JP2001348630A - 金属ｖ素材の精錬方法 - Google Patents
金属ｖ素材の精錬方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 テルミット反応で製造された金属Ｖ素材中の
Ａｌ成分とＯ成分を効率よく除去する金属Ｖ素材の精錬
方法を提供する。 【解決手段】 精錬対象の金属Ｖ素材を造滓剤とともに
真空溶解炉で溶解して金属Ｖ素材からＡｌ成分とＯ成分
を除去するスラグ精錬法であって、造滓剤がＣａＯとＡ
ｌ2Ｏ3の配合物であり、その配合物におけるＡｌ2Ｏ3の
配合量が２０〜９０重量％である金属Ｖ素材の精錬方
法。
Ａｌ成分とＯ成分を効率よく除去する金属Ｖ素材の精錬
方法を提供する。 【解決手段】 精錬対象の金属Ｖ素材を造滓剤とともに
真空溶解炉で溶解して金属Ｖ素材からＡｌ成分とＯ成分
を除去するスラグ精錬法であって、造滓剤がＣａＯとＡ
ｌ2Ｏ3の配合物であり、その配合物におけるＡｌ2Ｏ3の
配合量が２０〜９０重量％である金属Ｖ素材の精錬方
法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は金属Ｖ素材の精錬方
法に関し、更に詳しくは、Ｖ2Ｏ5に対して金属Ａｌを還
元元素としたテルミット反応で製造された金属Ｖ素材中
の除去対象成分であるＡｌ成分とＯ成分を、いわゆるス
ラグ精錬法で有効に除去することができる金属Ｖ素材の
精錬方法に関する。
法に関し、更に詳しくは、Ｖ2Ｏ5に対して金属Ａｌを還
元元素としたテルミット反応で製造された金属Ｖ素材中
の除去対象成分であるＡｌ成分とＯ成分を、いわゆるス
ラグ精錬法で有効に除去することができる金属Ｖ素材の
精錬方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属Ｖには、水素吸蔵合金や核融合炉用
構造材料の基礎素材としての用途分野がある。そして、
この金属Ｖ素材の製造方法としては、各種の方法が実施
されているが、近時、テルミット法で製造される場合が
多い。このテルミット法は、公知の方法で製造したＶ2
Ｏ5を金属Ａｌで還元して金属IV素材を製造する方法で
ある。そして、このテルミット法で製造された金属Ｖ素
材は、金属Ｖ成分が９５〜９９重量％程度、またＡｌ成
分やＯ成分が主としてＡｌ2Ｏ3の形態で１〜５重量％程
度の組成比になっているのが通例である。
構造材料の基礎素材としての用途分野がある。そして、
この金属Ｖ素材の製造方法としては、各種の方法が実施
されているが、近時、テルミット法で製造される場合が
多い。このテルミット法は、公知の方法で製造したＶ2
Ｏ5を金属Ａｌで還元して金属IV素材を製造する方法で
ある。そして、このテルミット法で製造された金属Ｖ素
材は、金属Ｖ成分が９５〜９９重量％程度、またＡｌ成
分やＯ成分が主としてＡｌ2Ｏ3の形態で１〜５重量％程
度の組成比になっているのが通例である。
【０００３】しかしながら、このような組成の金属Ｖ素
材を水素吸蔵合金の基礎素材として用いた場合、Ｏ成分
は当該水素吸蔵合金に対しその水素吸蔵量を減少させる
という悪影響を及ぼし、また核融合炉用構造材料の基礎
素材として用いた場合には、Ａｌ成分やＯ成分がその構
造材料の中性子線に対する耐性を劣化させるという問題
が生ずる。
材を水素吸蔵合金の基礎素材として用いた場合、Ｏ成分
は当該水素吸蔵合金に対しその水素吸蔵量を減少させる
という悪影響を及ぼし、また核融合炉用構造材料の基礎
素材として用いた場合には、Ａｌ成分やＯ成分がその構
造材料の中性子線に対する耐性を劣化させるという問題
が生ずる。
【０００４】そのため、この金属Ｖ素材を上記した用途
分野で使用する場合には、当該金属Ｖ素材を精錬してＡ
ｌ成分やＯ成分を除去することが必要になる。金属Ｖ素
材のこの精錬に関しては、従来から、エレクトロンビー
ム炉（ＥＢ炉）を用いた精錬が行われている。すなわ
ち、ＥＢ炉内のるつぼに精錬対象の金属Ｖ素材を投入
し、ここに所定エネルギーの電子ビームを照射して溶解
する方法である。この方法によれば、金属Ｖ素材に含有
されているＡｌ成分とＯ成分が例えばＡｌＯ（ｇ）とい
うガス成分となって除去され、金属Ｖの高純度化が達成
される。
分野で使用する場合には、当該金属Ｖ素材を精錬してＡ
ｌ成分やＯ成分を除去することが必要になる。金属Ｖ素
