JPS63166710A - 二酸化ケイ素の固体炭素質還元剤での環元によるケイ素の製造方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明はケイ素を製造するための生産速度の改良、原料
の改良および二酸化ケイ素の炭素熱還元のエネルギー利
用の改良に関する。特に１本発明はこれらの改良をする
ためのカルシウム化合物の添加に関するａまた１本発明
は炭化ケイ素の優れた製造法に関する。

従来の技術 ケイ素は典型的に二酸化ケイ素（Ｓｉ０２）を固体の炭
素質還元剤で炭素熱還元することによって生成される。

その二酸化ケイ素は石英、溶融又は発煙シリカ、等の形
である。炭素質材料はコークス、石炭、木材チップおよ
び他の炭素含有材料の形である。還元反応全体は次式に
よって表される ＳｉＯ＋２０＝Ｓｉ＋２００ 一般に、上記反応は実除には多重反応であって。

最も重要な反応を以下に概説する： ５ｉｏ２＋３ｃ＝ｓｉｃ＋２ｃｏ　　　　（１）。

ｓｉｏ、＋ｃ＝ｓｉｏ＋ｃｏ　　　　　　（２）。

ｓｔｏ＋５ｉｃ＝２ｓｉ＋ｃｏ　　　　　　（５）　。

５１０２＋８１．＝２ＳｉＯ（６）。

実験的研究は上記反応を研究するために本発明の研究者
によって行われた。これらの反応の速度論を研究した。

これらの研究は１重要な反応は一酸化ケイ素（Ｓ１０）
と炭化ケイ素（Ｓ１ａ）を含むことを示した。

炭化ケイ素は（１）式に従って二酸化ケイ素および炭素
質材料の反応を介して生成することができる。

いわゆるアチソン（Ａｏｈｅｓｏｎ）反応は二酸化ケ゛
イ素と炭素の反応混合体を加熱することによって炭化ケ
イ素を生成させる。

クハラファラおよびハス（Ｋｈａｌａｆａｌｌａ　、ａ
ｎｄＳｏａｉｅｔｙ、　５５：８（１９７２）、ｐｐ、
１ｉｌｌｌ−４１７）は真空下で石英の炭素熱還元の速
度論的研究を記載している。研究した反応は一酸化ケイ
素（ケイ素又は炭化ケイ素ではない）を生成するために
石英と黒鉛の等モル混合体の反応であった。彼等によっ
て研究された反応は次式によって示すことができる二８
１０、＋０＝ＳｉＯ＋００ 彼等は、酸化カルシウム、酸化バリウム、および酸化マ
グネシウムのようなアルカリ土類酸化物が上記反応を真
空（低圧力）条件下で促進することを見出した。その反
応は１０　　）−ルまでの極めて低圧力および約１１１
００℃の温度の条件下で研究された。還元反応も研究さ
れ、二酸化ケイ素に対して炭素は不十分であると述べて
いる。これらの条件はいずれも還元炉におけるケイ素の
製造又は炭化ケイ素の製造を示唆していない。

ヘンダーソンおよびガトウスキー（Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ
ａｎｄ　［）ｕｔｏｗｓｋｉ　ｉｎ　Ｔｈｅｒｍｏｃｈ
ｉｍｉｏａ　Ａａｔａ、　９９（１９＆６）、ｐｐ、３
ｏ９−３ｉＢは、ガラスを充てんしたフェノール樹脂内
における炭素−シリカの反応速度に及はす酸化鉄、Ｆｅ
２　ｏ３゜および酸化クロム−０ｒ２０３の影響を開示
している。１０〜２５重量％の酸化物を含有する試料が
試験された。彼等は、酸化物がシリカと炭素の反応が始
まる開始温度を低下させたことを開示している；しかし
ながら彼等はシリカ−炭素反応の反応速度は変らないで
、事実、添加金属酸化物の存在下で低下することを指摘
続けている。ヘンダーソンおよびガトウスキーは溶融ケ
イ素を製造するためにケイ素炉における製錬法も１本発
明のような炭化ケイ素の調製法の示唆も開示もしていな
い。さらに、彼等によって開示された極めて高い割合の
酸化鉄および酸化クロムはフェロシリコン又は０ｒ−８
１合金の生成をもたらして１本発明の所望のケイ素を生
成しない。

