JPS59215430A - アルミナの炭素熱還元法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は小葉の炭化アルミニウムで汚染されたアルミニ
ウム製造のため、アルミナと炭素とを炭素熱（ｃａｒｂ
ｏｔｈｅｒｍｌｃ　）　　法により反応させる遭元炉に
おける酸化アルミニウムと炭素含有物質からのアルミニ
ウムの製造に関する。

文献および特許技術を精査すると、アルミニウムの通常
の電解製造法と有利に競争できる熱的方法を適当に定め
る試みで多くの人々により多くの活動がなされてきてい
ることがわかる。当該技術は電解法に対比しアルミニウ
ム製造のための熱還元法の使用から生じ得る多くの理論
的利点が以前から知られていた。これらの利点はエネル
ギー価格が増加し続けているから、増々重要となってい
る。不幸にも、大多数のこのような炭素熱性は実質上純
粋な状態でかなりのアルミニウムを製造する結果を生じ
ていない。

％１ｌＩｃ、フルミニウム金属と炭化アルミニウムの混
合物の生成が避けられなかったために、これらの努力は
失敗してきた。１０〜２０％またはそれ以上の炭化物の
このような混合物を約１４００℃に冷すと、炭化アルミ
ニウムは液体アルミニウムを捕獲する細胞構造を形成し
、そこでこの混合物は注湯することが困難となる。その
結果、全工程ぢゆうに極度の高温を維持しなければ、当
該混合物を精製するための混合物の工程操作は不可能で
はないとしても、極度に困難となる。

熱的方法に関しアルミニウムを製造することの困難性は
アルミナ含有鉱石の還元によるアルミニウムの形成では
なくて、むしろ実質上純粋な状態でのアルミニウムの回
収である。特許技術および文献は、アルミニウムと供給
材料中の種々の炭素含有化合物間に起り得る種々の逆反
応に関する理論と解釈に満ちている。

たとえば、米国特許第３，９７１，６５３号は２１００
℃の温度でアルミナモル分率〔Ｎ＊＝Ａｔ２０３モル／
　（Ａｌ２Ｏ５モル＋ＡＬ４　Ｃ３モル）〕Ｏ０８５を
含むスラグを利用し、　Ａｔ４Ｃ５含有浮かす（ドｅｉ
ス）を還元温度にあるスラグの部分に再循環している。

しかし、金属を生成する全反応はＮ＊＝０．８５　　で
起るから、蒸発負荷が著しく高＜、ｆロセスの動力消費
が窩い。

米国特許第２，９７４．０３２号および第２．８２８，
９６１号は、通常の電熱製錬炉でアルミナと炭素の化学
量論的装入物の炭素熱還元から予想される典型的結果を
記載している。前者の方法で製造される金属は２０〜６
７係のＡｌ４Ｃ３を含み、後者の方法で製造される金属
は２０％のＡｔ４Ｃ５を含む。反応性の炭素および（オ
たは）炭化アルミニウムが生成する金属と接触して常に
存在するため、また金属が炭素と反応しついでその溶解
度限度まで炭化物を溶解する時間があるから。

これらの方法は制限される。

炭素熱性から実質上純粋なアルミニウムを得る一般的問
題の一つの解決が米国特許第 ３．６０７．２２１号に明らか圧され、特許請求されて
いる。この特許の方法は実Ｔ４上純粋な状態でアルミニ
ウムを生成するが、それにも拘らず極度に高い操作温度
が含まれ、構造材料に関する問題を生じ得る。炭素熱性
によシ実質上純粋なアルミニラムを回収する別の方法が
米国特許第３，９２９，４５６号に明らかにされ１％許
請求されている。この特許の方法は炭素熱性により実質
上純粋なアルミニウムを生成するが、炭化アルミニウム
の汚染を避けるため装入物を加熱する方法の注意深い制
御を必要とする。

高純度のアルミニウムを製造するための試みで。

従来の当該技術が明らかにしている最もふつうの技術は
１通常約２０〜５５重量部の炭化アルミニウムを含んで
いる炉生成物の種々の処理法に関するものであった。そ
こで、炭化アルミニウム汚染量を減らすために、炉生成
物を金属塩でフラツクシング（ｆｌｕｘｌｎｇ　）する
ような通常の技術が従来の当該技術で明らかＫされてい
る。

不幸にも、融解塩はこのようにして除去された炭化物と
混合し、炭化物を炉に再循環できるように塩から炭化物
を除去するには費用がかかる口このような再循環なしで
は、アルミニウム製造に商業上実施されている従来の方
法に比較し、電力消費と炉寸法が不経済となる。

米国特許第３．９７５，１８７号は炭化アルミニウム含
有伺を減らすため、アルミニウムー炭化アルミニウムマ
トリックスの形成を防ぐように炉生成物をガスで処理し
、それによって炭化アルミニウムをアルミナから容易に
分離できるようにする炭素熱性で製造したアルミニウム
の処理法に関する。この方法は炭化アルミニウム生成に
すでに与えられたエネルギーの保存に著しく有効である
が、再循環操作を必要とし、取扱う物質に関連した付随
のエネルギー損失を伴なう。

米国特許第４，０９９，９５９号においては。

融解アルミナスジグをダクトの断面区域に対し逆関係で
抵抗加熱しなからダクト全通し、交互の低温および高温
帯域に循環する。低温？ｉ￥域は炭化アルミニウムを生
成するのに十分高い温度であり。

高温帯域は炭化アルミニウムとアルミナが反応してアル
ミニウムを生成するのに十分高い温度である。オフガス
はまず炭素のみを含む第１装入物カラムを通し、ついで
アルミナのみを含む第２装入物カラムを通して洗浄され
、オキシ炭化アルミニウムの部分融解による［粘ちょう
な（５ｎａｋｙ　）　」装入物を形成することなくこれ
らの装入物質を予熱する。この低温および高温帯域は０
．８２〜０．８５のＮ＊　値を有するスラグ組成に対し
全て融解範囲内で操作する。

米国特許第３．９２９，４５６号および第４．０５５．
７５７号は２０４以下の、すなわち５〜１０憾のＡｔ４
Ｃ５を含むアルミニウムを炭素熱的に製造する方法を明
らかにしており、この方法は還元しようとする装入物の
表面の一部分に断続的に開放アークをうちつけることか
らなっている。

しかし、商業的純度のアルミニウムを得るように。

約２０係の炭化アルミニウムで汚染されたアルミニウム
を処理できる進歩が当該技術でなされた。

このよう々一つの技術が米国特許第４．２１６．０１０
号に記載されている。この技術は２０係以下（たとえば
１０係）のＡｔ４Ｃ５を含むアルミニウムの製造に適用
できる。この方法はＡｔ４Ｃ５含有生成物を反応性炭素
の不在下にアルミナに富んだ融成物と接触させる工程か
らなる。このような精製技術はひどく汚染されたアルミ
ニウムを生成する古い炭素熱性に対し商業的生存能力を
与えることができる。そこで、最上の現存する従来の当
該技術を捜し出し、その有効性を改良することは値打ち
のあることとなる。

急速にあがるエネルギー価格のために、２０憾以下の八
Ｌ４Ｃ３を含むアルミニウムを製造するために使われる
方法とは無関係に、上記改良の一つとして、蒸発する生
成物に対し失なわれるエネルギーを制限するように処置
をとらねばならないことは明らかである。蒸発のため失
なわれるエネルギーは還元および脱カーボンエ稈で生じ
る蒸気量に依存し、また時々また系内の場所で熱を遊離
しこの遊離した熱を予備還元反応に使用できる逆反応で
回収される蒸気量に依存する。また、当該物質に関連し
たエネルギー損失を最小にするため炉床から逃げる生成
物アルミニウムおよび副生物の量を最小にし、望捷しく
ガい反応（たとえばＡｔ２０と空気中の酸素との）が起
る前に蒸発した物質を還元帯域に戻し、還元帯域外で生
成するＡ１４Ｇ５の割合を最大にする必要がある。

米国特許第４，２１６．０１０号の方法は約２重量憾よ
り多いどの炭化アルミニウム汚染量でも有効である。し
かし、特別な操作を使わなければ。

たとえば米国特許第５．６０７．２２１号および第３，
９２９，４５６号で前に示したように、いわゆる通常の
還元炉により製造される炭化アルミニウム汚染量は約２
０〜約３０重景壬の範囲である。

米国特許第４，２１６，０１０号の方法は◆いわゆる通
常の炭素熱還元炉によシ製造される炭化物汚染量である
約１０〜約２０重量係の炭化アルミニウムで汚染された
アルミニウムの処理に特に関するものであるが、米国特
許第５．６０７．２２１号および第３．９２９，４５６
号に記載のようなアルミニウム製造に主に使われる炉で
製造されるような約２〜約１０重景係の炭化アルミニウ
ムで汚染されたアルミニウムの処理にも使用できる。

米国特許第４．２１６，０１０号の新規な方法は、スラ
グ中のアルミナを炉生成物中の炭化アルミニウムと反応
させ、それ釦よって炉生成物の炭化アルミニウムを減少
させるように、炭化アルミニウムで汚染された炉生成物
をアルミナの実質的割合を含んでいる融解スラグと単に
加熱することによって実施される。「スラグ中のアルミ
ナが炭化アルミニウムと反応する」という表現は１種々
の反応様式を記載することが意図されている。操作の特
別の理論に限定されることを望まないが。

それにも拘らず、スラブ中のアルミナと炉生成物中の炭
化アルミニウム間には少なくとも二つの反応様式が可能
にみえる。

このような様式の一つは「還元様式」と記載でき、アル
ミニウム金属を生成するように還元条件でのスラグ中の
アルミナと炉生成物中の炭化アルミニウム間の反応を包
含する。この様式での操作を確かめる方法の一つは一酸
化炭素の発生によるものである。

別の反応様式は「抽出様式」として記載でき。

液体アルミニウム生成に対比し、テトラオキシ炭化アル
ミニウムのような非金属スラグ化合物を生成するように
、スラグ中のアルミナと炉生成物中の炭化アルミニウム
間の反応を包含する。このような「抽出様式」の反応は
還元で追加のアルミニウムを生成するには不十分の温度
で起す、ｔた一酸化炭素の発生なしで起り得るものであ
る。

上記「抽出様式」は「還元様式」と共に起シ得ることを
理解する必要がある。

一般に、１気圧の還元帯域圧力で「還元様式」操作には
、少なくとも２０５０℃の温度が必要である。所定の圧
力では、金属中の炭化アルミニウム水準が減少すると、
「還元様式」操作に必要な温度は増加する。他方、「抽
出様式」操作は２０５０℃以下で起り得る。

装入物カラムを支持するため炉床層をその上に形成する
屋根を有する炉は炉床への装入を制御するための満足な
装置手段を与えるが、炉床へ入れる装入量を制御する方
法が一般にはさらに望ましい。さらに、このような方法
は炉床へ入れる装入量を制御するため、異なる形態の多
くの炉で使用できる利点をもつ。