材のこの精錬に関しては、従来から、エレクトロンビー
ム炉（ＥＢ炉）を用いた精錬が行われている。すなわ
ち、ＥＢ炉内のるつぼに精錬対象の金属Ｖ素材を投入
し、ここに所定エネルギーの電子ビームを照射して溶解
する方法である。この方法によれば、金属Ｖ素材に含有
されているＡｌ成分とＯ成分が例えばＡｌＯ（ｇ）とい
うガス成分となって除去され、金属Ｖの高純度化が達成
される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たＥＢ炉を用いた金属Ｖ素材の高純度化には次のような
問題がある。まず、ＥＢ炉は、その付帯設備まで含める
と可成り設備費が嵩み、そのため、高純度化に要するコ
ストアップを招くということである。また、ＥＢ炉によ
る溶解は投入した素材の表面部分でのみ進行するので、
素材の投入量が多い場合は、その全量を溶解することが
困難であり、そのことから大量の素材を高い生産性の下
で高純度化することができず、やはり高純度化に要する
コストアップを招くということである。
たＥＢ炉を用いた金属Ｖ素材の高純度化には次のような
問題がある。まず、ＥＢ炉は、その付帯設備まで含める
と可成り設備費が嵩み、そのため、高純度化に要するコ
ストアップを招くということである。また、ＥＢ炉によ
る溶解は投入した素材の表面部分でのみ進行するので、
素材の投入量が多い場合は、その全量を溶解することが
困難であり、そのことから大量の素材を高い生産性の下
で高純度化することができず、やはり高純度化に要する
コストアップを招くということである。
【０００６】本発明は、テルミット反応で製造された金
属Ｖ素材をＥＢ炉で高純度化するという従来の精錬法が
かかえていた上記した問題を解決し、金属Ｖ素材の処理
量が大量であっても高純度化が可能であり、また要する
設備費もＥＢ溶解に比べて低廉であり、もって低コスト
で金属Ｖ素材の精錬が可能な金属Ｖ素材の精錬法の提供
を目的とする。
属Ｖ素材をＥＢ炉で高純度化するという従来の精錬法が
かかえていた上記した問題を解決し、金属Ｖ素材の処理
量が大量であっても高純度化が可能であり、また要する
設備費もＥＢ溶解に比べて低廉であり、もって低コスト
で金属Ｖ素材の精錬が可能な金属Ｖ素材の精錬法の提供
を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
目的を達成するために、金属Ｖ素材の安価な精錬法に関
する研究を重ねる過程で、金属Ｖ素材からの除去対象成
分であるＡｌ成分とＯ成分は、当該金属Ｖ素材において
は、Ａｌ2Ｏ3に代表されるＡｌ酸化物の形態で存在して
いるということに着目した。
目的を達成するために、金属Ｖ素材の安価な精錬法に関
する研究を重ねる過程で、金属Ｖ素材からの除去対象成
分であるＡｌ成分とＯ成分は、当該金属Ｖ素材において
は、Ａｌ2Ｏ3に代表されるＡｌ酸化物の形態で存在して
いるということに着目した。
【０００８】そして、Ａｌ成分とＯ成分を金属Ｖ素材か
ら除去して当該金属Ｖ素材を高純度化するためには、金
属Ｖ素材に存在しているＡｌ酸化物を除去することが有
効であり、またそのための手段としていわゆるスラグ精
錬法の採用を着想し、この着想に基づいて更なる研究を
重ねた結果、本発明の金属Ｖ素材の精錬方法を開発する
に至った。
ら除去して当該金属Ｖ素材を高純度化するためには、金
属Ｖ素材に存在しているＡｌ酸化物を除去することが有
効であり、またそのための手段としていわゆるスラグ精
錬法の採用を着想し、この着想に基づいて更なる研究を
重ねた結果、本発明の金属Ｖ素材の精錬方法を開発する
に至った。
【０００９】すなわち、本発明の金属Ｖ素材の製造方法
は、精錬対象の金属Ｖ素材を造滓剤とともに真空溶解炉
で溶解して前記金属Ｖ素材からＡｌ成分とＯ成分を除去
する方法であって、前記造滓剤がＣａＯとＡｌ2Ｏ3の配
合物であることを特徴とする。具体的には、前記配合物
におけるＡｌ2Ｏ3の配合量が２０〜９０重量％であり、
前記金属Ｖ素材におけるＡｌ成分とＯ成分の含有率が、
Ａｌ2Ｏ3の形態で１〜５重量％であり、また、前記金属
Ｖ素材が、金属Ａｌを還元元素とするＶ2Ｏ5に対するテ
ルミット反応で製造された金属Ｖ素材である金属Ｖ素材
の精錬方法が提供される。
は、精錬対象の金属Ｖ素材を造滓剤とともに真空溶解炉
で溶解して前記金属Ｖ素材からＡｌ成分とＯ成分を除去
