JPS62260711A - 二酸化ケイ素の炭素熱還元によるケイ素の製造法 - 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、炭化ケイ素を全還元体厚として、または還元
体の一部として供給するところのケイ素を製造するため
の二酸化ケイ素の炭素熱還元法に関する。

従来の技術および発明が解決しようとする間聯点現在、
ケイ素は固体炭素質還元剤で二酸化ケイ素（Ｓｉｎ、）
の炭素熱還元法によりサブマージ・アーク炉において製
造されている。炭素質材料は典型的に木炭、石炭、コー
クス、木材チップ、などの形であった。全体の還元反応
は次式によって表わされる： Ｓｉｎ、＋２０＝Ｓｉ＋２ＣＯ 一般に、上記の反応は実際に下記のような多重反応を含
むと認識されている： ５ｉｏ２＋３０＝ＳｉＧ＋２０Ｏｆｌｌ、Ｓ　ｉ　０２
　＋Ｃ＝Ｓ　ｉ　Ｏ＋ＣＯ（２］、ＳｉＯ＋２Ｃ＝Ｓｉ
Ｃ＋ＣＯ（３４、 ２Ｓ１０□＋５ｉＣ＝＝３ＳｉＯ＋ＧＯ（４１およびＳ
ｉＯ＋５ｉＯ＝２Ｓｉ＋ＯＯ（５１ ムラ−ら（Ｍｕｌｌｅｒ　ｅｔ　ａｔ、、　５ｃａｎｄ
、　Ｊ。

Ｍｅｔａｌｌ、、　１（１９７２）、　ｐｐ、　１４５
−１５５）は、ケイ素を生成するだめの二酸化ケイ素の
炭素熱還元の５ｉ−０−Ｃ系に対する理論的平衡条件を
記載かつ限定している。上記の反応（ｔｌは吸熱であっ
て、全還元反応に対するエネルギーの５０％はどを消費
すると推定している。

ケイ素の装造にはサブマージ・アーク炉が長年に渡り商
業ベースで使用されてきた。ざらに最近は、二酸化ケイ
素の炭素熱還元用エネルギー源としてプラズマが使用さ
れている。ｓｉｏ、と固体炭素質還元剤をサブマージ・
アーク炉へ供給する現在の方法は多くの欠点を有する。

固体、溶融およびガス状反応物質、中間生成物、および
生成物のこの複雑な反応系の取扱いにおいて、質量移動
が困難である。質量移動の問題および前記反応（１）の
吸熱性のために、熱伝達も困却である。さらに難産は、
反応の副生ガスと共に揮発性−酸化ケイ素（Ｓｉｎ）の
形での材料（物質）のｔ３失である。

現在のサブマージ・アーク炉では最終のケイ素収率の１
０〜２０重景％程がＳｉＯとして失われると推定寧れて
いる。ＳｉＯは再酸化して固体のＳ　ｉ　Ｏ２を生成す
る。約１５つＯ’Ｃまたはそれ以下の温度において、Ｓ
１０は細分散のＳｉおよびＳ　１０２に比的しないと考
えられている。細分散のＳｉおよびＳｉＯ□は冷表面上
でよシ大きな固体粒子として塊状集積することができる
。その結果、副生ガスと共に存在するＳｉＯは材料の排
去のみならず王権全体を通した詰りの間聯を提起する。

ざらに、Ｓｌおよび３１０２の固体粒子は極めて研磨性
である。従って、副生ガスにＳ’　ｉとＳ　ｉ　Ｏ２の
固体粒子が存在することはこれらガスからのエネルギー
何事の回収を非実用的にする。

系から逃げる３１０□は、かなシの困難キを伴って収集
して捨てなげればならない空気中に浮遊する倣粒子とし
ての環境問題を提起する。

固体炭素質還元剤の代りに炭化ケイ素（ＳｉＣ）の使用
または固体炭素質還元剤によって補うＳｉＯの使用は、
Ｓ　１０．を還元する炉の操作を改善する。ＳｉＣの生
成は吸熱反応であって、還元反応に必要な全エネルギー
の５０％はどを消ｉするから、炉の熱負荷が著しく低減
される。Ｓ１０．の同時溶融丸・よびＳｉＣとの接触は
ケイ素還元炉における質量移動、従って炉の工程効率を
改善する。