本発明の一つの目的は、たとえば供給材料中のアルミニ
ウムの１０〜２０憾を蒸発する程度まで・蒸発により失
なわれるエネルギーを制限しながら。

アルミナの炭素熱還元によるアルミニウムの製造法を提
供するにある。

本発明の別の目的は入ってくる装入物質に対し向流の炉
床からの通過ガスを捕獲し、入ってくる装入物質内でガ
スに対する透過性を失なうことなく、顕熱１反応熱、蒸
発物質の多くを回収する方法を提供するにある。

別の目的は望ましくは少量の炭化アルミニウムを含むア
ルミニウム生成物が得られる方法によって、アルミニウ
ムの炭素熱製造法を提供するにある。

蒸発損失を制限するため使う方法は１反応物および予備
還元化合物の一つまたはそれ以上の帯域の維持に必要な
手段をと９．この々かでガス状生成物は逆反応してアル
ミナと炭化アルミニウムを生成する。この方法はこのよ
うな逆反応帯域で液体／固体比（Ｌ／Ｓ　）を限定する
操作を包含するので、必要な逆反応を達し得る環境を保
つことができる。一つの極端では、この技術は装入物カ
ラムの頂部に供給炭素のみを装入し、炉の炉床に還元の
ための全アルミナを装入することを包含する。

このような蒸発損失を制限する方法は、液体アルミニウ
ム生成反応中蒸発物質の生成を制限することも包含する
。固体炭化アルミニウムをスラグと接触させて還元帯域
に存在させながら、できるだけ多く還元を行ない１次い
で炉生成物が望む量の、好寸しくは１０チ以下の炭化物
を含むまで脱カーボンするまで、溶液中に炭化アルミニ
ウムとアルミナを含むスラグを分解することにより還元
を完結させることによって、上記は行なわれる。

好ましい具体化では、スラグを分解する工程は。

２５チ以下のＡｔ４Ｃ３を含む金属との平衡に会費なよ
うに、スラグ組成をアルミナに富む方向に動かすので、
この最後の工程は米国特許第 ４．２１６，０１０号に記載の還元脱カーボン法を使う
。

週んだ少量の炭化アルミニウムを含むアルミニウム製造
のための本発明の炭素熱性は次の工程からなる：即ち Ａ、炭化アルミニウムを含む液体アルミニウムを生成す
るのに十分高い熱入力を与えながら、固体炭化アルミニ
ウムと炭素とからなる混合物をアルミナと炭化アルミニ
ウムとからなる液体スラグと反応させ、 ８０反応性炭素および固体炭化アルミニウムの不在下で
このスラグを分幣してさらにアルミニウムと一酸化炭素
とを与え、 Ｃ０王程ＡおよびＢで生成したガスを少なくとも一つの
帯域を通し、そこでこれらのガスヲ反応させてアルミナ
、テトラオキシ炭化アルミニウム、炭化アルミニウムを
生成し５ Ｄ、　液体スラグとの反応のため工程Ａの邦人混合物の
一部分として工程Ｃの生成物を組み合せ。

而も Ｅ、望む最小量の炭化アルミニウムを含んでいる工程Ｂ
からの炭化アルミニウム含有生成物アルミニウムを回収
する。

工程Ｅで回収されるこのような生成物アルミニウムはふ
つう４〜１２チのＡｔ４Ｃ３を含む。アルミニウム製造
に化学量論的に要求されるアルミナ供給材料の一部分は
工程Ａで添加され、又一部分は工程Ｃで添加されて、Ｌ
／Ｓ比を制御しまたガスが向流で通る装入物質の透過性
を制御する。装入物質を通過後、これらのガスはヒユー
ムを含む残存ガスとして装置から出る。装入物質は蒸気
透過性装入物カラムに添加するのが好ましいが、一つま
たはそれ以上の流動床反応器に添加することができ５そ
こで伝熱、副生物の反応、残存ガスの分離を行なうこと
ができる。

この炭素熱性は好ましくはまた（ａ）工程へおよびＢの
スラグが反応性炭素を枯かつできるために。

工程Ａへの反応物の進入を制御し、（ｂ）米国特許第４
．２１６，０１０号に記載のアルミナ／炭化アルミニウ
ムを減少させる操作に従い、（Ｃ）炭素およびアルミナ
含有スラグの不在下に汚染アルミニウムを単に加熱する
ことによって、特に４〜１０チ炭化物の範囲の炭化アル
ミニウム含有アルミニウムの精製を行ない、それによっ
て１ｑ元様式での操作に適した温度で金属に溶けたアル
ミナと炭化物汚染物とを反応させてさらにアルミニウム
と一酸化炭素を生成させる手段を選択的に包含している
。

さらに詳しくは、本状は全炉供給物質中に含まれるアル
ミニウムの２０壬以下を蒸発する程度までガス生成に対
するエネルギー禎失を制限しながら、　Ａｔ２ｏ５の炭
素熱還元によυ１５係以下のＡｔ４Ｃ５を含む最終アル
ミニウム炉生成物としてアルミニウムを製造する。この
方法は次のものからなる：即ち Ａ０次の工程に従い、アルミナ、炭素、再循環物質を反
応させることにより、２０〜３７重量憾のＡｔ４Ｃ３で
汚染された初期アルミニウム炉生成物としてアルミニウ
ムを製造する： （１）　　電極を含む還元帯域、還元帯域の上方に配置
された還元装入物進入装置、進入装置を迂回しながら還
元帯域への通路を与える装入口を準備し。

（２）　　還元帯域内に８０〜９７重量係のＡｔ２０５
を含む融解スラグ層を形成し。

（３）　　炭素、再循環物質、および初期アルミニウム
炉生成物をつくるのに化学量論的に必要なアルミナの一
部分からなる供給装入混合物を製造し。

（４）　　装入物進入装置により還元帯域に連結される
少なくとも１個の蒸気透過性逆反応帯域を準備し、 （５）最終アルミニウム炉生成物にほぼ化学量論的に当
量の炭素量を含んでいる供給装入混合物の量を装入物進
入装置を通し逆反応帯域から還元帯域に移動し。

（６）　　装入物進入装置を通しスラグ層に入れられる
アルミナの一部分と組合せて、最終アルミニウム炉生成
物中に含ま九るアルミニウムにほぼ化学量論的に当量の
アルミナ量からなるアルミナ量を装入口を通して還元帯
域に直接添加し。

（７）電極間に電流を通すことＫよって、炉床装入混合
物をスラグ層と反応させてスラグ層の上に分離した液体
層として初期アルミニウム炉生成物を生成するのに十分
な熱を発生させ。

一方逆反応帯域で反応して予備還元生成物を生成させる
蒸発生成物を生成する： Ｂ、逆反応帯域に選択的に供給しまた還元帯域に直接供
給する供給アルミナの割合を変えることによって、逆反
応帯域における液体／固体比を制限し、それによって逆
反応帯域を収縮しない（ｎｏｎ−ｓｌｕｍｐｌｎｇ　）
蒸気透過性条件に維持する二Ｃ１次の段階に従って最終
炉生成物を製造するため還元を完結する： （１）　　装入物進入装置を操作し、還元を進めながら
追加の炭素を装入混合物として還元帯域へ供給せず。

（２）反応温度が還元帯域で上昇し、スラグが分解して
分離した液体層として最終アルミニウム炉生成物を形成
する寸で、スラグ層を加熱する；及び り、最終アルミニウム炉生成物を除去して製造サイクル
を完結する。

この最終生成物を仕上炉で処理１−て、純粋々アルミニ
ウム生成物と浮かすをつ〈シ、浮かすを除さいする。一
方、最終生成物は米国特許第４．２１６．０１０号の方
法に従って処理でき。

または還元様式温度で炭素およびアルミナ含有スラグの
不存下忙単に加熱することにより処理し。

純粋なアルミニウム生成物と蒸気を生成させ、ついで蒸
気を逆反応帯域に供給する。

さらにサイクル法はＡの工程５〜７およびＢ〜Ｄのすべ
ての型を、その上の製造サイクルとして反覆することか
らなる。

蒸発生成物はＡｔ、　Ａｔ２０．　Ｇｏ　からなってい
る。

再循環物質はＣＯから集められる炉ヒユーム（ｆｕｍｅ
　）　　および最終仕上炉から集められる浮かすの若干
ま念はすべてからなっている。ヒユームと浮かすは炭素
および逆反応帯域に供給さｉするアルミナの部分と混合
するのが好ましく、上記帯域内での融解を最小にするた
め炭素で被覆される団鉱に形成される。

アルミニウムの生成はスラグ層中の複合物アルミナモル
分率が０．４〜０．６で始まり、固体Ａ１４Ｇ３を約０
．７７５までのアルミナモル分率を有するスラグと接触
させながらアルミニウムの生成は続く。電極を液体アル
ミニウム層の上方に維持して、熱を与えまたアルミニウ
ム層中の炭化アルミニウムをスラグ層中のアルミナと反
応させることによって、当該方法の精製は続き、ついに
はスラグ層のアルミナモル分率は約０．９１〜０．９３
と々りまたアルミニウム層は約９．５〜４係の炭化アル
ミニウムと１２係のアルミナを含むようになる。

逆反応帯域の温度が２０００℃以下、さらに好ましくは
約１９７０℃であるときは、装入物カラム中の液体／固
体比は２７対７３〜５２対４８の範囲である。

逆反応帯域は電極を囲み、反応帯域を含む炉床の直接上
方に露出されている１個の装入物カラムであることがで
きる。しかし、特に装入混合物を第１装入物カラムに添
加し、８０対２０〜９０対１０の重量比で炭素と混合し
たアルミナを第２装入物カラムに添加する場合は、炉の
外１’ｌｌｌにあり。

炉床への一対の装入口に連結された一対の装入物カラム
が極めて満足である。

予備反応化合物を粉末形で添加することにより。

一対の装入物カラム内で流動床として逆反応帯域を操作
することも実施できる。第１および第２の装入物カラム
の両者は独立に炉床に排出するが。

蒸気生成物は流動化ガスとして第１装入物カラムに入り
１次いで第２装入物カラムに入る。念とえば、供給アル
ミナの約６０％と全炭素とを第１装入物カラム内の流動
床に添加してＡｔ４Ｃ５に変え。

また残りの供給アルミナを第２装入物カラム内の流動床
で予熱し次いで炉に添加する場合は、第１装入物カラム
内の液体／固体比は約４５対５５である。

本発明の特徴は米国特許第４，０９９，９５９号と比較
することにより例示できる。上記特許の方法は系内の異
なる位「りで起る結果と組成の変化をもった連続操作で
あり、Ｎ”＝０．８３〜０．８５の狭いスラグ組成範囲
ですべて金属を生成する。上記方法はスラグ中で還元の
ためのＡｔ４Ｃ３すべてを生成し、スラグ溶液中のＡｔ
４Ｃ３とスラグ中の溶液のＡｔ２０３との反応によって
全金属を生成する。上記方法は炭素と平衡にあるアルミ
ニウムが２０俤を越える炭化アルミニウムを有する生Ｄ
９．　’ｔｈ’ｆｃ生じる温度で炭素を液体金属生成物
と接触させて保ち、金属生成からの蒸気を炭素だけを装
入している装入物予熱カラムを通す。最後に、米国特許
第４．０９９，９５９号の方法は融解スラグを一つの容
器から別の容器へ動かす。これに対比し、本発明の方法
は系内の同−位Ｕイで異なる時間に起る結果と組成の変
化をもった、還元および脱力−ビン段階において好まし
くはバッチ式である。末法は０．４で始ま、９０．９４
で終りＮ率　　の広範囲を有する炉床上の反応物複合物
を有する金属を生成する。末法は装入物カラム中で還元
のためのＡ１３Ｃ４の大部分を生成する。事実、炉床に
直接添加される還元のためのアルミナの約６７チ以下で
は還元のためのＡｔ４Ｃ３のすべてを装入物カラムで生
成できる。

