Surovinové zdroje pro výrobu hliníku Ačkoli hliník má největší procento zastoupení v zemské kůře, jeho výroba v průmyslovém měřítku začala teprve od roku 1859
Hliník se nachází v přírodě přibližně v 250 různých minerálech a mezi nejdůležitější patří korund, diaspor, boehmit, spinel, gibbsit, kyanit, andaluzit, silimanit, kaolinit, alunit a nefelin Přehled běžných minerálů hliníku. Minerál korund diaspor, boehmit gibbsit (hydrargilit) spinel kyanit, andaluzit, silamanit kaolinit alunit nefelín leucit sericit
Chemický vzorec Al2O3 Al2O3.H2O Al2O3.3 H2O Al2O3.MgO Al2O3.SiO2 Al2O3.2SiO2.2 H2O K2SO4.Al2(SO4)3.4Al(OH)3 (Na,K)2O. Al2O3.2SiO2 K2O. Al2O3.4SiO2 K2O.3 Al2O3.6SiO2.2H2O
Hmot. % Al2O3 100 85 65.4 71 63 39.5 37 32.3-35.9 23.5 38.4
Nejvýznamnější ekonomicky využitelnou rudou pro výrobu hliníku je bauxit V závislosti na bohatosti se jedna tuna hliníku získává ze čtyř až šesti tun bauxitu. V současnosti se světová výrobní kapacita z bauxitů odhaduje na 130 miliónů tun za rok Z tohoto množství se 123 miliónů tun použije na výrobu Al2O3 metalurgické jakosti a 7 miliónů tun pro speciální účely.
Slovo bauxit neodpovídá nějakému specifickému minerálu, ale hornině, která se skládá většinou z hydratovaných oxidů hliníku, zejména gibbsitu, boehmitu a diasporu. Podle [1] je bauxit definován jako hornina obsahující z hydroxidů hliníku zejména Al2O3.3H2O a také příměsi ve formě silikátů, jílů, usazenin, hydroxidů železa a z hydroxidů hliníku. Název bauxit prosadil P. Berthier. V roce 1921 analyzoval jílovité horniny z naleziště, které se nazývalo Le Baux ve Francii. Tato hornina pozůstávala z 52 % Al2O3, 27 % Fe2O3, a 20.4 % H2O. Horniny srovnatelného chemického složení se pak nazývaly bauxitem
Základní minerály tvořící bauxit jsou gibbsit, boehmit a diaspor Některé vlastnosti hlinitých minerálů bauxitu a korundu [4]. Chemické Krystalografický Měrná hmotnost Obsah 3 složení systém [g/cm ] hliníku [%] Gibbsit Al2O3.3H2O Monoklinický 2.41 34.6 Boehmit Al2O3.H2O Ortorombický 3.01 45 Diaspor Al2O3.H2O Ortorombický 3.44 45 Bayerit Al2O3.3H2O Monoklinický 2.53 34.6 Nordstrandit Al2O3.3H2O Triklinický 2.436 34.6 Tohdit 5Al2O3.H2O Hexagonální 3.72 10.22 Korund Al2O3 Hexagonální 3.98 53
Mohsova tvrdost 2.5 – 3.5 4–5 6.5 – 7 3 9
V těžbě bauxitu dominuje pět zemí: Austrálie, Guinea, Jamajka, Brazílie a Čína. Další země, v kterých se bauxit těží ve významném množství, jsou Venezuela a Indie. Tempo ve výrobě oxidu hlinitého určuje hlavně Austrálie, dále následují USA, Jamajka, Rusko, Čína, Brazílie, Venezuela, Surinam a Indie. Předpokládá se, že výroba oxidu hlinitého bude i nadále expandovat v Austrálii, Indii, Jamajce, Brazílii a Guiney . Podle P. A. Lyew-Ayee celkové světové zásoby bauxitů jsou hodnoceny na zhruba 50 biliónů tun. Také se předpokládá, že životnost celkových zásob nepoklesne pod 140 let i v blízké budoucnosti.