１９７５年６月３日付は米国特許第３，８８７．３５号
において、エンガーら（Ｅｎｇｅｒ　ｅｔ　ａｌ、）　
　はアーク炉の別々のグーにＳ　ｉ　Ｏ，と炭素を別々
に供給し、反応ガスを炭素富化ゾーンに通すことを開示
している。この発明はＳｉＯの拶失を最小する試みであ
る。エンガーらは炉がＳ　ｉ　Ｏｆ：Ｓ　ｉ　Ｃに転化
した後の；固にの操作も、炉への一次フイードとしての
ＳｉＣの使用も開示していない。

ミラーら（Ｍｉｌｌｅｒ　ｅｔ　ａｌ。Ｊ、　Ａｍ、　
Ｃｅｒａｍ。

Ｓｏｃ、（１９７９）　６２：３−４．　ｐｐ、　１４
７−１４９）は炭素とＳｉＣで３１０２を還元してＳｉ
Ｏを生成することを開示している。しかしＳｌの生成に
ついては何にも述べていない。

１９８０年７月２２日付は米国特許第４，２１３，５９
９号においてデューイングら（Ｄｅｗｉｎｇ　ｅｔ　ａ
ｌ、）は、アルミナの炭素熱還元からの分離ガスを洗浄
してアルミニウムを生成するためにアルミナ層と共に直
列の炭素層の使用を開示している。しかし、炉　′への
一次還元体フイードとしての炭化アルミニウムのフィー
ドの開示をしてないし、この技術のケイ素製造への適用
可能性も開示していない。

ケネディおよびノース（Ｋｅｎｎｅｄｙ　ａｎｄ　Ｎｏ
ｒｔｈ。

Ｐｒｏｃ、　　Ｂｒ、　　Ｃｅｒａｍ、　　Ｓｏｃ、、
　　３３：Ｆａｂ、　　Ｓｃｉ。

３（１ｃ＋ｇ３）、　ｐｐ、　１−１５）はＳｉＯと微
粒炭素との反応によるＳｉＯ微粉微粉装造法を開示して
いる。

しかし、とｈはＲ１Ｃ粉末が目的の製品であって、Ｓｌ
を製造するためにＳｉＯの使用を開示していない。

間艷点を解決するための手段 本発明の目的は、原料およびエネルギーの利用、続いて
ケイ素の全製着コストを改良することである。

電気炉にお（プるＳ　ｉ　Ｏ２の炭素熱嬢元によるＳｌ
の製造において、Ｓ　’　０２　、Ｓ　Ｉ　Ｃおよび固
体炭素質還元剤の混合物の供給がＳｉＯ□および固体炭
素質還元剤単独の反応に比べて、ケイ素の製造速度を著
しく改善することが思いがけなく見出された。ざらに、
このＳｉＣ含有混合物の炭素熱還元に要する電気エネル
ギーの消費は、Ｓ　ｉ　Ｏ。

と炭素質材料が同じ炉のフィードであるときに必要なエ
ネルギー消費よりも著しく低いことが発見された。これ
らの思いかげない発見は以下に論議すると共に実施例で
説明する。

実施例 第１図は本発明の一実施例を説明するための略迎である
。第１図はｆａｌ電気エネルギー源を備えたケイ素炉、
（ｂｌ該炉に二酸化ケイ素と炭化ケイ素を供給する手段
、（ｃｌ炉を出る副生ガス流から一酸化ケイ素またＶｉ
便のケイ素含有物質を除去する手段、（ｄｌ副生ガス流
のエネルギー価値（電力量価血）を回収する手段、およ
びｔｅｌ炉を出る溶融ケイ素を回収する手段のあらまし
を示す。

