JP2005213548A - Method and apparatus for manufacturing metal titanium by reducing lower chloride of titanium - Google Patents

Method and apparatus for manufacturing metal titanium by reducing lower chloride of titanium Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent contamination by impurities such as iron from a reaction vessel and to accelerate a reduction reaction, and to provide a method for manufacturing metallic titanium by which a reaction by-product is easily removed. <P>SOLUTION: The method for manufacturing metallic titanium includes a reduction step of obtaining metal titanium by reducing titanium dichloride or titanium trichloride as raw material with metal magnesium or a magnesium alloy using a reaction vessel 2 made of titanium. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、金属チタンの製造方法とその製造装置に関するものであり、特に、チタンの低級塩化物を出発原料として、チタン製の小型反応容器内で、還元反応により半連続的に効率良く金属チタンを製造できるようにしたものである。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing titanium metal and an apparatus for producing the same, and in particular, using titanium lower chloride as a starting material, in a small titanium reaction vessel, the metal titanium is efficiently semi-continuously by a reduction reaction. Can be manufactured.

金属チタンの製造方法の先駆けとなったのは、四塩化チタン(TiCl)を原料として、金属ナトリウム(Na)による還元反応を行うハンター法である。この反応式は、TiCl+4Na → Ti+4NaClで示されるが、反応熱が大きいので、2段還元法が有利とされている。 The pioneering method for producing titanium metal is a hunter method in which titanium tetrachloride (TiCl 4 ) is used as a raw material to perform a reduction reaction with metal sodium (Na). This reaction formula is represented by TiCl 4 + 4Na → Ti + 4NaCl, but since the heat of reaction is large, the two-stage reduction method is advantageous.

まず第1段では、四塩化チタンと溶融金属ナトリウムを連続的に鋼製反応容器に送入し、二塩化チタン(TiCl)と塩化ナトリウム(NaCl)の共融物を製造する。
次に、この共融物を溶融状態で焼結ポットに移し、金属ナトリウムを追加して加熱し、二塩化チタンを金属チタンに還元する。生成物を希塩酸で浸出して反応副生成物である塩化ナトリウムを除去し、水洗、真空乾燥して、“スポンジチタン”を得るものである。
なお、温度を制御することで、ハンター法でも1段還元で製造することができる。
First, in the first stage, titanium tetrachloride and molten metal sodium are continuously fed into a steel reaction vessel to produce a eutectic of titanium dichloride (TiCl 2 ) and sodium chloride (NaCl).
Next, this eutectic is transferred to a sintering pot in a molten state, and metal sodium is added and heated to reduce titanium dichloride to metal titanium. The product is leached with dilute hydrochloric acid to remove sodium chloride which is a reaction by-product, washed with water and vacuum dried to obtain “sponge titanium”.
In addition, by controlling the temperature, the hunter method can be manufactured by one-stage reduction.

しかしながら、このハンター法では、反応副生成物である塩化ナトリウムの除去に洗浄が必要であるため、工程が煩雑であるという問題があった。   However, this Hunter method has a problem that the process is complicated because it requires washing to remove sodium chloride which is a reaction by-product.

そこで、現在、チタンの製造方法として、最も一般的に用いられているのは、クロール法である。このクロール法は、四塩化チタンを原料として、金属マグネシウム(Mg)による1段還元を行うものである。   Therefore, at present, the most commonly used method for producing titanium is the crawl method. This crawl method is a one-step reduction with metallic magnesium (Mg) using titanium tetrachloride as a raw material.

この方法は、鋼製反応容器に詰めた溶融金属マグネシウムに、四塩化チタンを滴下し、TiCl+2Mg → Ti+2MgClで示される金属熱還元反応を行う。反応中、時々反応副生成物である塩化マグネシウム(MgCl)を抜き取る。生成したチタンは多孔質のスポンジ状の固体(スポンジチタン)として成長し、塊状のスポンジチタンは鋼製反応容器内壁に固着する。
還元反応終了後、このスポンジチタンには、未反応の金属マグネシウム及び塩化マグネシウムが付着している。そこで、この鋼製反応容器を真空にし、温度を1000℃以上に加熱して、金属マグネシウムと塩化マグネシウムとを蒸発させ、揮発分離する。
その後、この鋼製反応容器を切断し、生成したスポンジチタンを破砕・粉砕した後、圧縮成形し、これを溶解鋳造してチタンインゴットを製造している。
In this method, titanium tetrachloride is dropped into molten metal magnesium packed in a steel reaction vessel, and a metal thermal reduction reaction represented by TiCl 4 + 2Mg → Ti + 2MgCl 2 is performed. During the reaction, magnesium chloride (MgCl 2 ) which is a reaction by-product is sometimes extracted. The produced titanium grows as a porous sponge-like solid (sponge titanium), and the massive sponge titanium adheres to the inner wall of the steel reaction vessel.
After completion of the reduction reaction, unreacted magnesium metal and magnesium chloride are adhered to the sponge titanium. Therefore, this steel reaction vessel is evacuated and heated to 1000 ° C. or higher to evaporate and separate metallic magnesium and magnesium chloride.
Thereafter, this steel reaction vessel is cut, and the produced sponge titanium is crushed and pulverized, and then compression molded, and this is melt cast to produce a titanium ingot.

このクロール法にあっては、塩化マグネシウムや未反応の金属マグネシウムを真空蒸発により効果的に除去できるため、反応副生成物の除去がハンター法よりも容易であり、比較的簡単な反応装置を用いて、不純物である酸素の含有量が低い金属チタンを製造することが可能である。   In this crawl method, magnesium chloride and unreacted metal magnesium can be effectively removed by vacuum evaporation, so the removal of reaction byproducts is easier than the Hunter method, and a relatively simple reactor is used. Thus, it is possible to produce metallic titanium having a low content of oxygen as an impurity.

また、最近は、クロール法に変わる次世代プロセスとして、原料にチタン酸化物を用い、これを直接還元して金属チタンを製造する方法が注目されている。
そのなかでも、原料の酸化チタン(TiO)を溶融塩化カルシウム(CaCl)中で電解し、直接金属チタンを製造するFFC法と呼ばれる還元プロセス(例えば、特許文献1参照)や、塩化カルシウム(CaCl)と酸化カルシウム(CaO)との混合溶融塩を電気分解して、溶融塩化カルシウムの中に金属カルシウムを溶解した強還元性溶融塩を作り、この強還元性溶融塩の内部に酸化チタンを供給して、この酸化チタンを還元・脱酸するOS法と呼ばれる還元プロセス(例えば、特許文献2参照)等が提案されている。
特表2002−517613号公報 特開2003−129268号公報
Recently, a method of producing titanium metal by using titanium oxide as a raw material and reducing it directly as a next-generation process replacing the crawl method has attracted attention.
Among them, a raw material titanium oxide (TiO 2 ) is electrolyzed in molten calcium chloride (CaCl 2 ) to directly produce titanium metal, for example, a reduction process called FFC method (see, for example, Patent Document 1), calcium chloride ( A mixed molten salt of CaCl 2 ) and calcium oxide (CaO) is electrolyzed to form a strongly reducible molten salt in which metallic calcium is dissolved in molten calcium chloride, and titanium oxide is formed inside the strongly reducible molten salt. A reduction process called OS method for reducing and deoxidizing this titanium oxide is proposed (for example, see Patent Document 2).
JP-T-2002-517613 JP 2003-129268 A

