JP2022060640A - Aluminum smelting method - Google Patents
Aluminum smelting method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022060640A JP2022060640A JP2020168204A JP2020168204A JP2022060640A JP 2022060640 A JP2022060640 A JP 2022060640A JP 2020168204 A JP2020168204 A JP 2020168204A JP 2020168204 A JP2020168204 A JP 2020168204A JP 2022060640 A JP2022060640 A JP 2022060640A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon dioxide
- hydrogen
- methane
- aluminum
- carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、ホール・エルー法（Hall-Heroult Process）によるアルミニウム製錬方法の改善に関し、より具体的には二酸化炭素の排出を抑制する環境に優しい改善されたホール・エルー法によるアルミニウム製錬方法に関する。
The present invention relates to the improvement of the aluminum smelting method by the Hall-Heroult Process, and more specifically, the improved environment-friendly aluminum smelting method that suppresses the emission of carbon dioxide. Regarding.
アルミニウムは軽量で加工性も良く、また酸化被膜が表面を覆うことによって内部が保護され耐食性に優れた材料でもあることから、建築材料を初め工業製品に広く使用され、現代では欠くことのできない代表的な金属材料の１つとなっている。加工面では圧延、押し出し、鋳造などの各種方法の適用が可能であり、また合金としてはジュラルミンなどがよく知られている。加えて、熱伝導性、電気伝導性に優れた長所を生かす技術分野での使用もされるほか、燃焼する際に高熱量を発生し、体積当たりのエネルギ密度では石炭や石油にも匹敵するほど（４１．９ｋＪ／ｃｍ３）であることから、将来的にはエネルギ源として活用されるポテンシャルをも備えた有用な金属である。 Aluminum is lightweight, has good workability, and is also a material with excellent corrosion resistance that protects the inside by covering the surface with an oxide film, so it is widely used in industrial products including building materials, and is an indispensable representative in modern times. It is one of the typical metal materials. Various methods such as rolling, extrusion, and casting can be applied to the machined surface, and duralumin and the like are well known as alloys. In addition, it is also used in the technical field to take advantage of its excellent thermal and electrical conductivity, and it generates a high amount of heat when burned, and its energy density per volume is comparable to that of coal and oil. Since it is (41.9 kJ / cm 3 ), it is a useful metal having the potential to be utilized as an energy source in the future.
歴史的には、１９世紀初頭のアルミナの発見に始まり、アルミナからアルミニウムを単離する技術が確立するまでは貴重な金属として扱われたが、１９世紀末のホール・エルー法が見出されたことによってアルミニウムの入手性が高まった。ホール・エルー法はアルミニウム精錬方法として広く実施され既によく知られた技術であるが、その概要としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を多く含む鉱石であるボーキサイトを水酸化ナトリウムで溶融してアルミナを抽出し（バイヤー法）、これを氷晶石（Ｎａ３ＡｌＦ６）を用いた電解浴（１０００℃）で溶融、炭素電極を用いた電気分解でアルミニウムに精錬する方法である。陽極側となる炭素電極が還元剤としてアルミナ中の酸素と結合してこれを取り除くことでアルミニウムを生成する。この際、アルミニウムの他に炭素と結合した酸素が二酸化炭素となって排出される。 Historically, it was treated as a precious metal from the discovery of alumina in the early 19th century until the technology for isolating aluminum from alumina was established, but the Hall-Héroult method was discovered at the end of the 19th century. Increased the availability of aluminum. The Hall - Héroult method is a well - known technique that has been widely practiced as an aluminum smelting method. Is extracted (Buyer method), melted in an electrolytic bath (1000 ° C.) using cryolite (Na 3 AlF 6 ), and refined into aluminum by electrolysis using a carbon electrode. The carbon electrode on the anode side combines with oxygen in alumina as a reducing agent and removes it to produce aluminum. At this time, in addition to aluminum, oxygen combined with carbon is emitted as carbon dioxide.
ホール・エルー法は現在でもアルミニウム精錬の実質的に唯一の方法として利用されているが、アルミニウムを分離するために多量な電力を消費すること（アルミニウム１トン生産するための消費電力：１３，０００～１４，０００ｋＷｈ）、その際、上述したように二酸化炭素（ＣＯ２）という温室効果ガスを多量に発生すること（アルミニウム１トンを取り出すために１．３トンの二酸化炭素を排出）も問題となっている。特に後者の問題は、地球温暖化に直接つながる要因でもあり、グローバルな規模でのホール・エルー法の改善、もしくは代替方法の開発が望まれている。 The Hall-Héroult method is still used as the only method of aluminum refining, but it consumes a large amount of power to separate aluminum (power consumption to produce 1 ton of aluminum: 13,000). ~ 14,000kWh), at that time, as mentioned above, it is also a problem to generate a large amount of carbon dioxide (CO 2 ), which is a greenhouse gas (1.3 tons of carbon dioxide is emitted to extract 1 ton of aluminum). It has become. In particular, the latter problem is a factor that directly leads to global warming, and it is desired to improve the Hall-Héroult method on a global scale or to develop an alternative method.
ホール・エルー法自身に関しては、そのエネルギ効率の改善に向けての技術開発が見られ（例えば、「特許文献１」参照。）、またホール・エルー法に代わる還元方法の提案もされているが（例えば、「特許文献２」、「特許文献３」参照。）、いずれも上記課題を解決するに至るものではなく、アルミニウム精錬方法（あるいはアルミナ還元方法）は未だホール・エルー法に頼らざるを得ないのが実状である。したがって、ホール・エルー法には未だ改善の余地が残されていると言える。 Regarding the Hall-Héroult method itself, technological developments have been made to improve its energy efficiency (see, for example, "Patent Document 1"), and a reduction method alternative to the Hall-Héroult method has been proposed. (For example, see "Patent Document 2" and "Patent Document 3".) Neither of them solves the above-mentioned problems, and the aluminum refining method (or alumina reduction method) still has to rely on the Hall-Héroult method. The reality is that you cannot get it. Therefore, it can be said that there is still room for improvement in the Hall-Héroult method.
以上より、本発明は、現在でも広く利用されているホール・エルー法の上述した課題を解消し、ホール・エルー法を活用しながらも温室効果ガスである二酸化炭素などの環境に有害な物質の排出を最小限のエネルギ投入によって極力抑えることができるアルミニウム精錬方法を提供することを目的としている。 Based on the above, the present invention solves the above-mentioned problems of the Hall-Héroult method, which is still widely used, and while utilizing the Hall-Héroult method, it is a substance harmful to the environment such as carbon dioxide, which is a greenhouse gas. The purpose is to provide an aluminum refining method that can suppress emissions as much as possible by inputting a minimum amount of energy.
本発明では、アルミナを還元してアルミニウムを得るための直接的手段であるホール・エルー法を基本的に踏襲しつつも、その際に排出される二酸化炭素を水素で還元するメタネーション技術を応用して再利用することにより二酸化炭素の排出を抑制することを骨子とし、その手段としてサバチエ反応その他の手法を組み合わせて利用するものとしている。具体的に、本発明は以下の内容を含む。 In the present invention, while basically following the Hall-Héroult method, which is a direct means for reducing alumina to obtain aluminum, a metanation technology for reducing carbon dioxide emitted at that time with hydrogen is applied. The main idea is to suppress the emission of carbon dioxide by reusing it, and as a means of doing so, the Sabatier reaction and other methods are used in combination. Specifically, the present invention includes the following contents.