Afrika
6
6.2
Evropa
Východní/Centrální
6.2
Západní Evropa
7.0
Asie
8
Amerika
Severní
14
Amerika
16
Latinská
18
Oceánie
[mil.tun]
Produkce oxidu hlinitého
16.7 13.4
12
10 5.2
2
oxid hlinitý
4
0.7
0
Výroba oxidu hlinitého z bauxitu Vzhledem k amfoternímu charakteru oxidu hlinitého je ho v podstatě možné získávat z rud zásaditými i kyselými metodami. Navíc existuje také elektrotermický způsob výroby oxidu hlinitého. V současnosti se oxid hlinitý vyrábí téměř výlučně zásaditými metodami. Těmito metodami se působením alkálií (NaOH, resp. Na2CO3) na rudu bauxitu váže oxid hlinitý na hlinitan sodný podle rovnic (1) a (2), který je rozpustný ve vodě:
Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O, Al2O3 + Na2CO3 → 2NaAlO2 + CO2.
(1) (2)
Roztok hlinitanu sodného se odděluje od sraženiny, tzv. červeného kalu, složeného hlavně z oxidů a hydroxidů křemíku, železa a titanu. Roztok hlinitanu sodného se potom rozkládá a vylučuje se čistý hydroxid hlinitý. Ten se odfiltruje a alkalický roztok se po úpravách vrací zpět do procesu. Hydroxid hlinitý se pak při vysokých teplotách kalcinuje za účelem odstranění vody a proměny na suchý, čistý a nehygroskopický α−Al α− 2O3 vhodný k výrobě kovového hliníku.
Při kyselých způsobech se ruda zpracuje roztokem anorganických kyselin (H 2SO 4, HCl, HNO a podobně), přičemž se oxid hlinitý mění na příslušnou hlinitou sůl A1 2(SO 4)3, AlCl 3 atd. podle rovnic:
Al2O 3 + 3H 2SO 4 → Al2(SO 4) 3 + 3H 2O, Al2O 3 + 6HCl → 2 AlCl3 + 3H 2O. Rozkladem získané soli se uvolňuje hydroxid hlinitý a jeho vyžíháním bezvodý oxid hlinitý. Při elektrotermických způsobech se tavením bauxitu (nebo jiné suroviny obsahující hliník) s uhlím v elektrické peci vyredukují příměsi a získá se roztavený oxid hlinitý.
Bayerova a spékací metoda výroby oxidu hlinitého Bayerova metoda V současnosti je v celosvětovém měřítku nejrozšířenější hydrometalurgická výroba oxidu hlinitého zásaditým Bayerovým způsobem. Pro tento účel slouží jako surovina kvalitní bauxit, obsahující poměrně malé množství oxidu křemičitého v rozmezí 2–5 %. Pro zpracování takových bauxitů je Bayerův způsob nejhospodárnější, je jednoduchý a pomocí něho je možné vyrobit velmi čistý oxid hlinitý.
Tento proces byl vynalezen rakouským chemikem Karlem Josefem Bayerem (1847-1904) v devadesátých letech 19. století v Rusku, kde pracoval na získávaní oxidu hlinitého z bauxitu pro textilní průmysl. Základem byly dva důležité objevy, které se staly základem jeho procesu.
Prvním z nich byl objev samovolného rozkladu roztoků hlinitanu sodného a vylučování hydroxidu hlinitého za přítomnosti katalyzátoru čerstvě vysráženého Al(OH)3. Druhý Bayerův objev spočíval v tom, že oxid hlinitý, obsažený v bauxitech, je možné tlakově loužit působením hydroxidu sodného za vzniku hlinitanu sodného. Tyto dva pochody, přímé loužení oxidu hlinitého loužícimi roztoky za účelem získání hlinitanového roztoku a jeho samovolné rozkládaní a vylučování hydroxidu hlinitého, jsou podstatou Bayerova výrobního postupu Bayerův postup je uzavřený cyklus založený na chemické reakci: Al2O3 + 2 NaOH ? 2 NaAlO2 + H2O
Bayerova metoda je uzavřený cyklus loužení hydroxidem sodným a srážení sloučenin hliníku ze vstupní suroviny – bauxitu. Podle typu bauxitu probíhají následující reakce: • pro gibbsitické bauxity: Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2 H2O přičemž loužení probíhá při teplotách vyšších než 100 °C a srážení pod 100 °C, • pro boehmitické bauxity: AlOOH + NaOH →? NaAlO2 + H2O, loužení probíhá při teplotách vyšších než 200 °C, • pro diasporické bauxity: AlOOH + NaOH + Ca(OH)2 → NaAlO2 + Ca(OH)2+ H2O, loužení probíhá při teplotách vyšších než 240 °C.
