発による損失は、その平衡から予想されるよりも高いだろうとい
うことが明らかになっている。さらに、その金属性溶融物は、酸化物−炭化物の
溶融物よりも密度が低く、したがって、金属性溶融物は酸化物−炭化物の溶融物
の上に浮かぶ。反応（８）によって発生した一酸化炭素ガスは金属溶融物を通ら
なければならず、そのため、揮発による損失がさらに増加する。
ルミニウムを含んだ種類のＡｌ2Ｏ（ｇ）とＡｌ（ｇ）も生成することになる。
式（５）および式（６）により正式に記述された反応の第１段階では、Ａｌ2Ｏ
のおよびＡｌの平衡圧は一酸化炭素の平衡圧のほんの数パーセントに達する。式
（７）または式（８）で表される最終段階では、平衡ガス中のＡｌ2ＯおよびＡ
ｌの比率はより高いが、過度ではない。しかしながら、アルミナと炭素の反応は
Ａｌ2ＯおよびＡｌの高い比率を持った気相を伴うメカニズムによって進行し、
結果として、揮発による損失は、その平衡から予想されるよりも高いだろうとい
うことが明らかになっている。さらに、その金属性溶融物は、酸化物−炭化物の
溶融物よりも密度が低く、したがって、金属性溶融物は酸化物−炭化物の溶融物
の上に浮かぶ。反応（８）によって発生した一酸化炭素ガスは金属溶融物を通ら
なければならず、そのため、揮発による損失がさらに増加する。
【００１２】 熱い帯域からのＡｌおよびＡｌ2Ｏの揮発が必ずしも金属の損失をもたらさな
い。おおい隠したアーク炉では、反応気体は冷たい装入物の層を上に向かって通
過するが、その層では金属を含んだ蒸気が凝縮する可能性があり、同時にその装
入物を予熱する。しかしながら、その気体中の金属蒸気の分率が高いために、装
入物は熱くなりすぎて、揮発による損失が発生する。
い。おおい隠したアーク炉では、反応気体は冷たい装入物の層を上に向かって通
過するが、その層では金属を含んだ蒸気が凝縮する可能性があり、同時にその装
入物を予熱する。しかしながら、その気体中の金属蒸気の分率が高いために、装
入物は熱くなりすぎて、揮発による損失が発生する。
【００１３】 アルミニウムの炭素熱による製造における主な困難は、金属性溶融物が固体炭
素と平衡にあるときに約２０原子％の炭素という、反応温度でのその金属中の炭
素の実質的な溶解度によって生ずる。その溶融物を冷却すると、その炭素は、式
（９）に書かれているように炭化アルミニウムとして沈殿する。 式（９） （１２Ａｌ＋３Ｃ、溶融混合物）→Ａｌ4Ｃ3（ｓ）＋８Ａｌ（ｌ）
素と平衡にあるときに約２０原子％の炭素という、反応温度でのその金属中の炭
素の実質的な溶解度によって生ずる。その溶融物を冷却すると、その炭素は、式
（９）に書かれているように炭化アルミニウムとして沈殿する。 式（９） （１２Ａｌ＋３Ｃ、溶融混合物）→Ａｌ4Ｃ3（ｓ）＋８Ａｌ（ｌ）
【００１４】 その金属の値の約３分の１が炭化物として沈殿する。これは、その後の分離段
階を、そして炭化アルミニウムの再循環を必要とし、それがこのプロセスの経済
性に対する不利な点である。
階を、そして炭化アルミニウムの再循環を必要とし、それがこのプロセスの経済
性に対する不利な点である。
【００１５】 おおい隠したアーク炉でのアルミナの炭素熱還元のもう１つの困難は、エネル
ギー入力と伝熱に関するものである。金属性溶融物は上に浮いていて、電極の直
下にあることになる。その金属の高い電気伝導率のために、炉の回路の抵抗が低
くなり、炉への適当なエネルギー入力を維持することが困難であることを経験し
ている。さらに、熱の発生が主として金属の表面で起こり、金属の温度が非常に
高くなり実質的に揮発させるだろう。この金属がその溶融物の上の装入物に凝縮
する程度まで、完全に熱い帯域に流れもどり、再度蒸発する。蒸発と凝縮のこの
循環プロセスの最終的な結果は、吸熱反応（８）に熱が必要である酸化物−炭化
物の溶融物に向かって下方へ伝えられないで、発生した熱の大きな部分が炉の上
に向かって伝えられるということである。
ギー入力と伝熱に関するものである。金属性溶融物は上に浮いていて、電極の直
下にあることになる。その金属の高い電気伝導率のために、炉の回路の抵抗が低
くなり、炉への適当なエネルギー入力を維持することが困難であることを経験し
ている。さらに、熱の発生が主として金属の表面で起こり、金属の温度が非常に
高くなり実質的に揮発させるだろう。この金属がその溶融物の上の装入物に凝縮
する程度まで、完全に熱い帯域に流れもどり、再度蒸発する。蒸発と凝縮のこの
循環プロセスの最終的な結果は、吸熱反応（８）に熱が必要である酸化物−炭化
物の溶融物に向かって下方へ伝えられないで、発生した熱の大きな部分が炉の上
に向かって伝えられるということである。
【００１６】 アルミニウム金属への重要な熱的還元に必要な温度よりも低い温度で、アルミ
ニウムの炭化物およびオキシ炭化物が容易に生成し、アルミニウム金属を生成す
るのに予定されたどのプロセスでも重大なスラグ生成問題を表す。
ニウムの炭化物およびオキシ炭化物が容易に生成し、アルミニウム金属を生成す
るのに予定されたどのプロセスでも重大なスラグ生成問題を表す。
【００１７】 ジルコニアを除いたボーキサイトの主な酸化物は全て、アルミナが還元される