すなわち、本発明に係る１つの態様は、ホール・エルー法によってアルミナを還元してアルミニウムを取り出すアルミニウム精錬方法であって、二酸化炭素に水素を反応させて水とメタンを生成するサバチエ反応によってアルミニウム製錬時に同時に発生する二酸化炭素に水素を加えてメタンと水に置き換えることにより、発生する二酸化炭素の全量もしくは所定量の放出を抑制することを特徴とするアルミニウム精錬方法に関する。 That is, one aspect of the present invention is an aluminum smelting method in which alumina is reduced by the Hall-Héroult method to extract aluminum, and is made of aluminum by a Sabatier reaction in which carbon dioxide is reacted with hydrogen to produce water and methane. The present invention relates to an aluminum smelting method characterized by suppressing the release of the total amount or a predetermined amount of carbon dioxide generated by adding hydrogen to carbon dioxide generated at the same time during smelting and replacing it with methane and water.
本発明に係る他の態様は、溶融したアルミナを炭素電極を用いた電気分解によりアルミニウムと酸素に分離し、アルミニウムを抽出すると同時に分離した酸素を炭素電極に反応させて二酸化炭素として排出するホール・エルー法によるアルミニウム精錬方法であって、二酸化炭素に水素を加えて還元するサバチエ反応によって、排出された二酸化炭素から水とメタンを生成し、サバチエ反応で得られた水を電気分解して生成された水素をサバチエ反応の還元用に利用すると共に、同時に得られたメタンを炭素と水素に熱分解し、該熱分解によって得られた炭素をホール・エルー法の前記炭素電極として利用すると共に、同時に得られる水素をサバチエ反応の還元用に利用する一連の反応により、ホール・エルー法による二酸化炭素発生量の全量もしくは所定量の放出を抑制することを特徴とするアルミニウム精錬方法に関する。 In another aspect of the present invention, the molten alumina is separated into aluminum and oxygen by electrolysis using a carbon electrode, and at the same time as the aluminum is extracted, the separated oxygen is reacted with the carbon electrode and discharged as carbon dioxide. It is an aluminum refining method by the Hall-Héroult method. It is produced by the Sabatier reaction, in which hydrogen is added to carbon dioxide to reduce it, to generate water and methane from the emitted carbon dioxide, and to electrolyze the water obtained by the Sabatier reaction. The hydrogen is used for the reduction of the Sabatier reaction, and the methane obtained at the same time is thermally decomposed into carbon and hydrogen, and the carbon obtained by the thermal decomposition is used as the carbon electrode of the Hall-Héroult method and at the same time. The present invention relates to an aluminum refining method characterized by suppressing the release of the total amount or a predetermined amount of carbon dioxide generated by the Hall-Héroult method by a series of reactions using the obtained hydrogen for reduction of the Sabatier reaction.
本発明に係るさらに他の態様は、炭素電極を用いた電気分解により、溶融したアルミナをアルミニウムと酸素に分離し、アルミニウムを抽出すると同時に分離した酸素を炭素電極に反応させて二酸化炭素として排出するホール・エルー法によるアルミニウム精錬方法であって、二酸化炭素に水素を加えて還元するサバチエ反応によって、排出された二酸化炭素から水とメタンを生成し、サバチエ反応で得られたメタンを炭素と水素に熱分解し、該熱分解によって得られた炭素をホール・エルー法の炭素電極として利用すると共に、同時に得られる水素をサバチエ反応の還元用に利用し、さらに必要とされる水素を適宜外部から追加供給してサバチエ反応の還元用に供する一連の反応により、ホール・エルー法による二酸化炭素発生量の全量もしくは所定量の放出を抑制することを特徴とするアルミニウム精錬方法に関する。 In still another aspect of the present invention, molten alumina is separated into aluminum and oxygen by electrolysis using a carbon electrode, and at the same time as aluminum is extracted, the separated oxygen is reacted with the carbon electrode and discharged as carbon dioxide. It is an aluminum smelting method by the Hall-Héroult method. Water and methane are generated from the discharged carbon dioxide by the Sabatier reaction in which hydrogen is added to carbon dioxide and reduced, and the methane obtained by the Sabatier reaction is converted into carbon and hydrogen. Pyrolysis is performed, and the carbon obtained by the thermal decomposition is used as a carbon electrode of the Hall-Héroult method, the hydrogen obtained at the same time is used for the reduction of the Sabatier reaction, and the required hydrogen is added from the outside as appropriate. The present invention relates to an aluminum refining method characterized by suppressing the release of a total amount or a predetermined amount of carbon dioxide generated by the Hall-Héroult method by a series of reactions to be supplied and used for reduction of the Sabatier reaction.
前記メタンを炭素と水素に熱分解するに際し、メタンをホール・エルー法の溶融炉の冷却材として使用することで当該メタンを予熱し、メタン熱分解に要するエネルギを低減することができる。また、発熱反応であるサバチエ反応によって生ずる熱エネルギを、前記熱分解されるメタンの予熱に利用してメタン熱分解に要するエネルギを低減することもできる。 When the methane is thermally decomposed into carbon and hydrogen, the methane can be preheated and the energy required for the thermal decomposition of methane can be reduced by using the methane as a cooling material for the Hall-Héroult melting furnace. Further, the thermal energy generated by the Sabatier reaction, which is an exothermic reaction, can be utilized for preheating the thermally decomposed methane to reduce the energy required for methane thermal decomposition.
本発明に係るさらに他の態様は、炭素電極を用いた電気分解により、溶融したアルミナをアルミニウムと酸素に分離し、アルミニウムを抽出すると同時に分離した酸素を炭素電極に反応させて二酸化炭素として排出するホール・エルー法によるアルミニウム精錬方法であって、二酸化炭素に水素を加えて還元するサバチエ反応によって、前記排出された二酸化炭素を水とメタンに置き換え、サバチエ反応で得られた水を電気分解して生成された水素をサバチエ反応の還元用に利用し、さらに必要とされる水素を適宜外部から追加供給してサバチエ反応の還元用に供する一連の反応により、ホール・エルー法による二酸化炭素の全量もしくは所定量の発生を抑制し、サバチエ反応によって得られるメタンを任意で燃料や他の化学物質の原料として再利用することを特徴とするアルミニウム精錬方法に関する。 In still another aspect of the present invention, molten alumina is separated into aluminum and oxygen by electrolysis using a carbon electrode, and at the same time as aluminum is extracted, the separated oxygen is reacted with the carbon electrode and discharged as carbon dioxide. It is an aluminum smelting method by the Hall-Eru method. By the Sabatier reaction that adds hydrogen to carbon dioxide and reduces it, the discharged carbon dioxide is replaced with water and methane, and the water obtained by the Sabatier reaction is electrolyzed. The generated hydrogen is used for the reduction of the Sabatier reaction, and the required hydrogen is additionally supplied from the outside as appropriate to be used for the reduction of the Sabatier reaction. The present invention relates to an aluminum refining method characterized by suppressing the generation of a predetermined amount and optionally reusing the methane obtained by the Sabatier reaction as a raw material for fuel or other chemical substances.