さらに、本発明は固体Ａｔ４Ｃ３をスラグ中の溶液のＡ
ｔ２０３と反応させることによって、できるだけ多くの
金属を生成する。この反応は炉床上の複合物のＮ中　　
が約０．７７５〜０．４の間である金属生成段階の一部
分の間に起る。

さらに、本発明は金属生成の最終段南中金属生成物から
反応性炭素を除去し、２俤徨度の低いＡｔ　４Ｃｓ汚染
を有する金属を生成する。本発明は金属生成からのガス
を装入物予熱および予備還元カラムに送り、そこには全
炭素と還元のだめのアルミナの若干（すべてではない）
を装入する。好ま接炉床に添加する。最後に、本発明は
好ましくは一つの位置、−次炉の炉床において融解スラ
グを保つ。

本発明方法はまた次のように、５棟の装爵の具体化（三
つの単一カラムの具体化、一つの対カラムの具体化、一
つの流動化カラムの具体化）について例示できる。

（り　　装入物質はヒユーム、浮かす、炭素、アルミナ
を含む： （２）　　全ヒユーム、若干のまたはすべての浮かす、
アルミナの一部分、すべてのまたは一部分の炭素を団鉱
形で密に混合する（流動化カラムの具体化を除く）； （３）　アルミナの残シの部分と浮かすの残りの部分を
還元帯域内で融解スラグ層を含んでいる炉床に供給する
； （４）　　アルミナの一部分の選択的供給は、装入物カ
ラムをガス透過性条件に保つように釣合せ、一方力ラム
内でできるだけ多く　ＡＪ１４Ｃ３を形成させる： （５）　　三つの単一カラムの具体化に対しては、装入
物を炉床の直接上方に配置する： （６）　　双カラムおよび流動化カラムの具体化の二つ
のカラムは炉のかたわらおよび上方に配置できる； （７）　　流動床の具体化を除きすべての具体化におい
て、炉床内で起る反応から発生するガスは装入物カラム
に供給されて、装入物の下方への移動に対し向流で動く
； （８）　　装入物のすき間を通過しながら、ガスはその
顕熱を装入物に移し、装入物は逆反応および還元帯域に
近づくとき増々熱くなる； （９）　　複数の逆反応帯域内で装入物とガスの成分と
の間に多くの反応が起り、反応熱を仕込物に遊離する： （ＩＩ　　これらの反応生成物はアルミニウム生成の中
間物としてのＡｔ４０４ＣおよびＡｔ４Ｃ３を含む：（
ＩＩ）　　逆反応帯域から逃げる残存ガスは、残存ガス
からヒユームを分離し、ヒユーム全装入物生成装置に送
る装置へ供給される； αの　全具体化では、製造サイクルに対し望む量のアル
ミニウムを製造するのに十分な量の炭素含有物質を、そ
のサイクルのはじめにおよび初期部分中に炉床に供給す
る； Ｑｌ　電極を炉床融成物層と接触させて置き、電流を電
極に供給すると、Ａ４Ｃ５形成に有効な炭素が存在しま
たかなりの量のアルミニウム金４が形成しない間は、温
度は一般に約２０００ｃ以上に上昇しない： Ｉ　全炭素が反応したとき、また温度が約２０８０℃に
上る直前に、炉床上の物質のＮ”　　ｉ：αは０．４程
度の低さに落ちる： ａ５　　炭素の枯かつ後、また温度が約２０８００に達
した後、固体Ａｔ４Ｃ３とスラグ中の溶液のアルミナと
の反応によってアルミニウム金属が形成され、融解スラ
グ層の上にＷ４たわる融解アルミニウム層を形成する： ａＳ　　炉床上の腹合物中でＮ申二約０．７７５となる
まで上記還元は続く； αη　Ｎ＊　が約０．７７５から約０．９１〜０．９３
に進むとき、電極を融成物との接触からはずし、Ｎ率が
０．９３に近づくと幅間は約２１３０℃ニ上シ、４〜１
０ｑ６のＡ１４０５を含む液体アルミニウムを生成する
； 傾　ついで−次炉で（アルミナをそこに供給する）また
は二次炉で（アルミナをそこに供給し、スラグを金属の
流れに対し向流で再循環さぜる）Ｎ申＝約０．９６　と
なるまで抽出様式の脱力−がンが起る： Ｑｌ　　次いで通常の炉でさらに脱カーボンし、商栗上
純粋なアルミニウムを製造する。

特定の理論に限定されることを望まないが、逆反応帯域
および還元帯域内で起る反応は、温度争件に依存して次
の通シである。

Ｒ１：　　２Ａｔ２０３（Ｓ）　＋３Ｃ−Ａｔ４０４Ｃ
（Ｓ）　＋２ＣＯＲ２：　　Ａｔ４０４Ｃ（Ｓ）、！；
Ａｔ４０４Ｃ（ｔ）Ｒ３：　　Ａｔ４０４Ｃ（ｔ）　＋
　６０”：Ａｔ４Ｃ５Ｃ５）　＋４ＣＯＲ４：　　ｚＡ
ｚ２ｏ、（ムｓ＋　ａｇ）　＋　ｑｃｚＡｔａｃ３（ｓ
＞　＋　６ＣＯＲ５：　　Ａｔ２０３（７，Ｓｌａｇ）
＋Ａｔ４Ｃ３（ＡＳｌａｇ）４；６Ａ４４＋３ＣＯＲ６
：　　Ａｔ（ｔ）：Ａｔ（ｇ） Ｒ７：　　４Ａｔ（ｇ）　十Ａｔ２ｏ３仏・ＳＩ　ａｇ
）：３Ａｔ２０Ｒ８：Ａｔ４０４Ｃ（Ｓ）十Ｃ＝２Ａｔ
２０＋２ｃ。

Ｒ９：　　Ａｔ２０３（ムｓｌ　ａｇ）　十Ａｔ４Ｃ３
（Ｓ）：３Ａｔ２０　＋３ＣＲ１０：　５Ａｔ２ｏｚＡ
ｔ２ｏ、（ｓ）＋　ａＡｔ（ｔ）Ｒ１１：　４Ａｔ（ｇ
）　＋　３Ｇ”；Ａｔ４Ｃ３（Ｓ）本発明方法は装入物
カラムの頂部で始まシ、次のように特別の位置および特
別の時間に起る段階に関しさらに特徴づけられる。

段階■　装入物の予熱が起る。ヒユームスクラッパーダ
ストをスフラッパーから装入物生成に戻す。起る唯一の
化学反応はＡｔ２ｏ　が装入物カラムの頂部を出てヒユ
ームスクラッパーに入る間のＡｔ２０の酸化である。

段階Ｉ［第１の予備還元段階が装入物カラムの高いとこ
ろで起シ、固体アルミナと炭素が反応してＡｔ４０４Ｃ
’ｉｉ生成し、Ａｔ２０　；＠気が式Ｒ８に従って反応
し、式Ｒ１１に従ってアルミニウム蒸気が炭素と反応し
て固体Ａｔ４Ｃ３ｆ形成する。

絆攬遍　　第２の予備還元段階が装入物カラムの下部で
起シ、すべての残存Ａｔ２ｏ３または炭素（どちらでも
最後に枯かつする）が反応して同体Ａｔ４Ｃ３を形成し
、式Ｒ９に従いＡｔ２ｏ蒸気が反応する。Ａｔ４Ｃ３の
みと遭遇するアルミニウム蒸気は液体アルミニウムに凝
縮し、装入物と共に装入物カラムの底部から炉床へ落ち
る。

段階■　混合段階が炉床上で起シ、炭素および（′！、
たは）　Ａｔ４ａｓおよび（または）Ａｔ４０４Ｃおよ
び（または）　Ａｔ　を含んでいる装入物カラム底部か
らの装入物は、炉床に添加されるかまたは組成を調節し
均合った金属製造を得るため前の操作から炉床に再循環
されるスラグに添加されるアルミナと混合する。未反応
炭素が存在するときは、反応Ｒ４が起る。

段階Ｖ　炉床上の還元帯域内の物質は、段階■の予備還
元の固体Ａｔ４Ｃ３および他の生成物と混合して、一般
に約０．７７〜０．７８のＮ＊　を有する液体スラグか
らなる。上記混合物の接合物組成はＮ申　　が約０．５
〜約０．７７５の範囲であシ、０．４から始まシ還元が
８！き固体炭化アルミニウムが複合物から消失すると約
０．７７５に増加する。

段階■　炉床上の金属から雪、極を離して、脱力−がン
が約０．７７５以上のＮ牢　値で起りアルミニウムを生
成すると、米国特許第４．２１６．０１０号に規定する
還元脱力−ピン様式に従って、Ｎ中は望む最終値に達す
る。これは−次炉の最終段階であることができる。

段階■　米国特許１４４，２１６，０１０号に規定する
ような抽出様式に従い、抽出様式脱力−ぎンが達成され
る。−次炉と別であれば、この脱カーＣンを実施する炉
は「デカープ炉」（ＤＥＣＡＲＢ炉）である。

段階■　前段階の融解生成物を２部分に、すなわち生成
物金属および若干のアルミニウム、若干の炭化アルミニ
ウム、若干のスラグ成分を含む浮かすに単に分離するこ
とによって、さらに脱カー？ンが通常の保持炉操作で起
る。米国特許第３，９７５，１８７号に記載のように、
炉生成物をガスで処理することは、融解アルミニウム生
成物部分および（または）浮かす部分へのこのような分
離を助ける。この目的には、上記特許に記載のように、
「６成分ガス（ｒｒ＋−ｇａｓｌが特に適しており、こ
れは窒素８０容量係と、塩素１０容月チと、−酸化炭素
１０容址チとからなる。

一次炉蒸発損失を制御できるように、装入物カラムの上
部区域で液体・や−セントを制御するため働らくことで
できる装置を備えることは、本発明の一つの主目的であ
る。これを行なう一つの方法は、段１＠■の浮かすを一
次炉の炉床に戻すことである。この操作は段階■の終り
に一層低い液体・ぐ−セントを生じるが、Ａｔ２０　逆
反応により遊離した熱を浮かすの加熱に使用できないか
らエネルギーの損失となる。

本発明の重要な特徴は、単一カラム装置の具体化の二つ
で炉床屋根の上部表面により形成される肩による例のよ
うに、炉床への炭素保有装入物の進入を制御する装Ｎを
備えることである。炭素とアルミナの両者が存在する限
シ、炉床温度がすべて２０００℃以下では、スラグは炉
床内で生成されるが、かなシの量のアルミニウムは生成
しない。

この事態を取除くため、段階Ｖが始まる前に炉床が炭素
を含まなくなるように、装入物の進入を制御する必要が
ある。蒸気逆反応が有効に熱を遊離できる装入物カラム
をなお与えながら、この装入物制御が得られるように炉
床肩全備える。