第１図において、１は炉本体を示す。炉本体１は金属装
置の設計技術において周知の耐火れんが内張りのタンク
状容器にすることができる。電気エネルギー源２は炉本
体に一体構造である、そしてそのエネルギー源の位置は
説明のだめであって限定するものではない。電気エネル
ギー源はサブマージ電極２；、移動アーク・プラズマ；
または非移動アーク・プラズマであって、それらは全て
ケイ素炉へ電気エネルギーを伝達する技術において既知
である。固体反応物、二酸化ケイ素および炭化ケイ素は
混合固体フィード流３として炉本体１および電気エネル
ギー源２へ供１拾される。固体反応物３の混合フィード
は固体反応物を供給する手段４によって炉本体１へ供給
される。固体反応物を供給する手段４はガス・ロック弁
、スクリュー・フィーダ、空気コンベア、などと組合せ
だ重力供給やガス圧力のような通常の手段にすることが
できる。炉本体１は固体及彫物の床（層）５で部分的に
充てんされる。固体反応物の床５は炭ｆヒケイ素単独ま
たは二酸化ケイ素と炭化ケイ素の混合物にすることがで
きる。製品のケイ素は溶融ケイ素流６として炉本体１を
出る。溶融ケイ素流６は溶融ケイ素回収手段７によって
回収される。この溶融ケイ素回収手段はバッチまだは連
続式タッピングのような方法圧することができる。副生
ガス流８は炉本体１を出る、副生ガス流８が炉本体を出
る地点の図示位置は説明のためのものであって限定する
ものではない。ガス状−酸化ケイ素や細分散のケイ素お
よび一酸化ケイ素を含む副生ガス流８は、これらのケイ
素含有物質を副生ガス流８から除去する手段へ送られる
。本発明のこの特定の実施態様に対して、このケイ素含
有物質除去手段はタンクの設計技術において既知の設計
であって炭素床１０を元てんした円筒形タンク形の容器
９である炭素床である。炭素床１０は副生ガス流８中の
一酸化ケイ素を炭化ケイ素に転化する、従って全ての一
酸化ケイ素を効果的に除去する。

また、炭素床１０は細分散のケイ素や二酸化ケイ素を塊
状集積して捕獲する。かくのごとく炭化ケイ素に転化ま
たは塊状集積ケイ素まだは二酸化ケイ素で被３’Ｇれた
炭素床１０は定期的に炉本体１へ供給され、最終的にケ
イ素に転化される。主に一酸化炭素と仲の可燃性ガスか
らなる固体分を含まない副生ガスはこれら可燃性ガスの
エネルギー何１直を回収する手段１２に送られる。この
エネルギー回収手段１２は蒸気ボイラにおける燃焼や発
ガ機に連結されて電気を発生するようなガスタービンに
おける燃焼のような通常の手段にすることができる。

本発明により、以下に記載する条件下で還元剤フィード
として炭化ケイ素を使用してケイ素を製造する方法が提
供される。従って、記載するのは二酸化ケイ素の炭素熱
還元を」ｍしてケイ素を製造する方法である。該方法は
、 （Ａｌ　　固体反応物として二酸化ケイ素と炭化ケイ素
を炉に供給し； （Ｂｌ　　炉に電気エネルギー源をチャージして、固体
反応物に化学的および物理的変化を与え；（ｃｌ　　炉
から浴融ケイ素を回収し；そして＋ＤＩ　　炉からの辞
１生ガスを処理することからなる、ケイ素は、唯一の還
元体厚としての炭ｆヒケイ素で二酸化ケイ素の炭素熱還
元によって満足に裏造ζれる。しかしながら、炭化ケイ
素の外に若干量の固体炭素質還元剤の存在が二酸化ケイ
素の炭素熱還元に望ましい。例として、炭化ケイ素は極
めて密度の高い固体であるので、還元炉における炭化ケ
イ素および二酸化ケイ素のチャージは高かて密度を有す
る炉チャージの高かき密度は電気エネルギーの効率的な
移動を妨げて、炉の運転を不安定にする。固体炭素質還
元剤の添加は炉チャージのかき密度を下げて、炉の運転
を安定にさせる。

従って、本発明のために、炭化ケイ素も便の固体炭素質
還元剤と共に還元体フィードにできる。

従って、二酸化ケイ素の炭素熱還元を通してケイ素を製
造する別の方法は、 ｆＡｌ　　固体反応物として二酸化ケイ素、炭化ケイ素
および固体炭素質還元剤を炉に供給し；（Ｅｌ　　炉に
電気エネルギー源をチャージして、固体反応物に化学的
および物理的変化を与え；（Ｃ１炉から溶融ケイ素を回
収し；そして（Ｄｌ　　炉からの副生ガスを処理するこ
とからなる。

電気エネルギー源は通常の炭素電極を利用するサブマー
ジ・アーク炉のような既知手段によって提供される。サ
ブマージ・アーク炉は、二酸化ケイ素および炭素質還元
剤の炭素熱還元によってケイ素を製造するために現在利
用されている王な工業的方法である。エネルギー源はガ
ス・プラズマによって提供できる。そのプラズマは移動
アーク構造または非移動アーク構造にすることができる
。

