JP2006009054A - Method for producing titanium and titanium alloy - Google Patents

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雅彦 堀
Tadashi Ogasawara
忠司 小笠原
Makoto Yamaguchi
誠 山口
Isataka Urasaki
勇孝 浦崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing titanium and a titanium alloy by electrolyzing a titanium oxide-containing metal oxide in a molten salt, thus reducing the titanium oxide or the like. <P>SOLUTION: Titanium oxide-containing metal oxide powder 3 is charged to a reduction region (for example, a mesh basket 4) and is dipped into a molten salt 5 comprising calcium chloride. With the mesh basket as the cathode, while stirring the titanium oxide-containing metal oxide powder at the inside of the mesh basket, electric current is made to flow between the mesh basket and the anode 6 dipped into the molten salt in the region on the anode side so as to reduce the metal oxide powder. When the stirring is performed by the blowing-in of an inert gas, the titanium oxide powder can be easily and effectively stirred at the inside of the mesh basket. Further, when metal titanium 8 is beforehand mixed into the metal oxide powder, satisfactory electrical conductivity can be secured, and its production can be efficiently performed. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、酸化チタンを含有する金属酸化物を、塩化カルシウムを含む溶融塩中での電解により直接還元してチタンおよびチタン合金を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing titanium and a titanium alloy by directly reducing a metal oxide containing titanium oxide by electrolysis in a molten salt containing calcium chloride.

金属チタンおよびチタン合金は、耐食性に優れ、軽量でかつ強度が高い(すなわち、比強度が高い)等の優れた特性を備えており、航空機材料、石油精製、石油化学を含む化学プラントの装置材料、伝熱管や熱交換器用材料をはじめ、自動車部品、医療関係の機器類、スポーツ用具などの素材として、多岐にわたる産業分野で広く使用されている。   Metallic titanium and titanium alloys have excellent properties such as corrosion resistance, light weight and high strength (ie, high specific strength), and equipment materials for chemical plants including aircraft materials, petroleum refining, and petrochemistry. It is widely used in various industrial fields as materials for heat transfer tubes, heat exchanger materials, automobile parts, medical equipment, and sports equipment.

金属チタンの製造に当たっては、通常、ルチル(TiO2)、イルメナイト(FeTiO3)等の鉱石を前処理して得られる酸化チタン(TiO2)を塩素化して四塩化チタン(TiCl4)とし、これをマグネシウムと反応させて還元し、スポンジ状の金属チタンとするクロール法(Mg還元法)が用いられている。 In the production of titanium metal, titanium oxide (TiO 2 ) obtained by pretreatment of ores such as rutile (TiO 2 ) and ilmenite (FeTiO 3 ) is usually chlorinated to form titanium tetrachloride (TiCl 4 ). A crawl method (Mg reduction method) is used in which a metal is reduced by reacting with magnesium to form sponge metal titanium.

しかし、四塩化チタンをスポンジチタンとする工程はバッチ方式で、連続化が困難であり、また、四塩化チタンの還元により生じる塩化マグネシウム(MgCl2)の再利用のために、MgCl2を溶融塩電解法によりMgとCl2に分離する際、多大なエネルギー(電力)が消費される。そのため、連続操業が可能で、電力消費量を低減できる金属チタンの製造方法の開発が求められている。 However, in the process a batch method in which the titanium sponge titanium tetrachloride, it is difficult to continuously. In addition, for reuse of magnesium chloride produced by reduction of titanium tetrachloride (MgCl 2), molten salt MgCl 2 When separating into Mg and Cl 2 by the electrolytic method, a great amount of energy (electric power) is consumed. Therefore, development of the manufacturing method of the metal titanium which can be operated continuously and can reduce electric power consumption is calculated | required.

そのような方法の一つとして期待されているのがチタンの酸化物を直接還元して金属チタンを得る方法である。   One of the expected methods is to obtain titanium metal by directly reducing titanium oxide.

これに関連する技術として、特許文献1には、塩化物溶融塩中で電気分解によりTi、Si、Geなどの金属の酸化物から酸素を除去する直接電解法が開示されている。この方法は、例えば、酸素を含む金属チタンを陰極として溶融塩中で通電すると、溶融塩中の金属イオンがチタンの表面に析出するよりも、チタン中の酸素が電解質中に移動(溶解)する反応の方が優先的に進行するという現象を利用するもので、金属チタン中の酸素だけではなく、チタン酸化物を陰極と接触させておくことによりチタン酸化物から酸素を除去できるとしている。しかし、この方法を直ちに実用化に結びつけることは困難で、様々な問題を解決する必要がある。   As a technique related to this, Patent Document 1 discloses a direct electrolysis method in which oxygen is removed from an oxide of a metal such as Ti, Si, and Ge by electrolysis in a chloride molten salt. In this method, for example, when a metal titanium containing oxygen is used as a cathode and current is supplied in the molten salt, oxygen in the titanium moves (dissolves) in the electrolyte rather than metal ions in the molten salt precipitate on the surface of the titanium. It utilizes the phenomenon that the reaction proceeds preferentially, and it is said that not only oxygen in titanium metal but also oxygen can be removed from titanium oxide by contacting titanium oxide with the cathode. However, it is difficult to immediately put this method into practical use, and various problems need to be solved.

