JPS58224132A - 熔鉱炉法によるアルミニウム製錬法 - 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、熔鉱炉法によるアルミニウム製錬法如関する
ものである。

アルミニウムは、鉄に次ぐ基礎的金属素材であり、その
需要は年々高率で増加しつつある。しかるに近年、世界
的規模におけるエネルギーコストの上昇により、我国の
ような電力コストの高い地域におけるアルミニウム製造
は、極めて困難化し、産業構造上極めて重大な障害を招
きつつある。加うるに、今後世界的に予想されている低
摩な水力電源立地可能地域の狭隘化は、この重要産業資
材であるアルミニウム製錬における、省エネルギー低コ
ストａ造法の開発を緊急の課題として要請しつつある。

従来の製錬法である、バイヤー・ホール・エル−法は、
■ボーキサイトからのアルミナ抽出工程であるバイヤ一
工程で長時間の抽出、結晶化を行うために、生産性が低
く、設備費において高コストを招いており、さらに、■
電解工程であるホール・エル一工程は、電解法であるた
めにスケールメリヅトがなく生産性が低く、設備費が嵩
む、多量の電力を必要とするなどの工業的欠点があり、
しかも技術的改良レベルもすでに極限に近く、抜本的革
新的製錬法の出現が要請されている。

従来、バイヤー・ホール・エル−法に内蔵するこれらの
欠点に対し、電炉還元法を始めとして多種類の代替製錬
法が研究されてきた。しかし、これらの方法は、従来法
に代替しうるだけの省エネルギー効果、低コスト化のい
ずれにも成功するにデつていない。これらの代替法の欠
点としては、電炉還元法に見るごとく、従来法と同程度
あるいはそれ以上の電力を要する、あるいは塩化アルミ
、ニウム電解法に見るごとく原料の処理工程においで、
多大のエネルギーないしコストを要するなどの事項をあ
げることができる。

近年においては、前記した如き電力を用いるアルミニウ
ム製錬法における問題を克服する方法として、向流移動
床の熔鉱炉を用い、原料アルミナを、炭素材料により還
元する、熔鉱炉方式によるアルミニウム製錬法が検討さ
れるようになってきた。この方法の場合、溶鉱炉内に、
原料アルミナと、燃料及び還元剤として作用する炭素材
料とを含有する充填層を形成させ、炉内において、次の
４　　　　燃焼反応（１）と還元反応（２）とを同時に
行わせる。

ビ ａ−＋３４ｏ２　→　ｏｏ　　　　　　　　　（１）Ａ
１２０ｇ＋３０→２Ａβ＋３ｃｏ　　　（２）即ち、ｅ
２）式によって示される酸化アルミニウム（アルミナ）
の還元を、（１）式によって示される炭素材料の酸素燃
焼熱を熱源として行わせる。まだ、熔鉱炉は向流移動床
式であり、下部から酸素ガスが吹込まれると共に、溶鉱
炉底部から還元生成物が取出され、それに応じて、頂部
から供給原料が装入され、充填層全体は下部で発生した
燃焼ガスと向流接触しながら下方に移動する。

このような熔鉱炉方式により前記反応（１）及び（２）
を同時に行ってアルミニウム製錬を行う場合、経済性及
び操業性の上で解決すべき技術問題が種々存在するが、
殊に、揮発性アルミニウム成分（ｉ２０やＡ℃）や、揮
発性ケイ素成分（Ｓｉｎ）の発生とその凝縮によってひ
き起される熔鉱炉の閉塞とアルミニウム収率低下の問題
がある。このような揮発性アルミニウム成分や揮発性ケ
イ素成分の発生を抑制するだめに、通常は、アルミナ含
有原料に鉄などの合金成分を添加し、還元温度を低下さ
せると共に、生成金属アルミニウム分を合金化すること
によって安定化し、金属アルミニウム生成を有利にする
方法が採用されるが、しかしながら、このような方法に
よっても、それら揮発性物質の発生防止上の根本的問題
解決を与えるものではない。

本発明者らは、熔鉱炉アルミニウム製錬法において、揮
発性アルミニウム成分や揮発性ケイ素成分の発生を根本
的に抑制し得る方法を開発すべく鋭意研究を重ねた結果
、本発明を完成するに到った。

即ち、本発明によれば、熔鉱炉法によるアルミニウム製
錬において、炭素材を充填した反応炉内に複数のレース
ウェーを形成させて、それらレースウェーの間に高温還
元領域を形成させると共に、該高温還元領域に対し、ア
ルミナ含有原料と炭素材とを含む混合物を、該レースウ
ェーとの接触を実質的に回避させながら、選択的に供給
し、加熱還元させることを特徴とする熔鉱炉法によるア
ルミニウム製錬法が提供される。

本発明においては、炭素材を充填した反応炉内に複数の
レースウェーを形成させるが、この場合、レースウェー
相互の間には、レースウェーから隔離された領域が生じ
るようにする。

第１図は、本発明で形成するレースウェーの説明をする
だめの反応炉の断面説明図であり、（、）図は縦断面説
明図、（ｂ）図は横断面説明図である。

第１図で示した例は、筒状の反応炉の筒壁に、酸素ガス
導入用の水冷式の３個のランス１，２．３を取付け、こ
こから酸素ガスを供給し、反応炉中に充填された炭素材
Ｃを燃焼させて、３個のレースウェー４．５．６を炭素
材充填層中に形成させ、炉中央部には、各レースウェー
から隔離され領域Ｍが形成される例を示す。レースウェ
ーのほぼ下半分には、堅固な融着物質が形成され、その
ため、レースウェーで発生しり００ガスハ、レースウェ
ーの上部から主に炉内に広がるようになる。

第２図は多数のレースウェーを反応炉周囲に形成させた
例の反応炉の横断面説明図であり、符号５１〜５８は酸
素ランスを示し、６１〜６８はレースウェーを示す。Ｍ
は炉中央部に形成された還元領域を示す。

なお、レースウェーとは、炭素材の充填層の中に燃焼用
の酸素ガスを吹込み、充填された炭素材を燃焼させる場
合に充填層中に形成される燃焼領域を意味し、ここには
炭素材の燃焼による火炎が存在する。