ホール・エルー法によるアルミニウム精錬時に二酸化炭素に加えて発生する一酸化炭素を燃焼させて二酸化炭素とし、当該二酸化炭素を前記二酸化炭素と共にサバチエ反応に供することができる。また、サバチエ反応に供される水素の量を制御することにより、サバチエ反応によって処理される二酸化炭素の量を調節することができる。 Carbon monoxide generated in addition to carbon dioxide during aluminum refining by the Hall-Héroult method can be burned to obtain carbon dioxide, and the carbon dioxide can be subjected to a Sabatier reaction together with the carbon dioxide. Further, by controlling the amount of hydrogen supplied to the Sabatier reaction, the amount of carbon dioxide processed by the Sabatier reaction can be adjusted.
本発明の実施により、ホール・エルー法により発生する環境に有害な二酸化炭素の発生量の全量もしくは所定量を抑制することができ、環境に優しいアルミニウム精錬の実施ができるようになるという効果を奏する。 By implementing the present invention, it is possible to suppress the total amount or a predetermined amount of carbon dioxide generated by the Hall-Héroult method, which is harmful to the environment, and it is possible to carry out environmentally friendly aluminum refining. ..
本発明の第１の実施の形態に係るアルミニウム精錬方法について図面を参照して説明する。
近年宇宙開発技術分野を中心に、二酸化炭素を有効活用するための研究が積極的に進められており、その方策の１つとして、二酸化炭素を水素によって還元するサバチエ反応（Sabatier reaction）の利用が注目されている。サバチエ反応は、水素と二酸化炭素を高温（４００℃）高圧状態に置き、ニッケル（Ｎｉ）やルテニウム（Ｒｕ)などを触媒に反応させ、メタン（ＣＨ４）と水（Ｈ２Ｏ）を生成する化学反応をいう。宇宙船内での活動のために必要となる酸素（Ｏ２）は水の電気分解によって作られているが、同時に得られる水素（Ｈ２）は現在は宇宙船外へ投棄されている。また、宇宙飛行士の活動によって消費された酸素は二酸化炭素（ＣＯ２）として排出されるが、現在はこれも同様に船外投棄されている。これら船外投棄される水素と二酸化炭素を利用してサバチエ反応させれば、上述したように宇宙船には貴重な水が得られることになり、これを電気分解させれば再び酸素が得られるものとなる。また、サバチエ反応の結果として同時に得られるメタンは現状では船外投棄されているが、これを熱分解すればさらに水素を回収することもできる。この一連の処理に従えば、最終的に宇宙船外投棄となるのは熱分解炭素（Pyrolytic carbon）のみとすることもできる。
The aluminum refining method according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In recent years, research for effective utilization of carbon dioxide has been actively promoted mainly in the field of space development technology, and one of the measures is the use of the Sabatier reaction, which reduces carbon dioxide with hydrogen. Attention has been paid. In the Sabatier reaction, hydrogen and carbon dioxide are placed in a high temperature (400 ° C) high pressure state, and nickel (Ni), ruthenium (Ru), etc. are reacted with a catalyst to generate methane (CH 4 ) and water (H 2 O). Refers to a chemical reaction. Oxygen (O 2 ) required for activities inside the spacecraft is produced by electrolysis of water, but hydrogen (H 2 ) obtained at the same time is currently dumped outside the spacecraft. In addition, oxygen consumed by the activities of astronauts is emitted as carbon dioxide (CO 2 ), which is also currently dumped overboard. If the Sabatier reaction is carried out using these hydrogen and carbon dioxide dumped overboard, precious water will be obtained for the spacecraft as described above, and if this is electrolyzed, oxygen will be obtained again. It will be a thing. In addition, methane obtained at the same time as a result of the Sabatier reaction is currently dumped overboard, but hydrogen can be further recovered by thermally decomposing it. According to this series of treatments, it is possible that only pyrolytic carbon will eventually be dumped out of spacecraft.
本発明の第１の実施の形態に係るアルミニウム精錬方法は、宇宙開発技術で最終的には酸素を得るために利用されるサバチエ反応を含む一連の処理を、アルミニウム精錬に適用し、これによってアルミナ還元に伴って発生する二酸化炭素の排出量を抑制する新たなアルミニウム精錬技術を提供するものである。図１は、本実施の形態に係るアルミニウム精錬方法の概要を示すもので、主要な構成要素として太枠で囲った（Ａ）ホール・エルー法、（Ｂ）サバチエ反応、（Ｃ）水の電気分解、そして（Ｄ）メタン熱分解の４つの要素を組み合わせることによって構成されている。矢印は各要素への出入りを示しており、この内二重四辺形は投入物質を、楕円形は中間生成物を、そして二重楕円形は出力生成物をそれぞれ示している。 The aluminum refining method according to the first embodiment of the present invention applies a series of treatments including a Sabatier reaction, which is finally used in space development technology to obtain oxygen, to aluminum refining, whereby alumina. It provides a new aluminum refining technology that suppresses the emission of carbon dioxide generated by reduction. FIG. 1 shows an outline of the aluminum refining method according to the present embodiment, and has (A) Hall-Héroult method, (B) Sabatier reaction, and (C) water electrolysis surrounded by a thick frame as main components. It is composed by combining the four elements of decomposition and (D) methane pyrolysis. The arrows indicate the entry and exit of each element, of which the double quadrilateral indicates the input material, the ellipse indicates the intermediate product, and the double ellipse indicates the output product.
まずアルミニウム精錬において周知技術となっている（Ａ）ホール・エルー法では、アルミナ（酸化アルミニウム：２Ａｌ２Ｏ３）が投入物質となり、さらに溶融および電解用の白抜き矢印で示すエネルギが投入される。当該エネルギは、再生可能エネルギを利用することができる。この他に電解用の陽極電極となり還元剤として利用される炭素Ｃが投入されるが、これは後述する要素（Ｄ）から得られる中間生成物を利用している。なお、アルミナの溶融時に投入される氷晶石（Ｎａ３ＡｌＦ６）は反応に関与しないため図１では省略している。アルミナを高温融解させて電気分解することにより二重楕円形で示されるアルミニウム（４Ａｌ）が取り出され、副産物として二酸化炭素（３ＣＯ２）が排出される。この二酸化炭素が環境汚染物質となる。その時の化学反応式は次のようであり、図１の（Ａ）ホール・エルー法の太枠周囲にその出入りを示している。
２Ａｌ２Ｏ３＋３Ｃ→４Ａｌ＋３ＣＯ２
First, in the (A) Hall-Héroult method, which is a well-known technique in aluminum refining, alumina (aluminum oxide: 2Al 2 O 3 ) is used as an input substance, and energy indicated by white arrows for melting and electrolysis is further input. .. Renewable energy can be used as the energy. In addition to this, carbon C, which serves as an anode electrode for electrolysis and is used as a reducing agent, is input, which utilizes an intermediate product obtained from the element (D) described later. The cryolite (Na 3 AlF 6 ) charged when the alumina melts is omitted in FIG. 1 because it does not participate in the reaction. Aluminum (4Al) represented by a double ellipse is taken out by melting alumina at a high temperature and electrolyzing it, and carbon dioxide (3CO 2 ) is discharged as a by-product. This carbon dioxide becomes an environmental pollutant. The chemical reaction formula at that time is as follows, and the entrance and exit are shown around the thick frame of the Hall-Héroult method in FIG. 1 (A).