また、特許文献2には、酸化チタン粉末を、酸化カルシウムを含む塩化カルシウム溶融塩の電気分解により生成させたカルシウムイオンおよび電子により還元・脱酸し、金属チタンを生成させ、還元容器の底部から抜き取る金属チタンの精錬方法および精錬装置が提案されている。ここには、塩化カルシウム浴の内部に酸化チタン粉末を収納したモリブデン製容器を入れて酸化チタンを還元する方法が記載されている。   Patent Document 2 discloses that titanium oxide powder is reduced and deoxidized with calcium ions and electrons generated by electrolysis of a calcium chloride molten salt containing calcium oxide to form titanium metal, and from the bottom of the reducing vessel. A refining method and a refining apparatus for extracting metallic titanium have been proposed. Here, a method for reducing titanium oxide by placing a molybdenum container containing titanium oxide powder inside a calcium chloride bath is described.

しかしながら、この方法では、酸化チタンの一部は還元されて金属チタンになるが、その後の還元が進まなくなるという問題がある。還元時に生成する酸化カルシウム(CaO)によりその周辺が高粘性になって酸化カルシウムの拡散移動が起こりにくくなり、また、酸化カルシウムが酸化チタンの表面に析出、付着することによるものと考えられる。   However, in this method, a part of titanium oxide is reduced to metal titanium, but there is a problem that subsequent reduction does not proceed. It is considered that calcium oxide (CaO) produced at the time of reduction makes the periphery highly viscous and makes it difficult for calcium oxide to be diffused and transferred, and calcium oxide precipitates and adheres to the surface of titanium oxide.

また、モリブデン製容器内の酸化チタン粉末の一部が溶融塩の流動(浴内の流れ)に伴い巻き上げられて溶融塩中に拡散、流動するとともにチタンに還元され、電解槽の底部に沈殿するが、その一部は、陽極の炭素により炭化されて炭化チタン(TiC)を形成し、または、炭素濃度が高められたチタンとなる。そのため、底部から抜き取られるチタンにはこのようなC汚染(すなわち、C濃度の上昇、TiCの形成)が生じたチタンが混入し、真空アーク溶解(VAR)でもC汚染を取り除くことはできないので、得られるチタン材の加工性が劣化する。   In addition, a part of the titanium oxide powder in the molybdenum container is rolled up with the flow of the molten salt (flow in the bath), diffuses and flows in the molten salt, is reduced to titanium, and precipitates at the bottom of the electrolytic cell. However, a part thereof is carbonized by carbon of the anode to form titanium carbide (TiC), or titanium with an increased carbon concentration. For this reason, titanium extracted from the bottom is mixed with titanium in which such C contamination (that is, C concentration increase, TiC formation) is generated, and C contamination cannot be removed even by vacuum arc melting (VAR). The workability of the resulting titanium material is degraded.

特表2002−517613号公報JP-T-2002-517613

特開2003−129268号公報JP 2003-129268 A

本発明の目的は、酸化チタン粉末を塩化カルシウム溶融塩中に浸漬し、電解することによりこれを還元して金属チタンとする方法における前述した問題、すなわち、還元時に生成する酸化カルシウム(CaO)の酸化チタン表面への析出、付着等による還元反応の遅延、抑制、ならびに、酸化チタン粉末の溶融塩中(特に、陽極側)への拡散および還元により生成するチタンのC汚染の問題を解決し、酸化チタンを含有する金属酸化物を電解により還元するチタンおよびチタン合金の製造方法を提供することにある。   The object of the present invention is to immerse the titanium oxide powder in a calcium chloride molten salt and reduce the amount of the titanium oxide powder by electrolysis to form titanium metal, that is, the calcium oxide (CaO) produced during the reduction. Resolves the problem of C contamination of titanium produced by the delay and suppression of the reduction reaction due to precipitation, adhesion, etc. on the titanium oxide surface, and the diffusion and reduction of titanium oxide powder into the molten salt (especially the anode side), An object of the present invention is to provide a method for producing titanium and a titanium alloy, in which a metal oxide containing titanium oxide is reduced by electrolysis.