このレースウェーは、反応炉内の最高温度領域を形成す
ると共に、まだ酸素が供給される個所であることから、
酸化領域でもある。一方、レースウェーから隔離された
部分Ｍは、レースウェーの部分に比べてその温度は低い
が、酸素の供給がないことから還元領域を形成する。従
来の方法では、アルミナ含有原料と炭素材とは、充填層
中にランダムに充填されていたことことから、アルミナ
含有原料は還元領域Ｍの部分だけでなく、レースウェー
の部分にも降下し、このレースウェー領域内にも供給さ
れていた。また、本発明においても、単に炉の中央部に
アルミナ含有原料を自然降下により供給し、周辺部に炭
素材を供給しても、レー、４・　　スウエーの部分即ち
、周辺部の方が速く反応し、周辺部における充填物の消
費が速いために、結局、中央部に供給されたアルミナ含
有原料は、実際には、炉中央部Ｍに供給される量は少な
く、炉周辺部の方に押し出され、主にレースウェーの部
分に供給される結果になるＬ一方、レースウェーの部分
は、前記したように、アルミナ還元に必要な１９００〜
２２００℃よりもはるかに高温（２２００〜２７００℃
）であり、また燃焼用酸素が供給されているために酸素
分圧槽高く、かつ羽目周辺であるだめにガス流速も極め
て速い。従って、このレースウェーに供給されたアルミ
ナ含有原料は、い°つたんは還元されるものの、その一
部は酸素と反応して揮発性のｈｌ１２ｏガスに、まだ一
部はアルミニウム蒸気となる。しかもその生成分圧は高
温であるため他の領域よりも高くなり、さらに生成した
Ａｎ２０ガスやアルミニウム蒸気は、レースウェーから
炉頂部に向う速いガス流によって炉頂部へ輸送されるた
めｈｌｌ及びＡｆｉ２０　　の発生は一層加速されるこ
とから、供給されたアルミナの大部分は揮発性物質とし
て上方に輸送される。そして、このようにして炉頂部へ
輸送されだｈｌｌやＡ、ｌ１２ｏガスはここで冷却され
ると同時に、ｃｏガスと反応してアルミナになり、充填
層中や充填層と炉壁との間に棚状固着物を作る等して炉
閉塞の原因を生じると共に、その一部は炉外に排出され
る。結局、これらのことが原因となって、還元アルミニ
ウム又はアルミニウム合金の収率は著しく低下される。

また、アルミナ原料中に含まれるシリカ分に関しても、
前記アルミナの場合と同様のことが言える。

本発明は、前記のような不都合な問題を回避するだめに
、揮発性アルミニウム成分及び揮発性ケイ素成分の発生
それ自体を制止し、炉閉塞の問題及びアルミニウム収率
低下の問題を根本的に解決しようとするものである。

本発明では、アルミナ含有原料を、その還元に必要な炭
素材と共に、第１図に示すように、レースウェー相互の
間に形成された中央部Ｍの個所に、レースウェーとの実
質的な接触を回避させて、選有する。

本発明において、還元領域Ｍの部分に選択的にアルミナ
含有原料と炭素材を供給する方法には種種の方法があり
、例えば、アルミナ含有原料と炭素材からなる大型塊鉱
（−辺が５〜１０ｚの方形又は直径５〜１０ｃｒｎの球
形）金用い、これを炉中央部にのみに降下させる方法、
アルミナ含有原料と炭素材を角柱、円柱などの棒状物の
ような長尺物に成形し、これを木枠や金枠あるいは筒状
体などの支持体に支持させたものを用い、これを還元領
域Ｍに降下させる方法、あるいは、パイプや筒状金網な
どの筒状体の内部にアルミナ含有原料と炭素材との混合
物を充填し、この充填物を還元領域Ｍに供給する方法、
高温耐熱材からなる筒状の供給装置を還元領域部Ｍの直
上まで延ばし、この個所からアルミナ含有原料と炭素材
とを還元領域Ｍに供給する方法等がある。第３図に、円
筒状金網体１０内に、アルミナ含有原料と炭素材との混
合物下を充填した例を示す。このような充填体は、その
先端を還元領域Ｍに炉頂部から連続的に降下させること
により、アルミナ含有原料と炭素材の還元領域Ｍに対す
る選択的な供給が可能となる。

この場合、円筒状金網体の先端部は熔融するが、この熔
融鉄成分は、アルミナの還元温度を低下させる等の効果
を示す。また、このような長尺状の充填体は、その複数
個を還元領域Ｍに供給し得る他、まだ必ずしも炉中央の
部分だけでなく、第１図からも明らかなように、炉周辺
におけるレースウェー相互の間にも還元領域部が形成さ
れることから、この部分にも供給することが可能である
。

さらに、アルミナ含有原料と炭素材との混合物中には、
他の補助成分を添加することが可能であり、例えば、Ｃ
ａＣＯ３、ＣａＯ１高炉スラグなどの溶剤を混合するこ
とにより、アルミナの熔融温度を低下させ、アルミナを
液状で還元領域Ｍに供給することもできる。

本発明においては、前記したように、アルミナ含有原料
は、レースウェーには供給されず、還元領域Ｍにのみ選
択的に供給するようにしたことから、アルミナ含有原料
に由来する揮発状のアルミニウム分やケイ部分の発生は
防止され、炉閉塞の問題が回避されるだけでなく、アル
ミニウム収率が著しく向上する。

本発明において用いるアルミナ含有原料は、電解法と異
なり、広範囲の原料を採用することができ、アルミナ含
量の高いボーキサイトやアルミナ含量の低いバンド頁岩
などの粘土鉱物、フライアッシュ、ボトムアッシュなど
も原料として用いることができる。前記反応（２）のア
ルミナの還元反応は、２１００℃という高温を必要とす
るが、この還元温度は、原料中に鉄分やケイ素成分を添
加することによって、還元温度を１０００℃程度まで引
き下げることが可能になる。本発明者らは、原料中の鉄
含量について種々検討を行ったところ、原料中の鉄成分
量を増加させることは、前記還元温度の低下と共に、下
記反応式（３）　、　（４）によって代表される炉の操
業に不都合なＡｌ２ＯやＳｉＯなどの揮発成分の発生の
実質的抑制に極めて効果的であることが判明した。