プラズマは技術的に既知であって、ケイ素および伸の金
属、王に鋼の腹錬に利用されるユニットの設計に類供さ
せることができる。

二酸化ケイ素と炭化ケイ素、或いは二酸化ケイ素、炭化
ケイ素および固体炭素質還元剤の炉内および電気エネル
ギー源への供給は、重力供給またはガス・ロック弁、ス
クリューフィーダ、空気コンベヤなどと組合せたガス圧
力のような従来の手段によって行うことができる。二酸
化ケイ素と炭化ケイ素、或い、′ｒｉ二酸化ケイ素、炭
化ケイ素および固体炭素質還元剤は、前述のように通常
の手段で別々に、又は混合体として供給される。それぞ
れの供給材料に対する各供給材料の割合の制御は手動制
御、自動制御、などのような既知の手段によって行う。

作用 二酸化ケイ素と炭化ケイ素の反応は前述のように次の反
応によって表わされる： ２ＳｉＯ２＋５ｉＣ＝３ＳｉＯ＋ＧＯ（４１および３１
０＋Ｓ　ｉ　Ｃ＝　２Ｓ　ｉ＋ｃｏ　　（５１反応（４
）と（５１を組み合わせると全体の反応となる：Ｓｉｎ
、＋２ＳｉＣｉ＝３Ｓｉ＋２００　　　ｆ６１従って、
上記の全体の反応（６）から、化学量論量は二酸化ケイ
素１モル当９２モルの炭化ケイ素である。二酸化ケイ素
に対して化学量論量以下の炭化ケイ素も利用できるけれ
ども、ケイ素原料の効率が未消費の一酸化炭素の排去に
よって低下するという欠点を有することが理解される。

さらに、二酸化ケイ素に対して化学量論量以上の炭化ケ
イ素を利用できるけれども、その結果ケイ素炉に炭化ケ
イ素が多くなる。本発明のために、「全反応に対して本
質的に化学ｇ論平衡」とは二酸化ケイ素に対する炭ｆヒ
ケイ素のモル比が化学量論量または化学量論量より１〜
２％以上までを意味する。二酸化ケイ素、炭化ケイ素お
よび固体炭素質還元剤の添加において、「全反応に対し
て本質的に化学量論平衡」とは二酸化ケイ素に対して炭
化ケイ素と炭素質還元剤の混合フィードから、炭化ケイ
素当量の混合モル比が化学量論量または化学量論量より
１〜２％以上までであることを意味する。固体炭素質還
元剤の「炭化ケイ素当量」は前記の二酸化ケイ素と炭素
との全反応および（６）によって定Ｓされる： ＳｉＯ□＋２０＝Ｓｉ＋２Ｃ○　　　およびＳｉＯ□＋
２ＳｉＣ＝３Ｓｉ＋２０Ｏｆ６１これら２つの反応は、
炭化ケイ素は等価モルをペースにして炭素で補うことが
できることを示す。

別々に、まだは炭化ケイ素との混合体に、或いは選択的
に炭化ケイ素と固体炭素質還元剤との混合体に混合して
供給される二酸化ケイ素は、多くの天然産の形の石英（
例えば、砂）および多くの形態の溶融およびヒユーム・
シリカからなる群から選ぶ。二酸化ケイ素の形は粉末、
小粒、塊り、ペブル（小石）、ペレツ）ｂよびブリケッ
トからなる群から選ぶ。

別々に、二酸化ケイ素との混合体にまたは選択的に二酸
化ケイ素と固体炭素質還元剤との混合体て混合して供給
される炭化ケイ素は、α−炭化ケイ素またはβ−炭化ケ
イ素から選ぶ。炭化ケイ素源は（１）二酸化ケイ素と炭
素との反応、いわゆるＡ　ｔ　ｃ　？、ｅ　ｓ　ｏ　ｎ
反応、（２）−酸化ケイ素と炭素との反応、および（３
）もみがらの加熱にすることができる。

炭化ケイ素への補給体として供給される固体炭素質還元
剤はカーボンブランク、木炭、石炭、コークスおよび木
材チップからなる群から選ぶ。固体炭素質還元剤の形態
は粉末、小粒、チップ、塊状、ペレットおよびブリケッ
トからなる群から選ぶ。

