【手続補正書】
【提出日】平成16年12月3日(2004.12.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化アルミニウムを含む電解質（Ｅ）を含有し、少なくとも一つの不活性アノード（１）及び少なくとも一つの湿潤性カソード（２）をさらに含む少なくとも一つの電解チャンバー（２２）の中で電解を行うことにより、前記電解質（Ｅ）からアルミニウム金属を電解生成する方法であって、電解工程にて、前記アノードは酸素ガスを放出し、前記カソードはカソード上に放電されたアルミニウムを有し、前記酸素ガスは電解質流動パターンを上方へ強要し、前記生成アルミニウムは重力によって下方へ流動する前記方法において、
前記酸素ガスが前記電解チャンバー（２２）と連絡して配置されたガス分離チャンバー（１４）に流入するようにさらに方向付けられ、このようにして前記電解チャンバー（２２）と前記ガス分離チャンバー（１４）との間に電解質流動パターンを確立することを特徴とする前記方法。
【請求項２】
前記電解質流動パターンは、前記電解チャンバー（２２）中の上方流動電解質を前記ガス分離チャンバー（１４）へ逸らす少なくとも一つの隔壁、内壁又は「スカート」（９）により方向付けられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
分離されたガスは、ガス抽出手段により前記ガス分離チャンバー（１４）から取り出されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
生成した金属は、槽の底部において前記カソード（２）からアルミニウムプール（１１）に排出され、金属タッピング(tapping)の適当な手段により前記槽から取り出されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
電解質温度は、６８０〜９７０℃の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
電解質、少なくとも一つの不活性アノード（１）及び少なくとも一つの湿潤性カソード（２）を含有する少なくとも一つの電解チャンバー（２２）を含むアルミニウムの電解生成用槽において、
前記槽は、前記電解チャンバー（２２）と連絡して配置されたガス分離チャンバー（１４）をさらに含み、電解工程において放出されたガスは、前記ガス分離チャンバー（１４）に流入するように方向付けられ、このようにして前記電解チャンバー（２２）と前記分離チャンバー（１４）との間に電解質流動パターンを確立し、前記工程で放出されたガスが、前記ガス分離チャンバー（１４）における電解質から分離され得ることを特徴とする当該槽。
【請求項７】
分割壁（９）は、前記電解チャンバー（２２）と前記ガス分離チャンバー（１４）との間に配置され、前記壁はそれらを通じる少なくとも一つの開口部（１２、１３）を有することを特徴とする請求項６に記載の電解槽。
【請求項８】
前記分割壁（９）は、ガス含有電解質を前記電解チャンバー（２２）から前記ガス分離チャンバー（１４）へ流動可能にする少なくとも一つの上部開口部（１２）と、ガスから分離された電解質が前記電解チャンバー（２２）に戻る際に通る少なくとも一つの底部開口部（１３）とを有することを特徴とする請求項７に記載の電解槽。
【請求項９】
前記分割壁（９）は、酸化アルミニウム、アルミニウム窒化物、シリコンカーバイド、シリコン窒化物又はそれらの組合せ若しくは複合体から製造されることを特徴とする請求項７に記載の電解採取槽。
【請求項１０】
前記分割壁（９）は、酸化物物質から製造されることを特徴とする請求項７に記載の電解採取槽。
【請求項１１】
前記分割壁（９）は、酸化物又はアノード物質の一つ又はいくつかの酸化物成分の化合物からなる物質と、付加的に一以上の酸化物成分とから製造されることを特徴とする請求項７に記載の電解採取槽。
【請求項１２】
前記分割壁（９）は、前記槽の二つの向かい合う側壁（２４、２５）の間に伸長し、その高さは前記槽の底部（２６）又は補助床（１０）及びそれ以上から少なくとも電解質の上部レベルまで伸長してもよいことを特徴とする請求項７に記載の電解採取槽。
【請求項１３】