段階Ｖにおけるように、電極がスラグまたはスラグと混
合した装入物と接触しているとき、温度は反応帯域にわ
たシかなセ均一であって、還元反応を進めるのに必要よ
シも大きくない。段階■の間脱カーデンの条件を与える
ため、炉床上にアルミナの過剰がある。遊離炭素が存在
する限り、反応Ｒ１およびＲ５が進み、そこでその温度
を金属を生成するのに必要な温度より少なくとも７５℃
低い水準に制限する。

たとえば開放アークによるように、十分な過熱が段階Ｖ
に与えられれば、スラグ生成のための反応による先取の
熱吸収（ｐｒｅｅｍｐｔｉｖｅ−ｈｅａｔａｂｓｏｒｐ
ｔｉｏｎ　）　　に打勝つことができる。しかし、段階
Ｖぢゆうの開放アーク還元に対する蒸気生成速度は潜弧
還元に対するよシ少ない。

５種の好ましい装置の具体化全以下で記載する。

第１は炉床肩を有する一次炉を包含するｄ↓１図に示し
た６成分装置である。小２は第１と同一であるが、ただ
しかなり一層多い還元様式脱カーボンを一次炉で行ない
、抽出様式の「デカーツ」炉をはふき、頂部装入物と共
に添加しないアルミナを一次炉の炉床に添加し、アルミ
ナに富んだ液体スラグを一次炉の炉床に装入する必要が
ない点は除外する。第３は第６図に示した一対の装入物
カラムから々る。第４の流動化具体例はｍ４図の流動床
カラムからなる。絹、５はまた単一カラム具体化である
が、鋼５図に示した移動床竪型炉からなる。

第４図の流動床カラムを除き、装入物カラムのすべては
炉床からの反応ガスの向流を許すように透過性で支持さ
れる。

５種の操作系または工程具体化は次のようにこれらの５
種の装置具体化で使うのが好ましい：（１１スラグ形の
アルミナの一部分をデカーゾ炉から第１図の一次炉に向
流で供給し：　（２１１４２図の一次炉においては、ア
ルミナの一部分のみを炉床の還元帯域内に供給し：（３
）全装入物を第５図の対の透過性で支持されたカラムに
供給し；（４）全装入物を第４図の二つの対の流動化カ
ラムに供給し：（５）アルミナの一部分を第５図の一次
炉では炉床のｉｑｔ元帯域に供給する。第２の系は第１
の系のようにアルミナに富んだスラグの再循環を必”皮
としない。

第１の工程の具体化は３操作からなる：即ち最初の操作
として、約９．５係のＡｔ４Ｃ３と１２％のＡｔ２０３
を含む粗製アルミニウムをつくる一次炉における粗製ア
ルミニウム製造及び次いで（ａ）第２の操作として、多
くのアルミナを供給して約２係のＡｔ４Ｃ３とスラグを
含むアルミニウムをつくる脱力−ｙｈ”ン炉における、
および（ｂ）　ｉ）４３の操作として、簡栗的に純粋な
アルミニウムと浮かすをつくる仕上炉またはがスフラッ
クシング炉（ｇａｓ　ｆｌｕｘｌｎｇｆｕｒｎａｃｅ　
）における、粗製アルミニウムの脱カーボンからなる。

「向流」の用語は脱カーゼン炉からのスラグが一次炉に
供給され、それによってアルルミニウムの流れに対し向
流で動くからこの系に適している。４種の残りの工程の
具体化は各々が粗製アルミニウム製造と必要な脱力−・
２ノの一部分の両者のために一次炉を使い、それによっ
て＠２、ｇ３．　ｆＡ４の系ではこの第１の操作で４〜
１０チのＡｔａＣ３を含み、第５の系では約２ｑ６のＡ
ｔ４Ｃ３を含むアルミニウムを製造するから２操作のみ
を必要とする。　８ｉ４１の系のスラグ生成性以外は、
はとんどどの適当な脱力−はン法も第２操作で使用でき
る。

これらの具体化は還元および脱カーボンのため熱全発生
させる手段として一対の電極（すなわち炭素）を２載し
ているが、米国特許絹５．１５３．１３３号に明らかに
されているように、プラズマトーチを使用することがで
き、この場合電極の「対」はプラズマトーチの陰極エミ
ッターと陽極リング成分とからなる。

第１図に示した概略的に例示の閉じた再循環系は、好ま
しくは絶縁として耐火れんが１２および炭素の炉床１３
で内張シされた一次炉１ｏを含み、炉床は黒鉛の根１４
全通し電気母線に連結されている。絶縁の内側には、耐
火内張、Ｄ１５および肩１６′を形成する上部表面を有
する内部屋根１６があシ、この屋根は電気回路の第２の
側に並列で連結される電極１８のまわシに空間１７を許
すような形状である。内壁を横切るアルミニウムの凝縮
を避け、こうして屋根１６の炉床１３への短絡を防ぐた
めに、−酸化炭素の内部へ向う流れを維持するため送風
装置および吹出口装置１９を備える。湯用口２２および
装入口２Ｊも備える。

二次炉３０は絶縁３１．内部耐火（非炭素質）内張３２
、粒状物質用装入口３３、液体全−次炉へまた一次炉か
ら移すための装入および湯用口３４、生成物を排出する
ための口３５を備えている。炉３０の液体全通し加熱１
１Ｌ力を伝えるため電極３６を備える。液体が口３４か
らロ２１′ｆ、通シ炉ｌＯの炉床に移動できるように、
炉３ｏを上げるために３７にジヤツキ装置ｉ、　（ｌａ
ｃｋｉｎｇｍｅａｎｓ　）をつける。−火炉生成物は炉
１ｏから口２２全通し口３４で受けられる。炉３ｏは「
デカーツ」炉と呼ばれる。

ライン４１を通シ炉ＪＯから放１］」されるヒユームと
残存ガスを分離し、炉１ｏの装入物の合体するためライ
ン４４全通し装入物生成装置４４にヒユームを戻し、一
方きれいになった残存ガスをライン４６を通し系を去ら
せるため、ダスト捕集器４２をつける。

「仕上炉」と呼ばれる第３の炉５０を備える。

この炉は装入口、湯出口、および炉融成物の頂部水準下
にフジツクシング〃スを散布する装置ヲ備えている通常
の保持炉の設計のものである。仕上げたまたは生成物ア
ルミニウムはライン５１を通り炉５０を去り、浮かすは
ライン５２を通り装入物生成装置４８へ進む。

装入物生成装置４８では、コークス、アルミナ、ヒユー
ム、浮かす、ピッチを混合し、ライン４９を通し炉１０
へ送る装入物として団鉱形に生成される。

実施例１ 装入物２８は二つの組成ＡおよびＢを有する団鉱形につ
くられた。装入物の組成Ａの団鉱の生成においては（米
国特ｉｆＦ第５，７２３，０９５号、ｍ８欄、第５０〜
６５行参照）、バイヤー法に従つて生成した水酸化アル
ミニウム粉末１６ＤＯ〜１０００’Ｃに加熱することに
よってアルミナ粉末に変え、１００メツシユのふるいを
通るように粉砕したこのアルミナ粉末と石油コークス粉
末を、装入物の組成Ａをつくるため８５対１５の重量比
で混合した。

組成りの団鉱は石油コークス、石油または石炭タールピ
ッチ、集じん装置で集められた炉ヒユーム、仕上炉５０
から除さいされた浮かすから生成された。炉に装入され
る前に、この団鉱を８００℃に焼いて結合剤ヒユームを
追出すのがよい。

−火炉を定常状態操作東件にする開始操作は次の方式で
実施された。ケイ素炉の開始の実施の場合のように、電
極から破砕コークス床への電流によって炉を初めに加熱
した。ケイ素炉の実施に従って炉床を適当に加熱したら
、十分なアルミナを添加して炉床上に液体層２３を形成
した。液体ノ曽２３の組成は８０〜９７重晴係の１屯囲
のアルミナを有するアルεすと炭化アルミニウムの融成
物に該当する。好ましい範囲はＡｔ２０３　’　８５〜
９０ｑ６で、残りはＡｔ４へである。

この点で、組成Ａの装入物を加え、液体層２３を約１２
インチの深さに確立するためには極會引張シあげて開放
アーク状態にした。装入物をさらに添加し、製錬されて
層２３のための液体を生成したとき、追加のアルミナを
添加して液体層２３の重量比をＡｔ２０３８０　／　Ａ
ｔ４Ｃ，２０〜Ａｔ２０５９７／Ａｔ４Ｃ，３（重量部
で）の範囲に保った。「スラグ」層である層２３の望む
床さを与えるため、十分なだけの組成Ａの団鉱を添加し
た。スラグ層のＡｔ４ｃ５含量が低すき′るようになっ
たときは、コークスを添加し開放アーク下に加熱を続け
ることにより補正を行なうことができる。望む組成の融
解スラグ層が確立したら、装入物ｓ’６屋根１６の上方
の電極のまわシに添加し、こうして蒸気生成物が反応し
て熱を遊離できる装入物カラム２Ｂを与えた。排出しよ
うとする金属と化学量論的に当量の装入物カラム２８か
らの装入物の量は、スラグ層２３の上に落ちるよりに補
給され、炉床の上および炉床内に反応物層２４を形成す
る。次いで電極全液層と電気的接触するように十分に低
くし、電流を液体２３を通すことによって十分な熱全発
生させて、装入物２４を液体スラグ層２３と反応させた
。（次のサイクルでは、炉３０からのスラグ全この時点
で装入物２４に添加する。）還元が進むと（段階Ｖ）、
３０〜５５４　Ａｔ４Ｃ。

を含むアルミニウムが形成され、スラグ層２３の上に別
の液体金属層２５として存在する。同時に、若干のアル
ミニウム蒸気と一酸化アルミニウム（Ａｔ２０）ガスが
生成された。これら性アルミニウム生成反応によシ形成
されるＣＯと混合し、装入物カラム２８を通し上方へ進
み、そこで発熱逆反応が起り、熱を遊離し、装入物と其
処下に再循環される化合物を生成して温度が一層高くな
るとき炭化アルミニウムを生成した。ガスまたは蒸気は
装入物カラムを通し上昇し続け、一層冷たくなシ、装入
物カラム２８の頂部に達するまでさらに反応し、残存ガ
スはライン４１を通シ装置４２に進み、そこでフユーム
が除かれ、きハいになった残存ガスはライン４６によっ
て離れた。これらの蒸気逆反応によりカラム２８内で遊
離した熱を使って、装入物を予熱しまた装入物ＢからＡ
ｔ４０４Ｃを生成させる熱を与えた。装入物カラム２８
の底および屋根１６に一層近い一層高温で、組成りを有
する装入物は再循環された蒸発生成物と反応しＡｔ４Ｃ
３を生成した。

装入物２４中の実質上すべての反応性炭素が枯かつし、
炉床上の接合物（スラグ＋装入物）の組成が約０．７７
５に等しい分子比Ｎ”　（Ａｚ２ｏ３モル／Ａｔ２０３
モル＋Ａｔ４０３モル）をもつまで、装入物または融成
物と接触させた電極で段階Ｖは進んだ。