前に、炭素熱による溶融によって還元される。実際には、それらの酸化物は予測
するほど簡単に反応を示さない。その代わりに、炭化物、オキシ炭化物および揮
発性の亜化合物のような中間化合物が生成される。
前に、炭素熱による溶融によって還元される。実際には、それらの酸化物は予測
するほど簡単に反応を示さない。その代わりに、炭化物、オキシ炭化物および揮
発性の亜化合物のような中間化合物が生成される。
【００１８】 アルミニウムの炭素熱による製造の大部分のプロセスは、常に、炭化アルミニ
ウムで汚染されたアルミニウムを製造するという結果になり、その炭化アルミニ
ウム汚染は２０重量パーセント以上の範囲にある可能性がある。厳しい実際的な
困難は、炭化アルミニウムで汚染されたかなりの量のアルミニウムを精製するこ
とを試みる場合に生じる。なぜなら、非常に高い温度を維持しない限り、その混
合物を注ぎ込むことができず、それゆえその塊を精製するという問題が複雑にな
るからである。
ウムで汚染されたアルミニウムを製造するという結果になり、その炭化アルミニ
ウム汚染は２０重量パーセント以上の範囲にある可能性がある。厳しい実際的な
困難は、炭化アルミニウムで汚染されたかなりの量のアルミニウムを精製するこ
とを試みる場合に生じる。なぜなら、非常に高い温度を維持しない限り、その混
合物を注ぎ込むことができず、それゆえその塊を精製するという問題が複雑にな
るからである。
【００１９】 炭化アルミニウム汚染の量は、使用した温度に直接関係している。すなわち、
炉の中で使われる通常の還元温度で、生成したアルミニウムに溶解し得る炭化ア
ルミニウムの量は約２０重量パーセント以上である。大部分のプロセスでは、そ
の装入物の大部分が一様に高温であるような均一な加熱を利用し、それゆえに、
かなりの量の炭化アルミニウムを溶かすことができたという単純な理由のために
、高い炭化アルミニウムを含む生成物を製造するという結果になる。
炉の中で使われる通常の還元温度で、生成したアルミニウムに溶解し得る炭化ア
ルミニウムの量は約２０重量パーセント以上である。大部分のプロセスでは、そ
の装入物の大部分が一様に高温であるような均一な加熱を利用し、それゆえに、
かなりの量の炭化アルミニウムを溶かすことができたという単純な理由のために
、高い炭化アルミニウムを含む生成物を製造するという結果になる。
【００２０】 １つのプロセスでは、還元されるべき装入物を間欠的に加熱するように炉の運
転が実施されており、装入物の一部は反応温度（約２１００℃）にあるが、大部
分の装入物は所与のいかなる時間でも反応温度にならないようになっている。し
たがって、生成したアルミニウムが装入物の上に流れるとき、その装入物は決し
て、約１０重量パーセントより多くの炭化アルミニウムが溶融したアルミニウム
に溶ける温度にはない。
転が実施されており、装入物の一部は反応温度（約２１００℃）にあるが、大部
分の装入物は所与のいかなる時間でも反応温度にならないようになっている。し
たがって、生成したアルミニウムが装入物の上に流れるとき、その装入物は決し
て、約１０重量パーセントより多くの炭化アルミニウムが溶融したアルミニウム
に溶ける温度にはない。
【００２１】 また、工業的に純粋なアルミニウム用の現在の基準は、明らかな量の炭化アル
ミニウムが存在することを許さず、したがって多くの炭素熱還元プロセスからの
炉生成物をさらに加工段階にかけてその炭化アルミニウムを受け入れることがで
きるレベルまで減らさなければならない。炭素熱還元炉の生成物から炭化アルミ
ニウム含有量を減らすプロセスは、時間がかかり、高価で、経済的に実行可能で
はないことが分かっている。
ミニウムが存在することを許さず、したがって多くの炭素熱還元プロセスからの
炉生成物をさらに加工段階にかけてその炭化アルミニウムを受け入れることがで
きるレベルまで減らさなければならない。炭素熱還元炉の生成物から炭化アルミ
ニウム含有量を減らすプロセスは、時間がかかり、高価で、経済的に実行可能で
はないことが分かっている。
【００２２】 炭素熱による直接熱還元プロセスによって製造されるアルミニウムの少なくと
も一部の炭化アルミニウム含有量は、炭化アルミニウムのマトリックスが生成さ
れるように、炉の溶融物を冷却することによって減らすことができ、それにより
、炭化アルミニウムのマトリックスがその溶融物の表面にアルミニウムを押し出
し、そしてこのアルミニウムをデカントするなどの適当な技術によって除去でき
る。この方法で除去されるアルミニウムは、炭化アルミニウム含有量中で減少す
るが、利用することができるアルミニウムのほんの小部分が回収されるだけであ
る。
も一部の炭化アルミニウム含有量は、炭化アルミニウムのマトリックスが生成さ
れるように、炉の溶融物を冷却することによって減らすことができ、それにより
、炭化アルミニウムのマトリックスがその溶融物の表面にアルミニウムを押し出
し、そしてこのアルミニウムをデカントするなどの適当な技術によって除去でき
る。この方法で除去されるアルミニウムは、炭化アルミニウム含有量中で減少す
るが、利用することができるアルミニウムのほんの小部分が回収されるだけであ
る。