本発明者らは、前述の課題を解決するため、酸化チタン粉末を陰極内部(陰極に囲まれた内側)に保持したまま電解して還元反応を進行させる方法について検討した。酸化チタン粉末を陰極内部に留めることができれば、酸化チタン粉末や還元により生成した金属チタンの溶融塩中(特に、陽極側)への拡散および陽極(黒鉛電極)との接触を防止してチタンのC汚染を抑制することができ、さらに、還元容器(電解槽)の底部から金属チタンを回収する方法では混入が避けられない炭化チタン以外の他の不純物の金属チタンへの混入防止も可能となるからである。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have studied a method of proceeding the reduction reaction by electrolyzing the titanium oxide powder while being held inside the cathode (inside surrounded by the cathode). If the titanium oxide powder can be retained inside the cathode, diffusion of titanium oxide powder and titanium metal produced by reduction into the molten salt (especially the anode side) and contact with the anode (graphite electrode) can be prevented. C contamination can be suppressed, and in addition, it is possible to prevent other impurities other than titanium carbide, which cannot be avoided by the method of recovering metallic titanium from the bottom of the reducing vessel (electrolyzer), from entering metallic titanium. Because.

すなわち、酸化チタン粉末を陰極内部に保持するために、陰極を網籠状にしてその中に酸化チタン粉末を入れ、酸化チタン粉末や還元により生成した金属チタンが網籠内に留まって籠の外へはほとんど出ないようにし、溶融塩だけが網目を通して流通する状態で電解による酸化チタンの還元を試みた。その結果、チタンのC汚染(C濃度の上昇、TiCの形成)は抑制できたが、網籠内部の酸化チタンに酸化カルシウムが付着し、還元反応を継続して進行させることはできなかった。   That is, in order to hold the titanium oxide powder inside the cathode, the cathode is made into a mesh shape and the titanium oxide powder is put therein, and the titanium oxide powder and the metal titanium produced by the reduction stay in the mesh cage and are outside the cage. We tried to reduce titanium oxide by electrolysis in a state where only molten salt circulated through the network. As a result, although C contamination (increased C concentration, formation of TiC) of titanium could be suppressed, calcium oxide adhered to the titanium oxide inside the reticulum and the reduction reaction could not be continued.

そこで、網籠の底部からアルゴン(Ar)ガスを吹き込んだところ、網籠内部で酸化チタン粉末が溶融塩の流動に伴って攪拌され、還元反応が進行して酸化チタンが効果的に金属チタンに還元されることが判明した。   Therefore, when argon (Ar) gas was blown from the bottom of the mesh net, the titanium oxide powder was stirred as the molten salt flowed inside the mesh net, and the reduction reaction proceeded to effectively convert the titanium oxide into titanium metal. It was found to be reduced.

本発明はこのような検討の結果なされたもので、その要旨は、下記のチタンおよびチタン合金の製造方法にある。すなわち、
『還元領域と陽極側領域との境界が陰極を形成する網で構成された電解槽内に塩化カルシウムを含む溶融塩を入れ、酸化チタン含有金属酸化物粉末を前記還元領域内の溶融塩中に投入し、還元領域内の酸化チタン含有金属酸化物粉末を攪拌しながら、陽極側領域の溶融塩に浸漬した陽極との間で通電して酸化チタン含有金属酸化物粉末を還元するチタンおよびチタン合金の製造方法』である。
This invention was made | formed as a result of such examination, and the summary exists in the manufacturing method of the following titanium and titanium alloy. That is,
“A molten salt containing calcium chloride is placed in an electrolytic cell constituted by a network in which the boundary between the reduction region and the anode side region forms a cathode, and the titanium oxide-containing metal oxide powder is put into the molten salt in the reduction region. Titanium and a titanium alloy that reduce the titanium oxide-containing metal oxide powder by supplying electricity to the anode immersed in the molten salt in the anode side region while stirring and stirring the titanium oxide-containing metal oxide powder in the reduction region Manufacturing method ”.