３０〜３５俤のＡｔ４Ｃ３を含む段階Ｖのこの金属生成
物を約１０％のＡｔ４Ｃ，を含む生成物に変えるために
、Ｊ脅２５から丁度離れて電極を引張り、それによυ開
放アーク加熱を開始することにより、段階■に従う脱カ
ーＩンを使った。このような開放アーク加熱は、電極を
融成物と接触させているときよシも電極間に一層高い電
圧を必要とするが、１極を液体層と接触させたとき全入
力が段階Ｖの間と同一かまたは小さいような減少した電
流で操作するよう１に十分なだけの電圧をかけた。

米国特許第４．２１／ＩＩ、０１０号に規定された還元
脱力−、ｒｆン方式を使いながら、スラグ層が組成Ｈ＊
　＝ｇ、９１にもつまで、段階■中のこの開放アーク加
熱′ｆｒ：続けた。この点で、金屑は溶液中に約９．５
％のＡｌ４Ｃ３と１２％のＡｔ２０３を含んでいた。液
体スラグは約２１０００の一般温度を有したが、アーク
が液体を打つ場合の温度は２４００℃程度の高さである
ことができる。どちらの温度も金屑をスラグ層上に混和
しない層として存在させるのに十分高かった。

次いで金属をデカープ炉３ｏにデカンテーションして段
階■を完結した。予備還元帯域からさらにＡｔ４Ｃ３装
入物を補給して炉１ｏのスラグＩ−上に落し、さらに再
循環スラグをスラグ層に添加し、電極を炉床液体と接触
させて、段階Ｖを反覆して繰返した。

アークから装入物に達する熱強度を制限する必要がある
。さもないと蒸発が著しく大きくなって装入物カラム２
８中の予熱および予備還元反応が逆反応熱を吸収できな
くなる。この状態では、炉は熱的に不安定で、未反応蒸
気生成物が装入物カラムの頂部から吹き出て、過剰の熱
を遊離し、価値ある反応物を消耗させる。

炉３０では、−火炉の段階■からの約９．５チのＡｔ４
Ｃ３と１２％のＡｔ２０ｓ　’ｅ含む金属が、Ｎ１１１
＝０．９６を有するスラグ層３８上に金属層３９として
浮いていた。このスラグ層３８も約１５チのＣａＯを有
し、約１６５０Ｃで操作すルトキＡｔ４Ｃ５−Ａｔ金属
層と混和せずまたそれよシ大きい密度を有する液体であ
った。アルミニウム生成物に化学量論的に要求されるア
ルミナの大部分はデカープ炉３０に添加されて絶縁カバ
ーを形成し、段階■に従い米国特許第４，２１６，０１
０号の抽出方式に従い金屑からＡｔ４Ｃ６が抽出された
後は、Ｎ１＝＝０．９６を維持にするためスラグ溶液（
層３８）中に最後には行く。

金属が層３９中で適当に流体であり、約２チのＡ１４Ｃ
，水準をもつときは、デカープ炉３０をジヤツキ３７で
傾けることによシこれをデカープ炉３０のスラグ層３８
からデカンテーションして・仕上炉５０に送った。炉３
０内で段階■の抽出操作で発生したスラップは一火炉１
０の炉床に再循環されて、カラム２８から落下する装入
物２４に添加しこれと混合するため段階■に使われた。

段階■からの金属生成物中に存在するアルミナおよび炭
化アルミニウムのすべてが浮かすとしてアルミニウムの
表面にくるまで、６成分ガスまたハ（Ｔｏの通常使うア
ルミニウムフラツクシングガスを融成物中に散布するこ
とによって、段階■に従う精製を遂行した。この操作は
約９００Ｃで起つん。浮かすを除ざいし、あまシ遅れる
ことなくライン５２を通過後、装信４８内の一次炉装入
団鉱に合体したので、炭化アルミニウムは加水分解する
機会をもたない。次いで商業的純度の最終アルミニウム
生成物を仕上炉５０から排出し工程の段階■を完結した
。

本実施例の物質収支およびエネルギー収支は、反応段階
複合物の当量モル分率が段階Ｈの終シで１＝０．５１か
ら、段階ｍの終りでＯ（１００ｓ　Ａｔ４ｃ３）　Ｉｌ
？−１段階■の終りで０．４６８に、段階Ｖの終シで０
．７７５に、段階■の終シで０．９１０に、段階■の終
りでｏ、９６に進んだことを示す。

したがって、装入物カラムの液体幅は段階Ｈの終りで６
５俤、段階■の終漫で０チ、段階■の終シで４６チであ
った。

生成アルミニウムの各１００　Ｋｆに対し、Ａｔ２゜１
２ボンドとアルミニウム蒸気１２にりが段階■で生成し
、Ａｌ２Ｏ３８ＫＦとアルミニウム蒸気９　Ｋｆが段階
Ｖで生成し、Ａｔ２０　１４　Ｋｇが段階■で生成した
。逆反応は段階■および■でＡｔ２０４８Ｉ（９とアル
ミニウム蒸気１６Ｋｆを回収した。遊離した熱を段階…
および段階■の予備還元反応を進めるのに使い、装入物
カラムにおける反応の正味のプロセス熱必要量は生成物
アルミニウムＩ　Ｋｇ当り＋０．７７にｗＨであった。

こうして段階■、ｖ５■で生成した蒸発生成物８３に２
の正味のエネルギー損失は、装入物カラムの頂部で段階
ｎ６出るアルミニウム蒸気４　ＫｆおよびＡｔ２０　１
５　Ｋｆに関連した京である。８段階の６各に対する物
質収支およびエネルギー収支のまとめを絹１表に示す。

段階■の抽出操作で物質収支を得るためｖｃは、開放ア
ーク加熱の段階■生成物に許されるＡｔ４ｃ３の最大水
準は約９．５俤である。９．５１）以上であり、段階■
の抽出操作が平衡になると、段１昔■への追加のアルミ
ナ装入’Ｋｌ　ｋ必要とし、−火炉の需９を越えるスラ
グが段階四で生成する。段階■の開放アーク加熱生成物
が９．５多以下のＡｔ４ｃ３をもつときは、一層少ない
アルミナを段階■の抽出操作に添加し、これは一層多く
のアルミナを段階■で添加するかまたはアルミナを装入
物Ｂに添加することを意味する。

段階■における初期スラグ在庫は段階Ｖで要求されるア
ルミナを与える最小量に保つべきであるので段階Ｖ複合
物のＮ率　はできる限り−Ｍ　（０，７７５まだはそれ
以下に保たれる。

装入物Ｂの代りにデカーグ炉または一次炉床に対するプ
ロセスアルミナ９求の添加を与えることにより、カラム
中で高い段階Ｈの液体幅を、全アルミナ要求を装入物Ｂ
と共に添加するときの約７９％に比べ、６５係まで減少
できるという重要な発見がなされた。装入物日をできる
だけ炭素に富ませることにより、また浮かすのアルミナ
をピッチコークスに包むことにより、団鉱は一層焼結す
る傾向がなくなり、また装入物カラム２８を落込ませる
傾向がなくなり、そこで装入物カラムは蒸気透過状態に
保たれ、Ａｔ２０　蒸気を透過し続け。

逆反応を平衡にさせ、そこで蒸発へのエネルギー損失を
最小にする。

実施例２ 第２図に示した装置を使い、実施例１に関連し開発した
向流アルミナ供給材料系におけるように。

団鉱形で装入物ＡおよびＢをつくったが、ただし再循環
物質のみはピッチと混合して組成りの団鉱を形成した。

還元に必要な全コークスは、２インチから一１／４イン
チメツシュの寸法範囲の生石油コークスとして装入した
。全アルミナは電解還元槽に装入される典型的なアルミ
ナである粒度分布で冶金等級のアルミナとして装入され
た〇向流アルミナ供給材料系におけるように、屋根の上
に装入物を補給することにょシ排出し製造サイクルの終
シに排出のためのアルミニウムを生成するのに化学量論
的に必要な全炭素（未反応コークスとして寸たはＡ４０
４ＣとＡｔ４Ｃ３からなる予備還元化合物として）を供
給するため十分な物質を炉床に入れた直後、製造サイク
ルは開始した。追加の生コークスと再循環物質を装入物
カラム２８の頂部に添加して、その水準を回復し、また
次の生成サイクル中蒸発逆反応が起り得る反応帯域を与
えた。

若干のスラグを前の製造サイクルの金属と共に排出した
ときは、スラグ中の炭素含有量を望む開始在庫水準に回
復するために、金属生成のための化学量論的要求以上に
追加の装入物を補給する必要がある。

次いで補給される予備還元生成物の装入物の当量アルミ
ナ含有量を引き、サイクルの始めに望む在庫にスラグを
同役するのに彼するアルミナをたして、排出しようとす
る金属の製造に化学量論的に必要なアルミナを供給する
のに十分なアルミナを、製造サイクル中特別のスケジュ
ールで第２図の０２１を通し添加した◎ 電極１８を下げて装入物２４と接触させ、電極と炉床１
３の間の電極抵抗によって電力を云えた。

熱が発生すると、未反応炭素はスラグと反応して・スラ
グと共に溶液中の八ｔ４ｃ５を生成１−た。こうして炭
素がＡｔ４Ｃ５に変化した後、温度は約２１００℃に上
昇し、金属の生成が開始した。一層金ハが生成し、一層
アルミナを口２１を通し添加すると。

金属は一層流動性となり、サイクルを完結するため低電
圧アーク状態に電極を上げることが８禦となった。サイ
クルへの全アルミナを添加し、サイクル中還元に必要な
全電力を使った時、金属は凝固したとき４〜１０チのＡ
ｔ４Ｃ３を含む程度まで脱カーボンされた。

製造サイクル中、追加の炭素は炉床に入れず（スラグ在
庫を調節する以外は）、蒸発生成物は装入物カラム内で
逆反応して、　Ａ１４０４Ｇ　　およびＭ　４　Ｃ５生
成のための熱を遊離した。

次いでこれらの物質を次の製造サイクル中補給して炉床
上に落すのに使う。

向流アルミナ供給材料を使わないこの好ましい具体化を
使うとき、４〜１０係のＡｔ４Ｃ３を含んでいる一火炉
生成物の特別の脱カーボン法は脱カーボン炉４０で使う
必要がない。しかし、脱力−がン法は抽出方式のスラブ
脱カーボンであってはならない。脱カーボン法にアルミ
ナを添加することなく、２優ま之はそれ以下のＡｌ４Ｃ
３に脱カーボンするどの方法も使用できる。典型的には
、（ａ）純粋なアルミニウムに希釈し、ついでガスフラ
ツクシングし；（ｂ）−火炉生成物九塩素を直接作用さ
せ：または（ｃ）上記のように、反応性炭素を含まない
容器中で一火炉生成物を還元温度に単に加熱することに
よって、−火炉生成物を脱カーボンできる。

この具体化によりつくった一火炉生成物は４〜１０チの
Ａｔ４Ｃ３を含み、また約１２冬のＡｔ２０５を含むこ
とが認められた。−次生成物中に含まれるアルミナは生
成物中のＡｔ４Ｃ３と反応してＡｔ。