前記分割壁（９）は垂直方向に伸長し、開口部が分割壁（９）の下端よりも下に提供され、同様の寸法の開口部は、前記分割壁（９）の上端と前記電解質（Ｅ）の上部レベルとの間に提供されるようにさらに配置されることを特徴とする請求項７に記載の電解槽。
【請求項１４】
前記ガス分離チャンバー（１４）は、電解質に含有されるいかなるガスを分離するのに十分な電解質流動速度を減少するのに足りる大きさの容積を有することを特徴とする請求項６に記載の電解採取槽。
【請求項１５】
一以上のガス分離チャンバー（１４）は、前記槽の少なくとも一つの側面と並んで配置され得ることを特徴とする請求項６に記載の電解採取槽。
【請求項１６】
前記ガス分離チャンバー（１４）は、前記チャンバーからガスを抽出及び収集するための少なくとも一つのガス排気装置（１６）に接続されることを特徴とする請求項６に記載の電解採取槽。
【請求項１７】
前記排気装置（１６）は、アルミナ供給装置（２０）に接続され、その中で熱い排ガスは、アルミナ供給原料を加熱するために使われ及び／又は前記槽からガス収集装置（２８）に入る前のフッ化物蒸気、フッ化物微粒子及び／又はちりを取り出すための排ガスの洗浄クリーニングに使われることを特徴とする請求項１６に記載の電解採取槽。
【請求項１８】
前記電解チャンバー（２２）は、前記カソードより下に好ましくは配置された少なくとも一つの穴（１７）と共に提供された補助床（１０）を含み、それによってアルミニウムは前記穴を通過し、前記床より下に規定された金属区画（２３）の中に収集可能であることを特徴とする請求項６に記載の電解採取槽。
【請求項１９】
前記補助床（１０）物質は、アルミニウム窒化物、シリコンカーバイド、シリコン窒化物、酸化物物質、ホウ化物、カーバイド、窒化物、ケイ化物に基づく耐火性硬化物質、又はそれらの組合せ若しくは複合体から選択されることを特徴とする請求項１８に記載の電解採取槽。
【請求項２０】
前記金属区画（２３）における前記アルミニウムは、前記槽に結合された一以上のサージパイプ又は吸い上げ管（１９）を介して前記槽から抽出され得ることを特徴とする請求項１８に記載の電解採取槽。
【請求項２１】
前記アノード（１）及び前記カソード（２）は、互い違いな様式で配置された単極型のものであり、それらを垂直又は傾斜してさらに配置されること特徴とする請求項６に記載の電解採取槽。
【請求項２２】
前記アノード及び前記カソードは、垂直又は傾斜して配置された二極型のものであることを特徴とする請求項６に記載の電解採取槽。
【請求項２３】
前記アノード及び／又は前記カソードは、一つのより大きなユニットにおいて統合された複数のより小さなユニットからなることを特徴とする請求項６に記載の電解採取槽。
【請求項２４】
前記アノードは、寸法上安定な物質、好ましくは酸化物ベースのサーメット、金属、金属合金、酸化物セラミックス及びそれらの組合せ若しくは複合体から製造されることを特徴とする請求項６に記載の電解採取槽。
【請求項２５】
前記カソードは、ホウ化物、カーバイド、窒化物、ケイ化物又はそれらの混合物に基づく導電性の耐火性硬化物質（ＲＨＭ）から製造されることを特徴とする請求項６に記載の電解採取槽。
【請求項２６】
前記アノード及び前記カソードの主な表面は、前記槽の短い側壁に幾分か隣接して配置されることを特徴とする請求項６に記載の電解採取槽。
【請求項２７】
前記槽は、好ましくは非導電性物質からなるライニングを有することを特徴とする請求項６に記載の電解採取槽。
【請求項２８】
前記槽ライニングの物質は、酸化アルミニウム、アルミニウム窒化物、シリコンカーバイド、シリコン窒化物、及びそれらの組合せ若しくは複合体から選択されることを特徴とする請求項２７に記載の電解採取槽。
【請求項２９】
前記槽ライニングは、酸化物物質から製造されることを特徴とする請求項２７に記載の電解採取槽。
【請求項３０】
前記槽ライニングの少なくとも一部分は、酸化物又はアノード物質の一つ又はいくつかの酸化物成分の化合物からなる物質と、付加的に一以上の酸化物成分とから製造されることを特徴とする請求項２７に記載の電解採取槽。
【請求項３１】
前記アノード及び／又は前記カソードは、電源用の末端母線装置に接続され、その接続部は前記槽の上部、側面部又は底部を介して導入され得ることを特徴とする請求項６に記載の電解採取槽。