【００２３】 機械的金属加工を利用することによって、炭素熱還元プロセスからのアルミニ
ウムの収率を増すことができる。この種の技術は、厳しい応力の下で動いている
設備を、非常に熱い腐食性の条件にかける。
ウムの収率を増すことができる。この種の技術は、厳しい応力の下で動いている
設備を、非常に熱い腐食性の条件にかける。
【００２４】 １つのプロセスでは、溶融状態にある炭化アルミニウムで汚染されたアルミニ
ウム混合物は、炭化アルミニウムと相互作用するかまたは炭化アルミニウムに作
用するある種のガスと接触して、アルミニウムを取り込むだろう炭化アルミニウ
ムのマトリックスの生成を防止する。処理には、そのガスをアルミニウムおよび
炭化アルミニウムの溶融物の本体を通して吹きつけることが含まれる。
ウム混合物は、炭化アルミニウムと相互作用するかまたは炭化アルミニウムに作
用するある種のガスと接触して、アルミニウムを取り込むだろう炭化アルミニウ
ムのマトリックスの生成を防止する。処理には、そのガスをアルミニウムおよび
炭化アルミニウムの溶融物の本体を通して吹きつけることが含まれる。
【００２５】 金属性の塩で融解すると炭化アルミニウム汚染の量を減らすことができるが、
その溶融塩はそのように除去された炭化物と混合するものであり、その炭化物を
炉に再利用することができるように、その塩から炭化物を除去することはコスト
がかかることである。そのように再利用をしないと、電力消費および炉の大きさ
は、アルミニウムを製造するために現在工業的に実施されている方法と比較して
、非経済的になる。
その溶融塩はそのように除去された炭化物と混合するものであり、その炭化物を
炉に再利用することができるように、その塩から炭化物を除去することはコスト
がかかることである。そのように再利用をしないと、電力消費および炉の大きさ
は、アルミニウムを製造するために現在工業的に実施されている方法と比較して
、非経済的になる。
【００２６】 １００年以上にわたって、アルミニウムは２つの部分のＢａｙｅｒ−Ｈａｌｌ
プロセスによって製造されてきた。そこでは、先ずアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）がボー
キサイト鉱石から抽出され、次いでそのアルミナが溶融した氷晶石（フッ化ナト
リウムアルミニウム）で電気分解的に還元されて、遊離のアルミニウム金属にな
る。そのプロセスは工業的には非常に成功したけれども、大量の電気を消費し、
１ポンド（０．４５３ｋｇ）のアルミニウムを製造するのに約４ポンド（１．８
１２ｋｇ）のボーキサイトを使う。ボーキサイトは、一般的に、４５から６０パ
ーセントの酸化アルミニウム、３から２５パーセントの酸化鉄、２．５から１８
パーセントの酸化ケイ素、２から５パーセント酸化チタン、最高１パーセントま
での他の不純物を、１２から３０パーセントの結晶水と組み合わせて包含してい
る。その鉱石は、その成分の比率、そして色およびコンシステンシーが大きく変
動する。ギブザイト、ベーマイトおよびダイアスポアは、ボーキサイトに通常見
つけられる水酸化された酸化アルミニウム鉱物である。
プロセスによって製造されてきた。そこでは、先ずアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）がボー
キサイト鉱石から抽出され、次いでそのアルミナが溶融した氷晶石（フッ化ナト
リウムアルミニウム）で電気分解的に還元されて、遊離のアルミニウム金属にな
る。そのプロセスは工業的には非常に成功したけれども、大量の電気を消費し、
１ポンド（０．４５３ｋｇ）のアルミニウムを製造するのに約４ポンド（１．８
１２ｋｇ）のボーキサイトを使う。ボーキサイトは、一般的に、４５から６０パ
ーセントの酸化アルミニウム、３から２５パーセントの酸化鉄、２．５から１８
パーセントの酸化ケイ素、２から５パーセント酸化チタン、最高１パーセントま
での他の不純物を、１２から３０パーセントの結晶水と組み合わせて包含してい
る。その鉱石は、その成分の比率、そして色およびコンシステンシーが大きく変
動する。ギブザイト、ベーマイトおよびダイアスポアは、ボーキサイトに通常見
つけられる水酸化された酸化アルミニウム鉱物である。
【００２７】 Ｂａｙｅｒ−Ｈａｌｌプロセスで用いられるボーキサイト鉱石の平均等級は、
絶えず低下している。１９３０年に、米国で使われた鉱石は平均して６０パーセ
ントのアルミナであった。そして１９６３年までは、その平均値は５０パーセン
ト未満のアルミナであった。この平均値が将来は約３５パーセントのアルミナま
で減少するだろうと予想されるが、そのプロセスは、一般に、アルミニウム含有
量の高いボーキサイト鉱石の使用に制限されている。そのような高い等級品の国
内での蓄えを、現在の生産条件に合わせるのは全く不適当である。
絶えず低下している。１９３０年に、米国で使われた鉱石は平均して６０パーセ
ントのアルミナであった。そして１９６３年までは、その平均値は５０パーセン
ト未満のアルミナであった。この平均値が将来は約３５パーセントのアルミナま
で減少するだろうと予想されるが、そのプロセスは、一般に、アルミニウム含有