Ａｔ２０．ＣＯを生成できる。これを反応性炭素の不在
下に行なうと、第３の脱カーボン法に従って金属は脱カ
ーボンされる。

一害］Ｌ燃」− 外部装入を利用する第５の好ましい具体化を第３図に示
す。この系は炉内に装入物カラムをもつ代りに、炉外に
配置された１個貫たけそれ以上のプラグ流れ（ｐｌｕｇ
−ｆｌｏｗ　）　　逆反応器を有し、各々が装入物カラ
ムとしてプロセス反応物を含んでおり、これを通して還
元および脱カーボン段階中生成した蒸気が通りかつ逆反
応し、またそこから１個またはそれ以上の装入物進入装
置によって予備還元生成物を還元帯域に排出するので１
反応性炭素を計画したサイクル基準でスラグから枯かつ
できる点で、第１および第２の具体化の系とは界なる。

好オしくは、この系は２個の装入物カラムを含み、全装
入物を容器８１．８２に供給することを必要とする。

炉６０は絶縁耐火材料６２、内部炉床６３．炭素の側面
および屋根内張シロ５で内張シされている。炉床６３は
黒鉛の根６４を通し電気母線に連結される。

電気絶縁装置６９が各電極６８のまわりにつけられ、各
電極の上部のまわりにアルミニウムの凝縮を防ぐために
、−酸化炭素ガスが電極を蔽って下方に吹きつけられる
のに適合しており、かくて電極６８の炉床６３への短絡
を防ぐ。揚出ロア２が設けられ、スラグの融解層７３が
アルミニウムおよび炭化アルミニウムを含む金属の融解
層７５の下に存在している。電極６８は並列で連結され
。

金属層７５と接触させる。電＠６８と炉床６３０間のス
ラグ層７３を通じ電流を流すことによってまず熱を発生
さす。

炉６０内の還元炉で製造されるＣｏ　　とアルミニウム
および一酸化アルミニウム蒸気との反応により遊離する
熱でアルミナを予熱するため、容器８１を用意する。同
様に還元蒸発生成物が逆反応するとき遊離する熱を使っ
て、コークス、アルミナ、再循環生成物からなる装入物
を予熱し部分還元するために、容器８２を用意する。物
質を炉６０に添加する時間と量を制御するために、供給
装置８３．８４を用意する。

実施例１に記載の方法によって、スラブ層７３を構成す
る。容器８１内でアルミナの過熱と融解を避けるために
、容器８１．８２を通る還元蒸気およびＣＯの流れの比
を弁８５．８６を使って制御する。

石油コークス、再循環ヒユーム、脱力−がン操作からの
浮かすからなる装入団鉱を形成した。これらの団鉱を容
器８２に装入し、ここでその成分コークスは還元炉６０
からの蒸気の逆反応により遊離する熱を使って予備還元
を行なう。熱は容器８２を通過するＣＯによって団鉱に
移される。

製造サイクルを開始するために、容器８１からアルミナ
または容器８２から装入物を添加することによって、ス
ラグの当量モル分率をＮｌｌ　＝　約０．９１に調節し
た。次いで、サイクルの終りに排出しようとする金属に
対し化学量論的要求となるように計算される装入物７６
の量を容器８２からスラグ層７３に添加した。容器８２
からの装入物の化学量論的補充と々るように計算さｉす
るアルミナ７４の量を容器８１から、この時スラグに添
加した。

製造ラインＡ・ぢゆう製造水準で電力を続けた。

まずスラグの温度が減少し、装入物７６中の未反応炭素
がスラグと反応すると、スラグ組成はＮ＊＝０．７７５
の方へ移動した。遊離炭素が消費されると、温咋は当然
還元温度に上昇し、金属の還元が始オつた。スラグ組成
がＮ”＝Ｑ、９１に戻るオでに、約４〜１０係のＡｔ４
Ｃ３を含む金属が生成した。この金属を排出して、製造
サイクルを完結した。

ここに記載の方法は容器８２内で最・低の液体／固体比
を生成する。ある理由で容器８２内で一層高ノ９−セン
トの液体が望外しいときは、還元に要求されるアルミナ
の若干を団鉱に添加できる。若干のアルミナを団鉱に入
れる別の効果は、一層多くのＡｔ４　ｃ３が容器８２内
で形成され、一層少ない炭素がこの炉の炉床区域で直接
還元されることである。

米国特許第４，０９９，９５９号の方法と異なシ、この
方法は通常の炉を使い、二つの温度帯域の間のスラグ循
環を必要とせず、装入物添加位置で反応性炭素中のスラ
グを枯かつさせる手段を提供し、金属製造中炉床上では
るかに広い範囲の。

約Ｎ”＝０．３９〜Ｎ”＝０．９１のアルミナモル分率
を有する。

この具体化に従い３つの装入物質を添加し炉の操作を、
実施例３に対する第２表に物質およびエネルギー収支の
まとめとして示す。

実施例４ 筆４図かられかるように、炉１００は絶縁耐火材料１０
２、炭素の側面および屋根内張り１（）６を有する内部
炉床１０３で同様に内張すされている。炉床１０３と黒
鉛の根１０４を通し電気母線に連結する。電極の上部の
１わりのアルミニウムの凝縮およびその結果の電極１０
８の炉床】０３への短絡を防ぐために、各電極を蔽って
一酸化炭素ガスの内部流れを与えるため、炉は各？Ｅ！
１０８のまわシに電気絶縁糸蔽装置１０９も有している
。

炉１００７−ｉ湯出口および電Ｗ１１０８の並列連結を
有してｂる。

予備還元容器１２１と予備還元容器１２２をライン１】
５．１１Ｇ、１１７を通り流れるガスに関し直列に連結
する。残存ガスはライン１２５′ｆｒ：通υヒユーム分
離装置１１８に進み、残存ガスとしてライン１２６％１
２７を去り、一部分はライン１２８．１１６により容器
１２１に再循環され、残量（ライン１１５内の前に等し
ｌ／−１）はライン１２７を通フ系を出る。容器１２１
．１２２を通シ循環するがスの全量はその内容物を流動
化状態に保つ。

容器１２２にアルミナを装入し、容器１２１に炭素、ラ
イン１２５中のガスから分離しライン１１９を通り容器
１２１に入るヒユーム、再循環浮かす粒子を装入した。

容器１２２からの予熱したアルミナはライン」２４を通
シ炉１００に入った□容器１２１からの予熱および予備
還元された装入物はライン１２３を通り炉１００に入り
、容器１２２からのアルミナと一緒になって装入物１１
４を形成した・ 特に、−火炉１００にははじめに実施例１および２のよ
うに融解スラグ層１１３（！−供給した。容器１２２に
Ａｊ！２０　ｓを充てんし、容器１２１にコークス、再
循環Ａｔ２０５、ヒユーム、Ａｔ４Ｃ５，Ａ）の混合物
を粒子の形で充てんした。各製造サイクルに対し、ＡＪ
ｌｏｏＫｆの製造に、炭素７１．９ＫかＡｌ２Ｏ３２５
、３Ｋｇ、再循環浮かすからのＡノＡＣ３１８、５Ｋｆ
、再循環浮かすからのＡｌ６６．７Ｋｌからなる典型的
装入物重量は１８２　、４　Ｋｑで、これを容器１２１
に供給した。アルミニウム１００に９を製造する各製造
サイクルに対し、装入物制御装置１２３はＡ、１２０３
１　、４　Ｋ！７、Ａ、／４Ｃ３２Ｄ　３　、６にり％
ＡＪ４３．７にりからなる反応器１２１からの生成物を
炉床スラグ／錫１１３に入れるよう操作された。供給装
Ｍ１２４も容器１２２に対し操作され、ＡＪ２０ｓ　１
８９　、２　Ｋｑが装入物１１４を完成させるためまた
混合段階■の一部として炉床に同様に路下させられた。

電極１０θをスラグ層１１３と接触させて、還元電力を
開始し、炉１００は段階■およびＶを通禍りまた。還元
Ｃ，を温度が約２０００℃にとど寸、りながら炉床内で
進み、ついには炉床複合物中の炭素が枯かつして、非金
属複合物のＮ＊　が０．３９の値に近づくのに十分々Ａ
、ｐ　４Ｇ　５を生成した。式Ｒ５に従いＡｌ２Ｏ３と
Ａｔ４Ｃ３がスラグ層１１３内で反応すると、温度は約
２１００℃に上昇し、上に鵜わる金属層１０５を形成す
る融解金棋を生成し、一方ＣＯおよび他のガスは順次容
器１２１，１２２内の装入物カラムを通り、ついで残存
ガ゛スとして弁を通りヒユーム捕集装置へ進んだ・ＣＯ
がライン１２６，１２７を辿シ排出される＊、’：　Ｐ
ガスであった。

式Ｒ５に従い十分のＡｌ４Ｏ３が消費されると、層１１
３のＮ＊　は再び０．９１に近づき、金属Ｊ偶１０５は
４〜１０％のＡｌ４Ｃ３を含み、次いでこの金属層を実
施例２に記載のように仕上操作に移し、これは装置１２
】に再循環されて続くサイクルに使う浮かすおよびサイ
クルから生産アルミ；ラム１００Ｋｐを製造した。物儒
およびエネルギー収支として、炉の操作を第３表にまと
めた。

実施例５ はじめの２つの具体化のように、炉床の直接上方に配ｆ
＆した１個の装入物カラムを有する第５の好ましい装置
の具体化は、装入物進入装量として働ら〈炉床肩を治さ
ない点で上記の２つの具体化とは異なる。その代ｐ１装
入物が選択的に自己支持性であるように、操作条件を注
意して扱かう。

第５図かられかるように、−火炉１３０はケイ素の製造
に使われるような高電圧多相ＡＣ炉である。しかし、炉
は炉床に直接アルミナを入れる装置を有し、また液体ス
ラブが２０００℃で炉床室内に保持されるとき炭素炉床
と内張シの間の界面で１９８０℃の温度を保つよう設計
された絶縁を有している◎ 一火炉】３０は耐火レンガ１３２の絶縁物および炭素の
内壁および炉床】３３で内張されている。

電流が炉床を流れる必要がないように、電極１３８をＡ
Ｃ５相Ｙ形態に連結する。９０重没％またはそれ以上の
Ａ！。０３のアルミナ含伊を有し・残りがＡｔ４Ｃ３で
あるスラグからアルミナ金凝結することによって、内部
るつぼＦを形成する。るつぼＥ内に＠解スラグ）ｆｔＪ
１４３が存在している。Ａ！ａＣｓを含む融解アルミニ
ウム層】４５がスラグ層１４３上に浮いている。

半還元化合物ｍＤは１９７０℃等温の周りに存在する。

熱源近くで、　Ａ、ｔ４ｃ、およびＡ１２０５または炭
素からなる塊Ｃが２０００〜２０５０１：のｒ川の温度
で形成される。

アルミナが帯域ＣまたはＤとまたＵ町動床軸八中の未反
応装入物と接触することなく、アルミナを炉床に添加さ
せるための装置１４１を設ける。

揚出口】４２も設ける。北極電力供給の「中性」回路に
連結された変圧器からなる電気装置を湯用口１４２に連
結して、揚出口を開くことが要求されたとき揚出口のま
わりのスカルＦの融解を助けることができる。