【請求項３２】
前記アノード及び／又は前記カソード接続部は、冷却されて熱交換及び／又は前記アノード／カソードからの熱回収及び／又は温度コントロールをもたらすことを特徴とする請求項６に記載の電解採取槽。
【請求項３３】
前記アノード及び／又は前記カソード接続部は、水冷又は他の液体冷却剤により、ガス冷却により又は熱パイプの使用により冷却されることを特徴とする請求項６に記載の電解採取槽。
【請求項３４】
前記槽はアルミナのための少なくとも一つの供給管を含み、その入り口が、電解質の中、好ましくは、一つのアノードと一つのカソードとの間の極間スペースの中の高乱流部分に接近した位置か、前記ガス分離チャンバーの中かのどちらかに配置されることを特徴とする請求項６に記載の電解採取槽。
【請求項３５】
前記電解質流動パターンは、前記上方流動電解質を前記ガス分離チャンバー（１４）へ逸らせる少なくとも一つのアノードと少なくとも一つのカソードとの間に位置した少なくとも一つの隔壁、内壁又は「スカート」（２１）を導入することにより増大され得ることを特徴とする請求項６に記載の電解採取槽。
【請求項３６】
前記隔壁（２１）は、酸化アルミニウム、アルミニウム窒化物、シリコンカーバイド、シリコン窒化物又はそれらの組合せ若しくは複合体から製造されることを特徴とする請求項６及び３５に記載の電解採取槽。
【請求項３７】
隔壁（２１）は、酸化物物質から製造されることを特徴とする請求項６及び３５に記載の電解採取槽。
【請求項３８】
前記隔壁（２１）は、酸化物又はアノード物質の一つ又はいくつかの酸化物成分の化合物からなる物質と、付加的に一以上の酸化物成分とから製造されることを特徴とする請求項６及び３５に記載の電解採取槽。
【請求項３９】
前記電解質は、フッ化ナトリウム及びフッ化アルミニウムの混合物を、ＩＵＰＡＣ分類法による周期表における１族及び２族元素の可能な付加的金属フッ化物と、フッ化物／ハロゲン化物のモル比が２．５までのアルカリ又はアルカリ土類ハロゲン化物を基とした可能な成分と共に含み、ここでＮａＦ／ＡｌＦ3のモル比は１〜３の範囲、好ましくは１．２〜２．８の範囲にあることを特徴とする請求項６に記載の電解採取槽。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
アルミニウムは、溶融電解質(molten electrolyte)に溶解したアルミニウム含有化合物の電気分解により現在生産されており、その電解採取工程は従来のホール・エルー設計の槽の中で行われている。これら電解槽は、水平に整置した電極を備えており、ここでは今日の槽の導電性アノードとカソードは炭素物質から作られている。電解質は、フッ化アルカリ金属及びフッ化アルカリ土類金属の少量の添加物と共にフッ化ナトリウムとフッ化アルミニウムの混合物に基づいている。アノードからカソードへ電解質を通った電流が、カソードでアルミニウム含有イオンの電気放電をひき起こして溶融アルミニウムを生じ、アノードで二酸化炭素の形成をひき起こすと、電解採取工程が起こる(Haupin and Kvande, 2000参照）。工程の全体の反応は、次式により説明され得る。
２Ａｌ2Ｏ3＋３Ｃ＝４Ａｌ＋３ＣＯ2          （１）
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
伝統的なアルミニウム生産槽は、導電性のカソードとして炭素物質を利用する。炭素は溶融アルミニウムにより湿らされないので、炭素カソードにおける溶融アルミニウム金属の深いプール(deep pool)を保持することが必要であり、実際には、現在の本槽における「本当の」カソードはアルミニウムプールの表面である。
この金属プールの主な欠点は、近代の槽の高電流量（＞１５０ｋＡ）が、かなりの磁力を起こし、電解採取槽において電解質及び金属の流動パターンを乱すことにある。この結果、金属は、槽の中で動きまわり、槽を局所的に短絡し、電解質の中へ生成したアルミニウムの溶解を促進することがある波運動(wave movements)をひき起こす傾向がある。この問題を克服するために、複雑な母線装置(busbar system)は、磁力を埋め合わせるため、及び出来るだけ安定かつ平らな金属プールを保持するために設計されている。複雑な母線装置は高価であり、もし金属プールの乱れが非常に大きければ、電解質におけるアルミニウム溶解は高められ、逆行反応により減少した電流効率をもたらす。