ここで、「酸化チタン含有金属酸化物」とは、酸化チタン単独、または酸化チタンを主体として、例えば、酸化バナジウム、酸化アルミニウム、酸化クロム等、チタンに合金成分として加えようとする元素の酸化物を含む金属酸化物をいう。   Here, the “titanium oxide-containing metal oxide” is an oxide of an element to be added as an alloy component to titanium, such as vanadium oxide, aluminum oxide, chromium oxide, etc. A metal oxide containing

「塩化カルシウムを含む溶融塩」とは、塩化カルシウム(CaCl2)のみ、または、塩化カルシウムの他に、融点の低下、粘性等の調整のための塩化カリウム(KCl)、弗化カルシウム(CaF2)等を含む溶融塩をいう。溶融塩に混合塩を用いる場合、塩化カルシウムや弗化カルシウムなどのカルシウム化合物の濃度が低過ぎると、溶融塩中のカルシウムイオンが不足して反応率が低下するので、カルシウム化合物の濃度は10質量%以上が望ましい。なお、以下の説明において、「電解液」ともいう。 The “molten salt containing calcium chloride” refers to only calcium chloride (CaCl 2 ), or in addition to calcium chloride, potassium chloride (KCl), calcium fluoride (CaF 2 ) for adjusting the melting point, viscosity, etc. ) And the like. When a mixed salt is used as the molten salt, if the concentration of calcium compound such as calcium chloride or calcium fluoride is too low, the calcium ion in the molten salt becomes insufficient and the reaction rate decreases, so the concentration of the calcium compound is 10 mass. % Or more is desirable. In the following description, it is also referred to as “electrolyte”.

また、「還元領域」とは、金属酸化物、例えば、酸化チタン(TiO2)が還元されて金属チタンになる反応が生じる陰極側領域である。この場合は、陽極側領域との境界に設けられた網が陰極として機能する。また、「陽極側領域」とは、陽極が浸漬され、前記還元領域との境界が網で区分けされた、還元領域以外の領域である。 Further, the “reduction region” is a cathode side region in which a metal oxide, for example, titanium oxide (TiO 2 ) is reduced to produce a metal titanium. In this case, the net provided at the boundary with the anode side region functions as a cathode. The “anode side region” is a region other than the reduction region in which the anode is immersed and the boundary with the reduction region is divided by a net.

前記本発明のチタンおよびチタン合金の製造方法において、『還元領域を網籠で構成する』方法(これを「実施態様1」の方法という)を用いれば、酸化チタン含有金属酸化物粉末の取り扱い、特に、還元終了後の残留物(金属チタン)の回収が容易であり、陰極を構成する網籠を電解槽から取り外せるので、メンテナンス上の利点も大きい。   In the method for producing titanium and titanium alloy of the present invention, if the method of “constituting the reduction region with a mesh” (this is referred to as the method of “Embodiment 1”), the handling of titanium oxide-containing metal oxide powder, In particular, it is easy to recover the residue (titanium titanium) after the reduction, and the mesh screen constituting the cathode can be removed from the electrolytic cell.

本発明の製造方法(「実施態様1」の方法を含む)において、『陽極を黒鉛電極とする』方法(これを「実施態様2」の方法という)を用いれば、高温の塩化カルシウムを含む溶融塩中でも耐熱衝撃性に優れ、望ましい。   In the production method of the present invention (including the method of “Embodiment 1”), if the method of “using the anode as a graphite electrode” (this is referred to as the method of “Embodiment 2”), the melt containing high-temperature calcium chloride is used. Excellent in thermal shock resistance even in salt, desirable.

本発明の「実施態様1」または「実施態様2」の方法において、『網籠内部と網籠外部間の溶融塩の流通が網籠の網目以外では起こらないように構成された網籠を用いる』方法(これを「実施態様3」の方法という)を採用すれば、酸化チタン含有金属酸化物粉末や生成したチタン等の網籠外への漏出を防止して炭化チタンの生成を抑制することができる。   In the method of “Embodiment 1” or “Embodiment 2” of the present invention, “a mesh cage configured to prevent the flow of molten salt between the inside of the mesh cage and the outside of the mesh mesh except for the mesh of the mesh mesh” is used. By adopting the method (this is referred to as the method of “Embodiment 3”), it is possible to prevent the titanium oxide-containing metal oxide powder and the generated titanium from leaking out of the net and suppress the formation of titanium carbide. Can do.

本発明の製造方法(「実施態様1〜3」の方法を含む)において、『網籠内部の酸化チタン含有金属酸化物粉末の攪拌を、不活性ガスの吹き込みにより行う』方法(これを「実施態様4」の方法という)を採用すれば、網籠内部で酸化チタン粉末を簡便かつ効果的に攪拌することができる。   In the production method of the present invention (including the methods of “Embodiments 1 to 3”), a method of “stirring the titanium oxide-containing metal oxide powder inside the mesh cage by blowing an inert gas” If the method of “Aspect 4” is employed, the titanium oxide powder can be easily and effectively stirred inside the mesh cage.