二酸化ケイ素と炭化ケイ素の混合体および二酸化ケイ素
、炭化ケイ素および固体炭素質還元剤の混合体は粉末、
小粒、塊状、ペブル、ペレットおよびブリケットからな
る群から選ぶ。

炉は固体反応物、すなわち二酸化ケイ素、炭化ケイ素、
または選択的に固体炭素質還元剤の一種以上で部分的に
充てんざね５る。炉を部分的に満たす固体反応物は粉末
、小粒、塊り、ペブル、ペレノトオよびブリケットから
なる群から選んだ形である。炉の部分釣元てんは、適轟
な空間に二酸化ケイ素ふ・よび炭化ケイ素または付加的
シて炭素質還元剤の反応から固体の生成に適するように
きせると考えられる。

炉は大気圧から６気圧の範囲の圧力を維持できるように
設計する。大気圧または大気圧以上での富閉炉の運転は
、ガスが炉を排出した後の副生ガスの回収を容易にする
。

「溶融ケイ素」はバッチまたは連続式タッピングのよう
な既知の方法によって反応ゾーンから溶融ケイ素朝品を
取り出−ヒ従来の手段を意味する。

「炉からのし１生ガス、７）、’、１：：−３ｊ　：、
、Ｌ（１）ガスの燃：：！、■やベンティング／Ｖｅｒ
１ｔｉ＊ｇ）のような戊知手１αによる処置； （２）副生ガスから−（，２化ケイ索己、・二こメＪ（
ａ：　ｚ’）ケイ素含有物質の回収および炉への再循環
、続いて（１）におけるようなガスの処理；および（３
）副生ガスから一酸化ケイ素および他のケイ素含有物質
の回収および炉への再循環、続いて一酸化ケイ累および
他のケイ素含有物質を含まなくなった副生ガスのエネル
ギー（ｉｌｌｌｉ値（又は電力量価値）の回収。

炉からの副生ガスのベンティングまたは燃焼による直接
処置は、前述の二酸化ケイ素に関係した空気中放出の間
物を経験する。副生ガスから一酸化ケイ素および他のケ
イ素含有物質の回収は、これらケイ素含有物質の回収お
よび炉への再循環が原料の利用を最大にするから望まし
い。ζらに、副生ガスからケイ素含有物質の回収は、以
下に記載するように副生ガスのエネルギー価イ直の回収
を容易にする。

副生ガスから一酸化ケイ素または線分散のケイ素または
二酸化ケイ素を回収する手段は、炉からの副生ガスを炭
素床へ通して、ガス状−酸化ケイ素を固体炭化ケイ素に
転化し、線分散のケイ素および二酸化ケイ素を塊状集積
きせて捕獲させるような手段にすることができる。−酸
化ケイ素を炭素と反応させて炭化ケイ素を生成すること
は技術的に既知である。炉からの副生ガスを炭素層に通
して一酸化ケイ素を炭化ケイ素に転化し、線分散のケイ
素および二酸化ケイ素を塊状乗積して捕獲するのは、ガ
ス状−酸化ケイ素または線分散のケイ素および二酸化ケ
イ素と固体炭素との効果的な接融を促進するところの充
てん層、流動層（床）、かくはん層などのような従来の
床（又は層）構造において行うことができる。その炭素
は粉末、小粒、塊り、ペレットおよびブリケラ）７５・
らなる群から選んだ形にすることができる。−炭素およ
びケイ素含有物質の床Ｏｙりは廃棄またはケイ素類への
フィードとして再循環することができる。

副生ガスからの一酸化ケイ累または線分散のケイ素およ
び二酸化ケイ素の除去手段は、炉からの副生ガスを液化
炭化水素含有ガスと従軸ζせることによってもできる。

副生ガスと炭化水素含有′液化ガスとの接馳は、液化炭
化水素含有ガスの蒸発を促進し、それ９１次に副生ガス
流を冷却し、ガス状−酸化ケイ素および他のケイ素含有
物質を塊状集積化固体ケイ素および二酸化ケイ素に転化
させる。冷却された副生ガスから塊状、固体ケイ素およ
び二酸化ケイ素の除去は、バッグノーウスにおけるバグ
フィルタのような通常のガス−固体分離法によって行う
ことができる。ケイ素炉ガスから一酸化ケイ素または細
分散したケイ素および二酸化ケイ素を除去するこの手段
は１９８６年４月２９日付は米国特許出願第８５６．９
９６号に開示されている。ケイ素類の副生ガスは可燃性
−酸化炭素、炭化水素、水素および他のガスからなるか
ら、エネルギーの回収は興味ある間琲である。