量の高いボーキサイト鉱石の使用に制限されている。そのような高い等級品の国
内での蓄えを、現在の生産条件に合わせるのは全く不適当である。
【００２８】 熱的プロセスに関してアルミニウムを製造する場合の困難は、アルミナを含ん
でいる鉱石の還元によるアルミニウムの生成には存在しないで、むしろ、実質的
に純粋状態のアルミニウムを回収することに存在する。
でいる鉱石の還元によるアルミニウムの生成には存在しないで、むしろ、実質的
に純粋状態のアルミニウムを回収することに存在する。
【００２９】 非常に高い運転温度によって炭素熱プロセスから実質的に純粋なアルミニウム
を得ることは、構造の材料に関する問題をもたらす可能性がある。
を得ることは、構造の材料に関する問題をもたらす可能性がある。
【００３０】 直接の熱還元によって高純度のアルミニウム金属を製造することを試みる場合
の多くの共通した技術は、従来通り１０〜３０重量パーセントの炭化アルミニウ
ムを含んでいる炉の生成物を、金属塩と一緒にその炉の生成物を融解するような
技術によって処理して、炭化アルミニウム汚染の量を減らしている。
の多くの共通した技術は、従来通り１０〜３０重量パーセントの炭化アルミニウ
ムを含んでいる炉の生成物を、金属塩と一緒にその炉の生成物を融解するような
技術によって処理して、炭化アルミニウム汚染の量を減らしている。
【００３１】 その溶融塩を、そのように除去された炭化物と混合する。そして、炭化物を炉
に再利用することができるように、塩から炭化物を除去することはコストがかか
ることである。そのように再利用をしないと、電力消費量および炉の大きさは、
アルミニウムの製造用に工業的に実施されている方法と比較して、非経済的にな
る。
に再利用することができるように、塩から炭化物を除去することはコストがかか
ることである。そのように再利用をしないと、電力消費量および炉の大きさは、
アルミニウムの製造用に工業的に実施されている方法と比較して、非経済的にな
る。
【００３２】 炭化アルミニウムで汚染された炉の生成物を、アルミナをかなりの割合で含ん
でいる溶融スラグと一緒に加熱して、スラグ中にアルミナを生じさせ、炉の生成
物中の炭化アルミニウムと反応させることができ、それによって、炭化アルミニ
ウム中の炉生成物を減少させる。
でいる溶融スラグと一緒に加熱して、スラグ中にアルミナを生じさせ、炉の生成
物中の炭化アルミニウムと反応させることができ、それによって、炭化アルミニ
ウム中の炉生成物を減少させる。
【００３３】 「還元方式」として１つの方式を記述することができる。そしてそれは、アル
ミニウム金属を製造するために、還元条件での、スラグ中のアルミナと炉の生成
物中の炭化アルミニウムとの反応を含んでいる。この方式の運転を確認する１つ
の方法は、一酸化炭素の発生を検出することによる。
ミニウム金属を製造するために、還元条件での、スラグ中のアルミナと炉の生成
物中の炭化アルミニウムとの反応を含んでいる。この方式の運転を確認する１つ
の方法は、一酸化炭素の発生を検出することによる。
【００３４】 反応のもう１つの方式を「抽出方式」と記述することができる。そしてそれは
、液体アルミニウムを製造するのとは対照的に、アルミニウムテトラオキシ炭化
物のような非金属性のスラグ化合物を生成するために、スラグ中のアルミナと炉
生成物中の炭化アルミニウムとの反応を含んでいる。そのような「抽出方式」の
反応は、余分なアルミニウムを生成する還元を生じるには不十分な温度で起こり
、一酸化炭素の発生を生じさせることなく起こすことができる。
、液体アルミニウムを製造するのとは対照的に、アルミニウムテトラオキシ炭化
物のような非金属性のスラグ化合物を生成するために、スラグ中のアルミナと炉
生成物中の炭化アルミニウムとの反応を含んでいる。そのような「抽出方式」の
反応は、余分なアルミニウムを生成する還元を生じるには不十分な温度で起こり
、一酸化炭素の発生を生じさせることなく起こすことができる。
【００３５】 １気圧の反応帯域圧力で「還元方式」を操作する場合には、少なくとも２０５
０℃の温度が必要である。どんな所定の圧力でも、「還元方式」を操作する場合
に必要な温度は、金属中の炭化アルミニウムのレベルが下がるにつれて上昇する
。一方、「抽出方式」の操作は２０５０℃より下で起こることができる。
０℃の温度が必要である。どんな所定の圧力でも、「還元方式」を操作する場合
に必要な温度は、金属中の炭化アルミニウムのレベルが下がるにつれて上昇する
。一方、「抽出方式」の操作は２０５０℃より下で起こることができる。
【００３６】 その融点を下げるために、酸化カルシウムを含んでいるスラグを使うことがで
きる。大多数のスラグは、還元温度で存在する必要がない。それは、単に溶融さ
れ、金属層から離れた溶融層として存在するに十分な高い温度でなければならな
いだけである。
きる。大多数のスラグは、還元温度で存在する必要がない。それは、単に溶融さ
れ、金属層から離れた溶融層として存在するに十分な高い温度でなければならな
いだけである。
【００３７】 使用されるスラグは、アルミナとその中に含まれている炭化アルミニウムとの
重量比が少なくとも４：１であるスラグである。