ｋｉｔ２０３＋２０→ｋｌ１２０＋２００　　　（３）
Ｓ　ｉ　０２　＋　Ｏ−＋Ｓ　ｉ　Ｏ＋００　　　　　
（４）揮発成分の発生を効果的に抑制するには、鉄成分
の比率は原料中のアルミニウム及びケイ素成分に対して
、一定比率以上であることが望ましく、原子比で、Ｆｅ
／Ａｊ！は１／７以上、Ｆ　ｅ　／　Ｓ　ｉは１以上、
よシ好ましくは、ＦｅＺＡぷは１／４以上、Ｆ　ｅ　／
　Ｓ　ｉは２以上であることが判明した。

本発明においてアルミナに対する還元剤としては、炭素
材が用いられるが、この炭素材は、石炭やコークス等の
炭素それ自体の他、Ａｌ２Ｏ２、ｓｉｏ。

ＦｅＯ等のカーバイトも適用することができる。燃焼用
の炭素材は、通常、コークス又は石炭である。

次に本発明を図面により説明すると、第４図は、本発明
で用いる反応炉の断面説明図である。図中、２０は耐熱
レンガからなる炉壁、２１は反応炉内部、２２は排気ダ
クト、２３はアルミナ含有原料と炭素材とからなる混合
物の供給装置、２４は湯道であり、アルミナ含有原料と
炭素材とからなる混合物の供給装置の周囲には、３個の
燃焼用炭素材供給装置２５，２６．２７　（２７は図示
されず）が（コークス）を充填し、銅製水冷式酸素う／
ス１゜２．３から酸素ガスを送風し、コークスを燃焼さ
せ、次に、供給装置２３からアルミナ含有原料と炭素材
との混合物を棒状に成形したものを、その先端がＭの部
分（通常、羽口レベル）まで降下させると共に、炭素材
供給装置２５，２６．２７から、炭素材を充填する。こ
のようにして、炉の中央部にアルミナ含有原料と炭素材
とからなる棒状成形物下が充填され、その周囲に炭素材
Ｃが充填される。

炭素材Ｃを充填する場合、炭素材は、熔融性材料（造滓
剤）と併用し、両者の混合物の形で、あるいは炭素材層
と熔融性材料層とが交互になるように充填するのがよい
。炭素材層と熔融性材料層とが交互に充填された充填層
の場合は、熔融性材料ノーがレースウェーの上部に降下
した時に、熔融し、レースウェーで発生した高温ＣＯガ
スの垂直上昇を抑制し、ＣＯガスの炉中央部への通気を
促進し、炉中心部の高温化が促進され、有効還元領域Ｍ
は拡大される。熔融性材料としては、炭素材中に含まれ
ているクリ力やアルミナをスラグ化し得るもの、例えば
石灰石などのカルシア成分を含む鉱物、ドロマイトのよ
うなマグネシア成分を含む鉱物、あるいは産業廃棄物で
ある溶鉱炉スラグ等が利用される。

本発明において、反応炉に充填する燃焼用炭素材は、通
常、酸素ランス突出口径よシも小さな塊状物を用いる。

例えば、口径１０ｍｍのランスにおいては、４〜７問程
度の粒状物が好適である。こ４　　″炭素材０粒径が余
りにも大きくなると・送風された酸素が炉内各所で燃焼
反応を起すようになる。

アルミナ含有原料と共に供給される炭素材は、還元剤と
して作用するもので、原料中のアルミナを還元するに十
分な量であればよい。

前記のようにして操作する時には、各レースウェーの中
間に還元領域Ｍが形成され、ここでアルミナ含有原料と
炭素材よりなる成形物Ｆは、その先端から熔融還元され
、還元されたアルミナは、通常、還元温度低下のために
加えた鉄成分との合金の形で、溶融液として湯口２４か
ら流下する。

反応の進行に応じ、燃焼用炭素材供給装置２５゜２６．
２７から炭素材を供給すると共に、アルミナ含有原料と
炭素材からなる成形物を自然又は抑圧により降下させる
。この成形物が短かくなると、別の成形物を継ぎ足して
同様に炉内に供給する。

本発明にｉいて、充填層の最上部の温度は、炉閉塞の問
題を完全に回避するには、揮発性アルミナや揮発性成分
が凝縮しないような高温度に制御するのがよい。即ち、
充填層の最上部２８（又はその付近）の温度を操作情報
として検知すると共に、この情報に基づき、 （ａ）　　酸素ガスの供給量 （ｂ）　　燃焼用炭素材とアルミナ含有原料の比率（ｃ
）充填層の高さ のいずれか一つ又は２つ以上を変化させて、充填層の最
上部温度を、操作条件下で炉閉塞を生じさせない温度の
最低温度（臨界操作温度）以上の温度、好ましくは臨界
操作温度＋３００℃以下の温度範囲、好ましくは臨界操
作温度〜臨界操作温度＋２００℃の範囲に制御するのが
よい。なお、この臨界操作温度は、通常の場合、６５０
〜８００℃の範囲である。

次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例　１ 第４図に示した如き反応炉（内直径２０口、炉高８０　
ｃｍ　）を用いてボーキサイトの還元を行った。

この場合、ボーキサイトは、ボーキサイ）　１０００し
た成形物の形で用いた。また、この成形物は、約５咽Ｘ
５０ｍｍＸ８００間の２枚の木板により両側から挾みつ
け、針金で固定した。燃焼用の炭素材としては、粒径４
〜７閣のコークスを用いた。

先ず、炉下・部（羽口レベルよシも５ｏｃｒｎ上部まで
）にコークスを充填し、３本の銅製水冷式酸素ランスか
ら酸素ガスを炉内に導入し、充填コークスを燃焼させ、
反応炉を十分に予熱した。次に、前記ボーキサイト成形
物を炉頂部から炉内にその先端が羽口レベルの位置まで
挿入すると共に、燃焼用コークスをその成形物の周囲に
充填した。コークスは、コークス充填層の層高が一定レ
ベル（炉底から８０　ｃｍ　）にあるように、連続的に
供給する。