ケイ素類からの副生ガスからエネルギーを回収すること
を考えると前、考えられる一酸化ケイ素の不均化反応か
らガス状−酸化ケイ素および細分散のケイ素および二酸
化ケイ素の除去を行う必要がある。可燃性ガス流中の一
酸化ケイ素とケイ素は炉またはボイラにおける燃焼中に
二酸化ケイ素に転化される。二酸化ケイ素は燃焼１度に
おいて融解してガラス質の被膜を形成し、ボイラ・チュ
ーブのような表面を破缶すると共に汚ごすことか知られ
ている。二酸化ケイ素粒子は非常に研磨性であって、燃
焼および熱交換装激に苛酷な二ローションの間鉋をもた
らす。

一酸化ケイ素を含まないガス状副生体のエネルギー価値
（又は電力量価値）の回収は、工場蒸気を生成するため
にボイラにおける燃焼および電気を発生するために発電
機に連結されたガスタービンにおける燃焼のような既知
の方法によって行うことができる。

本発明の望ましい実施様式は、電気エネルギー源として
サブマージ・アーク炉またはプラズマを利用する炉を利
用することである。

炉およびその電気エネルギー疎への望ましい供給様式は
、二酸化ケイ素、炭化ケイ素および固体炭素質還元剤の
混合物である単一フィード流である。固体炭素質還元剤
の存在は、固体反応物の固体チャージのかで密度を安定
な炉操業用レベルに保つのに望ましい。還元物フィード
全体における炭化ケイ素の割合は炭素のモルを基準にし
て１０〜９０％が望ましい、そして２０〜５０モル％が
ざらに望ましい。

二酸化ケイ素は石英またはシリカである。炭化ケイ素は
α−炭化ケイ素またはβ−炭化ケイ素にすることができ
る。固体炭素質還元剤はカーボンブラック、木炭、石炭
、コークスまたは木材チップにすることができる。二酸
化ケイ素、炭化ケイ素および固体炭素質還元剤の供給混
合物はペレットまたはブリケットの形にすることができ
る。

炉を部分的に充てんする固体反応物は石英またはシリカ
、α−炭化ケイ素またはβ−炭化ケイ素および固体炭素
質還元剤の混合体である。

炉からの副生ガス流の処理は、炭素層に副生ガス流を通
して一酸化ケイ素を炭化ケイ素に転化または細分散した
ケイ素および二酸化ケイ素を塊状集積して捕獲し、続い
て蒸気ボイラまたはガスタービンにおいて一酸化ケイ素
および伸のケイ素含有物質を含まない副生ガスのエネル
ギー価値（電力量価値）を回収することである。回収き
れた炭化ケイ素、ケイ素および二酸化ケイ素は過剰の炭
素と共に炉へ再循環して理科を最大限に利用する。

次の実施例は本発明の説明のだめのものであって、特許
請求の範囲に記載されている本発明を限定するものでは
ない。

実施例１（本発明の範囲外） 本発明を用いて類供の実験結果と比較するだめの基線を
得るために、二酸化ケイ素と固体炭素質林料からなる従
来のチャージでの小型ケイ素類において１０の一連の実
験を行った。利用したケイ素類は２００ｋＶＡの直接ア
ーク反応炉であった。

利用したｐ料は次の通りであった： １．２つの産地（Ｂｒ１ｔｉｓｈ　Ｃｏｌｕｍｂｉａ　
の白石英と、Ｎ０ｒｔＦ、　Ｃａｒｏｌｉｎａの砂利）
からの石英としての二酸化ケイ素 ２、　　Ｋｅｎｔｕｃｋｙおよびｏｋ　ｌ　ａ　ｈ　Ｏ
ｍ　＆の石英３．２つの産地（ＫＯＣＦ、　Ｃａｒ　ｂ
ｏｎ　Ｃｏｍｐａｎｙ　＋Ｏａｋ　Ｂｒｏｏｋｅ、　　
ｌ１ｌｉｎｏｉｓおよび　Ｇ　ｒ　ｅ　’ｌ　ｔＬａｋ
ｅｓ　Ｃｏｒｂｏｎ　ＣＯｍｐａｎｙｌＨｌａｇａｒａ
　Ｆａｌｌｓ。