本発明の製造方法(「実施態様1〜4」の方法を含む)において、『還元が終了した後、網籠の内部の残留物を回収する』方法(これを「実施態様5」の方法という)を採用すれば、還元して得られるチタンまたはチタン合金を回収できる。特に、還元領域を網籠で構成する「実施態様1」の方法を用いる場合は、網籠を引き上げるだけでよいので、回収は極めて容易である。   In the production method of the present invention (including the method of “Embodiments 1 to 4”), a method of “recovering the residue inside the net after the reduction is completed” (this is referred to as the method of “Embodiment 5”). ) Can be used to recover titanium or titanium alloy obtained by reduction. In particular, in the case of using the method of “Embodiment 1” in which the reduction region is formed of a mesh, it is only necessary to pull up the mesh so that the collection is extremely easy.

また、本発明の製造方法(「実施態様1〜5」の方法を含む)において、『網籠に入れる酸化チタン含有金属酸化物粉末にあらかじめ金属チタンを混合しておく』方法(これを「実施態様6」の方法という)を採用すれば、良好な導電性を確保でき、製造を効率よく行える。   In addition, in the production method of the present invention (including the methods of “Embodiments 1 to 5”), a method of “mixing titanium metal in advance in a titanium oxide-containing metal oxide powder to be put into a mesh bag” Adopting the method of “Aspect 6”) ensures good electrical conductivity and enables efficient production.

本発明のチタンおよびチタン合金の製造方法によれば、酸化チタン含有金属酸化物粉末を電解により直接還元して、容易にチタンまたはチタン合金を得ることができる。   According to the method for producing titanium and titanium alloy of the present invention, titanium or titanium alloy can be easily obtained by directly reducing titanium oxide-containing metal oxide powder by electrolysis.

前述のとおり、本発明のチタンおよびチタン合金の製造方法は、下記(1)および(2)の工程を備えている。
(1)還元領域と陽極側領域との境界が陰極を形成する網で構成された電解槽内に塩化カルシウムを含む溶融塩を入れ、酸化チタン含有金属酸化物粉末を前記還元領域内の溶融塩中に投入する工程
(2)還元領域内の酸化チタン含有金属酸化物粉末を攪拌しながら、陽極側領域の溶融塩に浸漬した陽極との間で通電して酸化チタン含有金属酸化物粉末を還元する工程
すなわち、(1)の工程では、酸化チタン含有金属酸化物粉末を電解槽内の溶融塩中に投入するのであるが、その電解槽が網(この網が、陰極として機能する)によって還元領域と陽極側領域とに区分されている。
As described above, the titanium and titanium alloy production method of the present invention includes the following steps (1) and (2).
(1) A molten salt containing calcium chloride is placed in an electrolytic cell composed of a network in which the boundary between the reduction region and the anode side region forms a cathode, and the titanium oxide-containing metal oxide powder is melted in the reduction region. (2) Stirring the titanium oxide-containing metal oxide powder in the reduction region and reducing the titanium oxide-containing metal oxide powder by passing current between the anode and the anode immersed in the molten salt in the anode side region That is, in the step (1), the titanium oxide-containing metal oxide powder is put into the molten salt in the electrolytic cell, and the electrolytic cell is reduced by a net (this net functions as a cathode). It is divided into a region and an anode side region.

このような網による境界を設けるのは、溶融塩の流通を確保しつつ、還元領域で生成した金属チタンの陽極側領域への移動を抑えるとともに、陽極側領域で生成するC(炭素)やCaC2(炭化カルシウム)の還元領域への侵入によるチタンのC汚染を回避するためである。網を設けることにより、還元領域内のみを攪拌して還元反応の促進を図ることも可能となる。 Providing such a network boundary suppresses the movement of metallic titanium produced in the reduction region to the anode side region while ensuring the circulation of the molten salt, and also produces C (carbon) and CaC produced in the anode side region. This is to avoid titanium contamination due to penetration of 2 (calcium carbide) into the reduction region. By providing a net, it is also possible to promote the reduction reaction by stirring only in the reduction region.

網を陰極とするのは、還元領域内の酸化チタン含有金属酸化物粉末を還元して金属チタンとするためである。   The net is used as a cathode because the titanium oxide-containing metal oxide powder in the reduction region is reduced to metal titanium.

網の材質は、通電する際の陰極となるので、導体製であることが必要である。さらに、高温の塩化カルシウムを含む溶融塩中での長期間の使用に耐えること、細かい網目の籠を比較的容易に作製できる加工性を備えることも要求される。例えば、鉄(鋼)、チタン、モリブデン等が採用できる。   The material of the mesh becomes a cathode when energized, and therefore needs to be made of a conductor. Furthermore, it is required to withstand long-term use in a molten salt containing high-temperature calcium chloride and to have workability capable of relatively easily producing fine mesh wrinkles. For example, iron (steel), titanium, molybdenum or the like can be used.