このようにして操業する時には、ボーキサイト成形物は
、反応の進行と共に、先端部より還元されて降下する。

ボーキサイト成形物が短かくなると、次の成形物が充填
層中に埋没しないうちに、次の成形物を用意し、継ぎ足
すようにして炉内に供給する。

前記アルミナの還元において、全酸素送風量が９０２／
分（ランス１本当り３０１！、７分、ランス断面積１０
’ｍｎφ）の条件で、ボーキサイト成形物の降下速度は
１時間当り２．５本（ＩＫｙ１本）であシ、コークス６
０に９．スラグ成分り、８Ｋｙ及びボーキサイト成形物
２５　Ｋｆを消費して、湯口２４からスラ費したボーキ
サイト中のアルミナ分を基準とした４　　　　　７／′
９′″′″収率を算出す６と・約°６係７ありた。！た
、得られた合金中のＡｎ／Ｆｅ比（重量）は１．５であ
った。

また、比較のために、長尺のボーキサイト成形物に代え
て、直径１０ｔａｎ、長さＩＯｍの円柱状粒子を用いる
と共に、このボーキサイト粒子を燃焼用コークス及びス
ラグ成分粒子と混合し、この混合物を反応炉に供給し、
炉内にボーキサイト粒子をランダムに分布降下させた以
外は前記と同様にして実験を行った結果、金属アルミニ
ウム収率は約４係（収量０．２Ｋｆ）であった。また、
得られた合金中のＡβ／ｐ’ｅ比は０．１であった。

実施例　２ 直径８０燗、長さ８００ｎｒｍ及び網目寸法２０ｍｍ角
の金網からなる円筒体を炉内中央部に挿入する表共に、
この円筒体に対して、燃焼用コークス粒子、造滓剤粒子
及びボーキサイト粒子を、１時間当り、それぞれ６Ｋｙ
、　　０．１８Ｋｙ及び２．５Ｋｙ（Ｄ比率で供給した
。この場合、使用した燃焼用コークス粒子（直径４〜７
配）及びスラグ成分粒子（直径１０ｍ、長さＩ　Ｏｐｍ
　）はいずれも実施例１と同じであり、ボーキサイト粒
子／′ｉ直径約３０〜４０ｔａｎの球形もので、その組
成は実施例１と同様にボーキサイト１０００部に対し、
コークス粉３００部及び鉄粉６２部全配合したものであ
る。

このようにして反応炉内に各原料を供給して操業を行う
と、燃焼用コークス粒子及びスラグ成分粒子は金網の網
目を通って流出し、炉周辺部に充填され、筒状金網の先
端部にはボーキサイト粒子が残り、炉内の還元領域Ｍの
部分にはボーキサイト粒子が選択的に供給された。

１０時間の操業において、金属アルミニウム回収酸は２
．５Ｋｇ及び金属鉄回収量は２　Ｋｇであり、アルミニ
ウム収率は４６％であった。また、得られた合金中のＡ
　ｆｌ　／　Ｆ　ｅ比（重量）は１．２５　　であった
。