主流となっている上記クロール法による金属チタンの製造方法にあっては、現在はプロセスの大型化が進み、一度に10トン程度のチタンを製造できるようになった。
しかしながら、プロセスの高速化は達成できず、(1)金属マグネシウムによる還元反応に10日以上の日数を要すること、(2)還元後に得られる塊状のスポンジチタンを破砕して溶解する必要があるため、溶解・鋳造工程に至るまでにチタン1トン当たり2日以上の日数を要すること、(3)生成した金属チタンはスポンジ状の固体として鋼製反応容器に固着して析出するため、チタンを鋼製反応容器から連続的に取り出せず、プロセスの連続化が困難であること、(4)鋼製反応容器から鉄等の不純物の汚染を受け易く、鉄汚染を避けるのは、この技術では不可能であること等の問題があった。
In the manufacturing method of metallic titanium by the above-mentioned crawl method, which has become mainstream, the process has been increased in size, and about 10 tons of titanium can be manufactured at a time.
However, the speeding up of the process cannot be achieved, (1) the reduction reaction with metallic magnesium requires 10 days or more, and (2) the massive sponge titanium obtained after the reduction needs to be crushed and dissolved. , It takes 2 days or more per ton of titanium to reach the melting and casting process, and (3) the formed titanium metal is deposited in a steel reaction vessel as a spongy solid, so the titanium is steel. It is difficult to continue the process because it cannot be continuously taken out from the reaction vessel made of steel, and (4) it is easy to be contaminated with impurities such as iron from the steel reaction vessel, and it is impossible with this technology to avoid iron contamination. There were problems such as being.

還元反応を高速化できない主な理由は、この還元反応が非常に大きな発熱反応であるにもかかわらず、鋼製反応容器からの抜熱が困難であることと、蒸気圧の高い四塩化チタン原料と還元剤とを一度に多量に反応させることができないからである。   The main reasons why the reduction reaction cannot be accelerated are that although this reduction reaction is a very large exothermic reaction, it is difficult to remove heat from the steel reaction vessel, and the titanium tetrachloride raw material with high vapor pressure. This is because a large amount of the reducing agent cannot be reacted at once.

今後、チタンの需要が増大することが予想されるが、現行のクロール法を利用する限り、生産量を増大させるには、還元反応及び反応副生成物の分離プロセスの遅さを補うため、5〜10トン規模の鋼製反応容器を多数用意し、これを並列処理するような非効率な方法を採用せざるを得ない。   In the future, the demand for titanium is expected to increase. However, as long as the current crawl method is used, in order to increase the production amount, in order to compensate for the slowness of the reduction reaction and the separation process of reaction byproducts, 5 An inefficient method of preparing a large number of steel reaction vessels with a scale of 10 tons and processing them in parallel is unavoidable.

また、特許文献1及び特許文献2に係る製造方法は、主として酸化チタンを原料として用いる還元法であり、反応媒体として塩化カルシウム(CaCl)等の溶融塩を利用するのが主な特徴である。
この製造方法にあっては、基本的には溶融塩電解を利用するため、多量の溶融塩を使用するという欠点と、電極界面における電気化学的な反応を利用するため、空間利用効率が低く、還元プロセスの高速化やエネルギー効率の向上が困難であるという問題があった。
さらに、特許文献1及び特許文献2に係る製造方法にあっては、反応副生成物の酸化カルシウムを除去するため、ハンター法と同様に洗浄が必要な点で問題があった。
In addition, the production methods according to Patent Document 1 and Patent Document 2 are mainly reduction methods using titanium oxide as a raw material, and the main feature is to use a molten salt such as calcium chloride (CaCl 2 ) as a reaction medium. .
In this manufacturing method, since the molten salt electrolysis is basically used, the disadvantage of using a large amount of molten salt and the electrochemical reaction at the electrode interface, the space utilization efficiency is low. There was a problem that it was difficult to speed up the reduction process and improve energy efficiency.
Furthermore, the production methods according to Patent Document 1 and Patent Document 2 have a problem in that washing is necessary in the same manner as the Hunter method in order to remove calcium oxide as a reaction byproduct.

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、還元反応を高速化すると共に反応容器からの鉄等の不純物汚染を防止し、反応副生成物の除去が容易な金属チタンの製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above-mentioned problems of the conventional technology, the present invention provides a method for producing titanium metal that speeds up the reduction reaction, prevents contamination of impurities such as iron from the reaction vessel, and facilitates removal of reaction by-products. For the purpose.

かかる課題を解決するため、
請求項1にかかる発明は、原料である二塩化チタン又は三塩化チタンを、チタン製反応容器を用いて、金属マグネシウム又はマグネシウム合金により還元して、金属チタンを得る還元工程を有することを特徴とする金属チタンの製造方法である。
To solve this problem,
The invention according to claim 1 has a reduction step of obtaining titanium metal by reducing titanium dichloride or titanium trichloride as a raw material with metal magnesium or a magnesium alloy using a titanium reaction vessel. This is a method for producing metallic titanium.

請求項2にかかる発明は、前記還元工程の後に、破砕・粉砕工程を経ることなしに、溶解鋳造工程に、この金属チタンをチタン製反応容器ごと送給することを特徴とする請求項1に記載の金属チタンの製造方法である。   The invention according to claim 2 is characterized in that after the reduction step, the titanium metal is fed together with the titanium reaction vessel to the melting and casting step without passing through a crushing and pulverizing step. It is a manufacturing method of the metal titanium of description.

請求項3にかかる発明は、原料である二塩化チタン又は三塩化チタンと還元剤である金属マグネシウム又はマグネシウム合金の仕込み量が0.05〜120kgであって、還元反応の反応時間が1〜500分であることを特徴とする請求項1又は2に記載の金属チタンの製造方法である。   In the invention according to claim 3, the charged amount of the raw material titanium dichloride or titanium trichloride and the reducing agent metal magnesium or magnesium alloy is 0.05 to 120 kg, and the reaction time of the reduction reaction is 1 to 500. It is a minute, It is a manufacturing method of the titanium metal of Claim 1 or 2.

請求項4にかかる発明は、前記還元工程で得られるスポンジチタンの寸法が、最大の長さで400mm以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の金属チタンの製造方法である。   The invention according to claim 4 is characterized in that the titanium sponge obtained in the reduction step has a maximum length of 400 mm or less, and the metal titanium according to any one of claims 1 to 3 It is a manufacturing method.

請求項5にかかる発明は、前記還元工程と、反応副生成物の分離工程とを一つのプロセスで行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の金属チタンの製造方法である。   The invention according to claim 5 is characterized in that the reduction step and the separation step of the reaction by-product are performed in one process, and the method for producing titanium metal according to any one of claims 1 to 4 It is.

