黒色炭化ケイ素（SiC）の製錬プロセスでは、主に高温抵抗炉製錬法であるアチソン法が採用されています。主なプロセスフローは以下のとおりです。
1. 原材料の準備
主な原料: 石英砂 (SiO₂ 含有量 ≥ 98%) と石油コークス (炭素含有量 ≥ 98%)、少量のおがくずと塩化ナトリウム (NaCl) を補助原料として使用します。
配合: 炭化ケイ素の反応式 SiO₂ + 3C → SiC + 2CO↑ に基づき、実際の生産では、酸化損失を補うためにわずかに過剰な炭素 (約 3 ～ 5%) が必要になります。
前処理: 原材料を粉砕し、適切な粒度(通常、石英砂の場合は0.5〜5mm、石油コークスの場合は0.2〜2mm)にふるい分け、均一に混合する必要があります。
2. 炉への装填とコアの準備
炉の構造: 底部に耐火レンガを敷き詰め、側壁を取り外し可能な長方形または円形の固定抵抗炉。
炉心: グラファイト粉末またはリサイクルされた炭化ケイ素材料で作られた導電性の炉心(発熱体として機能)が炉体の中央に配置されています。
装入：混合物を層状にして炉心の周りに充填し、外側を断熱材（コークス粉や石英砂など）で覆って保温します。
3. 電解製錬
電気加熱：炉心の両端の電極を通して低電圧、高電流（約5000～10000A）を流し、炉心温度を徐々に2000～2500℃まで上げます。
反応プロセス:
約1400℃から、SiO₂は炭素によって還元され、気体のSiOとCOを生成します。
SiO₂ + C → SiO↑ + CO↑
気相SiOは炭素と反応してSiCを形成します。
SiO + 2C → SiC + CO↑
最終的に、炉心の周りに炭化ケイ素の結晶層が形成されます。
製錬時間: 約 24 ～ 40 時間の連続通電。具体的な時間は炉のサイズと電力によって異なります。
4. 冷却と炉の解体
自然冷却: 停電後は、結晶化の亀裂を引き起こす可能性のある急速な冷却を防ぐために、炉体をゆっくり（約 7 ～ 14 日間）冷却する必要があります。
炉の解体：絶縁層を除去し、炭化ケイ素結晶ブロックを抽出します。
5. グレーディングと処理
コアエリア製品: 炉心周囲のエリアは、高純度の黒色炭化ケイ素結晶ブロック (α-SiC、六方晶) で構成されています。
階層化処理:
グレード 1: 高密度結晶領域、SiC 含有量 ≥ 97%、高級研磨材および耐火材料の製造に使用されます。
グレード2：不純物が多く含まれており、冶金添加剤などとして使用されます。
非晶質ゾーン: 不完全に反応した混合物、リサイクル可能。
その後の処理: 粉砕、ふるい分け、酸洗浄(金属不純物の除去)、磁気分離、水圧分級などにより、さまざまな粒子サイズの完成製品が得られます。
6. 主要な補助プロセス
ウッドチップ：炉内投入物の透過性を高め、COガスの排出を促進します。
塩の使用：原料中のアルミニウムや鉄などの不純物と反応して塩化物を形成し、揮発させることで原料を精製します。
廃ガス処理：製錬では大量の CO ガスが発生しますが、汚染を防ぐためにこれを収集、利用、または燃焼する必要があります。
プロセスの特徴と課題:
高いエネルギー消費: 1 トンのシリコンカーバイドを生産するには、約 8000 ～ 10000 kWh の電力が消費されます。
重要な温度制御: 温度が不十分だと反応が不完全になり、温度が高すぎると SiC が分解します。
環境要件: CO ガスと粉塵は処理する必要があります。現代のプロセスには廃熱回収システムが含まれることがよくあります。
現代的改良の方向:
より大きな炉のタイプ: 単一の炉の出力を増加します (最大数千トン)。
自動化制御: 電源オン曲線を最適化してエネルギー消費を削減します。
グリーン製錬：廃ガス回収による発電、廃棄物のリサイクル。