炉１６０は通常のアルミニウム保持炉の設計のもので、
揚出口、炉融成物の頂部水準からフラツクシングガスを
排出する装置、および生成物アルミニウムの上面から固
体浮かすを除くためのスキ？　−（ｓｋｌｍｍｅｒ　）
　ｈよび口装置を備えてｂる。

炉１３０からライン１５１を通シ炉１３０を去る残存ガ
スを受けるため、ダスト捕集器１５２が備えられている
。この集められたヒユームはライン１５４を通９装入物
生成装置１５８に送られ、そこで回収ヒユーム粒子は石
油コークス、石油ま念は石炭タールピッチ、アルミナ、
仕上炉１６（）から除さいされた浮かすと混合されて団
６＆’ｌｒつくるＯ 実施例１に関連し記載した操作により炉１３０を始動で
き、これにより実施例１に関し記載した方法に従い約９
５％の八１２０５と５％の八１４Ｃ５の融解スラグ層１
４３（融点１９８０℃付近）を発展させた。この層を捷
ず製造しようとする金属の層１４５の頂部の最高の予想
される高さに等しい深さまでつくった。次すで十分なス
ラップを排出して、凝結したスラグＦのるつぼと融解ス
ラグ１４３の残存上部水準を排出孔の底に発達させた。

排出しようとする金属に対し化学量論的に要求されるＡ
Ｊ４０４Ｃ、ＡｌＡＣ３、またばＣの形で炭素邦を含む
予備還元した装入物Ｃの量を補給し７てスラグ層１４３
内に落し、反応物装入物１４４を形成した。追加の装入
物団鉱を添加してカラム１４８の水準を回復した。

電極間に帯域Ｃを通し電流を流し寸だ電極から金属また
はスラグへ流しまた隣接電栖へ戻すことによって、眼力
を送った。熱が伝わると、反応物１４４とスラグ１４３
の間で反応が進み、３０〜３５％Ａ！４Ｃ３を含むアル
ミニウムを生成した。同時に、若干のアルミニウム蒸気
と一酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ）ガスを生成した。こ
れら（・まアルミニウム生成反応により形成されたＣＯ
と混合して、帯域Ｃおよび装入物カラム１４８を通って
上方へ進み、そこで逆反応が起り、熱を遊離１−１装入
物と共に下方に再循環される化合物を生成して帯域０で
１９７０℃付近でＡｌ２Ｏ２、Ａ）４Ｃ３、八！４０４
Ｃの混合物を生成した。帯域Ｃの一８７キの高温で、Ａ
ｔ２０．はさらに炭素と反応してＡｌ２Ｏ２を生成した
。

帯域ＣにおけるこのＡｔ４ｃ　５の生成は焼結屋根をつ
くり、製造サイクルの残シの間還元帯域に未反応炭素が
さらに入ることを防いだ。製造が進むにつれ、排出しよ
うとするアルミニウムの製造に化学量論的に要求される
が、装入団鉱と共に添加しないアルミナの部分を、装入
口１４１を通じ添加した。還元が進み一層アルミナを添
加すると、スラグ−反応物組成は約０．０６のアルミナ
モル分率Ｎ＊　　から約Ｎ”＝０．９２のアルミナモル
分率に変化した。米国特許第４，２１６，０１０号に明
らかにされた脱力−がンの還元方式に従って金属は約４
４　Ａｔ４ｃ５まで脱カーボンされた。次いでＣＯ生成
の著しい減少で明らかなように１Ｍｉ力水準を金属の生
成を止めるのに丁度十分に減らし。

炉をこの状態に約１時間保った。この期間中、約２００
０℃のスラグ温度が保たれ、アルミナが少１〜凝結して
スラグとの接触から反応性炭素を除去し、米国特許第４
，２１６．０１０号に明らかにされた脱力−、ｒｐンの
抽出方式に従って金ハはさらに約２憾のＡ１４Ｇ５を含
む廿で脱カーボンされた。

次いで金属を炉１’６０へ排出し、そこで温度が約９０
０℃に冷えたら６成分ガスを散布し、炉１３０からの排
出物に含ｔｈているＡｔ２０５およびＡｔ４Ｃ５のすべ
てとアルミニウム約２０係とからなる乾燥したふんわり
した浮かすを育てた。浮かすを除さいし、あ寸り遅れる
ことなく一次炉装入団鉱に合体するためライン１６２を
通し装入物生成装置１５８に戻したので、炭化アルミニ
ウムは加水分解する機会を有さなかった。次いで藺朶的
純度の最終アルミニウム生成物を仕上炉から排出した。

炉１３０金属を排出した直後、帯域Ｃから物質を還元帯
域Ｅに入れるため補給を開始し、製造ザイクルをくり返
した。

装入団鉱と共に添加するのに必要なアルミナの現在好ま
しい・９−セント範囲は２０〜６０壬である。これは補
給することを容易にするため帯域Ｃ内に若干の液体を生
成するが、帯域り内の液体パーセントを団鉱が破砕せず
また蒸気およびガスとの逆反応に必要な透過性を破壊し
ないよう低く保つ。

この実施例の方法の典型的の段階的物質の収支とエネル
ギー収支のまとめを第■表に示す。操作系はヒユーム回
収装置とその再循環を含む装入団鉱予熱段階をまず含む
ものとして記載できる。装入物カラムＡが炉１３０の軸
を下降すると、半液体化合物が帯域りで生成され、焼結
体、主とじてＡ１４Ｇ、が帯域Ｃで生成される。混合、
予備還元。