• • • • •
Hlavní operační kroky Bayerova procesu tvoří: rozklad - loužení oxidu hlinitého vázaného v bauxitu (tvorba hlinitanového roztoku), oddělování červeného kalu, srážení hydroxidu hlinitého z hlinitanového roztoku, odstraňování Al(OH)3 z ochlazujícího se přesyceného hlinitanového roztoku, odpařování matečného roztoku.
Desilikace Po mletí a úpravě se suspenze bauxitu ohřívá na teplotu rozkladu. V průběhu této etapy se reaktivní křemičitý podíl rozpustí v kaustickém roztoku a následně odstraní z roztoku srážením ve formě sodnohlinitých hydrosilikátů. Tento proces se nazývá desilikace, případně někdy předdesilikace, když se desilikace provádí ještě před rozkladem v autoklávě, na rozdíl od desilikace, která může probíhat přímo v autoklávě: SiO2 + 2 NaOH → Na2SiO3 + H2O 2NaAlO2 + 2 Na2SiO3 + 4 H2O → Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O + 4 NaOH
Loužení bauxitu a jeho rozklad Bauxit se louží tak, že se na rozemletou rudu působí roztokem hydroxidu sodného anebo vratnými matečnými roztoky pod tlakem obyčejně vyšším, než je tlak atmosférický. Obecně platné rovnice pro zásadité loužení hydrátů hliníku z bauxitů: Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2 H2O, AlO(OH) + NaOH → NaAlO2 + H2O. Působením hydroxidu sodného na třihydrát anebo monohydrát vzniká metahlinitan sodný, rozpustný ve vodě. Část Al2O3 vázané na SiO2, např. v kaolinitu, tvoří sodnohlinitý silikát, který je v NaOH nerozpustný a přechází do červeného kalu.
Každý typ bauxitu se při zvýšené teplotě rozpouští v kaustickém roztoku a při snižující se teplotě se opět tvoří hydroxid hliníku podle reverzibilní reakce. Technologie tedy využívá teplotní závislost rozpouštění Al2O3 v kaustickém roztoku. Mimoto hraje také důležitou roli koncentrace kaustického roztoku. V průběhu loužení se tvoří hlinitanový roztok, který obsahuje nejen jednoduché hlinitanové ióny, ale také různé komplexní hydro-hlinitany v rovnovážném stavu: Al(OH)3 + 2 NaOH ? 2 Na+ + [Al(OH)5]2- , Al(OH)3 + 3 NaOH ? 3 Na+ + [Al(OH)6]3- . Rovnováha závisí na koncentraci a teplotě roztoku a na přebytku NaOH. V průběhu rozkladu hlinitanového roztoku krystalizuje hydroxid hlinitý a uvolňuje se opět hydroxid sodný. Většina bauxitů se rozkládá až při vyšších teplotách a tomu odpovídajících tlacích. K tomu se používá autoklávů. Autoklávy jsou uzavřené tlakové reaktory, válcové anebo rourové, ve kterých se suspenze mletého bauxitu a kaustického roztoku ohřívá nad teplotu varu – 105, 260 °C, resp. 310 °C. Ve válcových se pracuje při tlacích kolem 1-1.5 MPa, v rourových až 15 MPa. Mimo vysokých teplot a tlaků musí být autokláv odolný vůči korozivním a abrazivním účinkům bauxitové suspenze.
Schéma autoklávu na rozklad bauxitu s ohřívací spirálou . 1 – vstup suspenze, 2- výstup suspenze, 3- ohřívací pára, 4kondenzát, 5- míchací zař
Oddělování hlinitanového roztoku od červeného kalu
Loužená suspenze bauxitu obsahuje nerozpustné složky bauxitu, které jsou rozptýleny v roztoku hlinitanu sodného. V dalším kroku zpracování se odděluje roztok bohatý na hliník od pevné složky, červeného kalu. Oddělení zahrnuje jednotlivé operace na úpravu složení hlinitanového roztoku, oddělení kapalné a pevné fáze, promývání červeného kalu, jeho konečnou filtraci a řízenou filtraci hlinitanového roztoku. Před konečnou filtrací červeného kalu je možné dělat u Bayerova procesu jeho kaustifikaci za účelem snížení ztrát alkálií a regeneraci kaustického Na2O. Kaustifikace červeného kalu je vlastně chemická reakce suspenze červeného kalu s přidaným Ca(OH)2. Část NAS (sodnohlinité hydrosilikáty) zreaguje na CAS (vápenatohlinité hydrosilikáty) podle: 3(Na2O.Al2O3.2SiO2)Na2X.yH2O+ 4Ca(OH)2 → 3CaO.Al2O3.kSiO2.(6-2k)H2O + CaX + 8NaOH.