重量比が少なくとも４：１であるスラグである。
【００３８】 アルミニウムの製造では、特定のアーク炉を利用する様々な方法が採用されて
いる。１つの方法では、最初の炉には、オキシ炭化アルミニウムのスラグと一緒
にコークスの形をした炭素が充填されている。その炉を約２０００℃の温度に加
熱すると、ある程度のアルミニウムおよびスラグと一緒に炭化アルミニウムが生
成するという結果になる。その炭化アルミニウムを、第２の炉の中に溶融した状
態で充填するか、またはそれを先ず冷却し、その後、充填に先だって適当な大き
さに破砕する。第２の炉では、その炭化アルミニウムをアルミナと反応させて回
収されるアルミニウムを生成する。そして、スラグを第１の炉にもどす。
いる。１つの方法では、最初の炉には、オキシ炭化アルミニウムのスラグと一緒
にコークスの形をした炭素が充填されている。その炉を約２０００℃の温度に加
熱すると、ある程度のアルミニウムおよびスラグと一緒に炭化アルミニウムが生
成するという結果になる。その炭化アルミニウムを、第２の炉の中に溶融した状
態で充填するか、またはそれを先ず冷却し、その後、充填に先だって適当な大き
さに破砕する。第２の炉では、その炭化アルミニウムをアルミナと反応させて回
収されるアルミニウムを生成する。そして、スラグを第１の炉にもどす。
【００３９】 アルミニウムを還元するのに必要な温度は比較的高く、通常約２０００℃であ
り、本質的に異なる温度の物体間の伝熱速度はその２つの物体間の温度差に直接
関係しているので、第１の還元段階から第２の段階まで移されるどんな物質でも
高温の環境に保つことは、省エネルギーの観点から有利である。分離している炉
を用いる溶融プロセスでは、かなりの熱が失われており、中間生成物がその第２
の炉に溶融状態で、または固形の粉砕された状態で送り込まれるであろうとなか
ろうと、第２の炉ではこの失われたエネルギーの追加が必要である。中間生成物
を周囲の大気へ暴露すると、しばしば、望ましくない化学反応を生じる。
り、本質的に異なる温度の物体間の伝熱速度はその２つの物体間の温度差に直接
関係しているので、第１の還元段階から第２の段階まで移されるどんな物質でも
高温の環境に保つことは、省エネルギーの観点から有利である。分離している炉
を用いる溶融プロセスでは、かなりの熱が失われており、中間生成物がその第２
の炉に溶融状態で、または固形の粉砕された状態で送り込まれるであろうとなか
ろうと、第２の炉ではこの失われたエネルギーの追加が必要である。中間生成物
を周囲の大気へ暴露すると、しばしば、望ましくない化学反応を生じる。
【００４０】 ２つまたは３つの炉を用いる溶融プロセスも、実質的にマンパワーを必要とし
ている。必要とされる追加エネルギー、設備およびマンパワーのために、これら
のプロセスは不必要な高コストを伴う。さらに、これらの方法は、繰り返される
取扱いのために、中間生成物または最終生成物にある程度の物理的な損失が生じ
る。
ている。必要とされる追加エネルギー、設備およびマンパワーのために、これら
のプロセスは不必要な高コストを伴う。さらに、これらの方法は、繰り返される
取扱いのために、中間生成物または最終生成物にある程度の物理的な損失が生じ
る。
【００４１】 約５重量パーセント以下にすぎない炭化アルミニウムで汚染された、実際的な
そして容易に利用できるアルミニウム資源を、本発明のプロセスおよび装置によ
って達成することができる。
そして容易に利用できるアルミニウム資源を、本発明のプロセスおよび装置によ
って達成することができる。
【００４２】 （発明の概要） 本発明は、アルミナ鉱石の炭素熱直接還元によるアルミニウム金属の生成プロ
セスを提供する。アルミナ鉱石を、炭素の存在下に、約２０００℃を超える高温
に加熱してアルミニウム金属を製造する。次いで、アルミニウム金属またはアル
ミニウム金属合金のスクラップを固体冷却剤として加えて温度を約９００〜１０
００℃まで下げて、炭化アルミニウムを析出させる。その析出した炭化アルミニ
ウムをろ過し、デカントし、または塩で融解させて、アルミナ鉱石の炭素熱直接
還元によって製造され、５重量％以下の炭化アルミニウムを含んでいるアルミニ
ウム金属を生成させる。
セスを提供する。アルミナ鉱石を、炭素の存在下に、約２０００℃を超える高温
に加熱してアルミニウム金属を製造する。次いで、アルミニウム金属またはアル
ミニウム金属合金のスクラップを固体冷却剤として加えて温度を約９００〜１０
００℃まで下げて、炭化アルミニウムを析出させる。その析出した炭化アルミニ
ウムをろ過し、デカントし、または塩で融解させて、アルミナ鉱石の炭素熱直接
還元によって製造され、５重量％以下の炭化アルミニウムを含んでいるアルミニ
ウム金属を生成させる。
【００４３】 本発明のアルミニウム製造プロセスで使用されるアルミニウムのスクラップは
、消費者のスクラップ、車のスクラップおよび工場のスクラップなどいくつかの
異なる発生源から得ることができる。消費者のスクラップは、アルミニウム合金
製品、特に様々なポリマー塗料を塗布された飲料および食品の缶に関連している
。車のスクラップは、廃棄された自動車から得られるアルミニウム合金材料に関