網の形状は、特に限定されない。例えば、電解槽内を適当な位置で還元領域と陽極側領域とに垂直に二分できるような平板状の網でもよいし、還元領域内での反応の効率や、攪拌効果等を考慮した特異な形状のものでもよい。この後に述べるように、還元により生成した金属チタンの回収時における利便性なども考慮して、網籠状に形成されたものであってもよい。   The shape of the net is not particularly limited. For example, it may be a flat mesh that can bisect the electrolytic cell in an appropriate position perpendicularly to the reduction region and the anode side region, or it may be a unique one that takes into account the efficiency of the reaction in the reduction region, the stirring effect, etc. The shape may be sufficient. As will be described later, it may be formed in a net-like shape in consideration of convenience at the time of recovery of titanium metal produced by reduction.

網目の大きさも、限定はしないが、酸化チタン含有金属酸化物粉末が高温の溶融塩中で網を通して陽極側領域へ漏出しない程度のかなり細かいものとする必要がある。特に、本発明の方法では、この後の(2)の工程で述べるように、網籠内部の酸化チタン含有金属酸化物粉末を攪拌し、流動させるので、そのような条件下でも漏出しないような配慮を要する。   The size of the mesh is not limited, but it must be so fine that the titanium oxide-containing metal oxide powder does not leak into the anode region through the mesh in a high-temperature molten salt. In particular, in the method of the present invention, as described in the subsequent step (2), the titanium oxide-containing metal oxide powder inside the meshwork is stirred and fluidized, so that it does not leak even under such conditions. Consideration is required.

還元領域内の溶融塩中に投入する酸化チタン含有金属酸化物粉末としては、酸化チタン単独でもよいが、例えば、酸化バナジウム、酸化アルミニウム、酸化クロム等を含有する酸化チタンを用いてもよい。これらの酸化物は、酸化チタンと同様に還元されて、バナジウム、アルミニウム、クロム等としてチタンに固溶した状態(チタン合金)となるので、酸化バナジウム、酸化アルミニウム、酸化クロム等の混合量は、その合金組成に見合った量とすればよい。   As the titanium oxide-containing metal oxide powder to be introduced into the molten salt in the reduction region, titanium oxide alone may be used. For example, titanium oxide containing vanadium oxide, aluminum oxide, chromium oxide, or the like may be used. Since these oxides are reduced in the same manner as titanium oxide and become solid solution (titanium alloy) in titanium as vanadium, aluminum, chromium, etc., the mixing amount of vanadium oxide, aluminum oxide, chromium oxide, etc. What is necessary is just to set it as the quantity corresponding to the alloy composition.

酸化チタン含有金属酸化物粉末の粒径は0.03〜0.2mmの範囲内とするのが望ましい。粒径が0.2mmを超えると粗粒のためにその金属酸化物が偏析して、均一な合金が得られにくく、0.03mm未満では電解時に網目を通り抜けてしまい、合金成分の濃度が実際に酸化物として添加した濃度より低下してしまう。   The particle size of the titanium oxide-containing metal oxide powder is desirably in the range of 0.03 to 0.2 mm. If the particle size exceeds 0.2 mm, the metal oxide segregates due to coarse particles, making it difficult to obtain a uniform alloy. If the particle size is less than 0.03 mm, it passes through the network during electrolysis, and the concentration of the alloy components is actually It will be lower than the concentration added as an oxide.

(2)の工程では、還元領域内の酸化チタン含有金属酸化物粉末を攪拌しながら、陽極側領域の溶融塩に浸漬した陽極との間で通電して酸化チタン含有金属酸化物粉末を還元する。   In the step (2), while stirring the titanium oxide-containing metal oxide powder in the reduction region, the titanium oxide-containing metal oxide powder is reduced by energizing the anode immersed in the molten salt in the anode side region. .

還元領域と陽極側領域との境界を構成する網(陰極)と、陽極側領域の溶融塩に浸漬した陽極との間で通電し、電解すると、陰極(網)と酸化チタン含有金属酸化物粉末(例えば、酸化チタン)との接点では下記(1)式の電極反応が生じ、さらに、陰極近傍では(2)式の化学反応が進行して、(1)式の反応で生成したCaにより酸化チタン(TiO2)が還元され、金属チタン(Ti)が生じる。なお、酸化バナジウム等のチタンに合金成分として加えようとする元素の酸化物が含まれていれば、同様に還元され、金属V等が生じてチタン合金となる。 When electrified and electrolyzed between the net (cathode) constituting the boundary between the reduction region and the anode side region and the anode immersed in the molten salt in the anode side region, the cathode (net) and titanium oxide-containing metal oxide powder The electrode reaction of the following formula (1) occurs at the contact with (for example, titanium oxide), and further, the chemical reaction of the formula (2) proceeds near the cathode and is oxidized by Ca generated by the reaction of the formula (1). Titanium (TiO 2 ) is reduced to produce metallic titanium (Ti). If an oxide of an element to be added as an alloy component is contained in titanium such as vanadium oxide, it is similarly reduced to produce metal V or the like to form a titanium alloy.