2Al 2 O 3 + 3C → 4Al + 3CO 2
次に（Ｂ）サバチエ反応では、二酸化炭素と水素を反応させて水とメタンを生成するが、その時の化学反応式は以下のようであり、図１の（Ｂ）サバチエ反応の太枠周囲にその出入りを示している。
３ＣＯ２ ＋１２Ｈ２ → ３ＣＨ４ + ６Ｈ２Ｏ
ここで入力される二酸化炭素は、（Ａ）ホール・エルー法で排出される中間生成物となる二酸化炭素であり、すなわちアルミニウム精錬時に排出される二酸化炭素を水素で還元し、二酸化炭素の排出量を抑制するものとしている。この二酸化炭素の処理量は、排出される全量に限定されることなく、排出量削減目標等に応じて必要な量だけ処理することで段階的な排出量削減にも対応することが可能である。サバチエ反応の結果得られる中間生成物である水（６Ｈ２Ｏ）とメタン（３ＣＨ４）は、以下に述べる他の要素（Ｃ），（Ｄ）において活用される。
Next, in (B) Sabatier reaction, carbon dioxide and hydrogen are reacted to generate water and methane. The chemical reaction formula at that time is as follows, and around the thick frame of (B) Sabatier reaction in FIG. It shows the comings and goings.
3CO 2 + 12H 2 → 3CH 4 + 6H 2 O
The carbon dioxide input here is (A) carbon dioxide that is an intermediate product emitted by the Hall-Héroult method, that is, the carbon dioxide emitted during aluminum refining is reduced with hydrogen, and the amount of carbon dioxide emitted. Is supposed to be suppressed. The amount of carbon dioxide processed is not limited to the total amount emitted, and it is possible to respond to stepwise emission reductions by processing only the required amount according to the emission reduction target and the like. .. Water (6H 2 O) and methane (3CH 4 ), which are intermediate products obtained as a result of the Sabatier reaction, are utilized in the other elements (C) and (D) described below.
（Ｃ）水の電気分解では、白抜き矢印で示す電解用エネルギを投入する水電解によって水から酸素（３Ｏ２）と水素（６Ｈ２）を取り出すが、図示のようにここに投入される水は（Ｂ）サバチエ反応により得られた楕円形に示す中間生成物である水（６Ｈ２Ｏ）を使用することができる。この際の電解用のエネルギは再生可能エネルギを利用することができる。生成された水素（６Ｈ２）は図の矢印でように（Ｂ）サバチエ反応に入力され、二酸化炭素の還元用に供される。水素と同時に発生する酸素は、宇宙開発の分野では宇宙船内用などで活用されるものとなるが、本実施の形態では出力物質として酸素のままで回収、貯蔵され、金属精錬などの工業的用途のほか、医療用など他の多くの用途に有効活用することができる。 (C) In the electrolysis of water, oxygen (3O 2 ) and hydrogen (6H 2 ) are taken out from water by water electrolysis in which the energy for electrolysis indicated by the white arrow is input. (B) Water (6H 2 O), which is an intermediate product shown in the elliptical shape obtained by the Sabatier reaction, can be used. Renewable energy can be used as the energy for electrolysis at this time. The generated hydrogen (6H 2 ) is input to the (B) Sabatier reaction as shown by the arrow in the figure, and is used for the reduction of carbon dioxide. Oxygen generated at the same time as hydrogen will be utilized for spacecraft internal use in the field of space development, but in this embodiment, oxygen is recovered and stored as an output substance as it is, and is used for industrial purposes such as metal refining. In addition, it can be effectively used for many other purposes such as medical use.
次に（Ｄ）メタンの熱分解では、サバチエ反応によって生成されたメタン（３ＣＨ４）を高温加熱して水素（６Ｈ２）と炭素（３Ｃ）に分解する。この際の熱分解には白抜き矢印で示すように（Ａ）ホール・エルー法における余剰エネルギを好適にメタンの予熱に利用することができる。すなわち、ホール・エルー法ではアルミナの溶融のために電気炉が使用されるが、電気炉内では１０００℃～の超高温となるため周囲の冷却が求められる。（Ｂ）サバチエ反応から生成されるメタンをこの冷却材として使用し、これを回収することでメタンの予熱が可能となり、熱分解に必要なエネルギを節約することができる。さらに（Ｂ）サバチエ反応が発熱反応であることから、やはり白抜き矢印で示すようにこれをメタンの余熱に有効活用することもできる。メタンの熱分解には触媒なしで１０００℃以上の高温熱源が必要となるため、予熱による効果は一部に留まるが、いずれにせよ熱分解に必要な投与エネルギの節約となる。生成された水素（６Ｈ２）は、図の右側に進んで水の電気分解により生成された水素（６Ｈ２）と合わせてサバチエ反応に供することができる。また、同時に生成された炭素は、（Ａ）ホール・エルー法の炭素電極として再利用することができ、新たな電極用の炭素の投与を不要とし、もしくは節約する。宇宙開発技術においてはメタンの熱分解によって生成される炭素は船外廃棄されることとなるが、アルミニウム精錬においてはこれを有効活用できる点で優れている。 Next, in (D) thermal decomposition of methane, methane (3CH 4 ) produced by the Sabatier reaction is heated at a high temperature and decomposed into hydrogen (6H 2 ) and carbon (3C). For the thermal decomposition at this time, as shown by the white arrow, the surplus energy in the (A) Hall-Héroult method can be suitably used for preheating methane. That is, in the Hall-Héroult method, an electric furnace is used for melting alumina, but in the electric furnace, the temperature is as high as 1000 ° C. or higher, so cooling of the surroundings is required. (B) Methane produced from the Sabatier reaction is used as this coolant, and by recovering it, methane can be preheated and the energy required for thermal decomposition can be saved. Furthermore, since the (B) Sabatier reaction is an exothermic reaction, it can also be effectively used for the residual heat of methane, as shown by the white arrow. Since the thermal decomposition of methane requires a high-temperature heat source of 1000 ° C. or higher without a catalyst, the effect of preheating is limited, but in any case, the administration energy required for the thermal decomposition is saved. The generated hydrogen (6H 2 ) can be advanced to the right side of the figure and subjected to the Sabatier reaction together with the hydrogen (6H 2 ) generated by the electrolysis of water. In addition, the carbon generated at the same time can be reused as the carbon electrode of the (A) Hall-Héroult method, which eliminates or saves the administration of carbon for a new electrode. In space development technology, carbon produced by the thermal decomposition of methane is discarded overboard, but it is excellent in that it can be effectively used in aluminum refining.