する方法であって、前記造滓剤がＣａＯとＡｌ2Ｏ3の配
合物であることを特徴とする。具体的には、前記配合物
におけるＡｌ2Ｏ3の配合量が２０〜９０重量％であり、
前記金属Ｖ素材におけるＡｌ成分とＯ成分の含有率が、
Ａｌ2Ｏ3の形態で１〜５重量％であり、また、前記金属
Ｖ素材が、金属Ａｌを還元元素とするＶ2Ｏ5に対するテ
ルミット反応で製造された金属Ｖ素材である金属Ｖ素材
の精錬方法が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明は、金属Ｖ素材に対するい
わゆるスラグ精錬法であり、用いる造滓剤が後述するＣ
ａＯとＡｌ2Ｏ3の配合物であるところに最大の特徴を有
し、その精錬時における除去対象成分はＡｌ成分とＯ成
分である。本発明においては、まず、高周波真空誘導溶
解炉を代表例とする真空溶解炉内に設置されているるつ
ぼの中に、精錬対象の金属Ｖ素材と後述する造滓剤が投
入される。
わゆるスラグ精錬法であり、用いる造滓剤が後述するＣ
ａＯとＡｌ2Ｏ3の配合物であるところに最大の特徴を有
し、その精錬時における除去対象成分はＡｌ成分とＯ成
分である。本発明においては、まず、高周波真空誘導溶
解炉を代表例とする真空溶解炉内に設置されているるつ
ぼの中に、精錬対象の金属Ｖ素材と後述する造滓剤が投
入される。
【００１１】そして、真空溶解炉を運転して金属Ｖ素材
を金属Ｖの融点（常圧下の融点は１９１０℃）以上の温
度に加熱して金属Ｖ素材の溶湯を溶製する。この過程で
は、造滓剤が溶融して成るスラグが溶湯の上に同時に形
成される。ところで、金属Ｖ素材中のＡｌ成分とＯ成分
は、溶湯中で次のような存在形態をとっているものと考
えられる。すなわち、それぞれが単独で溶湯中に溶存し
ている形態と、両者が結合したＡｌ2Ｏ3の形態である。
後者のＡｌ2Ｏ3の形態は、溶製前の金属Ｖ素材のＡｌ2
Ｏ3がそのまま溶湯に移行したものであると考えられ
る。
を金属Ｖの融点（常圧下の融点は１９１０℃）以上の温
度に加熱して金属Ｖ素材の溶湯を溶製する。この過程で
は、造滓剤が溶融して成るスラグが溶湯の上に同時に形
成される。ところで、金属Ｖ素材中のＡｌ成分とＯ成分
は、溶湯中で次のような存在形態をとっているものと考
えられる。すなわち、それぞれが単独で溶湯中に溶存し
ている形態と、両者が結合したＡｌ2Ｏ3の形態である。
後者のＡｌ2Ｏ3の形態は、溶製前の金属Ｖ素材のＡｌ2
Ｏ3がそのまま溶湯に移行したものであると考えられ
る。
【００１２】そして、このＡｌ2Ｏ3は、その融点が２０
５０℃（常圧下）であり、金属Ｖの融点より高いため、
溶湯内では非溶融状態で存在していることになる。ここ
で、用いた造滓剤を考えると、これは融点（常圧下）が
２５７２℃であるＣａＯと前記した融点のＡｌ2Ｏ3の２
成分系であるため、ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3の状態図から明ら
かなように、両者の配合比を選定することにより、得ら
れた配合物の溶融物であるスラグの融点をＡｌ2Ｏ3の融
点よりも低くすることができる。
５０℃（常圧下）であり、金属Ｖの融点より高いため、
溶湯内では非溶融状態で存在していることになる。ここ
で、用いた造滓剤を考えると、これは融点（常圧下）が
２５７２℃であるＣａＯと前記した融点のＡｌ2Ｏ3の２
成分系であるため、ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3の状態図から明ら
かなように、両者の配合比を選定することにより、得ら
れた配合物の溶融物であるスラグの融点をＡｌ2Ｏ3の融
点よりも低くすることができる。
【００１３】したがって、このような状態にあるスラグ
と前記した溶湯との接触界面における反応を考えると、
上記界面近傍における溶湯中のＡｌ2Ｏ3は低融点化して
おり、そのＡｌ2Ｏ3は溶湯からスラグへと移動すること
になる。すなわち、溶湯中のＡｌ2Ｏ3は除去されて、溶
湯は高純度化する。そして、この過程で、溶湯中の固溶
Ｏ成分と固溶Ａｌ成分のＡｌ2Ｏ3への生成反応が進み、
同時にこの生成Ａｌ2Ｏ3もスラグ側へ移動していくこと
になるので、溶湯の高純度化は進行する。
と前記した溶湯との接触界面における反応を考えると、
上記界面近傍における溶湯中のＡｌ2Ｏ3は低融点化して