陰極: 2Ca2++4e-→2Ca ・・(1)
TiO2+2Ca→Ti+2CaO ・・(2)
図1は、陰極(網)と酸化チタンとの接点およびその近傍における前記(1)、(2)の反応の結果生じる状態を模式的に示す図である。酸化チタン1(TiO2)が、例えばモリブデンなどの金属製容器に収納され、静止した状態で網2(陰極)に接触する場合は、図1に示すように、その接点の電解液(CaCl2)に網2から電子(e-)が与えられ、前記(1)式の反応によりCaが生成する。このCaは、直ちに酸化チタン1(TiO2)と(2)式のように反応して金属チタン(Ti)と酸化カルシウム(CaO)が生じる。
Cathode: 2Ca 2+ + 4e → 2Ca (1)
TiO 2 + 2Ca → Ti + 2CaO (2)
FIG. 1 is a diagram schematically showing a state generated as a result of the reactions (1) and (2) at and near the contact point between the cathode (net) and titanium oxide. Titanium oxide 1 (TiO 2) is, for example, is housed in a metal container, such as molybdenum, when in contact with the network 2 (cathode) in a stationary state, as shown in FIG. 1, the electrolyte of the contacts (CaCl 2 ) Is given electrons (e ) from the network 2, and Ca is generated by the reaction of the formula (1). This Ca immediately reacts with titanium oxide 1 (TiO 2 ) and the formula (2) to produce metallic titanium (Ti) and calcium oxide (CaO).

しかし、酸化チタン1(TiO2)は静止した状態なので、前述のように、酸化カルシウム(CaO)の拡散、移動が起こりにくく、CaOがTiO2の表面に析出、付着し、TiO2の表面がCaOで覆われる。その結果、(2)式の反応は進まず、酸化チタン1(TiO2)の還元は進行しない。 However, since titanium oxide 1 (TiO 2) is a stationary state, as described above, diffusion of calcium oxide (CaO), the movement is less likely to occur, CaO is deposited on the surface of the TiO 2, deposited, the surface of TiO 2 Covered with CaO. As a result, the reaction of formula (2) does not proceed, and the reduction of titanium oxide 1 (TiO 2 ) does not proceed.

本発明の製造方法で行うように、還元領域内の酸化チタン1を攪拌し、電解液を流動させた状態の中で、酸化チタン1(TiO2)が網2に接触する場合は、酸化カルシウム(CaO)は電解液(CaCl2)中に容易に移行し、網2を通過して陽極側領域へも拡散、移動し、陽極近傍にも達する。 When the titanium oxide 1 (TiO 2 ) is in contact with the net 2 in a state where the titanium oxide 1 in the reduction region is stirred and the electrolytic solution is flowed as in the production method of the present invention, calcium oxide is used. (CaO) easily migrates into the electrolytic solution (CaCl 2 ), passes through the net 2, diffuses and moves to the anode side region, and reaches the vicinity of the anode.

攪拌によって網2から離れた酸化チタン1が再び網2(陰極)に接触すると、その接点で前記の反応により更に金属チタンが生成する(なお、図1中に破線で囲み、Tiと表示した部分は、網2との最初の接触により生成したTiである)。このようにTiが生成する場合、TiO2表面から酸素(O2)が抜けることになるので、酸化チタン1は多孔質(ポーラス)になっており、電解液(CaCl2)は酸化チタン1の内部側まで浸透している。したがって、酸化チタン1が網2との接触、離脱を繰り返す間に、前記(1)式、(2)式の反応によるTiO2のTiへの還元は酸化チタン1の内部まで容易に進行すると推察される。 When the titanium oxide 1 separated from the mesh 2 by stirring again comes into contact with the mesh 2 (cathode), further metal titanium is generated by the above reaction at the contact (a portion surrounded by a broken line in FIG. 1 and indicated as Ti) Is Ti produced by the first contact with the mesh 2). When Ti is generated in this way, oxygen (O 2 ) is released from the TiO 2 surface, so that the titanium oxide 1 is porous, and the electrolyte (CaCl 2 ) is made of the titanium oxide 1. It penetrates to the inside. Therefore, it is inferred that the reduction of TiO 2 to Ti by the reaction of the above formulas (1) and (2) easily proceeds to the inside of the titanium oxide 1 while the titanium oxide 1 repeatedly contacts and leaves the net 2. Is done.