請求項6にかかる発明は、前記還元工程に、チタン又は塩化マグネシウムを添加することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の金属チタンの製造方法である。   The invention according to claim 6 is the method for producing titanium metal according to any one of claims 1 to 5, wherein titanium or magnesium chloride is added to the reduction step.

請求項7にかかる発明は、前記マグネシウム合金が、銀、ニッケル、銅及び錫からなる群から選択される少なくとも1種以上の金属を含有するマグネシウム合金であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の金属チタンの製造方法である。   The invention according to claim 7 is characterized in that the magnesium alloy is a magnesium alloy containing at least one metal selected from the group consisting of silver, nickel, copper and tin. The method for producing titanium metal according to any one of the above.

請求項8にかかる発明は、反応容器が、チタン製であることを特徴とする金属チタンの製造装置である。   The invention according to claim 8 is an apparatus for producing titanium metal, wherein the reaction vessel is made of titanium.

請求項9にかかる発明は、前記反応容器が、上釜と下釜からなり、上釜がチタン製容器であることを特徴とする請求項8に記載の金属チタンの製造装置である。   The invention according to claim 9 is the apparatus for producing titanium metal according to claim 8, wherein the reaction vessel comprises an upper kettle and a lower kettle, and the upper kettle is a titanium vessel.

請求項10にかかる発明は、仕込み量が0.05〜120kgである反応容器を有することを特徴とする請求項8又は9に記載の金属チタンの製造装置である。   The invention according to claim 10 is the apparatus for producing metal titanium according to claim 8 or 9, characterized in that the apparatus has a reaction vessel having a charged amount of 0.05 to 120 kg.

請求項11にかかる発明は、得られるスポンジチタンの寸法が、最大の長さで400mm以下である反応容器を有することを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載の金属チタンの製造装置である。   The invention according to claim 11 has a reaction vessel in which the dimension of the obtained titanium sponge is 400 mm or less at the maximum length, and the metal titanium according to any one of claims 8 to 10 It is a manufacturing device.

本発明の金属チタンの製造方法によれば、原料として二塩化チタン(TiCl)や三塩化チタン(TiCl)等のチタンの低級塩化物を使用することにより、常温で液体で蒸気圧が非常に高い四塩化チタン(TiCl)を還元する場合に比べ、反応による発熱量が低く、反応容器の抜熱を容易にできる。 According to the method for producing titanium metal of the present invention, by using a lower chloride of titanium such as titanium dichloride (TiCl 2 ) or titanium trichloride (TiCl 3 ) as a raw material, the vapor pressure is extremely low at room temperature. Compared with the case of reducing titanium tetrachloride (TiCl 4 ), which is very high, the amount of heat generated by the reaction is low, and the heat removal from the reaction vessel can be facilitated.

また、これら低級塩化物は、常温で固体で蒸気圧も低いため、反応容器内への高密度装填が容易となる。   In addition, these lower chlorides are solid at room temperature and have a low vapor pressure, so that high-density loading into the reaction vessel is facilitated.

さらに、本発明の金属チタンの製造方法によれば、原料として固体であるチタンの低級塩化物を使用することにより、原料と還元剤とを一度に多量に反応させることができるため、還元工程を高速化できる。   Furthermore, according to the method for producing titanium metal of the present invention, the raw material and the reducing agent can be reacted in large quantities at a time by using a solid lower titanium chloride as the raw material. Speed can be increased.

また、本発明の金属チタンの製造方法によれば、原料の仕込み量が少量で、反応時間も短いため、反応による発熱量を少なくし、反応副生成物の除去が容易で、プロセスを連続化・高速化することができる。   In addition, according to the method for producing titanium metal of the present invention, since the amount of raw materials charged is small and the reaction time is short, the amount of heat generated by the reaction is reduced, the reaction by-products can be easily removed, and the process is continued. -Speed can be increased.

さらに、本発明の金属チタンの製造方法によれば、得られるスポンジチタンが小さいことにより、小型のチタン製反応容器を用いることができるため、還元工程の高速化が可能となる。   Furthermore, according to the method for producing titanium metal of the present invention, since the titanium sponge obtained is small, a small titanium reaction vessel can be used, and therefore the reduction process can be speeded up.

また、この小型のチタン製反応容器を多数用意し、これを並列処理あるいは逐次処理することにより、プロセスの半連続化が可能となる。   Also, by preparing a large number of small reaction vessels made of titanium and processing them in parallel or sequentially, the process can be made semi-continuous.

本発明の金属チタンの製造方法によれば、還元工程と、反応副生成物の分離工程とを一つのプロセスで行うため、プロセスを連続化・高速化することができる。   According to the method for producing titanium metal of the present invention, the reduction step and the reaction by-product separation step are performed in one process, so that the process can be continuous and speeded up.

そして、本発明の金属チタンの製造方法によれば、還元剤にマグネシウムを用いているため、水等を用いた洗浄が不要で、真空加熱等により反応副生成物の塩化マグネシウム等を容易に除去できる。   According to the method for producing titanium metal of the present invention, since magnesium is used as the reducing agent, washing with water or the like is unnecessary, and magnesium chloride as a reaction byproduct is easily removed by vacuum heating or the like. it can.

さらに、本発明の製造方法では、原料と還元剤以外の添加物として、チタン又は塩化マグネシウムしか反応容器に投入しないため、反応副生成物の分離を容易に行うことができる。   Furthermore, in the production method of the present invention, only titanium or magnesium chloride is added to the reaction vessel as an additive other than the raw material and the reducing agent, so that the reaction by-product can be easily separated.

また、本発明の金属チタンの製造方法によれば、破砕・粉砕工程が不要であるため、プロセスを連続化できると共に高速化することができる。   Moreover, according to the manufacturing method of the titanium metal of this invention, since a crushing / crushing process is unnecessary, a process can be continued and it can be sped up.

そして、本発明の金属チタンの製造方法及び金属チタン製造装置によれば、チタン製反応容器を用いるため、反応容器からの鉄等の不純物汚染を防止することができる。   And according to the manufacturing method and metallic titanium manufacturing apparatus of this invention, since titanium reaction containers are used, impurity contamination, such as iron from a reaction container, can be prevented.

さらに、本発明では、小型のチタン製反応容器を用いることにより、容器からの抜熱が容易となり、還元反応にかかる時間を短縮できる。   Furthermore, in the present invention, by using a small titanium reaction vessel, heat removal from the vessel is facilitated, and the time required for the reduction reaction can be shortened.

そして、本発明では、小型のチタン製反応容器を用いることにより、クロール法における破砕・粉砕工程を経ることなしに、溶解鋳造工程に、生成したスポンジチタンをチタン製反応容器ごと送給して、半連続的に金属チタンを製造することができる。   And, in the present invention, by using a small titanium reaction vessel, without passing through the crushing and pulverization step in the crawl method, the generated sponge titanium is fed together with the titanium reaction vessel to the melt casting step, Metallic titanium can be produced semi-continuously.