おり、そのＡｌ2Ｏ3は溶湯からスラグへと移動すること
になる。すなわち、溶湯中のＡｌ2Ｏ3は除去されて、溶
湯は高純度化する。そして、この過程で、溶湯中の固溶
Ｏ成分と固溶Ａｌ成分のＡｌ2Ｏ3への生成反応が進み、
同時にこの生成Ａｌ2Ｏ3もスラグ側へ移動していくこと
になるので、溶湯の高純度化は進行する。
【００１４】その場合、形成されているスラグは、あく
までも溶湯上で溶融状態になっていることが必要であ
る。すなわち、換言すれば、スラグは、その融点が金属
Ｖの前記した融点よりも低くなるような組成比になって
いることが必要である。このようなことから、本発明に
おいては、スラグ形成に用いる造滓剤として、Ａｌ2Ｏ3
の配合量が２０〜９０重量％（したがって、ＣａＯの配
合量が１０〜８０重量％）の配合物を選定する。Ａｌ2
Ｏ3の配合量が上記範囲から外れている配合物を造滓剤
として用いても、金属Ｖの融点より低融点の組成比にな
るスラグを形成することが困難となり、溶湯からのＡｌ
成分とＯ成分の除去は事実上不可能となるからである。
までも溶湯上で溶融状態になっていることが必要であ
る。すなわち、換言すれば、スラグは、その融点が金属
Ｖの前記した融点よりも低くなるような組成比になって
いることが必要である。このようなことから、本発明に
おいては、スラグ形成に用いる造滓剤として、Ａｌ2Ｏ3
の配合量が２０〜９０重量％（したがって、ＣａＯの配
合量が１０〜８０重量％）の配合物を選定する。Ａｌ2
Ｏ3の配合量が上記範囲から外れている配合物を造滓剤
として用いても、金属Ｖの融点より低融点の組成比にな
るスラグを形成することが困難となり、溶湯からのＡｌ
成分とＯ成分の除去は事実上不可能となるからである。
【００１５】なお、この造滓剤は、ＣａＯ粉末とＡｌ2
Ｏ3の粉末を上記した配合比となるように混合して製造
することができる。このとき、ＣａＯ粉末は吸湿性であ
るため、可能な限り水分を含まない状態で使用すること
が好ましい。水分を含んだ状態で使用すると、この水分
によりＣａＯはＣａ（ＯＨ）2になってしまい、そのこ
とにより、造滓剤として用いたときに溶湯中のＯ成分の
除去効果を阻害するからである。
Ｏ3の粉末を上記した配合比となるように混合して製造
することができる。このとき、ＣａＯ粉末は吸湿性であ
るため、可能な限り水分を含まない状態で使用すること
が好ましい。水分を含んだ状態で使用すると、この水分
によりＣａＯはＣａ（ＯＨ）2になってしまい、そのこ
とにより、造滓剤として用いたときに溶湯中のＯ成分の
除去効果を阻害するからである。
【００１６】
【実施例】まず、ＣａＯ粉末とＡｌ2Ｏ3粉末を用いて表
１で示した各種配合比の配合物を造滓剤として製造し
た。なお、この配合物の融点を状態図から求め、その値
も表１に併記した。
１で示した各種配合比の配合物を造滓剤として製造し
た。なお、この配合物の融点を状態図から求め、その値
も表１に併記した。
【００１７】
【表１】
【００１８】一方、テルミット反応で製造した金属Ｖ素
材を精錬対象として用意した。この素材は、化学分析に
よれば、Ｖ：９５重量％、固溶Ａｌ：０.５重量％、Ａ
ｌ2Ｏ 3：２.０重量％であり、全Ｏ成分量が２.７５重量
％のものである。そして、その融点は１９００℃（常圧
下）である。この素材を高周波真空誘導溶解炉内のＺｒ
Ｏ2製るつぼに投入し、そして同時に、表１で示した造
滓剤のそれぞれを、溶湯１kg当たり２００ｇとなる割合
で投入したのち溶解炉を運転し、表２で示した温度と時
間でスラグ精錬を行った。
材を精錬対象として用意した。この素材は、化学分析に
よれば、Ｖ：９５重量％、固溶Ａｌ：０.５重量％、Ａ
ｌ2Ｏ 3：２.０重量％であり、全Ｏ成分量が２.７５重量
％のものである。そして、その融点は１９００℃（常圧
下）である。この素材を高周波真空誘導溶解炉内のＺｒ
Ｏ2製るつぼに投入し、そして同時に、表１で示した造
滓剤のそれぞれを、溶湯１kg当たり２００ｇとなる割合
で投入したのち溶解炉を運転し、表２で示した温度と時
間でスラグ精錬を行った。
【００１９】得られた精錬物を分析した。以上の結果を
表２に示した。なお、各除去成分の除去率も表２に併記
した。
表２に示した。なお、各除去成分の除去率も表２に併記
した。
【００２０】
【表２】
【００２１】
【発明の効果】表２から明らかなように、本発明のスラ