発明が解決しようとする問題点 前記の反応（１）は、ケイ素の生成速度および原料およ
びエネルギーの利用に直接の影響を与えると考えられる
。ＳｉＯを生成する５１０２と固体炭素質還元剤（炭素
）との反応は重要な工程である。

現在のサブマージ・ケイ素アーク炉において、二酸化ケ
イ素と固体炭素は炉の頂部に供給される。

そして溶融ケイ素は炉底から出湯される。炉の上部％は
１０００〜１６００℃の温度で動作する。

二酸化ケイ素と固体炭素は反応してＳｉＯを生成する。

未反応で残っている炭素は全て炉の中間ゾーンに入り、
前記反応（５）に従ってＳｉＯと反応してｓｉｃを生成
する。この場合の炭素は、前記反応（５）に従ってＳｉ
Ｏに対して８１０と競走してケイ素を生成する。炉の上
部ゾーンにおける炭素の８１０への最高転化はケイ素生
成の速度を最大にすると共に、供給原料からのケイ素回
収を最高にする。炉の中間ゾーンから炉床または炉の下
部に入る未反応の炭素は１次の反応（７）に従って溶融
ケイ素と反応してＳｉＣを生成する： Ｓ　ｉ　十Ｃ＝　Ｓ　ｉ　Ｃ（７） この反応は炉の下部ゾーンに蒸気として存在するケイ素
とも生じうる。上記反応（７）に従って生成されるＳｉ
Ｏは濃密で非反応性である。従って。

非反応性のｓｉｃと生成されるケイ素の実際の消費の組
合せは出発原料利用度の低下をもたらす。

本発明の目的は、前記実験的結果を適用して二酸化ケイ
素の炭素還元によりケイ素炉からの生産量を改善するこ
とである。本発明の第２の目的はケイ素の製造における
原料および電気エネルギーの利用を改善することである
。さらに本発明の目的は炭化ケイ素の調製法における製
造速度を高めることである。

前記反応（１）にカルシウム化合物を添加すると。

Ｓ　ｉ　ＯＲが炭素と反応してｓｉｃを生成する速度が
著しく増大することが予想外に見出された。実施例で詳
述するように１反応（１）の反応速度が２００パ゛−セ
ントも増大した。これらの結果は炭化ケイ素の製造法に
直接適用することができる。次にこれらの結果は生産規
模のケイ素に応用された。ケイ素炉へ供給される５１０
２または固体の炭素質還元剤の構成成分としてカルシウ
ム化合物を添加すると、ケイ素の生産速度が１２％程増
大することがわかった。さらに、原料の利用も著しく改
善された。炉からのケイ素の回収は１０〜１５％まで増
大した。さらに１通常二酸化ケイ素の還元に必要とされ
る炭素質還元剤の約１０％を占める黒鉛電極の消費が３
０−１４０％まで減少した。生産速度の増大および原料
使用の改良は後述の実施例に示す。これらの生産速度お
よび原料使用量の改良は、前記反応（１）（Ｓｉ０２と
炭素が反応してＳｉＯを生成する）の速度の著しい増加
の直接の結果と考えられる。

間顕点を解決するための手段 本発明により、炉の生産速度および原料並びに電気エネ
ルギーの利用が増大されるところのケイ素を製造する二
酸化ケイ素の炭素熱還元法が改善される。従って、記載
されることは、固体炭素質還元剤による二酸化ケイ素の
還元からのケイ素の製造法の改良であって、該方法は： （Ａ）　　電気エネルギーをケイ素炉の反応ゾーンに通
し； （Ｂ）　　反応ゾーンに二酸化ケイ素と固体炭素質還元
剤を供給し； （Ｃ１反応ゾーンから溶融ケイ素を回収し；そしく９） （Ｄ）　　反応ゾーンからの副生成ガスを処理する。

ことから成り、リンを含まないカルシウム化合物をケイ
素炉の反応ゾーンに供給し、ケイ素炉の反応ゾーンにお
ける必要なカルシウム濃度を制御および維持することか
ら成ることを特徴とする。