Vlastnosti a požadavky na Al2O3 pro elektrolýzu Na kvalitu oxidu hlinitého jako na výchozí materiál pro výrobu elektrolytického hliníku jsou kladeny jisté specifické požadavky. Z tohoto hlediska musí metalurgický oxid hlinitý splnit minimálně následující požadavky :
• • • • • •
dostatečnou rychlost rozpouštění v elektrolytu, výborné zachytávaní a zpracování unikajících emisí fluoru, pohodlné a řízené dávkování, minimalizaci tvorby prachových částic, dobré pokrývání anody v zájmu prevence vůči rychlé oxidaci a stabilní kůru na elektrolytu na minimalizaci tepelných ztrát , vysokou chemickou čistotu, nízký obsah zejména železa, fosforu, vanadu a křemíku.
Spékací metoda výroby Al2O3 Spékací metoda výroby Al2O3 patří k termickým zásaditým způsobům výroby a používá se na zpracování chudších bauxitů s vyšším obsahem SiO2 a křemíkovým modulem nižším než 6. Podstatou metody je spékaní bauxitů se sodou a vápencem, čím se získá spečenec, který je dobře rozpustný ve vodě. Vyloužením spečence ve vodě vznikne hlinitanový roztok, obdobně jako při Bayerové metodě. Při procesu vzniká také nerozpustný zbytek, nazývaný hnědý kal. Hnědý kal se odlišuje od červeného kalu jak z chemického, tak i z mineralogického hlediska. Po oddělení hnědého kalu se hlinitanový roztok rozkládá karbonizací pomocí CO2, čímž vznikne hydroxid hlinitý a mateční roztok. Na rozklad roztoku se použijí spaliny ze spékací pece, a to podle toho jak jsou bohaté na CO2. Matečný roztok (karbonát sodný) se opět recykluje na začátek procesu do větvě mokrého mletí a na spékaní. Vyrobený hydroxid hlinitý se po odfiltrování a promytí kalcinuje obdobně jako při Bayerové metodě.
Blokové schéma spékací metody výroby Al2O 3.
Výroba hliníku elektrolýzou Poprvé byla výroba hliníku elektrolýzou oxidu hlinitého z roztaveného kryolitu sodného patentována nezávisle Francouzem Paulem Héroultem a Američanem Charlesem Hallem v roce 1886 a je pozoruhodné, že tento způsob se s malými obměnami používá až dosud. Proto se elektrolýze hliníku pomocí roztavených solí říká také HallHéroultova elektrolýza. V průběhu posledních let však došlo v elektrolýze hliníku k podstatným změnám jako následek progresivního vývoje počítačových technologií. Tento umožnil aplikovat pohodlný a zdokonalený systém pro automatické řízení operace elektrolýzy. Moderní elektrolyzéry s předem vypálenými anodami pracují s centrálním dávkováním a sofistikovanějším kontrolním systémem procesu. Automaticky řízený systém používá modulární regulační procedury pro nastavování operačních parametrů individuálních pecí, jako • vzdálenost katoda-anoda, • koncentrace oxidu hlinitého • obsah fluoridu hlinitého v koupeli. Rozlišují se dva typy elektrolyzérů, a to se Söderbergovými horizontálními nebo vertikálními anodami a s předem vypálenými anodami. V současnosti se stále více propaguje elektrolyzér s předem vypálenými anodami, zejména z hlediska proudové účinnosti a kontroly emisí .