連している。工場のスクラップは、アルミニウム製造工場からの、引抜プロセス
およびしごき加工プロセスの間に発生する欠陥シートのような廃材料に関連して
いる。
、消費者のスクラップ、車のスクラップおよび工場のスクラップなどいくつかの
異なる発生源から得ることができる。消費者のスクラップは、アルミニウム合金
製品、特に様々なポリマー塗料を塗布された飲料および食品の缶に関連している
。車のスクラップは、廃棄された自動車から得られるアルミニウム合金材料に関
連している。工場のスクラップは、アルミニウム製造工場からの、引抜プロセス
およびしごき加工プロセスの間に発生する欠陥シートのような廃材料に関連して
いる。
【００４４】 再利用されたアルミニウム合金缶のスクラップを圧縮して梱包する。それから
、その缶を、粉砕機、ハンマーミルまたは回転ナイフで粉砕して、おおよそ２〜
４センチメートルの公称直径の小さい破片の形になるように寸断する。
、その缶を、粉砕機、ハンマーミルまたは回転ナイフで粉砕して、おおよそ２〜
４センチメートルの公称直径の小さい破片の形になるように寸断する。
【００４５】 寸断したスクラップを磁気分離にかけて、鉄および鋼の汚染物質を除去し、そ
して重力または遠心分離にかけて紙や他の軽い汚染物を除く。そのきれいにされ
たスクラップを、次いで脱ラッカー炉に導入する。それが鋼製コンベヤーベルト
に乗って先に進む間に、一般的には約４８０〜５４０℃の温度に加熱された空気
をスクラップの床を通して吹きつける。この温度は有機物を熱分解するには充分
であるが、アルミニウム合金のスクラップを酸化させることはない。
して重力または遠心分離にかけて紙や他の軽い汚染物を除く。そのきれいにされ
たスクラップを、次いで脱ラッカー炉に導入する。それが鋼製コンベヤーベルト
に乗って先に進む間に、一般的には約４８０〜５４０℃の温度に加熱された空気
をスクラップの床を通して吹きつける。この温度は有機物を熱分解するには充分
であるが、アルミニウム合金のスクラップを酸化させることはない。
【００４６】 大部分のアルミニウム合金のスクラップは、主として、約２５重量％がＡＡ５
１８２の缶の先端、および約７５重量％がＡＡ３００４の缶本体を含んでいる再
利用された飲料の缶で構成されている。これらの合金の典型的な組成物は、重量
％で次の通りである。 ＡＡ３００４−マグネシウム０．９、マンガン１．０、鉄０．４５、ケイ素０．
２、チタン０．０４、および銅０．１８。 ＡＡ５１８２−マグネシウム４．５、マンガン０．２５、鉄０．２５、ケイ素０
．１２、チタン０．０５、および銅０．０８。
１８２の缶の先端、および約７５重量％がＡＡ３００４の缶本体を含んでいる再
利用された飲料の缶で構成されている。これらの合金の典型的な組成物は、重量
％で次の通りである。 ＡＡ３００４−マグネシウム０．９、マンガン１．０、鉄０．４５、ケイ素０．
２、チタン０．０４、および銅０．１８。 ＡＡ５１８２−マグネシウム４．５、マンガン０．２５、鉄０．２５、ケイ素０
．１２、チタン０．０５、および銅０．０８。
【００４７】 （詳細な説明） アルミニウムの炭素熱による製造には、炭素とアーク炉中２０５０℃以上で化
学的に反応した物質を含んでいるアルミナとを使用してアルミニウムを製造する
。このプロセスは、３０〜１０重量％のＡｌ4Ｃ3を含んでいる合金を製造する。
学的に反応した物質を含んでいるアルミナとを使用してアルミニウムを製造する
。このプロセスは、３０〜１０重量％のＡｌ4Ｃ3を含んでいる合金を製造する。
【００４８】 好ましいことに、２０５０℃から２１５０℃まで温度を上昇させると、Ａｌ4
Ｃ3の量が減少する。それは本来のアルミニウムを製造するのに望ましいことで
ある。しかしながら、温度がより高くなると、その系のより揮発性であるアルミ
ニウムの種類に近づくことになる。その系のその種類には、アルミナの多いスラ
グおよびＡｌ4Ｃ3を含むアルミニウム金属が含まれる。アルミニウムが過度の種
類は、蒸発によって失われ、そのプロセスは非経済的になる。アルミニウムの種
類の蒸発を最小限にする操作のやり方は、揮発性の種類が通過しなければならな
い炭素カラムを用いて、再捕獲することである。その炭素カラムのプロセスは、
アルミニウムの種類の蒸発を最小限にしながら、温度を上げるための電動入力を
コントロールすることが困難であるために、成功していない。
Ｃ3の量が減少する。それは本来のアルミニウムを製造するのに望ましいことで
ある。しかしながら、温度がより高くなると、その系のより揮発性であるアルミ
ニウムの種類に近づくことになる。その系のその種類には、アルミナの多いスラ
グおよびＡｌ4Ｃ3を含むアルミニウム金属が含まれる。アルミニウムが過度の種
類は、蒸発によって失われ、そのプロセスは非経済的になる。アルミニウムの種
類の蒸発を最小限にする操作のやり方は、揮発性の種類が通過しなければならな
い炭素カラムを用いて、再捕獲することである。その炭素カラムのプロセスは、
アルミニウムの種類の蒸発を最小限にしながら、温度を上げるための電動入力を
コントロールすることが困難であるために、成功していない。
【００４９】 本発明のプロセスは、約２０５０℃の温度での炭素−アルミナの反応を利用し