二酸化ケイ素を固体炭素還元剤で還元することによるケ
イ素の製造法は冶金技術において既知の方法のいずれに
もできる。かかる方法はサブマージ電気アーク炉を含む
。電気エネルギーがトランスファー・アーク・プラズマ
によって提供される方法も含まれる。

本発明のための用語「カルシウム含量」はケイ素炉への
供給材料におけるカルシウムの量を意味する。そしてそ
の供給材料は二酸化ケイ素、固体炭素質還元剤１両者の
混合供給供給材料またはカルシウム化合物の別個の供給
材料である。同様に。

「カルシウム水準（又は濃度）」はケイ素炉の反応ゾー
ンにおけるカルシウムの量を意味する。

用語「必要水準のカルシウム」はそれ以上で優れたケイ
素生産速度および優れた原料およびエネルギーの利用の
有益な結果が実現されるところのケイ素炉の反応ゾーン
におけるカルシウムの水準を意味する。ケイ素炉の反応
ゾーンにおけるカルシウムの水準約０．２重量％が、優
れた炉の生産高および原料並びに電気エネルギーの優れ
た利用の有益な結果が実現されるカルシウムの下限であ
ると考えられる。２重量％以上の水準へのカルシウム化
合物の添加はさらに高利益を提供するとは思われない。

さらに、最終のケイ素に極めて低いカルシウム含量を必
要とするケイ素の用途がある。

従って、必要以上のカルシウム化合物の添加は必要な極
低カルシウム含量に達するための後処理の必要性が増大
する。過剰のカルシウムを除去するための後処理は、ケ
イ素を酸素で純化してカルシウムをスラブ中の酸化物と
して除去するような方法である。

カルシウム化合物はケイ素炉の反応ゾーンに２゜５の方
法で添加することができる。カルシウム化合物は供給さ
れる二酸化ケイ素または固体炭素質還元剤として、また
はこれら２つの供給材料の混合物として添加される。二
酸化ケイ素はその供給源に依存してカルシウム含量が著
しく変わる。例えば、ケイ素の製造に使用する天然産石
英のカルシウム含量は約０．００３〜５重量％の範囲内
で変動しうろことがわかった。従って、固体炭素質還元
剤のカルシウム含量はその供給源に依存して著しく変わ
る。高カル７ウム含量の炭素質還元剤の例として、オー
クの木材チップは０．２〜０．４重量％のカルシウム含
量を有するが、モミの木材チップは約０．０２重量％の
カルシウム含量を有しうる。

供給材料の一方又は両方の構成成分としてのカルシウム
化合物の添加において、これらの固体をケイ素炉の反応
ゾーンに供給する既知の方法を利用することができる。

カルシウム化合物は、二酸化ケイ素および固体炭素質還
元剤供給材料と共に、ケイ素炉の反応ゾーンに別の供給
材料として添加される。カルシウム化合物は酸化カルシ
ウム、炭酸カルシウム、フッ化カルシウムなどから成る
群から選ぶことができる。カルシウム化合物は固体材料
としてケイ素炉へ供給される。固体カルシウム化合物の
形態は粉末、顆粒、ペブルおよび塊から成る群から選ぶ
ことができる。固体カルシウム化合物は二酸化ケイ素お
よび固体炭素質還元剤の供給に使用されるのと類僚の既
知固体供給手段によって供給することができる。カルシ
ウム化合物は水溶液としてもケイ素炉に供給することが
できる。この水溶液は液体を供給する通常の手段１例え
ばポンプ、重力供給またはガス圧力供給によって供給す
ることができる。カルシウム化合物は水懸濁液またはス
ラリーとしても供給できる。そして懸濁液やスラリーを
供給する通常の手段１例えばスラリーポンプ。

スクリュー・フィーダー、等によって供給される。

ケイ素炉の反応ゾーンにおけるカルシウムの水準の制御
および維持は、出発原料および炉から出湯される際のケ
イ素の分析、および供給材料を変えてケイ素炉内の必要
な全水準を維持することによって行われる。供給材料の
カルシウム含量の分析は分光写真手段のような技術的に
周知の分析法によって行うことができる。二酸化ケイ素
および炭素質還元剤の供給原料を変えてカルシウムの水
準を制御および維持することができる。さらに。