Pro výrobu hliníku elektrolýzou je vhodná roztavená sůl kryolit, Na3AlF6, do které se vsází oxid hlinitý a přídavky na modifikaci vlastností elektrolytu, nejčastěji na bázi fluoridů a chloridů sodíku, hořčíku, vápníku, litia Elektrolýza hliníku se realizuje v elektrolyzních pecích, elektrolyzérech, u kterých se nachází roztavený kryolit při teplotě přibližně 960 °C. Do koupele se pravidelně přidává oxid hlinitý, který se za daných podmínek v kryolitu rozpouští, a následkem nastavéného napětí na elektrolyzéru se rozkládá na kovový hliník putující na dno ke katodě a kyslík, který oxiduje uhlíkovou anodu. Elektrolyzér pro výrobu hliníku Základem moderního elektrolyzéru pro výrobu hliníku o, je praoúhlá ocelová vana o délce 9-14 m, šířce 3-4 m a výšce 1-1.2 m, která je zevnitř obložená žáruvzdorným izolačním materiálem a uhlíkovou vyzdívkou. Ve vnitřním prostoru je roztavený vysokokorozivní fluoridový elektrolyt a tekutý hliník. Elektrický proud se přivádí do elektrolyzéru pomocí 18-32 předem vypálených uhlíkových anod anebo ve starších typech elektrolyzérů pomocí jednoduchých samovypalovacích Södebergových anod.
Schéma a detail (Slovalco, a.s.) Hall-Héroultova elektrolyzéru s předem vypálenými anodami: a) průřez,b) půdorys.
• Hlavní složkou elektrolytu je roztavený kryolit, Na3AlF6, ve kterém je rozpuštěný oxid hlinitý. • Nízká pracovní teplota zlepšuje účinnost elektrolyzéru, a proto se její hodnota snižuje různými přísadami ze 1010 °C (bod topení kryolitu) na 920 - 970 °C. Nejpoužívanější přísady do elektrolytu jsou oxid hlinitý, fluorid vápenatý a fluorid hlinitý. • Vápník (jako CaO) se vnáší do elektrolytu s oxidem hlinitým a při rozpouštění reaguje s elektrolytem za vzniku CaF2. CaF2 je proto konstantní složkou fluoridového elektrolytu v množství 3 - 10 % • kryolitový poměr - (CR) je poměr molů NaF k molům AlF3 • Kryolit a CaF2 jsou z hlediska Lewisovy teorie neutrální látky. Proto elektrolyty, které obsahují volný AlF3, jsou kyselé elektrolyty, a když je v nich přebytek NaF, jsou to zásadité elektrolyty. Přísada LiF zvyšuje kryolitový poměr a MgF2 ho snižuje.
Elektrolytická výroba hliníku probíhá obecně podle chemických rovnic : 2 Al2O3(elektr) + 3 C(s) → 4 Al(l) + 3 CO2(g), Al2O3(elektr) + 3 C(s) → 2 Al(l) + 3 CO(g). Z termodynamických úvah a výpočtů je možné určit rovnovážný nebo rozkladný potenciál oxidu hlinitého za pomoci uhlíku při 967 oC, který je daný hodnotou E° = -1.189 V Roztavený kryolit disociuje podle vztahu (3). Vznikající hexafluorohlinitý kation může dále disociovat na iony AlF52-, AlF42- a F-. Na3AlF6 → 3 Na+ + AlF63Stupeň disociace AlF63- závisí na kryolitovém poměru elektrolytu. V elektrolytu jsou dále přítomné iony Na+, F-, AlF4-, AlF52-, Al2OF62-, Al2O2F64a mohou být přítomné také Li+, Al2O2F64-, Al2O2F108-. Sodíkový katión vede z 95 - 99 % elektrický proud, zbytek proudu vedou iony F-.