本発明は、現行のクロール法から脱却を目指し、四塩化チタン原料の代わりに、二塩化チタンや三塩化チタン等のチタンの低級塩化物原料(サブハライド、常温で固体)を、チタン製小型反応容器内で、金属マグネシウムを用いて還元し、そのまま溶解可能な高純度でかつ小型のチタン塊を、半連続的に効率良く製造する方法である。
本発明のようなチタンの低級塩化物を小型のチタン製反応容器内でマグネシウムで還元し、高速・連続処理により効率良くチタンを製造する試みは、従来はまったく行われていない。
The present invention aims to break away from the current crawl method, and instead of titanium tetrachloride raw material, titanium low chloride raw material (subhalide, solid at room temperature) such as titanium dichloride or titanium trichloride is used in a small titanium reaction vessel. Among them, a high-purity and small-sized titanium lump that can be reduced using metallic magnesium and dissolved as it is is semi-continuously efficiently produced.
No attempt has been made to produce titanium efficiently by high-speed and continuous treatment by reducing lower chloride of titanium as in the present invention with magnesium in a small titanium reaction vessel.

以下、本発明の実施の形態に係る金属チタンの製造装置の例を図面に示し、詳細に説明する。   Hereinafter, an example of an apparatus for producing metallic titanium according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る金属チタンの製造装置1の断面図である。この金属チタンの製造装置1は、反応容器2と、蓋部3と、隔壁6と、加熱装置7とから構成されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a titanium metal manufacturing apparatus 1 according to the first embodiment. The titanium metal manufacturing apparatus 1 includes a reaction vessel 2, a lid 3, a partition wall 6, and a heating device 7.

この反応容器2は、厚さが0.1〜10mm、好ましくは1〜2mmの円筒状又は箱状の容器である。この容器2の大きさは、内部に原料と還元剤との混合物8を0.05〜120kg収容できる程度である。容器2の大きさが大き過ぎると容器2からの抜熱が容易でなく、また容器2が小さ過ぎるとスポンジチタンの生成量が少なくなり不経済となるからである。
また、この容器2の底部には、直径5〜20mmの穴5が設けられている。
さらに、容器2の頭部には、蓋部3が設けられており、この蓋部3は容器2から取りはずし可能となっている。また、この蓋部3には、直径5〜20mmの穴4が設けられている。
The reaction vessel 2 is a cylindrical or box-like vessel having a thickness of 0.1 to 10 mm, preferably 1 to 2 mm. The size of the container 2 is such that 0.05 to 120 kg of the mixture 8 of the raw material and the reducing agent can be accommodated therein. This is because if the size of the container 2 is too large, heat removal from the container 2 is not easy, and if the size of the container 2 is too small, the amount of sponge titanium produced is reduced, which is uneconomical.
Further, a hole 5 having a diameter of 5 to 20 mm is provided at the bottom of the container 2.
Further, a lid 3 is provided at the head of the container 2, and the lid 3 can be removed from the container 2. Further, the lid portion 3 is provided with a hole 4 having a diameter of 5 to 20 mm.

この容器2と蓋部3は、隔壁6で仕切られた加熱装置7の内部に収容されている。加熱装置7は、高周波誘導加熱装置を用いるのが好ましいが、抵抗加熱炉などの汎用性の高い加熱装置も利用できる。隔壁6の内部は、還元反応中の酸化を防ぐ観点から、アルゴンガス、ヘリウム等の不活性ガスが充填されている。そして、この隔壁6の外側には、加熱装置7が設けられており、容器2を不活性ガス雰囲気下で、所望の温度まで加熱できるようになっている。   The container 2 and the lid 3 are accommodated in a heating device 7 partitioned by a partition wall 6. The heating device 7 is preferably a high-frequency induction heating device, but a highly versatile heating device such as a resistance heating furnace can also be used. The interior of the partition wall 6 is filled with an inert gas such as argon gas or helium from the viewpoint of preventing oxidation during the reduction reaction. A heating device 7 is provided outside the partition wall 6 so that the container 2 can be heated to a desired temperature in an inert gas atmosphere.

この反応容器2は、純度98〜99.99%、好ましくは99〜99.8%の金属チタン製である。従来法のクロール法では、四塩化チタンを原料として用いるため、チタン製の反応容器は使用できない。Ti+TiCl → TiClの反応が進行して、チタン容器が溶けてしまうからである。一方、本発明では、原料として二塩化チタンを用いる場合、これは金属チタンと熱力学的にも平衡であるため、チタン製の反応容器を利用できる。
蓋部3にも、金属チタンを用いてもよいが、後述する溶解鋳造工程に蓋部3を送給しない場合には、いかなる材料であってもよい。そのなかでも鋼等の材料を用いるのが好ましい。
The reaction vessel 2 is made of titanium metal having a purity of 98 to 99.99%, preferably 99 to 99.8%. In the conventional crawl method, titanium tetrachloride is used as a raw material, and therefore a titanium reaction vessel cannot be used. This is because the reaction of Ti + TiCl 4 → TiCl 2 proceeds and the titanium container is melted. On the other hand, in the present invention, when titanium dichloride is used as a raw material, a titanium reaction vessel can be used because it is thermodynamically balanced with titanium metal.
Metal titanium may also be used for the lid 3, but any material may be used when the lid 3 is not fed to the melting and casting process described later. Among them, it is preferable to use a material such as steel.

この容器2の内部には、原料と還元剤との混合物8が収容されている。この混合物8の容器2への仕込み量は、上述したように、0.05〜120kg、好ましくは0.1〜50kg、より好ましくは1〜30kgである。混合物8の仕込み量を0.05〜120kgとすることにより、容器2を小型化できるため、発熱量を少なくすると共に、塩化マグネシウム等の反応副生成物も少量であるため、これを容易に除去でき、プロセスを連続化・高速化することができる。
また、この混合物8は、蓋部3を取りはずす点を考慮すると、生成したスポンジチタンが蓋部3にまで成長しないように、蓋部3との間に隙間を設けて容器2内に収容するのが好ましい。
Inside the container 2, a mixture 8 of the raw material and the reducing agent is accommodated. The amount of the mixture 8 charged into the container 2 is, as described above, 0.05 to 120 kg, preferably 0.1 to 50 kg, more preferably 1 to 30 kg. Since the container 2 can be downsized by setting the amount of the mixture 8 to be 0.05 to 120 kg, the calorific value is reduced, and the reaction by-products such as magnesium chloride are also small, so this can be easily removed. The process can be continued and speeded up.
In consideration of the point of removing the lid 3, the mixture 8 is accommodated in the container 2 with a gap between the lid 3 so that the generated titanium sponge does not grow up to the lid 3. Is preferred.

この容器2から得られるスポンジチタンの寸法は、最大の長さで400mm以下、好ましくは200mm以下である。この大きさのスポンジチタンは、重さが40kg以下、好ましくは20kg以下である。得られるスポンジチタンの寸法が、最大の長さで400mm以下であると、容器2からの反応熱の抜熱と反応副生成物の分離が速やかになり、プロセスの高速化を達成できるからである。   The sponge titanium obtained from the container 2 has a maximum length of 400 mm or less, preferably 200 mm or less. This size of sponge titanium has a weight of 40 kg or less, preferably 20 kg or less. This is because, when the dimension of the sponge titanium obtained is 400 mm or less at the maximum length, the heat removal from the container 2 and the separation of the reaction by-products are accelerated, and the speeding up of the process can be achieved. .