カルシウム化合物の単独供給材料を添加し、炉供給材料
のカルシウム含量を補給して必要なカルシウムの水準を
維持することができる。必要なカルシウム水準を制御お
よび維持する前記手段の全てを組み合せることもできる
。

本発明により、生産高が著しく増大する炭化ケイ素を調
製するための二酸化ケイ素の炭素熱還元法が改良される
。従って、記載することは二酸化ケイ素と固体炭素質還
元剤の反応から炭化ケイ素を調製する方法の改良法であ
って、該方法は：（Ａ）　　反応容器において二酸化ケ
イ素と固体炭素質還元剤の混合体を加熱し； （Ｂ）　　炭化ケイ素を固体として回収することから成
り。

カルシウム化合物を反応容器に供給し１反応容器の混合
体に必要なカルシウムの水準を制御および維持すること
を特徴とする。

二酸化ケイ素を固体炭素質還元剤で炭素熱還元すること
によって炭化ケイ素を調製する方法はアチソン（Ａｏｈ
ｅｓｏｎ）反応のような技術的の既知の方法にすること
ができる。

反応容器は冶金炉や固定層反応器のような技術的に既知
の設計にできる。その反応容器を加熱する方式はサブマ
ージ電気アークまたは電気アーク・プラズマのような既
知手段にできる。

反応容器内の二酸化ケイ素と固体炭素質還元剤の混合体
中のカルシウム濃度は約０．２重量％が炭化ケイ素の産
出量が増大するカルシウム含量の下限である。

カルシウム化合物は前記のいくつかの方法で反応容器の
ケイ素炉に添加される。

反応容器におけるカルシウムの水準の制御および維持は
出発原料の分析によって行なう。供給材料のカルシウム
含量の分析はスペクトル分析のような技術的に既知の分
析法で行うことができる。

二酸化ケイ素および炭素質還元剤の供給原料はカルシウ
ムの水準を制御および維持するために変ることができる
。さらに、必要なカルシウム水準を維持するためにカル
シウム化合物の別のフィードを添加してそのカルシウム
含量を補給することができる。必要なカルシウムの水準
を制御および維持するための上記手段の組合せも可能で
ある。

ケイ素を製造する本発明の望捷しい実施方法におけるケ
イ素炉の反応ゾーンのカルシウムの水準は約０．２重量
％以上、さらに望ましくは約０．３重量％以上、最適に
は約０．３〜２．０重量％に制御および維持される。

ケイ素炉の反応ゾーンにおける必要なカルシウムの水準
を制御および維持する望ましい方法は。

供給する二酸化ケイ素と固体炭素質還元剤のカルシウム
含量を監視し、該カルシウム含量を補給するためにカル
シウム化合物を別に供給することである。

炭化ケイ素を製造する本発明の望ましい方法における反
応容器のカルシウムの水準は約０．２以上。

望ましくは約ｏ、　ｑ重量％以上に制御および維持され
る。

実施例 次の実施例は本発明の説明のためのものであって、特許
請求の範囲に記載された本発明を限定するものと解釈し
てはならない。

実施例１ 実験は二酸化ケイ素と固体炭素質還元剤の反応速度論お
よびこの反応に及ばず二酸化ケイ素中の金属不純物の影
響を研究するために行った。この反応は次式によって表
される。

８１０、　＋３０＝８１０＋２００ この実験的研究は熱重量測定と赤外線分析法との併用に
よって行った。これら２つの実験的および分析技術は当
業者には周知である。熱重量分析（Ｔ（）Ａ）は２１１
００℃のタングステン抵抗炉を備えたＮｅｔｚｓａｈ式
同時熱分析装置の１１２９型で行った。その熱重量分析
装置はＮｅｔｚｓｏｈ　Ｂｒｏｔｈｅｒｓ（米国、ペン
シルバニア州、リオンイレ）かう購入した。熱重量分析
装置からの排出ガスはリラ（Ｌｉｒａ）赤外線分析装置
の２０２型（−酸化炭素の感度が１１００ｐｐ〜２体積
％）に通した。その赤外線分析装置はＭｉｎｅ　５ａｆ
ｅｔｙ　Ａｐｐｌｉａｎｃｅ（米国、ペンシルバニア州
、ピイッパーグ）から購入した。データの入手１分析お
よび表示はコンピュータ自システム（Ｈｅｗｌｅｔｔ　
Ｐａｏｋａｒｄ　３３５１１ＢＬａｂｏｒａｔｏｒｙ　
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ）で行った。