前記の結果を次表にまとめて示す。

表 この表に示された結果から、本発明によれば、アルミニ
ウム収率の著しい向上が達成されることが明らかである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は反応炉内に形成されるレースウェーの説明図で
あり、（ａ）図は縦断面説明図、（ｂ）図は横断面説明
図である。第２図は多数のレースウェーを形成させた場
合の反応炉の断面説明図である。第３図は本発明゛でア
ルミナ含有原料の選択供給に適用される長尺状のアルミ
ナ含有原料充填筒の断面説明図である。第４図は、本発
明の方法を実施するだめの装置系の断面説明図である。 １．２，３．５１〜５８・・・・・・酸素ランス、４゜
５．６．６１〜６８・・・・・・レースウェー、１０・
・・・・鉄パイプ、２０・・・・・炉壁、２１・・・・
・・炉内部、２２・・・・・排気ダクト、２３・・・・
・・アルミナ含有原料と炭素材からなる混合物供給装置
、２４・・・・・湯口、２５．２６・・・・・・炭素材
供給装置、２８・・・・・充填層最上部、３１．３２・
・・・・冷却水導入口、３４．３５・・・・・・冷却水
排出口、Ｍ・・・・・・還元領域、Ｃ・・・・・炭素材
、Ｆ・・・・・・アルミナ含有原料と炭素材からなる混
合物。 第１図 （ｂ） 第２図 第３図 手続補正書 特許庁長官　若杉和夫　殿 １、事件の表示　　昭和５７年特許願第１０７３３０号
２、発明の名称　熔鉱炉法によるアルミニウム製錬法３
、補正をする者 事件との関係特許出願人 住　所　　　　東京都千代田区霞が関１丁目３番１号に
壱　（１１４）工業技術院長　石　　坂　　誠　　−明
の詳細な説明」の欄、「図面の簡単な説明」の欄 ８、補正の内容　　別紙のとおり 訂正明細書 １、発明の名称 熔鉱炉法によるアルミニウム製錬法 ２、特許請求の範囲 （１）熔鉱炉法によるアルミニウム製錬において、炭素
材を充填した反応炉内に複数のレースウェー金形成させ
て、それらレースウェーの間に高温還元領域を形成させ
ると共に、該高温還元領域に対し、アルミナ質含有原料
と炭素材とを含む混合物を、該レースウェーとの接触を
実質的に回避させながら、選択的に供給し、加熱還元さ
せることを特徴とする熔鉱炉法によるアルミニウム製錬
法。 ３、発明の詳細な説明 本発明は、熔鉱炉法によるアルミニウム製錬法に関する
ものである。 アルミニウムは、鉄に次ぐ基礎的金属素材であり、その
開裂は年々高率で増加しつつある。しかるに近年、世界
的規模におけるエネルギーコストの上昇により、我国の
ような電力コストの高い地域におけるアルミニウム製造
は、棲めて困難化し、渉業構造上極めて重大な障害を招
きつつある。加うるに、今後世界的に予想されている低
摩な水力電源立地可能地域の狭獄化は、この重要産業資
材であるアルミニウム製錬における、省エネルギー低コ
スト製造法の開発を緊急の課題として要請しつつある。 従来の製錬法である、バイヤー・ホール・エル−法は、
■ボーキサイトからのアルミナ抽出工程であるバイヤ一
工程で長時間の抽出、結晶化を行うために、生産性が低
く、設備費において高コストを招いており、さらに、■
電解工程であるホール・エル一工程は、電解法であるた
めにスケールメリットがなく生産性が低く、設備費が嵩
む、多量の電力を必要とするなどの工業的欠点があり、
しかも技術的改良レベルもすでに極限に近く、抜本的革
新的＃解法の出現が要請されている。 従来、バイヤー、ホール、エル−法に内蔵する４　　こ
れらの欠点に対し、電炉還元法を始めとして多種類の代
替製錬法がω［死されてきた。しかし、これらの方法は
、従来法に代替しうるだけの省エネルギー効果、低コス
ト化のいずｔｔＫも成功するに至ってい々い。これらの
代替法の欠点としては、電炉還元法に見るごとく、従来
法と同程度あるいはそれ以上の市１カを要する、あるい
は塩化アルミニウム電解法に見るごとく原料の処理工程
において、多大のエネルギーないしコストを要するなど
の事項をあげることができる。 近年においては、前記した如き電力を用いるアルミニウ
ム製錬法における問題を克服する方法として、向流移動
床の熔鉱炉を用い、原料アルミナを、炭素材料により還
元する、熔鉱炉方式によるアルミニウム製錬法が検討さ
れるようになってきた。この方法の場合、溶鉱炉内に、
原料アルミナと、燃料及び還元剤として作用する炭素材
料とを含有する充填層を形成させ、炉内において、次の
燃焼反応（１）と還元反応（２）とを同時に行わする。 Ｃ＋１１０２→　ＣＯ’　（１１ Ａ７２０３＋　３　Ｃ→　２Ａｌｌ＋　３ＣＯｆ２）即
ち、（２）式によって示される酸化アルミニウム（アル
ミナ）の還元を、（１）式によって示される炭漠材料の
酸素燃焼熱を熱源として行わせる。また、熔鉱炉は向流
移動床式であり、下部から酸素ガスが吹込まれると共に
、溶鉱炉底部から錆元生成物が取出され、それに応じて
、頂部から供給原料が装入され、充填層全体は下部で発
生した燃焼カスと向流接触しながら下方に移動する。 このような熔鉱炉方式により前記反応（１）及び（２）
を同時に行ってアルミニウム製錬を行う゛場合、経済性
及び操業性の上で解決すべき技術問題が種々存在するが
、殊に、揮発性アルミニウム成分（Ａ１２０やＡｎや、
揮発性ケイ素成分（Ｓｉｎ）の発生とその凝縮によって
ひき起される熔鉱炉の閉塞とアルミニウム収率低下の問
題がある。このような揮発性アルミニウム成分や揮発性
ケイ素成分の発生を抑制するために、通常は、アルミナ
質含有原料に鉄などの合金成分を添加し、還元温度を低
下させると共に、生成金属アルミニウム分を合金化する
ことによって安定化し、金属アルミニウム生成を有利に
する方法が採用されるが、しかしながら、このような方
法によっても、それら揮発訃−物質の発生防市上の根木
的間肩解決を４斤るものではない。 本発明者らは、溶鉱炉アルミニウム製錬法において、揮
発、匪アルミニウム成分や揮発性ケイ素成分の発生を根
本的に抑制し得る方法を開発すべく鋭意研究を屯ねた結