Katodové a anodové reakce Katodovou reakci zjednodušeně vyjadřuje rovnice: Al3+(elektrolyt) + 3 e- → Al(l) Kationy Al3+ nejsou přítomné v elektrolytu, protože hliník je přítomen v anionových komplexech, a to AlF4-, AlF52-, AlF63-, Al2OF62-, Al2O2F42-. Poté je možné katodovou reakci popsat vztahem: AlF4-(elektrolyt) + 3 e- → Al(l) + 4FAnodová reakce je reprezentováná vztahem: C + 2O2- → CO2(g) + 4 eTímto způsobem to však neprobíhá, protože v elektrolytu nejsou přítomné volné iony O2-. Kyslík se v elektrolytu nachází ve formě komplexních anionů Al-O-F, jako např. Al2O2F42- a Al2OF62- , a předpokládá se průběh anodové reakce podle vztahu: 2 Al2O2F42- + C → CO2 + 2 Al2OF4 + 4 e-
Pro rovnováhu komplexních anionů platí vztah: Al2OF62- + Al2OF4 ↔ Al2O2F42- + AlF3 Z termodynamických výpočtů a na základě rovnovážných podmínek reakce: CO2(g) + C ↔2 CO(g) při 1000 °C by měl plyn obsahovat zhruba 99 % CO a 1 % CO2, avšak rozbor anodových plynů a spotřeba uhlíku ukázaly, že primárním produktem na anodě je prakticky jen CO2. Anodový efekt S poklesem koncentrace oxidu hlinitého v elektrolytu stoupá napětí na elektrolyzéru. Při poklesu koncentrace pod určitou limitní hranici v důsledku koncentrační polariza ce se místo normální anodové reakce začne na anodě vylučovat fluor, který reaguje s uhlíkem anody za tvorby tetrafluoridu uhličitého CF4. Pod anodou se vytvoří v důsledku elektrostatického efektu izolující vrstva plynu a změní se i smáčení anody. Tím se podstatně zvětší odpor elektrolyzéru, a aby se udržel konstantní proud série, tak napětí na elektrolyzéru prudce stoupne a dosahuje hodnoty 50-60 V. Spád napětí je přitom realizovaný mezi anodou a elektrolytem. Tento efekt se nazývá anodový efekt
Různé složky v emisích jsou: • částice: uhlík (C), oxid hlinitý (Al2O3), kryolit (Na3AlF6), chiolit (Na5Al3F14), fluorid hlinitý (AlF3), fluorid vápenatý (CaF2) a uhlovodíky (PAH – PolyAromatic Hydrocarbon), • plyny: fluorovodík (HF), fluorid uhličitý (CF4), hexafluorid diuhlíku (C2F6), fluorid křemičitý (SiF4), oxid uhličitý (SO2), sulfan (H2S), sulfid uhličitý (CS2), karbonylsulfid (COS), oxid uhličitý (CO2), oxid uhelnatý (CO), voda (H2O), uhlovodíky. Největším problémem emisí je fluor, který je toxický pro rostliny, a tím i pro lidi a zvířata. Kromě toho jsou, fluoridové emise značně korosivní pro materiály v oblasti závodu. Tuhé odpady z elektrolýzy hliníku Odpadní materiál se skládá z uhlíkové katody, žáruvzdorné a izolační vyzdívky, penetrovaného kovu a elektrolytu a malého množství nitridu hlinitého a kyanidových solí. Primární výroba hliníku ve světe činí kolem 25 mil. tun za rok a odpadní materiál z pecí představuje asi 50 kg/tunu Al. To znamená, že za rok hliníkářský průmysl poskytuje cca 1 250 000 tun odpadních materiálů.
V literatuře se uvádí, že tento odpad obsahuje průměrně 30 % uhlíku, 30 % žáruvzdorných materiál, 40 % fluoridových solí a cca 0.2 % kyanidových solí. Suchý způsob
V případě, že se odplyny z elektrolýzy nechají působit s oxidem hlinitým, je možné prakticky celý obsah fluoridů z plynů znovu získat ve formě fluoridu hlinitého. Celková reakce je dána rovnicí: Al2O3(s) + 6HF(g) → 2 AlF3(s) + 3 H2O(g)
Alternativní metody výroby hliníku a moderní trendy ve vývoji technologií Karbotermická redukce První pokusy zaměřené na výrobu hliníku přímou karbotermickou redukcí oxidu hlinitého podle reakce: Al2O3 + 3 C = 2 Al + 3 CO V posledních letech jsou nejznámější výsledky firmy Péchiney ve Francii a Alcan v Kanadě, které vyvinuly zařízení na termickou přípravu hliníku v poloprovozním měřítku Karbotermická redukce není jednoduchá zejména kvůli tomu, že jsou potřebné extrémně vysoké teploty kolem 2000 °C a ztráty tepla jsou značné. Rovněž je tendence přednostní tvorby Al4C3 a plynného produktu CO a při přebytku Al2O3 i oxikarbidů. 2 Al2O3 + 9 C = Al4C3 + 6 CO(g) Al4C3 + Al2O3 = 6 Al(l) + 3 CO(g) Nevýhodou je, že při provozních teplotách má hliník významný tlak par, což snižuje účinnost reakce a navíc se tvoří suboxidy. Přímou karbotermickou redukci je možné realizovat ve vysoké peci, obdobně jako je tomu při výrobě železa. Surovina na bázi jílů a bauxitů se redukuje koksem za vzniku zhruba 70 % hliníku a 30 % slitiny s křemíkem.