グ精錬法によれば、金属Ｖ素材中のＡｌ成分とＯ成分を
Ａｌ2Ｏ3成分として極めて高い除去率で除去することが
できる。しかも、この精錬は真空溶解炉を用いて実施で
きるので、従来のＥＢ炉を用いた精錬コストに比べて全
体として安価となり、また素材の大量処理が可能であ
る。
グ精錬法によれば、金属Ｖ素材中のＡｌ成分とＯ成分を
Ａｌ2Ｏ3成分として極めて高い除去率で除去することが
できる。しかも、この精錬は真空溶解炉を用いて実施で
きるので、従来のＥＢ炉を用いた精錬コストに比べて全
体として安価となり、また素材の大量処理が可能であ
る。
【００２２】したがって、本発明は、金属Ｖの高純度が
要求される水素吸蔵合金や核融合炉用構造材料の製造時
に適用してその工業的価値は極めて大である。
要求される水素吸蔵合金や核融合炉用構造材料の製造時
に適用してその工業的価値は極めて大である。
Claims (4)
- 【請求項１】 精錬対象の金属Ｖ素材を造滓剤とともに
真空溶解炉で溶解して前記金属Ｖ素材からＡｌ成分とＯ
成分を除去する方法であって、前記造滓剤がＣａＯとＡ
ｌ2Ｏ3の配合物であることを特徴とする金属Ｖ素材の精
錬方法。 - 【請求項２】 前記配合物におけるＡｌ2Ｏ3の配合量が
２０〜９０重量％である請求項１の金属Ｖ素材の精錬方
法。 - 【請求項３】 前記金属Ｖ素材におけるＡｌ成分とＯ成
分の含有率が、Ａｌ2Ｏ3の形態で１〜５重量％である請
求項１または２の金属Ｖ素材の精錬方法。 - 【請求項４】 前記金属Ｖ素材が、金属Ａｌを還元元素
とするＶ2Ｏ5に対するテルミット反応で製造された金属
Ｖ素材である請求項１〜３のいずれかの金属Ｖ素材の精
錬方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000173589A JP2001348630A (ja) | 2000-06-09 | 2000-06-09 | 金属ｖ素材の精錬方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000173589A JP2001348630A (ja) | 2000-06-09 | 2000-06-09 | 金属ｖ素材の精錬方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001348630A true JP2001348630A (ja) | 2001-12-18 |
Family
ID=18675791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000173589A Pending JP2001348630A (ja) | 2000-06-09 | 2000-06-09 | 金属ｖ素材の精錬方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001348630A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100453553B1 (ko) * | 2002-01-31 | 2004-10-20 | 한국지질자원연구원 | 바나듐 함유 폐기물로부터 바나듐을 회수하는 재활용 방법 |
| CN112813230A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-18 | 河钢股份有限公司承德分公司 | 一种含钒铁水真空提钒的方法 |
-
2000
- 2000-06-09 JP JP2000173589A patent/JP2001348630A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100453553B1 (ko) * | 2002-01-31 | 2004-10-20 | 한국지질자원연구원 | 바나듐 함유 폐기물로부터 바나듐을 회수하는 재활용 방법 |
| CN112813230A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-18 | 河钢股份有限公司承德分公司 | 一种含钒铁水真空提钒的方法 |
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