以上、（Ａ）から（Ｄ）の各構成要素を組み合わせることによって、この間の反応を図の左端にある二重四辺形のアルミナ（２Ａｌ２Ｏ３）の投入によって、二重楕円に示すアルミニウム（４Ａｌ）と酸素（３Ｏ２）を生成する閉じた循環とすることができ、この系全体を通しての化学反応式としては、
２Ａｌ２Ｏ３→４Ａｌ＋３Ｏ２
と表される。すなわち、（Ａ）～（Ｄ）各構成要素の反応がロスなく理論的に進められれば、ホール・エルー法によるアルミニウムの精錬を二酸化炭素の排出ゼロとして実施することも可能となる。実際には各種の制約やロスによって完全とはいえないまでも、排出量を画期的に低減できることは不変である。また、排出量削減目標等に応じて必要な量だけ処理することで段階的な排出量削減を意図することもでき、この場合には例えば（Ｂ）サバチエ反応に投入される水素（１２Ｈ２）の投入量を加減することにより処理量を制御することができる。
As described above, by combining the components (A) to (D), the reaction during this period is shown in the double ellipse by the injection of the double quadrilateral alumina (2Al 2 O 3 ) at the left end of the figure. It can be a closed cycle that produces 4Al) and oxygen (3O 2 ), and the chemical equation throughout this system is:
2Al 2 O 3 → 4Al + 3O 2
It is expressed as. That is, if the reactions of the components (A) to (D) proceed theoretically without loss, it is possible to carry out the refining of aluminum by the Hall-Héroult method with zero carbon dioxide emissions. In reality, it is still possible to dramatically reduce emissions, if not completely due to various restrictions and losses. It is also possible to intend a gradual reduction of emissions by treating only the required amount according to the emission reduction target, etc. In this case, for example, (B) Hydrogen input to the Sabatier reaction (12H 2 ). The processing amount can be controlled by adjusting the input amount of.
エネルギ的には、図１に示す４Ａｌを得る反応において（Ａ）ホール・エルー法にて２，２２１ｋＪ、（Ｃ）電気分解で１，４２２ｋＪ、（Ｄ）熱分解で２２５ｋＪとなり、この合計で必要となるエネルギ総量はＡｌの１モル当たり９６７ｋＪとなる。
（２，２２１＋１，４２２＋２２５）／４＝９６７ｋＪ／ｍｏｌ（Ａｌ）
すなわち、ホール・エルー法によりアルミナをアルミニウムと酸素に分解する還元エネルギ５５５ｋＪ／ｍｏｌ（２，２２１／４）に対してその１．７４倍（９６７／５５５）のエネルギ投入で二酸化炭素の発生が排除可能であることを意味する。さらに（Ｂ）サバチエ反応は反応開始時には加熱するが反応そのものは４９５ｋＪのエネルギを放出する発熱反応であり、この熱量を有効利用することにより、加えて、上述した（Ｄ）熱分解の際にホール・エルー法の冷却用としてメタンを予熱できることも考慮すると、上記１．７４倍の比率はより小さく抑えることが可能となる。
In terms of energy, in the reaction to obtain 4Al shown in FIG. 1, (A) Hall-Héroult method is 2,221 kJ, (C) electrolysis is 1,422 kJ, and (D) thermal decomposition is 225 kJ, which are necessary in total. The total amount of energy to be obtained is 967 kJ per mol of Al.
(2,221 + 1,422 + 225) / 4 = 967kJ / mol (Al)
That is, carbon dioxide generation is eliminated by inputting 1.74 times (967/555) the reducing energy of 555 kJ / mol (2,221 / 4) that decomposes alumina into aluminum and oxygen by the Hall-Héroult method. It means that it is possible. Further, (B) the Sabatier reaction is an exothermic reaction that heats up at the start of the reaction, but the reaction itself releases energy of 495 kJ. -Considering that methane can be preheated for cooling by the Eru method, the above 1.74 times ratio can be suppressed to a smaller value.
以上、本実施の形態に係る発明の内容を説明してきたが、本発明の実施によってホール・エルー法により排出される二酸化炭素の排出を無くし、あるいは排出量を大幅に抑制することができ、環境改善に資する貢献効果は大きい。さらなる利点として、本方法によれば大きな投資を要することなく、既存のインフラがそのまま活用できる点が挙げられる。また、宇宙開発と比較すると廃却されるべきメタンあるいは炭素を、ホール・エルー法の電極として有効活用できる点でもメリットが得られる。 Although the contents of the invention according to the present embodiment have been described above, the implementation of the present invention can eliminate the emission of carbon dioxide emitted by the Hall-Héroult method or can significantly suppress the emission amount, and the environment. The contribution effect that contributes to improvement is great. A further advantage is that this method allows the existing infrastructure to be used as is without requiring a large investment. In addition, compared to space development, methane or carbon, which should be abolished, can be effectively used as an electrode for the Hall-Héroult method.
次に、本発明の第２の実施の形態に係るアルミニウム精錬方法について図面を参照して説明する。図２は、本実施の形態に係るアルミニウム精錬方法を示しており、ここでは第１の実施の形態に示す図１に対して（Ｃ）水の電気分解を除いており、その他（Ａ）、（Ｂ）、（Ｄ）の各要素は基本的に図１と同様である。すなわち、（Ａ）ホール・エルー法ではアルミナを還元してアルミニウムと二酸化炭素を生成し、得られた二酸化炭素を（Ｂ）サバチエ反応によって水とメタンに置き換える。得られたメタンは（Ｄ）熱分解されて炭素と水素になり、この内の炭素は（Ａ）ホール・エルー法の炭素電極として、水素は（Ｂ）サバチエ反応の還元剤としてそれぞれ有効活用される。 Next, the aluminum refining method according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 shows an aluminum refining method according to the present embodiment, in which (C) water electrolysis is excluded with respect to FIG. 1 shown in the first embodiment, and the others (A). Each element of (B) and (D) is basically the same as that of FIG. That is, in the (A) Hall-Héroult method, alumina is reduced to produce aluminum and carbon dioxide, and the obtained carbon dioxide is replaced with water and methane by the (B) Sabatier reaction. The obtained methane is (D) thermally decomposed into carbon and hydrogen, of which carbon is effectively utilized as (A) a carbon electrode of the Hall-Héroult method and hydrogen is effectively utilized as (B) a reducing agent for the Sabatier reaction. To.
宇宙開発技術においては特に宇宙船内での活動のために酸素が必要不可欠となる。このため（Ｃ）水の電気分解が酸素を得る有効な手段となり、同時に発生する水素は場合によっては船外投棄となるが、本発明のアルミニウム精錬における技術分野ではこれとは逆に酸素の取り出しは必ずしも必要ではなく、水素の方が（Ｂ）サバチエ反応のために有用となる。図２に示すにように、水素（６Ｈ２）は（Ｄ）メタン熱分解によって得られ、これをサバチエ反応に投入するものとなるが、図１と比較すると（Ｃ）水の電気分解がないことから、図示の系の反応を維持するために必要な水素（１２Ｈ２）が半減することとなり、この水素の不足量を他のルートから投入物質として補充する必要がある。ただ、水素は製鉄所、ソーダ産業から豊富に得られる水素（副生水素）の利用が可能であることから、調達は容易である。ここで投入される水素の量を適切に制御することによってホール・エルー法により放出される二酸化炭素の処理量を調整するために利用することもできる。図２では、追加水素量を二重四辺形で「６Ｈ２」と表示し、排出される二酸化炭素全量の処理するものとしているが、この追加水素量は任意に制御することができる。なお、水素量を減ずると（Ｄ）熱分解によって生成される炭素の量も低減するため、必要に応じて（Ａ）ホール・エルー法に炭素（炭素電極）を適切に補充する必要が生じる。 Oxygen is indispensable for space development technology, especially for activities inside spacecraft. Therefore, (C) electrolysis of water is an effective means for obtaining oxygen, and hydrogen generated at the same time is sometimes dumped overboard. However, in the technical field of aluminum refining of the present invention, oxygen is taken out. Is not always necessary, and hydrogen is more useful for the (B) Sabatier reaction. As shown in FIG. 2, hydrogen (6H 2 ) is obtained by (D) methane pyrolysis and is put into the Sabatier reaction, but (C) there is no electrolysis of water as compared with FIG. Therefore, the hydrogen (12H 2 ) required to maintain the reaction of the system shown in the figure is halved, and it is necessary to supplement this hydrogen deficiency as an input substance from another route. However, hydrogen can be easily procured because hydrogen (by-product hydrogen), which is abundantly obtained from steelworks and the soda industry, can be used. It can also be used to adjust the amount of carbon dioxide emitted by the Hall-Héroult method by appropriately controlling the amount of hydrogen input here. In FIG. 2, the amount of additional hydrogen is displayed as "6H 2 " in a double quadrilateral, and the total amount of carbon dioxide emitted is treated. However, the amount of additional hydrogen can be arbitrarily controlled. Since the amount of carbon produced by (D) thermal decomposition is also reduced when the amount of hydrogen is reduced, it is necessary to appropriately replenish carbon (carbon electrode) to the (A) Hall-Héroult method as necessary.