果、本発明を完１＋１５するに到った。 即ち、本発明によれば、溶鉱炉法によるアルミニウムＮ
鎖において、炭素材を充填した反応炉内に複数のレース
ウェーを形成させて、それらレースウェーの間に高温還
元領域を形ｆ１ｉさせると共に、該高温還元領域に対し
、アルミナ質含有原料と炭素材とを含む混合物を、該レ
ースウェーとの接触を実質的に回避させながら、選択的
に供給し、加熱還元させることを特徴とする溶鉱炉法に
よるアルミニウム製錬法が提供される。 本発明においては、炭素材を充填した反応炉内に複数の
レースウェーを形成させるが、この場合、レースウェー
相互の間には、レースウェーから隔離された領域が生じ
るようにする。 銅１図は、本発明で形成するレースウェーの説明をする
ための反応炉の断面説明図であり、（ａ）図は縦断面説
明図、（ｂ）　ｔ？は横断面説明図である。 第１図で示した例は、筒状の反応炉の筒壁に、酸素ガス
導入用の水冷式の３個のランス１，２゜３を取付け、こ
こから酸素ガスを供給し、反応炉中に充填された炭素材
Ｃを燃焼させて、３個のレースウェー４，５．６を炭素
材充填層中に形成させ、炉中央部には、各レースウェー
から隔離され領域Ｍが形成される例を示す。レースウェ
ーのほぼ下半分には、堅固な融着物質が形成され、その
ため、レースウェーで発生したＣＯガスは、レースウェ
ーの上部から主に炉内に広がるようになる。 第２図は多数のレースウェーを反応炉周囲に形成させた
例の反応炉の横断面説明図であり、符号５１〜５８は酸
素ランスを示し、６１〜６８はレースウェーを示す９Ｍ
は炉中央部に形成された還元類ｊ　　　　域を示す。 なお、レースウェーとは、炭素材の充填層の中に燃焼用
の酸素ガスを吹込み、充填された炭素材域を意味し、こ
こには炭素材の燃焼による火炎が存在する。 このレースウェーは、反応炉内の最高温度領域を形成す
ると共に、また酸素が供給される個所であることから、
酸化領域でもある。一方、レースウェーから隔離された
部分Ｍは、レースウェーの部分に比べてその温度は低い
が、酸素の供給がないことから還元領域を形成する。従
来の方法では、アルミナ質含有原料と炭素材とは、充填
層中にランダムに充填されていたことから、アルミナ質
含有原料は還元領域Ｍの部分だけでなく、レースラウェ
−の部分即ち、周辺部の方が速く反応し、周辺部におけ
る充填物の消費が速いために、結局、　　　゛中央部に
供給されたアルミナ質含有原料は、実際には、炉中央部
Ｍに供給される敏は少なく、炉周９部の方に押し出され
、主にレースウェーの部分に供給される結果になる。一
方、レースウェーの部分は、前記したように、アルミナ
還元に必要な１９００〜２２００℃よりもはるかに高温
（２２ｏｏ〜２７００“Ｃ）であり、また燃焼用酸素が
供給されているために酸素分圧も高く、かつ羽目周辺で
あるタメにガス流速も極めて速い。従って、このレース
ウェーに供給されたアルミナ質含有原料は、いったんは
還元されるものの、その一部は酸素と反応して揮発性の
Ａ、１２０ガスに、また一部はアルミニウム蒸気となる
。しかもその生成分圧は高温であるため他の領域よりも
高くカリ、さらに生成したＡｌ２Ｏガスやアルミニウム
蒸気は、レースウェーから炉頂部に向う速いガス流によ
って炉頂部へ輸送されるためＡｄ及びＡｌ２Ｏの発生は
一層加速されることから、供給されたアルミナの大部分
は揮発性物質として上方に輸送される。そして、このよ
うにして炉頂部へ輸送されたＡｌやＡｌ２Ｏガスはここ
で冷却されると同時に、ＣＯガスと反応してアルミナに
なり、充填層中や充填層と炉壁との間に共に、その一部
は炉外に排出される。結局、これらのことが原因となっ
て、還元アルミニウム又は本発明は、前記のような不都
合な問題を１凸ｌ避するために、揮発性アルミニウム１
曳分及び揮発性ケイ素成分の発生それ目体を制止し、炉
閉塞の間ｌＩ′口及びアルミニウム収率低下の問題を根
本的に解決しようとするものである。 本発萌では、アルミナ質含有原料を、その１部元に必要
な炭素材と共に、第１図に示すように　レースウェー相
互の間に形成された中央部Ｍの個所に、レースウェーと
の実質的な接触を回避させて、選択的に供給するもので
ある。この中央部Ｍは、レースウェーから隔離されて酸
素分圧がないことから、匝元領域を形成し、またその温
萌もアルミナの還元に必要な１９００〜２２００°Ｃ程
度の堪１ｆを有する。 炭素材からなる大型塊鉱（−辺が５〜１０ｃ１１１の方
形又は直径５〜１０ｃｍの球形）を用い、これを炉中央
部にのみに降下させる方法、アルミナ質含有原料と炭素
材を角柱、円柱などの棒状物のような長尺物に成形し、
これを木枠や金枠あるいは筒状体などの支持体に支持さ
せたものを用い、これを還元領域Ｍに降下させる方法、
あるいは、ノ（イブや筒状金網などの筒状体の内部にア
ルミナ質含有涼料と炭素材との混合物を充填し、この充
填物を還元領域Ｍに供給する方法、高温耐熱拐からなる
筒状の供給装置を還元領域部Ｍの直上まで延ばし、この
個所からアルミナ質含有原料と炭素材とを還元領域ＭＫ
供給する方法等がある。第３図に、円筒状金網体１０内
に、アルミナ質含有原料と炭素材４　　よ。ｖｎ　＆　
＊　Ｉ”−ゆ、−０−オ。。。、うケイ増体は、その先
端を還元領域Ｍに炉ｍ部から連続的に１葎下させること
により、アルミナ質含有；京料Ｉ炭素材の直元領域Ｍに
対する考択的な供給が可能となる。この揚台、円筒状金
網体の先端部Ｑま熔融するが、この熔融鉄成分は、アル
ミナの輩元温度を低下させる等の効果を示す。また、こ
のような長尺状の充填体は、その複数個を還元領域Ｍに
供給し得る他、また必ずしも炉中央の部分だけでなく、
第１図からも明らかなように、炉周辺におけるレースウ
ェー相互の間にも樅元領域部が形成されることから、こ
の部分にも供給することが可能である。さらに、アルミ
ナ質含有原料と炭素材との混合物中には、他の補助成分
を添加すること力旨丁能であり、例えば、ＣａＣＯ３、
ＣａＯ１高炉スラグなとの燐剤を混合することにより、
アルミナの熔融温度を低下させ、アルミナを液状で還元