実験的方法はこの研究で行った２、３の実験に対して本
質的に同一であった。評価する試料は炭化ホウ素の乳鉢
および乳棒で粉砕し、５０μ以下の均一な粒度にふるい
分けした。それらの試料はガラス容器に貯蔵した。試料
は外径５ｍ、高さ５　・■のタンタルＴＧＡるつぼに突
き固めた。重量約１００ｍｙの試料をタンタルるつぼに
入れて、０．７Ｋｇ／−の圧力で突き固めた。そのるつ
ほと内容物をタングステンるつぼに入れてメンタルるつ
ぼを遮蔽した。そのるつぼと内容物をＴＧＡ計器に入れ
て１００℃／分の速度で約１１１００〜１８００℃の必
要な等高範囲の温度に加熱した。低酸素（＜　０．５１
）　Ｉ）　ｍ　）ヘリウムの２００ｍＡ！／分流を連続
的に維持した。試料の重量損失および一酸化炭（１ｇ） 素の発生を連続的に監視した。

反応性値又は速度は均一１久遠度論を適用することによ
って決定した： 式中のＷ。−反応物の籾重量 Ｘ−反応物の重量減 を一時間（秒） ｋ−相対速度（１０秒） 反応性速度はこの研究の結果を示すのに用いる比較測定
である。

この研究においては、純粋な二酸化ケイ素試料と数種の
市販石英試料を評価した。純粋な二酸化ケイ素試料はＳ
−１０６１（３２５メツシユ、米国、ウィスコンシン州
、ミルウオーキーにあるＣｆｅｒａａ社より購入）であ
った。純粋な二酸化ケイ素の分析はそれがα−石英であ
ることを示した。

試料Ａ〜工で示すこれら二酸化ケイ素試料は第１表にそ
のソースと共に鉄、カルシウムおよびアルミニウムの不
純物（二酸化ケイ素試料の重量％は“％Ｆｅ“、“％Ｏ
ａ″および・％ＡＡ！・とじて示した）を示す。

試料　原料源　　　　％Ｆｅ％Ｏａ％ＡｊｌＡ　純粋な
二酸化ケイ素　　　　　　　　−−−Ｂ　　ユバ（カリ
フォルニア）　　　　　　　　０，０５　０，０１０　
０．１ＬＤ　ペア・リバー（カリフォルニア）　　　０
．０５　０，００ヰ　０．０１６Ｂ　アーストラリア　
　　　　　　０，０３　０．００６　０，２５Ｆ　ブラ
ジル　　　　　　　　　　　　０．００？　０，００う
　０．００５Ｇ　　ビッグ・ガン（カリフォルニア）　
　　０，０２　０．０１３　０．０１６１　　プリスト
ール（オレゴン）　　　　　０．０６　２．３０　　０
，０１６利用した固体炭素質還元剤はセラック社（米国
。

ウィスコンシン州、ミルウオーキー）から購入した黒鉛
（（）−１０５９）であった。

二酸化ケイ素と固体炭素質還元剤は二酸化ケイ素１モル
当ｆｉ３モルの炭素の割合で混合した。試料は１５６０
℃の温度に加熱した。試料は反応速度の研究のためにこ
の温度に維持した。

前記反応速度の計算結果を第２表に要約する。

Ａ　純粋な二酸化ケイ素　　　　　　　　１５Ｂ　ユバ
（カリフォルニア）１０ Ｄ　ベア・リバー（カリフォルニア）１３Ｅ　アースト
ラリア　　　　　　　　　　　　　１５Ｆ　ブラジル　
　　　　　　　　　　　　　　１５Ｇ　　ビッグ・ガン
（カリフォルニア）１つ上記の結果から、数種の二酸化
ケイ素試料間の唯一の著しい相違はカルシウム不純物の
水準である。それらの結果は、二酸化ケイ素の炭素熱還
元に供給された二酸化ケイ素のカルシウム含量は二酸化
ケイ素と炭素の反応の反応速度に直接影響を与えて炭化
ケイ素と一酸化炭素を生成することを示す。