本実施の形態の実施によって得られる効果は基本的に先の第１の実施の形態と同様であり、ホール・エルー法によってアルミニウムを得る際に同時に発生する二酸化炭素の全量もしくは所定量の排出を抑制することができる。本実施の形態による化学反応式は次式で表される。
２Ａｌ２Ｏ３＋６Ｈ２→４Ａｌ＋６Ｈ２Ｏ
第１の実施の形態で生成される酸素の代わりに水（６Ｈ２Ｏ）を得ることになるが、図２に示す系の中でいえばこの水は（Ａ）ホール・エルー法の溶融炉の冷却として利用できるほか、他の広範な用途に使用することができる。
The effect obtained by the implementation of the present embodiment is basically the same as that of the first embodiment, and the total amount or a predetermined amount of carbon dioxide generated at the same time when aluminum is obtained by the Hall-Héroult method is emitted. It can be suppressed. The chemical reaction formula according to this embodiment is expressed by the following formula.
2Al 2 O 3 + 6H 2 → 4Al + 6H 2 O
Water (6H 2 O) will be obtained instead of the oxygen produced in the first embodiment, and in the system shown in FIG. 2, this water is (A) a Hall-Héroult melting furnace. In addition to being used for cooling, it can be used for a wide range of other purposes.
次に、本発明の第３の実施の形態に係るアルミニウム精錬方法について図面を参照して説明する。図３は、本実施の形態に係るアルミニウム製錬方法を示しており、ここでは第１の実施の形態を示す図１に対して（Ｄ）メタン熱分解の要素を除いており、他の（Ａ）～（Ｃ）の各要素に関しては基本的に図１と同様である。すなわち（Ａ）ホール・エルー法ではアルミナを還元してアルミニウムと二酸化炭素を生成し、得られた二酸化炭素をサバチエ反応によって水とメタンに置き換える。サバチエ反応に必要な水素は、同反応によって得られる水を（Ｃ）の電気分解をすることによって得ることができる。 Next, the aluminum refining method according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 shows an aluminum smelting method according to the present embodiment, in which the element of (D) methane pyrolysis is excluded from FIG. 1 showing the first embodiment, and other (D) The elements of A) to (C) are basically the same as those in FIG. That is, in the (A) Hall-Héroult method, alumina is reduced to produce aluminum and carbon dioxide, and the obtained carbon dioxide is replaced with water and methane by a Sabatier reaction. The hydrogen required for the Sabatier reaction can be obtained by electrolyzing the water obtained by the reaction (C).
第１の実施の形態との相違点は、（Ｄ）メタン熱分解の要素がないことによって（Ｂ）サバチエ反応によって得られたメタン（３ＣＨ４）をそのまま出力生成物として回収し、これを有効活用するものとしている。メタンの活用方法については、まず燃料として使用することがあげられ、これによる化学反応式は以下のようになる。
ＣＨ４＋２Ｏ２ → ＣＯ２＋ ２Ｈ２Ｏ ＋８８９ｋＪ
ここで使用される酸素は、必要に応じて（Ｃ）水の電気分解によって得られる酸素（３Ｏ２）を利用することができる。メタンは都市ガスにも使用されているように有力なエネルギ発生源としての利用が可能であるが、この場合には上記反応式にあるように二酸化炭素を発生させることから必ずしも好ましい利用法とは言い難いともいえる。ただし、従来利用されてきた化石燃料に代替するものとして使用されると解釈すれば、ここで発生する二酸化炭素が必ずしも追加の温室効果ガスの発生につながるものでもない。メタンは燃料以外にも、炭素数１のＣ１化学プロセスに使用する原料としても有用であり、具体的にはメタノール(ＣＨ３ＯＨ)、ホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）、ギ酸（ＨＣＯＯＨ）、シアン化水素（ＨＣＮ）など、その他多数の化学製品の原材料として使用することができる有用な物質である。
The difference from the first embodiment is that (D) methane (3CH 4 ) obtained by the Sabatier reaction is recovered as it is as an output product due to the absence of the element of methane pyrolysis, and this is effective. It is supposed to be utilized. As for the method of utilizing methane, it is first mentioned that it is used as fuel, and the chemical reaction formula based on this is as follows.
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + 889kJ
As the oxygen used here, oxygen (3O 2 ) obtained by (C) electrolysis of water can be used, if necessary. Methane can be used as a powerful energy source as it is also used for city gas, but in this case, it is not necessarily the preferred method because it generates carbon dioxide as shown in the above reaction formula. It can be said that it is hard to say. However, if it is interpreted as an alternative to the fossil fuels that have been used in the past, the carbon dioxide generated here does not necessarily lead to the generation of additional greenhouse gases. In addition to fuel, methane is also useful as a raw material used in C1 chemical processes with 1 carbon number, specifically methanol (CH 3 OH), formaldehyde (HCHO), formic acid (HCOOH), hydrogen cyanide (HCN), etc. , And many other useful substances that can be used as raw materials for chemical products.
第１の実施の形態と比較したときの他の相違点は、（Ｄ）メタン熱分解がないことによって炭素（図１の３Ｃ）と水素（同、６Ｈ２）が得られない点が挙げられる。この内、炭素は図１では（Ａ）ホール・エルー法の陽極側の電極に利用することが想定されているが、代替案として従来のホール・エルー法で利用されていた電極調達ルートをそのまま活用できることから問題はない。また、水素は（Ｃ）水の電気分解によって発生する水素（６Ｈ２）を（Ｂ）サバチエ反応の還元剤とし投入できるほか、先の第二の実施の形態と同様に、製鉄所、ソーダ産業などの外部から得られるので調達は容易である。この追加する水素の量を適切に制御することによってホール・エルー法により放出される二酸化炭素の処理量を調整できることも先の実施の形態と同様である。極端には電気分解によって得られる水素（６Ｈ２）のみを投入することでもよく、さらにはこの量自身を制御することでもよい。なお、図１に示す（Ｄ）メタン熱分解の要素を取り除いたため炭素（３Ｃ）の供給が得られなくなるが、これは従来のホール・エルー法で利用していた調達ルートがそのまま利用できるので問題はない。 Another difference when compared with the first embodiment is that (D) carbon (3C in FIG. 1) and hydrogen (6H 2 in FIG. 1) cannot be obtained due to the absence of thermal decomposition of methane. .. Of these, carbon is assumed to be used for the electrode on the anode side of the (A) Hall-Héroult method in FIG. 1, but as an alternative, the electrode procurement route used in the conventional Hall-Héroult method is used as it is. There is no problem because it can be used. Further, as hydrogen, (C) hydrogen (6H 2 ) generated by electrolysis of water can be input as (B) a reducing agent for the Sabatier reaction, and as in the second embodiment above, the steelworks and the soda industry. It is easy to procure because it is obtained from the outside. Similar to the previous embodiment, the amount of carbon dioxide released by the Hall-Héroult method can be adjusted by appropriately controlling the amount of hydrogen to be added. In the extreme, only hydrogen (6H 2 ) obtained by electrolysis may be added, or the amount itself may be controlled. Since the element of (D) methane pyrolysis shown in FIG. 1 has been removed, the supply of carbon (3C) cannot be obtained, but this is a problem because the procurement route used in the conventional Hall-Héroult method can be used as it is. There is no.