領域Ｍに供給することもできる。 本発明においては、前記したように、アルミナ質含有原
料は、レースウェーには供給されず、還元領域Ｍにのみ
選択的に供給するようにしたことから、アルミナ質含有
原料に由来する揮＠２近のアルミニウム分やケイ部分の
発生は防止され、炉開ｉＪＯ問題が回避されるだけでな
く、アルミニウム収率が著しく向上する。 本発明において用いるアルミナ質含有原料は、餉゛解法
と異なり、広範囲の原料を採用することができ、アルミ
ナ含敏の高いボーキサイトやアルミナ含叶の低いバンド
頁岩などの粘土鉱物、フライアッシュ、ボトムアッシュ
なども原料として用いることができる。前記反応（２）
のアルミナの還元反応は、２１００℃という高温を必要
とするが、この還元温度は、原料中に鉄分やケイ素成分
を添加することによって、還元温度を１９００℃程度ま
で引き下げることが可能になる。本発明者らは、原料中
の鉄含量について種々検討を行ったところ、原料中の鉄
成分量を増加させることは、前記還元温ｉの低下と共に
、下記反応式ｆ３）　、　＋４）によって代表される炉
の操業に不都合なＡｌ２ＯやＳｉＯなとの揮発成分の発
生の実質的抑制に極めて効果的であることが判明した。 Ａｌ１２０３＋２Ｃ−＋　　Ａｌ１２０３２ＣＯ（３）
Ｓｉｎｇ　＋　　Ｃ−＋８１０＋　ＣＯ＋４）分の比率
は原料中のアルミニウム及びケイ素成分に対して、一定
比率以上であることが望ましく、原子比で、Ｆθ／Ａｌ
は１／７以−Ｆ、Ｆθ／Ｓｉは１以−上、より好ましく
は、ｌｉ’ｅ／Ａｄは１／４以ト、１ｉ”ｅ／Ｓｉは２
以上であることが判明した。 本発明においてアルミナに対する還元剤としては、炭素
材が用いられるが、この炭素材は、石炭やコークス等の
炭素それ自体の他、Ａｌ４Ｃ３，ＳｉＣ。 １゛”　ｅ　Ｃ等のカーバイトも適用することができる
。燃焼用の炭素材は、通常、コークス又は石炭である。 次に本発明を図面により説明すると、第４図は、本発明
で用いる反応炉の断面説明図である。図中、２０は耐熱
レンガからなる炉壁、２１は反応炉内部、２２は排気ダ
クト、２３はアルミナ質含有原料と炭素材とからなる混
合物の供給装置、２４は湯道であり、アルミナ質含有原
料と炭素相とからなる混合物の供給装置の周囲には、３
個の燃焼用炭素材供給装置２５，２６．２７　（２７は
図示されず）が対称的に設置され、さらに、炉周囲には
水冷式の酸」ランス１，２．３　（３は図示されず）が
３本対称的に設置されている。 本発明の方法を実施するには、先ず、炭素材（コークス
）を充填し、銅製水冷式酸素ランス１゜２．３から酸素
ガスを送風し、コークスを燃焼させ、炉内を充分に予熱
する。この場合、この酸素ランスにおいて、水冷用の水
は、導入口３１，３２．３３（３３は図示されず）から
導入され、排出口３４゜３５．３６（３６図示されず）
から排出される。 次に、供給量＃２３からアルミナ質含有原料と炭素材と
の混合物を棒状に成形したものを、その先端がＭの部分
（通常、羽口レベル）１で降下させると共に、炭素材供
給装置２５，２６．２７から、炭素材を充填する。この
ようにして、炉の中央部にアルミナ質含有原料と炭素材
とからなる棒状成形物Ｆが充填され、その周囲に炭素材
Ｃが充填さ萄　　　れる。炭素材Ｃを充填する場合、炭
素材は、熔融パ″　　　性拐料（造滓剤）と併用し、両
者の混合物の形で、あるいは炭素材層と熔融性材料層と
が交互になるように充填するのがよい。炭素材層と熔融
性材料ｊｌ丑が交互に充填された充填層の場合は、熔融
性材料層がレースウェーの上部に降−ドした時に、熔１
′触し、レースウェーで発生した高温ＣＯガスの垂直上
昇を抑制し、ＣＯガスの炉中央部への通気を促進し、炉
中心部の高温化が促進され、有効還元領域Ｍは拡大され
る。熔融性材料としては、炭素材中に含まれているシリ
カやアルミナをスラグ化し得るもの、例えば石灰石など
のカルンア成分を含む鉱物、ドロマイトのようなマグネ
ンア成分を含む鉱物、あるいは産業廃棄物である溶鉱炉
スラグ等が利用される。 本発明において、反応炉に充填する燃焼用炭素材は、通
常、酸素ランス突出口径よりも小さ々塊状物を用いる。 例えば、口径１０　ｍｍのランスにおいては、１〜７　
ｍｍ程度の粒状物が好適である。この炭素材の粒径が余
りにも大きくなると、送風された酸素が炉内各所で燃焼
反応を起すようになる。 アルミナ質含有原料と共に供給される炭素材は、還元剤
として作用するもので、原料中のアルミナを還元するに
十分な量であればよい。 Ｉ前記のようにして操作する時には、各レースウェーの
中間に還元領域Ｍが形成され、ここでアルミナ含有原料
と炭素材よりなる成形物Ｆは、その先端から熔融還元さ
れ、還元されたアルミナは、通常、還元温度低下のため
に加えた鉄成分及びアルミナ質含有原料及び炭素材中に
含まれるケイ素、鉄、チタンなどとの合金の形で、溶融
液として湯口２４から流下する。反応の進行に応じ、燃
焼用炭素材供給装置２５，２６．２７から炭素材を供給
すると共に、アルミナ質含有原料と炭素材からなる成形
物を自然又は抑圧により降下させる。この成形物が短か
くなると、別の成形物を継ぎ足して同様に炉内に供給す
る。 本発明において、充填１−の最上部の温度は、炉の付近
）の温度を操作情報として検知すると共に、この情報に
基づき、 （ａ）　　酸素ガスの供給量 （ｂ）　　燃焼用炭素材とアルミナ質含有原料の比率 （Ｃ）　　充填層の高さ のいずれか一つ又は２つ以上を変化させて、充填層の噴
上部温度を、操作条件下で炉閉塞を生じさせない温度の
最低温度（臨界操作温Ｊ＆　）以」二の温度、臨界操作
温度＋３００℃以下の温度範囲、好ましくは・臨界操作
温度〜臨界操作温ｊμ二＋２００℃の範囲に制御するの
がよい。なお、この臨界操作温度は、通常の場合、６５
０〜８００℃の範囲である。 次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。 実ｌ崩例１゜ 第４図に示した如き反応炉（内直径３６ＣｎＬ、炉高８
０　ｃｒｎ　）を用いてボーキサイトの還元を行った。 この場合、ボーキサイトは、ボーキサイト１０００重量