本実施形態に係る金属チタンの製造装置1では、チタン製の反応容器2を用いるため、反応容器2からの鉄等の不純物による汚染を防止することができる。   In the titanium metal manufacturing apparatus 1 according to the present embodiment, since the titanium reaction vessel 2 is used, contamination from impurities such as iron from the reaction vessel 2 can be prevented.

図2は、本発明に係る金属チタンの製造方法における基本的な製造工程を示すフローチャートである。図2に示すように、この金属チタンの製造方法は、還元工程S1から構成されている。   FIG. 2 is a flowchart showing basic manufacturing steps in the method for manufacturing titanium metal according to the present invention. As shown in FIG. 2, the method for producing titanium metal includes a reduction step S1.

還元工程S1では、原料となるチタンの低級塩化物と還元剤とを本実施形態に係るチタン製の反応容器2に収容し、加熱装置7内で不活性ガス雰囲気中、700〜1000℃、好ましくは800〜950℃に、1〜500分、好ましくは10〜60分加熱し、スポンジチタンを製造する。加熱温度を700〜1000℃とするのは、700℃未満では、還元反応が進行せず、また1000℃を超えると、還元剤の蒸発量が増大するからである。
また、不活性ガス雰囲気中で還元反応を行うため、生成したスポンジチタンの酸化を防ぎ、不純物である酸素含有量を低減することができる。
In the reducing step S1, lower titanium chloride and reducing agent as raw materials are accommodated in the titanium reaction vessel 2 according to the present embodiment, and 700 to 1000 ° C. in an inert gas atmosphere in the heating device 7, preferably Is heated to 800 to 950 ° C. for 1 to 500 minutes, preferably 10 to 60 minutes, to produce sponge titanium. The reason why the heating temperature is set to 700 to 1000 ° C. is that the reduction reaction does not proceed when the heating temperature is lower than 700 ° C., and the evaporation amount of the reducing agent increases when the heating temperature exceeds 1000 ° C.
In addition, since the reduction reaction is performed in an inert gas atmosphere, the generated sponge titanium can be prevented from being oxidized and the oxygen content as an impurity can be reduced.

原料として用いるチタンの低級塩化物は、固体の二塩化チタン又は三塩化チタンである。二塩化チタンは、液体である四塩化チタンを金属マグネシウム、金属ナトリウム、金属チタン等で還元する従来法を用いて製造することができる。また、三塩化チタンは、四塩化チタンを金属マグネシウム、金属アルミニウム、金属ナトリウム、金属チタン等で還元することにより得られる。これらチタンの低級塩化物を製造する場合、還元反応が進行し過ぎて多量の金属チタンが生成しないように、ハンター法、クロール法において使用する還元剤の量よりも、その量を少なくする必要がある。   The lower chloride of titanium used as a raw material is solid titanium dichloride or titanium trichloride. Titanium dichloride can be produced using a conventional method in which liquid titanium tetrachloride is reduced with metallic magnesium, metallic sodium, metallic titanium, or the like. Titanium trichloride can be obtained by reducing titanium tetrachloride with metallic magnesium, metallic aluminum, metallic sodium, metallic titanium, or the like. When producing these lower chlorides of titanium, it is necessary to reduce the amount of the reducing agent used in the Hunter method and the Kroll method so that the reduction reaction does not proceed excessively to produce a large amount of metallic titanium. is there.

四塩化チタンが常温で液体であり、蒸気圧が非常に高いのに対して、二塩化チタン又は三塩化チタンは、固体であり、蒸気圧も低い。また、還元反応による発熱は、四塩化チタンが、チタン1モル当たり434kJであるのに対し、二塩化チタン又は三塩化チタンは、それぞれ93.5kJ及び191kJである。
そのため、原料として、四塩化チタンに代えて二塩化チタン又は三塩化チタンを用いると、反応による発熱量が少ないため、反応容器2の抜熱が容易となり、原料と還元剤とを一度に多量に反応させることができる。さらに、二塩化チタン又は三塩化チタンは固体で蒸気圧も低いため、反応容器2内に原料を高密度で充填することができる。
Titanium tetrachloride is liquid at room temperature and has a very high vapor pressure, whereas titanium dichloride or titanium trichloride is solid and has a low vapor pressure. The heat generated by the reduction reaction is 434 kJ per mole of titanium for titanium tetrachloride, and 93.5 kJ and 191 kJ for titanium dichloride or titanium trichloride, respectively.
Therefore, if titanium dichloride or titanium trichloride is used as a raw material in place of titanium tetrachloride, the amount of heat generated by the reaction is small, so heat removal from the reaction vessel 2 is facilitated, and a large amount of raw material and reducing agent are added at a time. Can be reacted. Furthermore, since titanium dichloride or titanium trichloride is solid and has a low vapor pressure, the reaction vessel 2 can be filled with the raw material at a high density.

本実施形態では、還元剤として金属マグネシウムを用いる。還元反応が進行すると、スポンジチタンと反応副生成物が容器2内に生成する。スポンジチタンは、容器2の内壁に融着して塊状に成長する。また、反応副生成物は、その大部分が塩化マグネシウムであり、過剰に添加した未反応の還元剤(金属マグネシウム)が含まれている。塩化マグネシウムは液体であるため、容器2の底部の穴5から排出し、分離することができる。
底部の穴5から反応副生成物を排出・分離することで、還元工程と、反応副生成物の分離工程とを一つのプロセスで行うことができるため、プロセスを連続化・高速化することができる。
In this embodiment, metallic magnesium is used as the reducing agent. As the reduction reaction proceeds, titanium sponge and reaction by-products are generated in the container 2. The sponge titanium is fused to the inner wall of the container 2 and grows in a lump shape. Further, most of the reaction by-product is magnesium chloride and contains an unreacted reducing agent (metallic magnesium) added in excess. Since magnesium chloride is a liquid, it can be discharged from the hole 5 at the bottom of the container 2 and separated.
By discharging and separating the reaction by-products from the bottom hole 5, the reduction step and the reaction by-product separation step can be performed in one process, so that the process can be continued and speeded up. it can.

還元反応終了後、この容器2を10〜1000Paに真空引きし、温度を900〜1200℃に加熱し、スポンジチタン内に残留する塩化マグネシウムと未反応の金属マグネシウムを蒸発させ、蓋部3の穴4から揮発させて分離する。1000℃における金属マグネシウム及び塩化マグネシウムの蒸気圧は、それぞれ55000Pa、2700Paと高いため、ハンター法のような水等による洗浄工程を用いることなく、真空加熱によりこれらを容易に気化除去することができる。   After completion of the reduction reaction, the container 2 is evacuated to 10 to 1000 Pa, heated to 900 to 1200 ° C., the magnesium chloride remaining in the sponge titanium and unreacted metal magnesium are evaporated, and the hole in the lid 3 Volatilize from 4 and separate. Since the vapor pressures of metallic magnesium and magnesium chloride at 1000 ° C. are as high as 55000 Pa and 2700 Pa, respectively, they can be easily vaporized and removed by vacuum heating without using a washing step with water or the like like the Hunter method.