脱カーボンが順次帯域Ｅで起る。次いで脱カーボンが炉
１６０で起る。

【図面の簡単な説明】

第１図は概略的に示した閉じた再循環系に操作できるよ
う連結された。装入物進入制御装置として炉床層を有す
る可動床竪型炭素熱還元炉と脱カーボン炉の断面立面図
である。 第２図は第１図に示したものと同一の炭素熱還元炉の断
面立面図である。この炉は概略的に示した閉じた再循環
系の一部分としての脱カー？ン炉に連結されている。 第３図は別の蒸気流が平行に装入物を通し向流で進む、
アルミナおよび炭素ペース混合物用の別の装入物カラム
を有する炭素熱還元炉の断面立面図である。この炉は概
略的に示した閉じた再循環系の一部分としての脱カーボ
ン炉に連結されている。 第４図は別々に炉に排出するが、直列で炉蒸気のスクラ
ツバーとして働らく２個の流動床中にアルミナと炭素ペ
ース混合物を有する炭素熱還元炉の断面立面図である。 第５図は最終腕カービン炉に連結されて概略的に示した
閉じた再循環系の一部分である。炉床層を有さない可動
床竪型炭素熱還元炉の断面立面図である。 ｌ！１［・、］パノ：”’；：；（：’ｌ’：”ｌ’に
変更なし）Ｆｉｇ、　Ｊ Ｆｉｇ、　４ Ｆｉグ、５ 手　　続　　補　　正　　書 １．事件の表示　昭和ｊと年特許願第ｇりどり０　号２
、発明の名称　　　アルミナの炭素熱還元法３、補正を
する名 事件との関係　　出願人 名称　　　レイノルズ　メタルス　コムノやニー４、代
理人 ６・ ７、補正の対象　明細書の特許請求の範囲の欄８、補正
の内容　別紙のとおシ 特許請求の範囲 （１）Ａ、　　ガスおよび炭化アルミニウム含有液体ア
ルミニウムをつくるのに十分な熱入力で、還元炉の炉床
上で固体炭化アルミニウムと炭素とからなる混合物をア
ルミナと炭化アルミニウムとからなる液体スラグと反応
さぜ； Ｂ、ついで当該スラグを反応性炭素および固体炭化アル
ミニウムの不在下に分解して、さらにアルミニウム金属
と蒸気を生成させ；Ｃ８工程ＡおよびＢからのガスを逆
反応帯域を通過させて、そこで上記ガスは反応して予備
還元生成物を生成し； Ｄ、工程Ｃの予備還元生成物全工程Ａで炉床に供給する
当該混合物の一部分として使い；かつ Ｅ、工程Ｂから炭化アルミニウム含有生成物アルミニウ
ムを回収する工程より成ることを特徴とするアルミニウ
ムの炭素熱還元法。 （２）　　アルミニウムの製造に化学量論的に要求され
るアルミナの少なくとも一部分を、工程Ｃを通すことな
く炉の炉床に供給する特許請求の範囲（１）の方法。 （３）工程Ｃの反応からのオフガスを、工程ｃを通１こ
となく炉床に供給されるアルミナを予熱するために使う
特許請求の範囲（２）の方法。 （４）生成物アルミニウム中に含まれる炭素に化学量論
的に当量の実質上すべての炭素とアルミナの一部分を工
程Ｃへの装入物と共に供給し、上記アルミナの一部分は
工程ｃＸ！ｉ−通すことなく炉床に供給する部分と共に
合計で、工程Ｅで回収されるアルミニウムに化学量論的
に当量のアルミナ量にほぼ等しい特許請求の範囲（２）
または（３）の方法。 （５）工程Ｃを通すことなく炉床に供給する全アルミナ
要求の割合を好ましくは６７％以下に制御して、逆反応
帯域における材料の収縮しない蒸気透過性の状態を確保
する工程Ｃの逆反応帯域の液体／固体比を維持する特許
請求の範囲（２）〜（４）のいずれかの方法。 （６）蒸気透過性帯域の温度が２０００℃以下のとき、
当該帯域中の液体／固体比が、２７対７３〜５２対１１
ｔど、好ましくは３５対乙ｊ−≠ｊ対ｊ夕の範囲である
特許請求の範囲（５）の方法。 （７）　　スラグが工程Ｂのために反応性炭素を枯かつ
できるように、工程Ａへの当該混１合物の進入を制御す
る特許請求の範囲（２）〜（６）の方法。 （８）炉床の上方および逆反応帯域を与える装入物カラ
ムの下方に配置され、還元帯域のための内部屋根を形成
する炉床層によって、当該混合物の進入を制御する特許
請求の範囲（７）の方法。 （９）炉の屋根の一対の装入口によって当該混合物の進
入を制御し、炉の外側で当該口に連結された相当する一
対の装入物カラムの少なくとも一つによって逆反応帯域
を与える特許請求の範囲（７）の方法。 ０１　当該および（または）各逆反応帯域が一対の装入
カラム内の流動床として存在し、装入物を粉末形で添刀
口する特許請求の範囲（９）の方法。 αυ　一つの装入物カラムに炭素およびアルミナの当該
一部分を含む装入物を供給し、そこで工程Ｃの反応が起
り、他の装入物カラムにアルミナの残りの部分を供給し
、これを炉床に進入前にそのなかで予熱する特許請求の
範囲（９）またはＱＯの方法。 圓　工程Ｃを通ることなく炉床に供給される全アルミナ
の割合を好ましくは７０〜ｇＯ％に調節することによっ
て当該混合物の進入を制御し、これが逆反応帯域におけ
る装入物の底に還元帯域のための焼結屋根を形成するの
に十分な強度を与える特許請求の範囲（７）の方法。 α四　生成物アルミニウムを二次炉に移し、そこでアル
ミナ含有スラグと反応させてさらにアルミニウムの炭化
物含有量を減らし、工程Ｃを通るコトなく供給するアル
ミナの当該部分を二次炉のスラグに添加し、このスラグ
を一火炉の炉床に再循環する特許請求の範囲（２）〜（
８）のいずれかの方法。 （１４）　　炉床融成物層と接触させた電極によって工
程への熱入力を供給し、次いで電極を融成物層から抜き
離して工程Ｂの開放アーク熱を供給する特許請求の範囲
（１）〜（８）の方法。 αＱ　工程Ｂに次いで、スラグ層がさらに炭化物を枯か
つするまで、−酸化炭素を生成させるＶｃＶｉ不十分の
温度でスラグ層をさらに分解する特許請求の範囲（１ン
〜Ｉのいずれかの方法。 （１６）　　工程Ａ−Ｅをサイクルで反憶する特許請求
の範囲（１）〜ｕ９のいずれかの方法。 （１７）工程Ａの液体スラグがどθ〜９７重景％のアル
ミナを含み、工程Ａで生成する液体アルミニウムが２０
〜３７重景％の炭化アルミニウムを含み、工程Ｅで回収
されるアルミニウム生成物が７５重量％以上の、好まし
くはＪ〜７２重量％重量％ノル化アルミニウムない特許
請求の範囲（１）〜αｅのいずれかの方法。 （１〜　　工程への開始におけるアルミナモル分率（Ｎ
２）がθ、≠以下でなく、好ましくは０．ｊ〜Ｏ諾であ
り、固体炭化アルミニウムが消失するとき０．７７〜０
．７ｆに上り、工程Ｂの終りに０．９′／〜０．７３に
上り、工程Ｂについでさらにアルミニウム生成物とアル
ミニウム含有スラグを反応させて０．７≠〜０．９乙に
上る竹許ｔＦｔ求の範囲（１）〜ｔ１７）の方法。 住値　　アルミニウム生成物を仕上炉でさらに処理して
実質上純粋なアルミニウムと浮かすを生成し、浮かすを
好ましくは炭素に包んだ後装入物に再循環する特許請求
の範囲（１）〜αａのいずれかの方法。 ■　還元帯域内への一酸化炭素の流れを維持して、炉壁
１次は加熱電極上へのアルミニウムの凝縮を防ぎ、こう
して加熱電極の短絡を防ぐ特許請求の範囲（１）〜叫の
いずれかの方法。 ニウム生成物中に含まれる炭素に実質上化学量論的に当
量の炭素を含んでいる逆反応した装入物を炉の炉床に移
動し、そこでアルミナ全台んでいる液体スラグ層と反応
させ、一方反応させるアルミナの少なくとも一部分を炉
床Ｖこ直接供給し、当該アルミナ部分が逆反応した装入
物中に含まれるアルミナと共に合計で、アルミニウム生
成物中に含まれるアルミニウムにほぼ化学量論的に当量
であることを特徴とする上記炭素熱法。 （２′Ｉｌ　　特許１ｔｆ’Ｊ求の範囲（１２〜（２０
）の特徴のいずれかと組合した特許請求の範囲（２１）
の方法。 手続補正書く方式） 特許庁長官　殿 ｌ、事件の表示　　　昭和５８年特許願第８９８９０号
２、発明の名称　　　アルミナの炭素熱還元法３、？＃
正をする者 事件との関係　　　出願人 名称　　　　レイノルズ　メタルス　コムバニ−４、代
理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）八、ガスおよび炭化アルミニウム含有液体アルミ
   ニウムをつくるのに十分な熱入力で、還元炉の炉床上で
   固体炭化アルミニウムと炭素とからなる混合物をアルミ
   ナと炭化アルミニウムとからなる液体スラグと反応させ
   １ Ｂ、ついで当該スラグを反応性炭素および固体炭化アル
   ミニウムの不在下に分解して、さらにアルミニウム金属
   と蒸気を生成させ；Ｃ０工程ＡおよびＢからのガスを逆
   反応帯域を通過させて、そこで上記ガスは反応して予備
   還元生成物を生成し； Ｄ、工程Ｃの予備還元生成物を工程へで炉床に供給する
   当該混合物の一部分として使い；かつ Ｅ８　　工程日から炭化アルミニウム含有生成物アルミ
   ニウムを回収する工程より成ることを特徴とするアルミ
   ニウムの炭素熱還元法。 （２）　　アルミニウムの製造に化学量論的に要求され
   るアルミナの少なくとも一部分を、工程Ｃを通すことな
   く炉の炉床に供給する特許請求の範囲（１）の方法。 （３）工程Ｃの反応からのオフガスを・工程Ｃを通すこ
   となく炉床に供給されるアルミナを予熱するために使う
   特許請求の範囲（２）の方法。 （４）　　生成物アルミニウム中延含まれる炭素に化学
   量論的に当量の実質上すべての炭素とアルミナの一部分
   を工程Ｃへの装入物と共に供給し、上記アルミナの一部
   分は工程Ｃを通すことなく炉床に供給する部分と共に合
   計で、工程Ｅで回収されるアルミニウムに化学量論的に
   当量のアルミナ量にほぼ等しい特許請求の範囲（２）ま
   たは（３）の方法。 （５）　工程Ｃを通すことなく炉床に供給する全アルミ
   ナ要求の割合を好ましくは６７係以下に制御して、逆反
   応帯域における材料の一収縮しない蒸気透過性の状態を
   蓚保する工程Ｃの逆反応帯域の液体／固体比を維持する
   特許請求の範囲（２）〜（４）のいずれかの方法。 （６）　　蒸気透過性帯域の温度が２０００℃以下のと
   き、当該帯域中の液体／固体比が２７対７３〜５２対４
   ８．好ましくは６５対６５〜４５対５５の範囲である特
   許請求の範囲（５）の方法。 （７）　　スラグが工程Ｂのために反応性炭素を枯かつ
   できるように、工程へへの当該混合物の進入を制御する
   特許請求の範囲（２）〜（６）の方法。 （８）　　炉床の上方および逆反応帯域を与える装入物
   カラムの下方に配置され、還元帯域のための内部屋根を
   形成する炉床肩によって、当該混合物の進入を制御する
   特許請求の範囲（７）の方法。 （９）　　炉の屋根の一対の装入口によって当該混合物
   の進入を制御し、炉の外側で当該口に連結された相当す
   る一対の装入物カラムの少なくとも一つによって逆反応
   帯域を与える特許請求の範囲（７）の方法。 （ト）当該および（または）各逆反応帯域が一対の装入
   カラム内の流動床として存在し、装入物を粉末形で添加
   する特許請求の範囲（９）の方法。 （１１）　　一つの装入物カラムに炭素およびアルミナ
   の当該一部分を含む装入物を供給し、そこで工程Ｃの反
   応が起如、他の装入物カラムにアルミナの残りの部分を
   供給し、これを炉床に進入前にそのなかで予熱する特許
   請求の範囲（９）寸たはαＯの方法。 （ロ）工程Ｃを通ることなく炉床に供給される全アルミ
   ナの割合を好ましくは７０〜８０壬に調節することによ
   って当該混合物の進入を制御し。 これが逆反応帯域における装入物の底に還元帯域のため
   の焼結屋根を形成するのに十分な強度を与える特許請求
   の範囲（７）の方法。 ０　生成物アルミニウムを二次炉に移し、そこでアルミ
   ナ含有スラグと反応させてさらにアルミニウムの炭化物
   含有量を減らし、工程Ｃを通ることなく供給するアルミ
   ナの当該部分を二次炉のスラグに添加し、このスラグを
   一次炉の炉床に再循環する特許請求の範囲（２）〜（８
   ）のいずれかの方法。 ａ◆　炉床融成物層と接触させた電極によって工程Ａの
   熱入力を供給し１次いで電極を融成物層から抜き離して
   工程Ｂの開放アーク熱を供給する特許請求の範囲（１）
   〜（８）の方法。 ａ９　　工程Ｂに次いで、スラグ層がさらに炭化物を枯
   かつする寸で、−酸化炭素を生成させるには不十分の温
   度でスラグ層をさらに分解する特許請求の範囲（１）〜
   α棒のいずれかの方法。 ｔｔ６１　　工程Ａ〜Ｅをサイクルで反覆する特許請求
   の範囲（１）〜０５１のいずれかの方法。 鉗　工程Ａの液体スラグが８０〜９７重量係のアルミナ
   を含み、工程Ａで生成する液体アルミニウムが２０〜５
   ７重ｉ％の炭化アルミニウムを含み、工程Ｅで回収され
   るアルミニウム生成物が１５重Ｎ係以上の、好ましくは
   ２〜１２重量４１Ｉ■の炭化アルミニウムを含まない特
   許請求の範囲（１）〜叫のいずれかの方法０ ’１１６　　工程Ａの開始におけるアルミナモル分率（
   Ｎ＊）が０．４以下でなく、好ましくは０．５〜０．６
   であり、固体炭化アルミニウムが消失するとき０．７７
   〜０．７８に上り、工程Ｂの終りに０．９１〜０．９６
   に上り・工程Ｂについでさらにアルミニウム生成物とア
   ルミナ含有スラグを反応させて０．９４〜０．９６に上
   る特許請求の範囲（１）〜ｌ１７１の方法。 α１　アルミニウム生成物を仕上炉でさらに処理して実
   質上純粋なアルミニウムと浮かすを生成し。 浮かすを好ましくは炭素に包んだ後装入物に再循環する
   特許請求の範囲（１）〜（１Ｂのいずれかの方法０ 翰　還元帯域内への一酸化炭素の流れを維持して。 炉壁または加熱電極上へのアルミニウムの凝縮を防ぎ・
   こうして加熱電極の短絡を防ぐ特許請求の範囲（１）〜
   α■のいずれかの方法。 １２＋１　Ａ、　　当該ガスおよび炭化アルミニウム含
   有液体アルミニウムを生成するのに十分な熱入力で。 固体炭化アルミニウムと炭素からなる混合物を炉の炉床
   上でアルミナと炭化アルミニウムとからなる液体スラグ
   と反応させ２ ８４次いで当該スラグを反応性炭素および固体炭化アル
   ミニウムの不在下に分解して、さらにアルミニウム金属
   とガスを生成し； Ｃ１工、％ＩＡおよび８両者からのガスを逆反応帯域を
   通過させて予備還元生成物をっくり；Ｄ、工程Ｃの予備
   還元生成物を工程へで当該混合物の一部分として使い： Ｅ、炭化アルミニウム含有生成物アルミニウムを工程Ｂ
   から回収することからなる炭素熱性において、アルミニ
   ウム生成物中に含まれる炭素に実質上化学量論的に当量
   の炭素を含んでいる逆反応した装入物を炉の炉床に移動
   し。 そこでアルミナを含んでいる液体スラグ層と反応させ、
   一方反応させるアルミナの少なくとも一部分を炉床に直
   接供給し、当該アルミナ部分が逆反応した装入物中に含
   まれるアルミナと共に合計で、アルミニウム生成物中に
   含まれるアルミニウムにほぼ化学量論的に当量であるこ
   とを特徴とする上記炭素熱性。 ■　特許請求の範囲（１）〜翰の特徴のいずれかと組合
   した特許請求の範囲ＱＩｌの方法。