実施例２ 実施例１で利用した熱重量測定−赤外線分析法を用いた
実験的研究をさらに行って二酸化ケイ素と炭素の反応に
おける不純物又は添加物の役割をさらにはっきり決めた
。この研究では純粋な二酸化ケイ素と純粋な炭素を種々
の添加物およびこれら添加物の混合体と反応させた。研
究する添加物および混合体の主成分は実施例１で評価し
たものに類（Ｌｊする高反応性のブリストール石英層試
料を含有する反応混合体であった、その反応混合体は次
の金属分析結果（重量％）を有したニアルミニウム　　
　０．０２６ 鉄　　　　　　　　　　　０．０５ カルシウム　　　　　１１１６ 対照実験は純粋の二酸化ケイ素と純粋の炭素を使用して
行った。この実験は試料Ｊで表わす。ブリストール石英
岩を使用した前記反応混合体は試料にで表わす。ＡＡ’
２０３　、　Ｃ，ａＯ，Ｆｅｚ　Ｏｓ　および他のカル
シウム含有化合物の各種混合体との反応混合体を評価し
た。これらの添加物は、ＡＪａ　Ｏ３゜Ｏａｋ、Ｆｅｚ
　０３および他のカルシウム化合物の水準がブリストー
ル石英者を使用した反応混合体中のこれらの不純物の水
準にそれぞれ類（ｆｌするように添加した。この研究に
利用した添加物はＦｉｓｃｈｅｒ　５ａｉｅｎｔｉｆｉ
ｃから粉末試薬として購入した。これらの混合体は試料
Ｌ　−８で表わす。これらの実験の結果を第５表に要約
する。試料は実施例１において規定したように反応混合
体中の添加物および１５６０℃における実測反応性速度
によって同定される。

第　　　５　　　表 Ｊ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　　　１５ Ｋ　Ｂｒ１ｓｔｏｌ　Ｑｕａｒｔｚｉｔｅ　　１１１Ｌ
　Ａｌ、０３　　　３５ ＯａＯ Ｆｅ２Ｏ３ Ｍ　Ａｌ！ＯＢ　　　　１５ Ｎ　Ｆｅｚ　０３　　　１’＋ ０　Ａｌ、０３　　　１６ Ｆｅ２Ｏ１ Ｐ　ＯａＯ１１１ Ｑ　ＡＪ２０Ｂ　　　　？＋５ ＯａＯ ＲＦｅ２Ｏ３３５ ＯａＯ Ｅ（ＣａＦｌ　　　　う７ 上記の実験結果は二酸化ケイ素と炭素が反応して炭化ケ
イ素と一酸化炭素を生成する際にカルシウム化合物の添
加の有益な効果を示す。

実施例３（本発明の範囲外） ケイ素を生成する標準のサブマージ・アーク炉の操作を
、炉にカルシウム化合物を添加してケイ素の生産速度を
促進する本発明と比較するためのベースラインとして再
検討する。ケイ素の製造および炉にカルシウム化合物を
添加する効果はケイ素の製造技術の当業者にはなじみの
深い設計の炉で評価した。その炉は約１８メガワツトの
電力定格を有する。

炉の操作は本発明と比較できるベースラインに達するた
めに１ケ月間監視した。炉への供給材料は石英岩１石炭
、コークスおよび木材チップの混合体から成る。反応物
の比は、混合した石炭、コークス、および木材チップの
固定炭素含量が二酸化ケイ素を還元するのに必要な炭素
の理論量の約９０％になるように制御する。炭素の残り
は黒鉛電極の消耗によって供給される。