この還元反応で得られるスポンジチタンは、上述したように寸法が、最大の長さで400mm以下と小さいため、本実施形態のような小型のチタン製反応容器を用いることができる。このような小型のチタン製反応容器を多数用意し、これを並列処理あるいは逐次処理することにより、半連続的に、短時間で金属チタンを製造することができる。   As described above, the sponge titanium obtained by this reduction reaction has a maximum dimension as small as 400 mm or less, and thus a small titanium reaction vessel as in this embodiment can be used. By preparing a large number of such small titanium reaction vessels and processing them in parallel or sequentially, titanium titanium can be produced semi-continuously in a short time.

この金属チタンの製造方法は、還元工程S1からなる構成としたが、さらに溶解・鋳造工程S2を備えてもよい。クロール法では、この還元工程の後、生成したスポンジチタンを破砕・粉砕する工程が必要であった。
それに対し、本発明では、上述したようにチタン製の反応容器2を用いることにより、この破砕・粉砕工程を経ることなしに、生成したスポンジチタンをチタン製の反応容器2ごと溶解鋳造工程S2に送給することができ、破砕工程で発生する汚染を防ぐと共に、エネルギーの節約、プロセスの連続化・高速化、時間の短縮化を図ることができる。
この溶解・鋳造工程S2では、スポンジチタンをチタン製の反応容器2ごと溶解炉で加熱溶解し、チタンインゴットを製造する。
Although the manufacturing method of this metal titanium was set as the structure which consists of reduction process S1, you may provide melt | dissolution and casting process S2. In the crawl method, after this reduction step, a step of crushing and pulverizing the generated sponge titanium was necessary.
On the other hand, in the present invention, by using the titanium reaction vessel 2 as described above, the titanium sponge produced together with the titanium reaction vessel 2 is subjected to the melt casting step S2 without going through this crushing and pulverization step. In addition to preventing contamination occurring in the crushing process, energy can be saved, the process can be continued and speeded up, and the time can be shortened.
In the melting / casting step S2, titanium sponge is heated and melted together with the titanium reaction vessel 2 in a melting furnace to produce a titanium ingot.

[第2の実施形態]
図3は、第2の実施形態に係る金属チタンの製造装置1の断面図である。この金属チタンの製造装置1は、反応容器2と、蓋部3と、隔壁6と、加熱装置17とから構成されている。以下に、第1の実施形態と異なる部分を説明し、第1の実施形態と同様の部分の説明は省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a cross-sectional view of the titanium metal manufacturing apparatus 1 according to the second embodiment. The titanium metal manufacturing apparatus 1 includes a reaction vessel 2, a lid 3, a partition wall 6, and a heating device 17. Below, a different part from 1st Embodiment is demonstrated and description of the part similar to 1st Embodiment is abbreviate | omitted.

この反応容器2は、円筒又は箱状の上釜20と、下釜21とから構成されている。この上釜20は、第1の実施形態と同様の金属チタンで構成されている。また、下釜21は、溶解鋳造工程に送給しないため、いかなる材料であってもよいが、そのなかでも鋼等の材料を用いるのが好ましい。この容器2の頭部には、第1の実施形態と同様の蓋部3が設けられている。そして、この容器2と蓋部3は、第1の実施形態と同様に隔壁6で仕切られた加熱装置17の内部に収容されている。   The reaction vessel 2 is composed of a cylindrical or box-shaped upper kettle 20 and a lower kettle 21. The upper hook 20 is made of metal titanium similar to that of the first embodiment. Further, the lower pot 21 may be any material because it is not fed to the melting and casting process, but among these, it is preferable to use a material such as steel. A lid 3 similar to that of the first embodiment is provided on the head of the container 2. And this container 2 and the cover part 3 are accommodated in the inside of the heating apparatus 17 partitioned off by the partition 6 similarly to 1st Embodiment.

本実施形態では、下釜21の底部と蓋部3には各々穴は設けられていないが、第1の実施形態のように穴を設けておいてもよい。また、原料と還元剤との混合物8は、上釜20に収容される。   In the present embodiment, the bottom portion of the lower hook 21 and the lid portion 3 are not provided with holes, but holes may be provided as in the first embodiment. Further, the mixture 8 of the raw material and the reducing agent is accommodated in the upper pot 20.

本実施形態では、還元剤として、金属マグネシウム又はマグネシウム合金を用いる。このマグネシウム合金としては、銀、ニッケル、銅及び錫からなる群から選択される少なくとも1種以上の金属を含有するマグネシウム合金であるのが好ましい。上釜20の内部に原料と共に収容させる還元剤には、金属マグネシウムが好ましい。
また、下釜21の底部に、あらかじめ少量のマグネシウム合金からなる還元剤9、あるいは、合金元素を添加しておいてもよい。下釜21にマグネシウム合金からなる還元剤9あるいは、合金元素をあらかじめ入れておくと、還元反応後、上釜20内部の過剰量の還元剤が、下釜21のマグネシウム合金からなる還元剤9あるいは、合金元素と反応して、マグネシウム合金になり、これが選択的に下釜21に集まり、スポンジチタン内に残留する還元剤を減らすことができる。このような合金元素としては、銀、ニッケル、銅、錫等の金属を1種以上含有するものが好ましい。
In this embodiment, metallic magnesium or a magnesium alloy is used as the reducing agent. This magnesium alloy is preferably a magnesium alloy containing at least one metal selected from the group consisting of silver, nickel, copper and tin. As the reducing agent to be housed together with the raw material in the upper pot 20, metallic magnesium is preferable.
Further, a small amount of the reducing agent 9 made of a magnesium alloy or an alloy element may be added to the bottom of the lower pot 21 in advance. If a reducing agent 9 made of a magnesium alloy or an alloy element is put in the lower pot 21 in advance, after the reduction reaction, an excessive amount of reducing agent inside the upper pot 20 is reduced to a reducing agent 9 made of a magnesium alloy in the lower pot 21 or an alloy. It reacts with the element to become a magnesium alloy, which selectively collects in the lower pot 21 and can reduce the reducing agent remaining in the sponge titanium. As such an alloy element, an element containing one or more metals such as silver, nickel, copper, and tin is preferable.

本実施形態では、原料であるチタンの低級塩化物と還元剤の他に、反応助剤や封止剤を添加することができる。三塩化チタンを原料に用いる場合、上釜20と反応して二塩化チタンを生成することにより、上釜20が腐食する。この現象を防ぐため、還元剤と共に反応助剤として粉末チタンを添加するのが好ましい。   In the present embodiment, a reaction aid and a sealing agent can be added in addition to the lower chloride of titanium and the reducing agent. When titanium trichloride is used as a raw material, the upper kettle 20 is corroded by reacting with the upper kettle 20 to produce titanium dichloride. In order to prevent this phenomenon, it is preferable to add powdered titanium as a reaction aid together with the reducing agent.