Ｎ　ｅ　ｗ　Ｙｏ　ｒ　ｋ　）　　からの生石油コーク
ス４Ｇψ質および軟質の木林チノブ 二酸化ケイ素および固体炭素質材料を一緒に混合し、次
の組成の個々のチャージでケイ素炉に供給した： 石　　　英　　　　　　　　６．０ 石　　　炭　　　　　　　　　２．５ コークス　　　　　　０．５ 木材チップ　　　　　　２・３ この系列における個々の実験を行うために次の手順に従
った： １、炉に３〜４チヤージの二酸化ケイ素と炭素質材料の
混合体を装入した、 ２　電力の水準を徐々に１００ｋＷまで上げた、３　約
１５０　ｋＷｌ、毎のエネルギーが炉に供給、または約
１．５〜２時間毎に、 ａ）溶融ケイ素が採取された、 ｂ）炉がスト−キングされた、 Ｃ）別のチャージを炉に添加した、 ４　「平衡」状態または定常状態を実験を２４時時間待
させた後で屓１［定した。

上記のように、平衡状態または定常状態に達すべく実験
を２４時時間待をせた。実験時間全体を変えたが、定常
状態は一般に３０〜４０時間維持された。これら１０の
実験から集めた実験から、反応器性能の３つの測度を計
算した。これらの性能測度、性能測定の定義、および特
定の測定値の値を以下に列挙する： 要な電力、ｋｗｈ／にりｓｚ）±３０，２±３．５ケイ
素収率（回収された５ｉ（Ｋ９）／供給材料中の混合ケ
イ素（Ｋ９））Ｘ１００＝７２．２Ｘ５．２生産速度Ｃ
製造されたケイ素（Ｋ９）　７時間）−２，４８±０．
２７ これらの結果は、次の実施例の結果と比較する基線の条
件である。

実施例２ ケイ素炉に供給した炭素質材料の一部をβ−炭化ケイ素
に替えた実験をした。利用した炉は例１で使用したもの
と同一の２００　ｋＶＡの直接アーク炉であった。

使用した原料は次の通りであった： １　オクラホマの砂。

２、　ブリティシュ・コロンビアのローズ山の石英とし
て塊状石英、塊シの太き−Ｊ　６．４　（ｍまで。

３、　β−炭化ケケイ粒（米国のＵｌｔｒａ　Ｃａｒｂ
ｏｎ社製）。

、１　使用した石炭は米国のＨｌｃｋｍａｎ−Ｗｉｌｌ
ｉａｍｓ＆　Ｃｏ　、　（Ｋｅ＊１ｕｃｋｙ　　州）か
ら入手したＪｏｙｎｅｒＢｌｕｅ　Ｇｅｍ　Ｃ０Ｌａ１
−　　その石炭は塊状で使用またはブリケラティングの
ために粉砕した。

５、木材チップは米国のＭｏｒｂａｒｋ　ｏｆ　Ｗｉｎ
（Ｍｉｃｅ−ｉｇａｎ）から購入した硬質および軟質木
材の混合物であって、チップの大きさは３．８Ｃ！ｒＬ
マでのものを使用した。

この実験の操作手順は本質的に実施例１で用いたものと
同一であった。しかしながら、炉の操業は、実施例１に
おいて使用した芸人材料と類（Ｅ　Ｌだ二酸化ケイ素お
よび炭素質材料の炉チャージから始めた。炉の操業が一
旦確立したら、そのチャージをβ−炭化ケイ素を含有す
るチャージに変えた。そのβ−炭化ケイ素含有チャージ
は（ａｌローズ山の石英塊、（ｂ１石炭、β−炭化ケイ
素および砂の混合体のブリケット、および（ｃｌ木材チ
ップの混合物からなった。、β−炭化ケイ素含有チャー
ジの組成は次の通りである： 石　　英　　　　　　　　　　２７ ブリケツト 石英　　　　　　　　１．５ β−８ｉｃ　　　　　　　　１．３ 砂　　　　　　　　　　　　１．・１ 木材チツプ　　　　　　　２．５ 再び実施例１におけるように、実装を２　＝１時時間待
させて、平衡または定常状態に到達させた。定常状態の
操作の結果は次の通りであった：消費エネルギー＝　１
８．１１　ｋｗｈ／に９Ｓｉケイ素の収束−７３７１％ 生　産　速　窟＝　３．９９ＫｑＳｉ　７時間これら上
記の結果は、ケイ素炉チャージに固体還元剤の一部とし
てのβ−３ｉ○の使用がケイ素製造に必要な消費エネル
ギーを著しく少なく嘔せると共に、標準の二酸化ケイ素
および炭素質還元剤の供給に比べて８１の生産速度を著
しく増していることを示す。