２Ａｌ＋３ＣＯ2＝Ａｌ2Ｏ3＋３ＣＯ            （２）
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
これまで、不活性アノードを使い、より長い期間にわたり首尾よく操作されてきた商業スケールの電解槽はない。多数の試みは、電解槽における最適の不活性アノード物質及びこれら物質の導入を見出し、非常に多くの特許がアルミニウム電解採取のための不活性アノード物質として提案されてきた。ほとんどの提案された不活性アノード物質は、酸化スズとニッケルフェライトに基づいており、そこでアノードは純粋な酸化物質またはサーメット型物質であってもよい。不活性アノードにおける最初の研究は、Ｃ．Ｍ．ホールにより始められ、彼は彼の電解槽における可能なアノード物質として銅金属（Ｃｕ）を使って研究した。一般に、不活性アノードは、金属アノード、酸化物ベースのセラミックアノード並びに金属及び酸化セラミックスの組合わせに基づくサーメットに分けることができる。提案された酸化物含有不活性アノードは、一以上の金属酸化物に基づいてもよく、ここで酸化物は、例えば氷晶石ベースの溶融物に対する化学的な「不活性」及び高導電性のような異なる機能を有し得る。しかしながら、電解槽の過酷な環境における酸化物の提案された異なる挙動は疑わしい。サーメットアノードにおける金属状態は、同様に、単一の金属またはいくつかの金属の組合せ（金属合金）であってもよい。全ての提案されたアノード物質に伴う主な問題は、純粋な酸素ガス（１bar)の発生及び氷晶石ベース電解質による高腐食性環境に対するそれらの化学的な抵抗性である。電解質の中へのアノード溶解の問題を減らすために、アノード物質成分の添加（米国特許第4,504,369号）、及びセリウムベース酸素フッ化(oxyfluoride)化合物の自己発生／修復混合物（米国特許第4,614,569号、第4,680,049号及び第4,683,037号）の添加が、不活性アノードの電気化学的腐食の可能な抑制体として提案されてきた。しかしながら、これらの装置はいずれも実施可能な解法として実証されていない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
米国特許第4,681,671号は、水平なカソードといくつかの刃型(blade-shaped)の垂直なアノードとを持つ新しい槽設計を記述しており、その槽はそれから低い電解質温度で、酸化物含有アニオンがフッ化物アニオンに優先に放電される臨界閾値で又はこれ未満のアノード電流密度で操作される。強制的又は自然の対流によって、溶融物は分離チャンバー又は分離ユニットに循環され、その中のアルミナは、溶融物が電解区分の中に循環して戻る前に加えられる。アノードの全表面領域は、提案された配置においては高いけれども、電解質に呼応してアノード物質の低い導電性のために有効アノード領域は小さくそして限定される。これは、有用なアニオン表面領域を実質的に限定し、有効アノード表面で高い腐食速度に導くことになる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
電解槽の連続操作は寸法上安定な不活性アノード１の使用を要求する。アノードは、好ましくは、高導電性を有する金属、金属合金、セラミック物質、酸化物ベースのサーメット、酸化物セラミックス、金属セラミック組成物（サーメット）又はそれらの混合物から作られる。カソード２は、また、一定の極間距離１８で槽を操作するために、寸法上安定及びアルミニウム湿潤性でもなければならず、カソードは好ましくは二ホウ化チタン、二ホウ化ジルコニウム又はそれらの混合物から作られるが、ホウ化物、炭化物、窒化物又はケイ化物、又はそれらの組合せ及び／又は複合体に基づく他の導電性の耐火性硬質物質（ＲＨＭ）から作られてもよい。アノードへの電気的な接続は、好ましくは図１及び２で見られるような蓋８を通して挿入される。カソードへの接続は、蓋８を通して、長い側壁２７（図２）を通して又は槽底部２６を通して挿入されてよい。