また、上釜20に収容した混合物8の上部には、封止剤10を添加してもよい。封止剤10を添加することにより、反応副生成物である塩化マグネシウムの過度の蒸発を防ぐことができる。このような封止剤10としては、金属マグネシウムや塩化マグネシウムが好ましい。この封止剤10は、反応助剤としても利用することができる。   Moreover, you may add the sealing agent 10 to the upper part of the mixture 8 accommodated in the upper pot 20. As shown in FIG. By adding the sealing agent 10, excessive evaporation of magnesium chloride as a reaction by-product can be prevented. As such a sealing agent 10, metallic magnesium and magnesium chloride are preferable. This sealant 10 can also be used as a reaction aid.

本発明では、原料と還元剤以外の添加物として、上記粉末チタン又は封止剤である塩化マグネシウムしか反応容器に投入しない。したがって、添加物を投入した場合でも、反応副生成物は過剰の金属マグネシウムと塩化マグネシウムになるため、真空加熱により、これらを容易に気化除去することができ、これらの分離を容易に行うことができる。   In the present invention, only powdered titanium or magnesium chloride, which is a sealing agent, is added to the reaction vessel as an additive other than the raw material and the reducing agent. Therefore, even when the additive is added, the reaction by-products become excess metal magnesium and magnesium chloride, so that they can be easily vaporized and removed by vacuum heating, and separation of these can be easily performed. it can.

金属チタンの製造方法は、第1の実施形態と同様である。反応容器2と蓋部3を加熱装置17内で不活性ガス雰囲気中、加熱し、スポンジチタンを製造する。
本実施形態では、還元反応によりスポンジチタンが上釜20内に成長すると共に、反応副生成物である液体の塩化マグネシウムは、下釜21の底部に溜まる。その際、下釜21の底部に穴を設けておき、塩化マグネシウムを徐々に抜き取ってもよい。
The method for producing metal titanium is the same as that in the first embodiment. The reaction vessel 2 and the lid 3 are heated in an inert gas atmosphere in the heating device 17 to produce sponge titanium.
In this embodiment, sponge titanium grows in the upper kettle 20 by the reduction reaction, and liquid magnesium chloride as a reaction by-product accumulates at the bottom of the lower kettle 21. At that time, a hole may be provided in the bottom of the lower pot 21 and the magnesium chloride may be gradually extracted.

還元反応終了後、上釜20を1000〜1100℃に加熱し下釜21を300〜800℃に冷却し、スポンジチタン内に残留する金属マグネシウムと塩化マグネシウムを揮発させ、温度の低い下釜21に集めて除去する。
次いで、生成したスポンジチタンを上釜20に入れたまま、上釜20を溶解鋳造工程S2に送給する。
塩化マグネシウムを取り除いた下釜21は、再度還元工程S1で利用する。また。塩化マグネシウムは電解して金属マグネシウムに戻し、再利用する。
After the reduction reaction is completed, the upper kettle 20 is heated to 1000 to 1100 ° C., the lower kettle 21 is cooled to 300 to 800 ° C., and metal magnesium and magnesium chloride remaining in the sponge titanium are volatilized and collected in the lower kettle 21 having a low temperature. Remove.
Next, the upper pot 20 is fed to the melting and casting step S <b> 2 while the generated sponge titanium is put in the upper pot 20.
The lower pot 21 from which magnesium chloride has been removed is used again in the reduction step S1. Also. Magnesium chloride is electrolyzed back to metallic magnesium and reused.

本発明におけるチタンの製造方法と従来のクロール法との特徴の違いを、まとめて表1に示す。   Table 1 summarizes the differences in characteristics between the titanium production method of the present invention and the conventional crawl method.

Figure 2005213548
Figure 2005213548

以下、実施例により、本発明をさらに詳しく説明する。本発明は、下記実施例に何ら制限されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. The present invention is not limited to the following examples.

[実施例1]
粉末状の三塩化チタン6gと金属マグネシウム4gを、図1に示した直径20mm、長さ40mmの円筒形のチタン製反応容器に充填し、この容器を高周波加熱装置内で、アルゴンガス雰囲気中、800℃で60分間加熱した。
還元反応中、反応副生成物である塩化マグネシウムの約80%以上は、反応容器底部の穴から取り出した。しかし、一部の塩化マグネシウムと過剰量の金属マグネシウムは、反応容器に残留したため、還元反応終了後、加熱装置で反応容器を1000℃まで加熱し、20分間反応容器内を10−3気圧程度の真空にし、その後、室温まで冷却した。反応容器内にはスポンジ状の金属チタンが得られた。
[Example 1]
A cylindrical titanium reaction vessel having a diameter of 20 mm and a length of 40 mm shown in FIG. 1 is filled with 6 g of powdered titanium trichloride and 4 g of metal magnesium, and the vessel is placed in a high-frequency heating apparatus in an argon gas atmosphere. Heated at 800 ° C. for 60 minutes.
During the reduction reaction, about 80% or more of magnesium chloride as a reaction by-product was taken out from the hole at the bottom of the reaction vessel. However, some magnesium chloride and an excess amount of metallic magnesium remained in the reaction vessel, so after completion of the reduction reaction, the reaction vessel was heated to 1000 ° C. with a heating device and the inside of the reaction vessel was maintained at about 10 −3 atm for 20 minutes. A vacuum was applied and then cooled to room temperature. Sponge-like titanium metal was obtained in the reaction vessel.

得られたスポンジチタン中の金属不純物の含有量を、蛍光エックス線分析装置(日本電子製、JSX−3210)を用いて測定した。また、高周波誘導結合プラズマ発光分析(ICP)装置(SEIKO社製)を用いて、スポンジチタン中の鉄の含有量を測定した。さらに、スポンジチタン中の酸素の含有量は、不活性ガス融解赤外線吸収分析装置(LECO社製、TC−436)で測定した。   The content of metal impurities in the obtained sponge titanium was measured using a fluorescent X-ray analyzer (manufactured by JEOL, JSX-3210). Moreover, the iron content in the sponge titanium was measured using a high frequency inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP) apparatus (manufactured by SEIKO). Furthermore, the oxygen content in the titanium sponge was measured with an inert gas melting infrared absorption analyzer (manufactured by LECO, TC-436).

蛍光エックス線分析では、スポンジチタン中の金属不純物は検出されなかった。また、ICP分析では、スポンジチタン中の鉄の含有量は、500ppmであった。不活性ガス融解赤外線吸収分析では、スポンジチタン中の酸素の含有量は、1000ppmであった。   X-ray fluorescence analysis did not detect metal impurities in the sponge titanium. In the ICP analysis, the iron content in the sponge titanium was 500 ppm. In the inert gas melting infrared absorption analysis, the oxygen content in the titanium sponge was 1000 ppm.