部に対し、コークス粉３００重量部及び鉄粉６２重量部
を水分の存在下、混練し、充分の強度を有する約２０ｍ
、ｍｘ５０ｍｍｘ８００ｍｍの角柱に成形乾燥した成形
物の形で用いた。また、この成形物阻δ社１約５　ｍｍ
Ｘ５０ｍｍｘｍｍＸ５Ｏの２枚の木板により両側から挾
みっけ、針金で固定した。燃焼用の炭素相としては、粒
径４〜７　ｍｍのコークスを用いた。 先ず、炉下部（羽口レベルよりも５ｏ（１ｒＬ上部まで
）にコークスを充、＊シ、３本の銅製水冷式酸素ランス
から酸素ガスを炉内に導入し、充填コークスを燃焼させ
、反応炉を十分に予熱した。次に、前記ボーキサイト成
形物を炉頂部から炉内にその先端が羽口レベルの位置ま
で挿入すると共に、燃焼用コークスをその成形物の周囲
に充填した。コークスは、コークス充填層の１−高が一
定レベル（炉底から８０ＣｒＩＬ）にあるように、連続
的に供給する。 このようにして操業する時には、ボーキサイト成形物は
、反応の進行と共に、先端部より還元されて降下する。 ボーキサイト成形物が短かくなる４　　　と、次の成形
物が充填層中に埋没しないうちに、次の成形物を用意し
、継ぎ足すようにして炉内に供給する。 積１０ｍｍψ）の条件で、ボーキサイト成形物の降下速
度は１時間当り２．５本（１ｋｇ／本）であり、また燃
焼用コークスの供給歇は約６ｋｇ／時である。なお、燃
焼用コークスに対しては、造滓剤として、ボーキサイト
１．３重量部に対して炭酸カルシウム１２重量部を混練
し、直径１０ｒｎｍ、良さ１０ｍｍに成形乾燥したもの
を、燃焼用コークス１００重量部に対し３重重部の割合
で混合し、反応炉に供給した。 前記のようにして、１０時間の作業において、コークス
６０　ｋｇ、スラグ成分１．８ｋｌ；’及びボーキサイ
ト成形物２５　ｋｇを消費して、湯口２４からスラグを
含む粗合金４　ｋｇを回収し、また炉底に残留したスラ
グを含む粗合金６　ｋｇ？反応後に回収した。両者の合
金に含まれる金属アルミニウム分は合計０．５４ｋｇ及
び金属鉄分は合計２　ｋｌｉｌであった。この結果に基
づき、消費したボーキサイト中のアルミナ分を基準とし
たアルミニウム収率を算出すると、約１０であった。ま
た、得られた合金中のｋｌｌＦｅ比（重量）は０．２７
であった。 また、比較のために、長尺のボーキサイト成形物に代え
て、直径１０　ｍｍ、長さ１０　ｍｍの円柱状粒子を用
いると共に、このボーキサイト粒子を燃焼用コークス及
びスラグ成分粒子と混合し、この混合物を反応炉に供給
し、炉内にボーキサイト粒子をランダムに分布降下させ
た以外は前記と同様にして実験を行った結果、金属アル
ミニウム収率は約４チ（収量０．２ｋｇ）であった。ま
た、得られた合金中のｋｌ／Ｆθ比ｕ：０．１であった
。 実施例２゜ 山径８０　ｍｍ、長さ８００間及び網目寸法２０　ｍｍ
肉の金網からなる円筒体を炉内中央部に挿入すると共に
、この円筒体に対して、ボーキサイト粒子を、１時間当
り、６ｋ１７／）燃焼用コークス粒子及び造滓剤粒子を
前記実施例１と同様に周辺部にそれぞれ、０．１８ｋｌ
？及び２．５ｋｌｌ／の比率で供給した。この場合、使
用した燃焼用コークス粒子（直径４〜７ｍｒｎ　）及び
スラグ成分粒子（直径１０　ｍｍ　、長さ１０１ｒｔｆ
ｒＬ）はいずれも実施例１と同じであり、ボーキサイト
粒子は直径約３０〜４０＃ｎの球形もので、その組成は
実施例１と同様にボーキサイト１０００ｓに対し、コー
クス粉３００部及び鉄粉６２部を配合したものである。 このようにして反応炉内に各厚相を供給して操業を行う
と、燃焼用コークス粒子及びスラグ成分粒子は炉周辺部
に充填され、炉内の還元領域Ｍの部分にはボーキサイト
粒子が選択的に供給された。 １０時間のＩＱ業において、金属アルミニウム回収量は
０．４８に！？及び金ｐｋ鉄回収量は２　ｋｇであり、
アルミニウム収率は９％であった。また、得られた合金
中のＡ４１Ｆｅ比（重量）は（１，，２：４　　であっ
た。 前記の結果を次表にまとめて示す。 表 アルミニウム収率　　Ａｌ／Ｉ！’ｅ比実施例１　　　
　１０チ　　　　　　０．２７実施例２　　　　　９％
　　　　　　　０．２４比較例　　　　　　　４％　　
　　　　　０．１０県の表に示された結果から、本発明
によれば、アルミニウム収率の著しい向上が達成される
ことが明らかである。 ４、図面の簡単な説明 第１図は反応炉内に形成されるレースウェーの説明図で
あり、（ａ）図は縦断面説明図、（ｂ）図は横断面説明
図である。第２図は多数のレースウェーを措緘゛させた
場合の反応炉の断面説明図である。第３図は本発明でア
ルミナ質含有原料の選択供給に適用される粒子状のアル
ミナ質含有原料充填筒の断面説明図である。第４図は、
本発明の方法を実施するための装置系の断面説明図であ
る。 １．２．３．５１〜５８．、、、・、＠素うンス、４．
５，６．６１〜６８．、、・９．レースウェー、ｌＯ・
・・・・・鉄パイプ、２０・・・・・・炉壁、２１・・
・・・・炉内部、２２・・・・・・排気ダクト、２３・
・・、４　　　・・・　アルミナ質含有原料と炭素材か
らなる混合物供給装置、２４．、、、、、湯口、２５．
２６．、、、、。 炭素材供給装置、２８．、、、、、充填層最上部、３１
゜３２・・・・・・冷却水導入口、３４．．３５・・・
・・・Ｑ１水排出口、Ｍ・・・・・・還元領域、Ｃ・・
・・・・炭素材、Ｆ”　、−＋　＋　ＨＩＩ　アルミナ
質含有原料と炭素材からなる混合物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）熔鉱炉法によるアルミニウム製錬におりて、炭素
   材を充填した反応炉内に複数のレースウェーを形成させ
   て、それらレースウェーの間に高温還元領域を形成させ
   ると共に、該高温還元領域に対し、アルミナ含有原料と
   炭素材とを含む混合物を、該レースウェーとの接触を実
   質的に回避させながら、選択的に供給し、加熱還元させ
   ることを特徴とする熔鉱炉法によるアルミニウム製錬法
   。