炉の連続操作のために次の一般的な方法に従った： ａ、原料は全て個々に分析した。分析の中には金属分析
がある。

ｂ、原料はそれぞれ必要な割合でフィード・ホッパーに
添加する。

０、原料混合体のチャージは、炉台量の水準を維持する
ために定期的に炉に添加する。

ｄ、溶融ケイ素は炉からとりべに２時間毎に６５分間出
湯される。

ｅ、低カルシウム含量を必要とするケイ素は。

とりべ内の溶融ケイ素を酸素ガスと接触させることによ
って精製する。

利用した原料は次のものであった： Ｌ　２つの源（ユバおよびベア・リバー、両方共カリフ
ォルニア州にある）からの石英者としての二酸化ケイ素 ２　石炭は米国、ケンタラキー州に在るＨｌａｋｍａｎ
−Ｗｉｌｌｉａｍｓ　＆　Ｃｏ、から購入したＪｏｙｎ
ｅｒ　Ｂｌｕｅ　（）ｅｍ石炭であったう、　　Ｔｅｘ
ａａｏからの石油コークス４、　モミの木材チップ 原料は全て金属を分析する。第４表は原料の分析結果の
要約である。第４表に挙げた結果は％Ｏａで示したカル
シウム含量の重量％である。炉から出湯したケイ素もカ
ルシウム含量を分析した。

石英岩　　０．０１ 石　　　　炭　　　　　　　０．１ コークス　　　　Ｏ，ＯＯ７ 木材チツプ　　　　　０．０２ 操作の４つの結果は炉の性能（効率）の目安として監視
した。

以下定義したこれら４つの結果は月々の操作の平均であ
る： Ｌ　生産量、ポンド／時間Ｓ　ｉ　＝　Ａ！ｂ／ｈｒ−
ｓｉ２、電気エネルギー消費量、キロワットーアワーズ
／ｓ１のポンド＝　ｋｗｈ、／ｚｂ、ｓ１３、回収ケイ
素−精製されたＳｌ−回収％として回収される二酸化ケ
イ素で供給された理論的８１％ ４、　黒鉛電極の消費量、生成された３１の１トン当シ
の電極のポンド−ｚｂ、／１ｏｎ３、　出湯ケイ素のカ
ルシウム含量、カルシウムの重量％＝％Ｃｊａ。

上記結果は以下の実施例の結果を比較するベースライン
である。ベースラインの実験および後続の炉の実験の結
果は以下の実施例の検討における次の第５表に要約する
。ベースラインの実験は第５表に試料ＡＡで示す。

実施例ヰ ２つの炉実験を行い、カルシウム含量が高いオークのチ
ップを木材チップ源としてケイ素炉に供給した。実施例
うの炉および一般的方法を利用した。

オークのチップは次の分析値（重量％で示す）を有した
： ％Ｆｅ−０，００９ ％Ｃａ−０，２０ ％Ａｌ−０，００８ カルシウムの含量が高いオークのチップをケイ素炉への
供給材料に添加して炉の反応ゾーンにおけるカルシウム
水準を高めたこれら２つの炉実験の結果は以下に示した
第５表にそれぞれ試料ＢＥとＣａとして示す。

実施例５ カルシウム含量が高い石英岩を他の石英岩との混合体と
してケイ素炉に供給する炉の実験を行った。実施例うの
炉および一般的な方法を利用した。

石英岩供給混合体に使用した高カルシウムの石英者ハオ
レゴンからのブリストール石英岩であった。石英岩のカ
ルシウム分析（重量％で示した）Ｆｌｏ、　７９重量％
であった。

カルシウム含量の高い石英岩をケイ素炉に供給して炉の
反応ゾーンにおけるカルシウムの水準ヲ高めたこの炉実
験の結果を以下の第５表に試料ＤＤとして示す。

実施例６ カルシウム化合物を炭酸カルシウム・スラリーとして炉
に供給する原料に添加した第５の炉実験を行った。その
炉および一般的な方法は実施例うで利用した通りである
。

（２つ） この実験では、−１００メツシユの粒度を有する炭酸カ
ルシウムを水と５０７５０重量％の混合体に混合した。

そのスラリーに懸濁剤として作用させるために０．１重
量％のキサンサム・ガムを添加した。炭酸カルシウムは
５ｕｒｅｏｒｏｐ　ＦａｒｍＳｅｒｖｉｃｅｓ　（米国
、オレゴン州、ジャンクション市）から購入した。スラ
リーは混合して１０００ガロン・タンクに貯蔵した。炭
酸カルシウムのスラリーは吹付はノズルから炉への供給
時に原料の混合チャージ上に吹き付けた。炭酸カルシウ
ム・スラリーの割合は、出湯ケイ素のカルシウム含量が
約０，４０〜０．５０重量％に維持されるように制御し
た。このカルシウム水準を維持するために。