本実施の形態の実施によって得られる効果は基本的に先の第１の実施の形態と同様であり、ホール・エルー法によってアルミニウムを得る際に同時に発生する二酸化炭素の全量もしくは所定量の排出を有効に抑制することができる。本実施の形態による化学反応式は次式で表される。
２Ａｌ２Ｏ３＋３Ｃ＋６Ｈ２→４Ａｌ＋３ＣＨ４＋３Ｏ２
The effect obtained by the implementation of the present embodiment is basically the same as that of the first embodiment, and the total amount or a predetermined amount of carbon dioxide generated at the same time when aluminum is obtained by the Hall-Héroult method is emitted. It can be effectively suppressed. The chemical reaction formula according to this embodiment is expressed by the following formula.
2Al 2O 3 + 3C + 6H 2 → 4Al + 3CH 4 + 3O 2
次に、本実施の第４の実施の形態に係るアルミニウム精錬方法について説明する。本実施の形態に係るアルミニウム製錬方法は、本発明の骨子となる二酸化炭素の発生を排除し、もしくは抑制することに的を絞った最も簡略化された構成に関する。すなわち、図１に示す（Ｃ）水の電気分解、（Ｄ）メタンの熱分解の二つの要素を除き、（Ａ）ホール・エルー法によって排出される二酸化炭素（３ＣＯ２）に、還元剤となる水素（１２Ｈ２）を反応させ、（Ｂ）サバチエ反応によってメタン（ＣＨ４）と水（６Ｈ２Ｏ）に置き換えて二酸化炭素の発生を抑制するものである。このときの化学反応式は：
２Ａｌ２Ｏ３＋３Ｃ＋１２Ｈ２→４Ａｌ＋３ＣＨ４＋６Ｈ２Ｏ
と表すことができる。サバチエ反応に必要な水素は、先の第２、第３の実施の形態と同様に外部からの副生水素の利用が可能である。アルミニウムと共に生成されるメタンと水は、先に実施の形態で示したものと同様に、ともに有効活用することができる。
Next, the aluminum refining method according to the fourth embodiment of the present embodiment will be described. The aluminum smelting method according to the present embodiment relates to the most simplified configuration focused on eliminating or suppressing the generation of carbon dioxide, which is the gist of the present invention. That is, except for the two elements of (C) electrolysis of water and (D) thermal decomposition of methane shown in FIG. 1, (A) carbon dioxide (3CO 2 ) emitted by the Hall-Héroult method is combined with a reducing agent. Hydrogen (12H 2 ) is reacted and replaced with methane (CH 4 ) and water (6H 2 O) by (B) Sabatier reaction to suppress the generation of carbon dioxide. The chemical reaction formula at this time is:
2Al 2 O 3 + 3C + 12H 2 → 4Al + 3CH 4 + 6H 2 O
It can be expressed as. As the hydrogen required for the Sabatier reaction, by-product hydrogen can be used from the outside as in the second and third embodiments. Both methane and water produced with aluminum can be effectively utilized in the same manner as those shown in the above-described embodiment.
以上、本発明の各実施の形態のアルミニウム精錬方法について説明してきたが、本発明では宇宙開発事業で知られたサバチエ反応を全く異なる産業分野であるアルミニウム精錬に適用し、精錬時に発生する二酸化炭素の排出量を廃止し、もしくは一定量抑制し、温暖化現象などの環境問題の改善に寄与することにある。酸素や水が貴重となる宇宙開発技術とは異なり、地上での実施を前提とするアルミニウム製錬では各種制約が取り除かれることによって宇宙技術では場合によって廃棄されている水素、メタン、炭素を廃棄することなく有効活用することが可能となり、また宇宙では得られにくい酸素、水素を地上では容易に入手して利用することができる。したがい、サバチエ反応の処理に対してもフレキシブルに取り組む余地がある点で有利である。 The aluminum refining method of each embodiment of the present invention has been described above. In the present invention, the Sabatier reaction known in the space development project is applied to aluminum refining, which is a completely different industrial field, and carbon dioxide generated during refining is applied. The purpose is to abolish or control the amount of carbon dioxide emissions and contribute to the improvement of environmental problems such as global warming. Unlike space development technology, where oxygen and water are valuable, aluminum smelting, which is supposed to be carried out on the ground, removes various restrictions so that hydrogen, methane, and carbon, which are sometimes discarded in space technology, are discarded. It can be effectively used without any problems, and oxygen and hydrogen, which are difficult to obtain in space, can be easily obtained and used on the ground. Therefore, it is advantageous in that there is room to flexibly deal with the processing of the Sabatier reaction.
ただし、本発明に係る技術は将来的には宇宙開発において惑星や小惑星の砂（レゴリス）からアルミニウム（機械材料）と酸素（人間活動に必須な物質）生み出す技術としても活用できるポテンシャルを備えたものである。また、製錬で得られたアルミニウムは、エネルギを貯蔵するエネルギサイクルに利用できる将来性のある物質でもある。 However, the technology according to the present invention has the potential to be utilized as a technology for producing aluminum (mechanical material) and oxygen (material essential for human activity) from the sand (legoris) of planets and asteroids in space development in the future. Is. Aluminum obtained by smelting is also a promising substance that can be used for energy cycles that store energy.
なお、上記各実施の形態では二酸化炭素の発生のみに言及しているが、ホール・エルー法における反応では二酸化炭素のほかに僅かではあっても一酸化炭素も発生する。しかしながらこの一酸化炭素は燃焼することにより二酸化炭素となるため、後は発生した他の二酸化酸素と一緒にして処理することができる。この際の燃焼に必要であれば、（Ｃ）水の電気分解で得られた酸素を利用することもできる。 Although only the generation of carbon dioxide is mentioned in each of the above embodiments, carbon monoxide is also generated in addition to carbon dioxide in the reaction in the Hall-Héroult method. However, since this carbon monoxide becomes carbon dioxide by burning, it can be treated together with other generated oxygen dioxide. If necessary for combustion at this time, oxygen obtained by (C) electrolysis of water can also be used.
本発明に係るアルミニウム精錬方法は、アルミナを還元してアルミニウムを製造する産業分野において利用することができる。 The aluminum refining method according to the present invention can be used in the industrial field of reducing alumina to produce aluminum.
（Ａ）：ホール・エルー法、
（Ｂ）：サバチエ反応、
（Ｃ）：（水の）電気分解、
（Ｄ）：（メタンの）熱分解。
(A): Hall-Héroult method,
(B): Sabatier reaction,
(C): (Water) electrolysis,
(D): Pyrolysis (of methane).