て、蒸発が最も少ない点でＡｌ4Ｃ3が１０〜３０重量％である最初のアルミニウ
ム−Ａｌ4Ｃ3生成物を生成する。次いで、本発明のその最初のアルミニウム−Ａ
ｌ4Ｃ3生成物を、十分なアルミニウムのスクラップと接触させて温度をおおよそ
１０００〜９００℃にする、その間にそのＡｌ4Ｃ3は固形物として析出し、これ
はろ過され、デカントされ、および／または融解によって除去することができる
。本発明のプロセスおよび装置は、最小限のＡｌ4Ｃ3で汚染された本来のアルミ
ニウムとして受け入れることができるアルミニウムを製造する。温度を下げると
、揮発性の種類の損失は最小限になり、スクラップを溶かすための熱源を提供す
ることになる。スクラップの溶融速度は、アルミニウム−Ａｌ4Ｃ3を製造する製
造速度にほぼ相当する。例えば、１０００ポンド／時間（４５３ｋｇ／時間）を
製造する炭素熱のプロセスでは、スクラップは１０００ポンド／時間（４５３ｋ
ｇ／時間）の速度で溶融され、２０００ポンド／時間（９０６ｋｇ／時間）とい
う本発明の金属流の生成物を製造する。Ａｌ4Ｃ3をろ過して取り除き、炭素熱の
反応器にもどして再利用してＡｌ4Ｃ3中のアルミニウムの価値のあるものを捕ら
える。
て、蒸発が最も少ない点でＡｌ4Ｃ3が１０〜３０重量％である最初のアルミニウ
ム−Ａｌ4Ｃ3生成物を生成する。次いで、本発明のその最初のアルミニウム−Ａ
ｌ4Ｃ3生成物を、十分なアルミニウムのスクラップと接触させて温度をおおよそ
１０００〜９００℃にする、その間にそのＡｌ4Ｃ3は固形物として析出し、これ
はろ過され、デカントされ、および／または融解によって除去することができる
。本発明のプロセスおよび装置は、最小限のＡｌ4Ｃ3で汚染された本来のアルミ
ニウムとして受け入れることができるアルミニウムを製造する。温度を下げると
、揮発性の種類の損失は最小限になり、スクラップを溶かすための熱源を提供す
ることになる。スクラップの溶融速度は、アルミニウム−Ａｌ4Ｃ3を製造する製
造速度にほぼ相当する。例えば、１０００ポンド／時間（４５３ｋｇ／時間）を
製造する炭素熱のプロセスでは、スクラップは１０００ポンド／時間（４５３ｋ
ｇ／時間）の速度で溶融され、２０００ポンド／時間（９０６ｋｇ／時間）とい
う本発明の金属流の生成物を製造する。Ａｌ4Ｃ3をろ過して取り除き、炭素熱の
反応器にもどして再利用してＡｌ4Ｃ3中のアルミニウムの価値のあるものを捕ら
える。
【００５０】 本発明の方法および装置により、アルミニウムの種類の揮発を最小限にし、ア
ルミニウム−Ａｌ4Ｃ3生成物の顕熱を利用して、本発明のプロセスおよび装置の
第２段階でスクラップを溶融する。
ルミニウム−Ａｌ4Ｃ3生成物の顕熱を利用して、本発明のプロセスおよび装置の
第２段階でスクラップを溶融する。
【００５１】 炭素熱還元プロセスでの主要な炉の生成物は、おおよそ２１００℃で１０〜３
０重量％、好ましくは１０〜１５重量％の炭化アルミニウムを持つアルミニウム
金属を含む溶融部物体から成る。
０重量％、好ましくは１０〜１５重量％の炭化アルミニウムを持つアルミニウム
金属を含む溶融部物体から成る。
【００５２】 この生成物はかなり過剰の顕熱を含むが、炭化物が１０％以上の混合物を約１
４００℃に冷やすと、その炭化アルミニウムは液体アルミニウムを取り込む細胞
状組織を生成し、その溶融物を流れ出にくくする。
４００℃に冷やすと、その炭化アルミニウムは液体アルミニウムを取り込む細胞
状組織を生成し、その溶融物を流れ出にくくする。
【００５３】 その結果、そのプロセス段階の全てを通して極端に高い温度を維持しない限り
、その生成混合物を精製するために移送することが非常に困難になる。
、その生成混合物を精製するために移送することが非常に困難になる。
【００５４】 本発明には、その溶融物にアルミニウムのスクラップを固形冷却剤として加え
て炉の主要生成物の過剰な顕熱を利用することが含まれているが、一方炭化物を
希釈して流動性を保持し、そして最小の資金コストで生産性を拡大することも含
まれている。
て炉の主要生成物の過剰な顕熱を利用することが含まれているが、一方炭化物を
希釈して流動性を保持し、そして最小の資金コストで生産性を拡大することも含
まれている。
【００５５】 スクラップを再利用する能力、すなわち、溶融物のスクラップを吸収する能力
には、その溶融物を２１００から１０００℃まで冷却するのに利用できる約８．
３４６ｋｃａｌ／ｍｏｌの顕熱が含まれている。スクラップを溶融する潜熱は、
２．０７２ｋｃａｌ／ｍｏｌである。スクラップを１０００℃にする顕熱は、５
．３２６ｋｃａｌ／ｍｏｌである。したがって、スクラップを融解する溶融物の
能力は約１．１２８ｋｇ Ａｌスクラップ／ｋｇ炉生成物である。固形スクラッ
プ冷却剤を、炉の生成物のｋｇ当たり、約０．２から１．１ｋｇのスクラップを
、好ましくは約０．５〜１．１ｋｇ、そして最適には約０．８〜１ｋｇの範囲に
わたる様々な比率で溶融物に加えることができる。
には、その溶融物を２１００から１０００℃まで冷却するのに利用できる約８．
３４６ｋｃａｌ／ｍｏｌの顕熱が含まれている。スクラップを溶融する潜熱は、