約２ガロン（７，，５６１）の炭酸カルシウム・スラリ
ーを炉への供給材料約２３０ＯＡ’ｂ（１０１１３１ｆ
）上に吹き付けた。

炭酸カルシウムをケイ素炉への供給材料に添加して炉の
反応ゾーンにおけるカルシウムの水準を高めたこの炉実
験の結果は下記の第５表に試料ＥＥとして示す。

第５表は前記実施例３．ｌ＋−５および６の結果の要約
である。性能の結果およびそれらの定義は前記実施例う
に概説した。生産高、電気エネルギー消費量、ケイ素回
収率、および黒鉛電極消費量は基準線（ベースライン）
の実験試料ＡＡと比較した相対数字として示す、そして
これらの結果は試料ＡＡを１．００として示しである。

カルシウム含仝は出湯ケイ素の実際のカルシウム含量と
して示す。

０．２１ ＢＢ　　　ｔ、ｔｕ　　　Ｏ，９１ｔｌＯｏ、５９　　
０．５−０．８ ｃａ　　　Ｌｌｌ　　　ｏ、９１ＩＬｌｏ　　　ｏ、６
８　　　ｏ、キー０．７５ ＤＤ　　　′Ｌ１０　　　ｏ、’Ｄ　　　１１１　　　
ｏ、６１＋　　　０．３１−０．９５ 上記の結果はケイ素炉の反応ゾーンにおけるカルシウム
水準が高くなると有益な効果が得られることを示す。試
料ＢＢ、！：００は、それぞれ炉に供給される固体炭素
質還元剤の構成成分としてＯａを炉に効果的に添加でき
ることを示す。試料ＤＤは、炉への二酸化ケイ素の供給
材料の構成成分としてカルシウムを効果的に炉に添加で
きることを示す。試料Ｅ６は、炉への別個の供給材料に
おけるカルシウム化合物としてカルシウムを炉に効果的
に添加できることを示す。

発明の効果 本発明による効果は（１）優れたケイ素の生産速度；（
２）電気エネルギーの低消費量；（３）優れたケイ素の
回収率、従って供給した二酸化ケイ素の優れた利用度；
および黒鉛電極の低消費量、従って供給した固体炭素質
還元剤の優れた利用度が得られることである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（Ａ）電気、エネルギーをケイ素炉の反応ゾーンに
   通し； （Ｂ）反応ゾーンに二酸化ケイ素と固体炭素質還元剤を
   供給し； （Ｃ）反応ゾーンから溶融ケイ素を回収し；そして （Ｄ）反応ゾーンからの副生成ガスを処理する、ことか
   ら成る二酸化ケイ素の固体炭素質還元剤での還元による
   ケイ素の製造方法において、リンを含まないカルシウム
   化合物をケイ素 炉の反応ゾーンに供給し、ケイ素炉の反応ゾーンにおけ
   る必要なカルシウム濃度を制御および維持することから
   成ることを特徴とする、固体炭素質還元剤での二酸化ケ
   イ素の還元によるケイ素の製造方法。 ２、ケイ素炉の反応ゾーンにおけるカルシウム濃度が約
   ０．３〜約２重量％の範囲に制御および維持される特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ３、ケイ素炉の反応ゾーンにおける必要なカルシウム濃
   度の制御および維持が、二酸化ケイ素および固体炭素質
   還元剤供給材料のカルシウム含量を監視し、二酸化ケイ
   素および固体炭素質還元剤供給材料のカルシウム含量を
   補給するためにカルシウム化合物を別に供給することに
   よって行われる特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４、（Ａ）反応容器における二酸化ケイ素と固体炭素質
   還元剤の混合物を加熱し； （Ｂ）炭化ケイ素を固体として回収することから成る二
   酸化ケイ素と固体炭素質還元剤の 反応からの炭化ケイ素の製造方法 において、 カルシウム化合物を反応容器に供給し、該 反応容器の混合体に必要なカルシウム濃度を制御および
   維持することから成ることを特徴とする、二酸化ケイ素
   と固体炭素質還元剤の反応からの炭化ケイ素の製造方法
   。