Claims (8)
二酸化炭素に水素を加えて還元するサバチエ反応によって、前記排出された二酸化炭素を水とメタンに置き換え、
前記サバチエ反応で得られた水を電気分解して生成された水素を前記サバチエ反応の還元用に利用すると共に、得られたメタンを炭素と水素に熱分解し、
前記熱分解によって得られた炭素をホール・エルー法の前記炭素電極として利用すると共に、得られる水素を前記サバチエ反応の還元用に利用する一連の反応により、前記ホール・エルー法による二酸化炭素発生量の全量もしくは所定量の放出を抑制することを特徴とするアルミニウム精錬方法。 In the Hall-Héroult aluminum refining method, the molten alumina is separated into aluminum and oxygen by electrolysis using a carbon electrode, and at the same time the separated oxygen is reacted with the carbon electrode and discharged as carbon dioxide.
By the Sabatier reaction in which hydrogen is added to carbon dioxide to reduce it, the emitted carbon dioxide is replaced with water and methane.
The hydrogen produced by electrolyzing the water obtained in the Sabatier reaction is used for the reduction of the Sabatier reaction, and the obtained methane is thermally decomposed into carbon and hydrogen.
The amount of carbon dioxide generated by the Hall-Héroult method by a series of reactions in which the carbon obtained by the thermal decomposition is used as the carbon electrode of the Hall-Héroult method and the obtained hydrogen is used for the reduction of the Sabatier reaction. An aluminum refining method characterized by suppressing the release of all or a predetermined amount of carbon dioxide.
二酸化炭素に水素を加えて還元するサバチエ反応によって、前記排出された二酸化炭素を水とメタンに置き換え、
前記サバチエ反応で得られたメタンを炭素と水素に熱分解し、
前記熱分解によって得られた炭素をホール・エルー法の前記炭素電極として利用すると共に、得られる水素を前記サバチエ反応の還元用に利用し、さらに必要とされる水素は適宜外部から追加供給してサバチエ反応の還元用に供する一連の反応により、前記ホール・エルー法による二酸化炭素発生量の全量もしくは所定量の放出を抑制することを特徴とするアルミニウム精錬方法。 In the Hall-Héroult aluminum refining method, the molten alumina is separated into aluminum and oxygen by electrolysis using a carbon electrode, and at the same time the separated oxygen is reacted with the carbon electrode and discharged as carbon dioxide.
By the Sabatier reaction in which hydrogen is added to carbon dioxide to reduce it, the emitted carbon dioxide is replaced with water and methane.
Methane obtained by the Sabatier reaction is thermally decomposed into carbon and hydrogen.
The carbon obtained by the thermal decomposition is used as the carbon electrode of the Hall-Héroult method, the obtained hydrogen is used for the reduction of the Sabatier reaction, and the required hydrogen is additionally supplied from the outside as appropriate. An aluminum refining method characterized by suppressing the release of the total amount or a predetermined amount of carbon dioxide generated by the Hall-Héroult method by a series of reactions used for reduction of the Sabatier reaction.
二酸化炭素に水素を加えて還元するサバチエ反応によって、前記排出された二酸化炭素を水とメタンに置き換え、
前記サバチエ反応で得られた水を電気分解して生成された水素を前記サバチエ反応の還元用に利用し、さらに必要とされる水素は適宜外部から追加供給してサバチエ反応の還元用に供する一連の反応により、前記ホール・エルー法による二酸化炭素の全量もしくは所定量の発生を抑制し、
前記サバチエ反応によって得られるメタンを任意で燃料や他の化学物質の原料として再利用することを特徴とするアルミニウム精錬方法。 In the Hall-Héroult aluminum refining method, the molten alumina is separated into aluminum and oxygen by electrolysis using a carbon electrode, and at the same time the separated oxygen is reacted with the carbon electrode and discharged as carbon dioxide.
By the Sabatier reaction in which hydrogen is added to carbon dioxide to reduce it, the emitted carbon dioxide is replaced with water and methane.
A series of hydrogen generated by electrolyzing the water obtained in the Sabatier reaction is used for the reduction of the Sabatier reaction, and the required hydrogen is additionally supplied from the outside as appropriate and used for the reduction of the Sabatier reaction. By the reaction of the above, the generation of the total amount or the predetermined amount of carbon dioxide by the Hall-Héroult method is suppressed.
An aluminum refining method comprising reusing methane obtained by the Sabatier reaction as a raw material for fuel or other chemical substances.
The invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the amount of carbon dioxide processed by the Sabatier reaction is adjusted by controlling the amount of hydrogen subjected to the Sabatier reaction. Aluminum refining method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020168204A JP2022060640A (en) | 2020-10-05 | 2020-10-05 | Aluminum smelting method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020168204A JP2022060640A (en) | 2020-10-05 | 2020-10-05 | Aluminum smelting method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022060640A true JP2022060640A (en) | 2022-04-15 |
Family
ID=81125209
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020168204A Pending JP2022060640A (en) | 2020-10-05 | 2020-10-05 | Aluminum smelting method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2022060640A (en) |
-
2020
- 2020-10-05 JP JP2020168204A patent/JP2022060640A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7910258B2 (en) | Natural gas direct carbon fuel cell | |
| CN103608469B (en) | The carbon dioxide reduction of steel mill | |
| US20090016948A1 (en) | Carbon and fuel production from atmospheric CO2 and H2O by artificial photosynthesis and method of operation thereof | |
| TWI659925B (en) | Plant complex for steel production and method for operating the plant complex | |
| TWI660072B (en) | Method for reducing co2 emissions in the operation of a metallurgical plant | |
| JP5935605B2 (en) | Steelworks operating method and carbon dioxide gas decomposition apparatus | |
| JP6538281B2 (en) | Method of decomposing and recycling carbon dioxide using a hot blast furnace | |
| CN102121123B (en) | Vanadium metal smelting process | |
| US4081337A (en) | Electrolytic production of hydrogen | |
| JP5510199B2 (en) | Production and use of hydrogen and oxygen | |
| JP2013237901A (en) | Apparatus and method for decomposing carbon dioxide gas | |
| Fernández-González | A state-of-the-art review on materials production and processing using solar energy | |
| JP2022060640A (en) | Aluminum smelting method | |
| Allanore | Contribution of electricity to materials processing: Historical and current perspectives | |
| CA2947606A1 (en) | Arc furnace smeltering system & method | |
| Pal | A lower carbon footprint process for production of metals from their oxide sources | |
| GB1563716A (en) | Methane production | |
| US20090013593A1 (en) | Fuel production from atmospheric CO2 and H20 by artificial photosynthesis and method of operation thereof | |
| CN105386082B (en) | A kind of preparation method of magnesium metal | |
| AU2006314404B2 (en) | Method for decomposing metal sulphate | |
| Sharma | An electrolytic process for magnesium and its alloys production | |
| Balmaev et al. | Prospects of aluminum chloride electrolysis under modern conditions | |
| CN115265211B (en) | Waste heat recovery coupling CO in combined production of ferrosilicon, magnesium and semi-coke 2 Method of utilization | |
| NO20220016A1 (en) | “Method for production of magnesium” | |
| CN105733689A (en) | Preparation system and method for reducing gas for gas-based shaft kiln |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20201113 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230831 |