واکنش آلومینوترمی
تئوری فرایند آلومینوترمی

استفاده از آلومینیوم در فرایندهای متالوترمی به عنوان ماده احیاء‌کننده به دلیل خلوص بالا، قیمت تقریباً پایین و پایداری شیمیایی آن حتی در حالت پودر بسیار ریز، و همچنین تمایل آن در احیای اکسیدها، مورد توجه خاصی قرار دارد. این فرایند با به‌کارگیری قوانین آلومینوترمی به منظور احیای اکسیدهای فلزاتی که واکنش پذیر هم گفته می‌شوند از جمله کروم و وانادیم و سپس جدایش آلومینیوم و اکسیژن از این قبیل فلزات و آلیاژها مرتبط است. فلزات واکنش پذیر از میل زیادشان به جذب اکسیژن و پایداری بالای اکسیدهایشان شناخته می‌شوند. در ضمن خواص مکانیکی مطلوب این عناصر فلزی و آلیاژهایشان مثل نرمی فقط تا زمانی که نیتروژن و اکسیژن موجود در آن‌ها خیلی پایین است بروز خواهد کرد. کانه فلزات واکنش پذیر عموماً شامل اکسیژن است و بنابراین یک شیوه غالب در فرایندهای متالورژیکی استخراجی برای بازیابی این عناصر فلزی و آلیاژهایشان این است که شرایط فرایند طوری طراحی می‌شود که مقدار زیادی اکسیژن از کانه خارج شود و از واکنش بین اکسیژن و نیتروژن تا حد ممکن جلوگیری شود. یک روش متعارف برای دستیابی به اهداف بالا، تشکیل کلریدهای فلزات واکنش پذیر و در نتیجه جداسازی اکسیژن از فلز واکنش پذیر به مقدار لازم می‌باشد. در بسیاری از موارد تبخیر کلریدها اجازه می‌دهد که با تبخیر بسیاری از ناخالصی‌های موجوددر سنگ معدن آن را خالص سازیم. کلرید خالص فلز واکنش پذیر، به کمک احیا با فلز دیگری که از نظر ترمودینامیکی قابلیت خارج کردن کلر از فلز واکنش پذیر را داراست، به فلز فعال احیا می‌شود. محصول این احیای متالوترمی یک فلز واکنش پذیر (معمولاً با دانه بندی کاملاً ریز مثل اسفنج) و کلرید فلز احیاکننده‌است. این فرایند که به نام مخترعش کرول نام گرفت، فرایند متالورژی استخراجی فراگیر حال حاضر است که برای تهیه تیتانیوم، زیرکونیوم و هافنیوم به کار گرفته می‌شود. یک روش دیگر برای رسیدن به اهداف مورد نظر، احیای سنگ معدن‌های اکسیدی فلزات واکنش پذیر به کمک آلومینیوم می‌باشد. این روش به پایداری بالای آلومینا مرتبط است که توسط آن احیای مستقیم به فلز واکنش پذیر انجام می‌شود در حال حاضر روش احیای آلومینوترمی برای تولید خیلی از فلزات و آلیاژها (مخصوصا فروآلیاژها) اهمیت صنعتی دارد. این قبیل فلزات و آلیاژها، فلزات واکنش پذیر کروم، نیوبیوم، تانتالوم و نیز فلزات دیرگداز مانند تنگستن را دربردارند.
یک جنبه مهم در احیاهای آلومینوترمی این است که گرمای زیاد آزاد شده در واکنش اجازه می‌دهد دمای فازهای فلزی و سرباره به بالاتر از نقطه ذوبشان برسد و بنابراین واکنش از هرگونه حرارت اضافی بی‌نیاز شود. از آنجایی که نقطه ذوب آلومینا در حدود ۲۲۷۰ است، روش معمول آنست که اکسید کلسیم به شارژ اضافه می‌کنند که توسط آن یک سرباره آلومینات کلسیم تولید می‌شود که در دمای پایین‌تری ذوب می‌گردد. احیای آلومینوترمی مرسوم در شکل معمولش ترکیبی شامل پودر آلومینیوم، سنگ معدن اکسیدی و به صورت اختیاری اکسید کلسیم را به کار می‌گیرد. این ترکیب در مخزنی با پوشش دیرگداز قرار داده می‌شود و واکنش گرمازا با حرارت مورد نیاز جهت یک بخش از شارژ برای مثال با شعله‌ور ساختن منیزیم یا به وسیله المنت گرم شونده به صورت الکتریکی آغاز می‌شود. سپس واکنش درون شارژ اشاعه می‌یابد. احیای آلومینوترمی مرسوم ضرورتاً یک عملیات مرحله‌ای است. در عمل دریافت شد در طول زمانی که جدایش باید رخ دهد به سبب زمان کم در دسترس برای واکنش و کوتاهی که فازهای فلزی و سرباره به صورت مذاب هستند بازیابی فلز از سرباره زیاد خوب نیست. بایستی بیشترین توجه به تغییراتی مانند اندازه ذره واکنش دهنده‌ها و میزان اختلاطشان جهت دستیابی به بازیابی قابل قبول از فلزات و آلیاژهای ارزشمند داده شود.