２．０７２ｋｃａｌ／ｍｏｌである。スクラップを１０００℃にする顕熱は、５
．３２６ｋｃａｌ／ｍｏｌである。したがって、スクラップを融解する溶融物の
能力は約１．１２８ｋｇ Ａｌスクラップ／ｋｇ炉生成物である。固形スクラッ
プ冷却剤を、炉の生成物のｋｇ当たり、約０．２から１．１ｋｇのスクラップを
、好ましくは約０．５〜１．１ｋｇ、そして最適には約０．８〜１ｋｇの範囲に
わたる様々な比率で溶融物に加えることができる。
【００５６】 本発明のスクラップを再利用するプロセスには、アルミニウムのスクラップを
、引き出した直後に炉生成物に加えること、または乾燥したスクラップを含んで
いる坩堝の中にそそぎ込むことが含まれている。その生成物は、冷却により炭化
アルミニウムを微細な形で析出させ、そして細胞炭化物の構造を避けることによ
って、および炭化物の濃度をその問題となる範囲より下げることによって、流動
性のままであるべきである。本発明のプロセスには、さらに、炭化物をろ過する
かまたはデカントすること、および炭化物を炉に再循環させ、それによって溶融
したアルミニウム合金物体が炭化アルミニウム含有量を下げたままにすることが
含まれる。
、引き出した直後に炉生成物に加えること、または乾燥したスクラップを含んで
いる坩堝の中にそそぎ込むことが含まれている。その生成物は、冷却により炭化
アルミニウムを微細な形で析出させ、そして細胞炭化物の構造を避けることによ
って、および炭化物の濃度をその問題となる範囲より下げることによって、流動
性のままであるべきである。本発明のプロセスには、さらに、炭化物をろ過する
かまたはデカントすること、および炭化物を炉に再循環させ、それによって溶融
したアルミニウム合金物体が炭化アルミニウム含有量を下げたままにすることが
含まれる。
【００５７】 スクラップを再利用する利点には、炉生成物の顕熱の利用、溶融物の保存、向
上した流動性、炭化物の分離の改善、および追加の資本費用を最少にしての金属
生産量の増加が含まれる。
上した流動性、炭化物の分離の改善、および追加の資本費用を最少にしての金属
生産量の増加が含まれる。
【００５８】 発明をその特定の実施形態に関して詳細に記述したが、当分野の技術者なら、
上記のことについての理解を達成することにより、これらの実施形態の変更、変
化および同等物について容易に考えることができるということを理解されたい。
したがって、本発明の範囲は、添付の請求項およびそれへのいかなる同等物の範
囲としても評価されるべきである。
上記のことについての理解を達成することにより、これらの実施形態の変更、変
化および同等物について容易に考えることができるということを理解されたい。
したがって、本発明の範囲は、添付の請求項およびそれへのいかなる同等物の範
囲としても評価されるべきである。
Claims (10)
- 【請求項１】 アルミナの炭素熱還元によりアルミニウムを製造するプロセ
スであって、 （ａ）アルミナを炭素と高温度で反応させて、アルミニウムと炭化アルミニウ
ムを含む溶融物体を生成すること、 （ｂ）前記溶融物体とアルミニウムまたはアルミニウム合金を含む固体冷却剤
を混合し、それにより前記物体を冷却して炭化アルミニウムを沈殿させること、
および、 （ｃ）前記溶融物体から沈殿した炭化アルミニウムを分離し、それにより炭化
アルミニウム含有量が下がった溶融物体を生成することを含むプロセス。 - 【請求項２】 前記冷却剤がアルミニウムのスクラップを含む請求項１に記
載のプロセス。 - 【請求項３】 段階（ａ）がアルミナを炭素と１８００℃より高い温度のア
ーク炉で反応させることを含む請求項１に記載のプロセス。 - 【請求項４】 前記アーク炉の温度が２０００℃より高い請求項３に記載の
プロセス。 - 【請求項５】 前記アーク炉の温度が約２０００〜２１００℃である請求項
３に記載のプロセス。 - 【請求項６】 段階（ａ）の溶融物体が約１０〜３０重量％の炭化アルミニ
ウムを含む請求項１に記載のプロセス。 - 【請求項７】 段階（ａ）の溶融物体が約ｌ０〜１５重量％の炭化アルミニ
ウムを含む請求項１に記載のプロセス。 - 【請求項８】 段階（ｂ）が前記溶融物体を約９００〜１０００℃の温度に
冷却する請求項１に記載のプロセス。 - 【請求項９】 段階（ｃ）の溶融物体が約５重量％以下の炭化アルミニウム
を含んでいる請求項１に記載のプロセス。 - 【請求項１０】 アルミニウムを製造するプロセスであって、 （ａ）アルミナを高温度で反応させて、アルミニウムと約１０〜３０重量％の
炭化アルミニウムを含む溶融物体を生成させること、 （ｂ）前記溶融物体にアルミニウムのスクラップを含む固体冷却剤を、溶融物
体１ｋｇ当たりスクラップのアルミニウムが約０．２〜１．１ｋｇという割合で
混合させ、それにより前記溶融物体を冷却し、その流動性を改善し、そして炭化
アルミニウムを沈殿させること、および、 （ｃ）前記溶融物体から沈殿した炭化アルミニウムを分離し、それにより炭化
アルミニウム含有量が下がった溶融物体を生成することを含むプロセス。
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