実施例３ 二酸化炭素と共に供給した炭素質材料の一部の代りにα
−炭化ケイ素を使用してケイ素炉の実験を行った。

この実験に使用した原料は、β−炭化ケイ素の代シにα
−炭化ケイ素を使用したことを除いて、実施例２で使用
したものと同一であった。α−炭化ケイ素はＧｅｎｅｒ
ａｌ　Ａｂｒａｓｉｖｅ社（ａ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎｏｆ
　　Ｄｒｅｓｓｅｒ　　Ｃ０ｒｐ−＋　　Ｎｉａｇａｒ
ａ　　Ｆａｌｌｓ、　　ＮｅＷＹｏｒｋ）　　から入手
したものを使用した。そのα−炭化ケイ素は１０グリツ
ドおよびさらに細粒（７５％が７０メツシュ以上）の形
状であった。

ケイ素炉は、（ａｌローズ山の石英塊、（ｂ）石英、α
−炭化ケイ素および砂の混合物からなったブリケット、
および（Ｃ１木材チップの混合物であるα−炭化ケイ素
含有チャージで出発した。炉に供給したα−炭化ケイ素
含有チャージは次の組成を有した２石　　　　英　　　
　　　　　２．８ ブリケツト 石炭　　　　　　　１．４ α−８ｉＣ１，２ 砂　　　　　　　　　　１，３ 木材チップ　　　　　　１．９ 再び実施例１におけるように、実験を２４時間進行させ
て平衡または定常状態に到達させた。定常状態操作の結
果は次の通りであった：消費エネルギー＝　１５．６８
　ｋｗｈ／ＫｑＳ　ｉケイ素収率　　＝８１．６４％ 生産速度＝　４．４４に９Ｓ　１／時間上記の結果は、
ケイ素炉チャージに固体還元剤の一部としてα−炭化ケ
イ素の使用がケイ素の型造に消費きれるエネルギーを著
しく低減すると共に、標準の二酸化ケイ素および炭素質
還元剤の供給と比べてケイ素の生産速度を著しく増すこ
とを示す。これらの結果は、ケイ素に供給した炭素質材
料の一部の代りにα−炭化ケイ素またはβ−炭化ケイ素
の使用が類句の結果を得ることも示している。

第１表は実施例１．２および３の結果の要約である。消
費エネルギーはｋＷｌ、／〜ｓｉで表わし、生産速度は
に９Ｓ　１／時間で示した。

実施例　　　消費エネルギー　　　　生産速度１　　　
　３０．２±３．５　　　　２．４８±０．２７１８．
１１　　　　　　　　　３・９９３　　　　　　１５．
６８　　　　　　　　　４．４４ツ５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（Ａ）二酸化ケイ素と炭化ケイ素を固体反応物とし
   て炉に供給し； （Ｂ）炉に電気エネルギー源をチャージして固体反応物
   に化学的および物理的変化を与え；（Ｃ）炉から溶融ケ
   イ素を回収し；そして （Ｄ）炉からの副生ガスを処理することからなることを
   特徴とする二酸化ケイ素の炭素熱還元によるケイ素の製
   造法。 ２、（Ａ）二酸化ケイ素、炭化ケイ素および固体炭素質
   還元剤を固体反応物として炉に供給し、（Ｂ）炉に電気
   エネルギー源をチャージして固体反応物に化学的および
   物理的変化を与え；（Ｃ）炉から溶融ケイ素を回収し；
   そして （Ｄ）炉からの副生ガスを処理することからなることを
   特徴とする二酸化ケイ素の炭素熱還元によるケイ素の製
   造法。