[実施例2]
粉末状の二塩化チタン10gと金属マグネシウム5gを、図3に示した上釜に相当する直径30mm、長さ40mmの円筒形のチタン製反応容器に充填し、下釜に当たるステンレス容器で密封して、これらの容器を抵抗加熱式電気炉内で、アルゴンガス雰囲気中、800℃で20分間加熱した。
加熱開始時は下釜から加熱して、還元剤の蒸気圧を上昇させた。還元反応中、反応副生成物である塩化マグネシウムは、下釜底部の穴から取り出した。そして、還元反応終了後、20分間上釜を1000℃に維持したまま、下釜から冷却し、スポンジチタン中に残留する塩化マグネシウムと過剰量の金属マグネシウムを下釜に分離除去した。
得られたスポンジチタン中の金属不純物と酸素の含有量は、実施例1と同様の方法で分析した。
[Example 2]
3 g of powdered titanium dichloride and 5 g of magnesium metal are filled in a cylindrical titanium reaction vessel having a diameter of 30 mm and a length of 40 mm corresponding to the upper kettle shown in FIG. 3, and sealed with a stainless steel vessel hitting the lower kettle. These containers were heated in a resistance heating type electric furnace at 800 ° C. for 20 minutes in an argon gas atmosphere.
At the start of heating, the vapor pressure of the reducing agent was increased by heating from the lower kettle. During the reduction reaction, magnesium chloride as a reaction by-product was taken out from the hole at the bottom of the lower kettle. And after completion | finish of a reductive reaction, it cooled from the lower kettle, maintaining the upper kettle at 1000 degreeC for 20 minutes, and magnesium chloride remaining in sponge titanium and excess metal magnesium were separated and removed to the lower kettle.
The content of metal impurities and oxygen in the obtained sponge titanium was analyzed by the same method as in Example 1.

蛍光エックス線分析では、スポンジチタン中の金属不純物は検出されなかった。また、ICP分析では、スポンジチタン中の鉄の含有量は、500ppmであった。不活性ガス融解赤外線吸収分析では、スポンジチタン中の酸素の含有量は、1000ppmであった。   X-ray fluorescence analysis did not detect metal impurities in the sponge titanium. In the ICP analysis, the iron content in the sponge titanium was 500 ppm. In the inert gas melting infrared absorption analysis, the oxygen content in the titanium sponge was 1000 ppm.

以上の結果から、本発明の金属チタンの製造方法及び金属チタン製造装置によれば、反応容器からの鉄等の不純物汚染を防止することができ、プロセスに係る時間が短く、破砕工程も不要となるため、チタン製造プロセスを従来よりも高速化・合理化できることが確認された。   From the above results, according to the metal titanium production method and metal titanium production apparatus of the present invention, it is possible to prevent contamination of impurities such as iron from the reaction vessel, the time required for the process is short, and the crushing step is unnecessary. Therefore, it was confirmed that the titanium manufacturing process can be speeded up and streamlined.

第1の実施形態に係る金属チタンの製造装置の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing apparatus of the metal titanium which concerns on 1st Embodiment. 本発明に係る金属チタンの製造方法における基本的な製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the basic manufacturing process in the manufacturing method of the metal titanium which concerns on this invention. 第2の実施形態に係る金属チタンの製造装置の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing apparatus of the metal titanium which concerns on 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 金属チタン製造装置
2 反応容器
20 上釜
21 下釜
S1 還元工程
S2 溶解鋳造工程


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Metal titanium manufacturing apparatus 2 Reaction container 20 Upper pot 21 Lower pot S1 Reduction process S2 Melting and casting process


Claims (11)

原料である二塩化チタン又は三塩化チタンを、チタン製反応容器を用いて、
金属マグネシウム又はマグネシウム合金により還元して、金属チタンを得る還元工程を有することを特徴とする金属チタンの製造方法。
Using titanium dichloride or titanium trichloride as a raw material, using a titanium reaction vessel,
A method for producing metal titanium, comprising a reduction step of obtaining metal titanium by reduction with metal magnesium or a magnesium alloy.
前記還元工程の後に、破砕・粉砕工程を経ることなしに、
溶解鋳造工程に、この金属チタンをチタン製反応容器ごと送給することを特徴とする請求項1に記載の金属チタンの製造方法。
Without going through the crushing and grinding process after the reduction process,
2. The method for producing titanium metal according to claim 1, wherein the titanium metal is fed together with the titanium reaction vessel in the melt casting step.
原料である二塩化チタン又は三塩化チタンと還元剤である金属マグネシウム又はマグネシウム合金の仕込み量が0.05〜120kgであって、
還元反応の反応時間が1〜500分であることを特徴とする請求項1又は2に記載の金属チタンの製造方法。
Preparation amount of titanium dichloride or titanium trichloride as a raw material and metallic magnesium or magnesium alloy as a reducing agent is 0.05 to 120 kg,
The method for producing titanium metal according to claim 1 or 2, wherein the reaction time of the reduction reaction is 1 to 500 minutes.
前記還元工程で得られるスポンジチタンの寸法が、最大の長さで400mm以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の金属チタンの製造方法。   4. The method for producing titanium metal according to claim 1, wherein the dimension of the titanium sponge obtained in the reduction step is 400 mm or less at the maximum length. 5. 前記還元工程と、反応副生成物の分離工程とを一つのプロセスで行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の金属チタンの製造方法。   The method for producing metallic titanium according to any one of claims 1 to 4, wherein the reduction step and the reaction by-product separation step are performed in one process. 前記還元工程に、チタン又は塩化マグネシウムを添加することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の金属チタンの製造方法。   Titanium or magnesium chloride is added to the said reduction | restoration process, The manufacturing method of the titanium metal of any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. 前記マグネシウム合金が、銀、ニッケル、銅及び錫からなる群から選択される少なくとも1種以上の金属を含有するマグネシウム合金であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の金属チタンの製造方法。   7. The magnesium alloy according to claim 1, wherein the magnesium alloy is a magnesium alloy containing at least one metal selected from the group consisting of silver, nickel, copper, and tin. A method for producing metallic titanium. 反応容器が、チタン製であることを特徴とする金属チタンの製造装置。   An apparatus for producing titanium metal, wherein the reaction vessel is made of titanium. 前記反応容器が、上釜と下釜からなり、上釜がチタン製容器であることを特徴とする請求項8に記載の金属チタンの製造装置。   9. The apparatus for producing titanium metal according to claim 8, wherein the reaction vessel is composed of an upper kettle and a lower kettle, and the upper kettle is a titanium vessel. 仕込み量が0.05〜120kgである反応容器を有することを特徴とする請求項8又は9に記載の金属チタンの製造装置。   The apparatus for producing metallic titanium according to claim 8 or 9, comprising a reaction vessel having a charging amount of 0.05 to 120 kg. 得られるスポンジチタンの寸法が、最大の長さで400mm以下である反応容器を有することを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載の金属チタンの製造装置。

The apparatus for producing metallic titanium according to any one of claims 8 to 10, wherein the titanium titanium obtained has a reaction vessel having a maximum length of 400 mm or less.

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