結局、酸化チタン1(TiO2)の還元が進行するためには、電子(e-)を供給する網2と、それを受け取る電解液(CaCl2)と、還元の対象である酸化チタン1(TiO2)の三者の共存が不可欠であるが、本発明の製造方法では、還元領域内の酸化チタン1を攪拌し、電解液とともに流動させるので、常にTiO2面が電解液(CaCl2)に接しており、製造の過程で、酸化チタン1(TiO2)が網2に接触しさえすれば、この条件が満たされることとなる。なお、還元領域内の酸化チタン1を攪拌し、流動させると、網2と酸化チタン1との接触の機会が少なく、反応が起こりにくいようにも思えるが、実際には還元反応が進行するので、流動している酸化チタン1粉末が網2に接触した瞬間に還元されるものと考えられる。 Eventually, in order for the reduction of titanium oxide 1 (TiO 2 ) to proceed, the network 2 for supplying electrons (e ), the electrolyte solution (CaCl 2 ) for receiving it, and the titanium oxide 1 (reduction target) Although the coexistence of the three (TiO 2 ) is indispensable, in the production method of the present invention, the titanium oxide 1 in the reduction region is stirred and fluidized together with the electrolytic solution, so that the TiO 2 surface is always the electrolytic solution (CaCl 2 ). As long as titanium oxide 1 (TiO 2 ) is in contact with the net 2 during the manufacturing process, this condition is satisfied. In addition, when the titanium oxide 1 in the reduction region is stirred and fluidized, it seems that the reaction between the net 2 and the titanium oxide 1 is less likely to occur, but the reaction hardly occurs, but actually the reduction reaction proceeds. It is considered that the flowing titanium oxide 1 powder is reduced at the moment when it contacts the net 2.

一方、陽極では、一般には下記(3)式の電極反応が生じるが、陽極が黒鉛電極(カーボン)であれば、下記(4)式の電極反応が生じ、陽極表面から二酸化炭素(CO2)が発生する。 On the other hand, in general, an electrode reaction of the following formula (3) occurs in the anode, but if the anode is a graphite electrode (carbon), an electrode reaction of the following formula (4) occurs, and carbon dioxide (CO 2 ) is generated from the anode surface. Will occur.

陽極: 2CaO→O2+2Ca2++4e- ・・(3)
陽極(黒鉛): 2CaO+C→CO2+2Ca2++4e- ・・(4)
陽極の材質は導電体であれば特に限定されないが、黒鉛電極が、電気の良導体で、耐薬品性、耐熱衝撃性に優れており、これを用いるのが望ましい(「実施態様2」の方法)。
Anode: 2CaO → O 2 + 2Ca 2+ + 4e - ·· (3)
Anode (graphite): 2CaO + C → CO 2 + 2Ca 2+ + 4e (4)
The material of the anode is not particularly limited as long as it is a conductor, but the graphite electrode is a good electrical conductor and excellent in chemical resistance and thermal shock resistance, and it is desirable to use this (method of “Embodiment 2”). .

(2)の工程では、網(陰極)と陽極との間で通電する際に、酸化チタン含有金属酸化物粉末を攪拌する。これによって、前記の図1における説明でも一部触れたように、酸化チタンの還元反応を継続して進行させるとともに、チタンのC汚染を防止するという顕著な効果が得られる。すなわち、本発明の製造方法では、還元領域内の酸化チタンを攪拌することが特徴の一つであるが、ここで、攪拌の作用効果について整理し、概述する。   In the step (2), the titanium oxide-containing metal oxide powder is stirred when energizing between the net (cathode) and the anode. Thereby, as partly mentioned in the description of FIG. 1 described above, a remarkable effect is obtained in that the reduction reaction of titanium oxide continues and the C contamination of titanium is prevented. That is, the production method of the present invention is characterized by stirring the titanium oxide in the reduction region. Here, the effects of stirring are organized and outlined.

(a)攪拌無しの場合
還元領域と陽極側領域との境界に網を設けた場合、酸化チタンが網に接した部分では、前記(1)式および(2)式の反応が起こり、Tiが生成するが、同時に生成するCaOの拡散、移動が起こりにくく、TiO2の表面がCaOで覆われる。そのため、(2)式の反応は継続せず、Tiの生成が遅延する。
(A) In the case of no stirring When a net is provided at the boundary between the reduction region and the anode side region, the reaction of the above formulas (1) and (2) occurs in the portion where the titanium oxide is in contact with the net, and Ti is Although generated, the diffusion and movement of CaO generated at the same time hardly occur, and the surface of TiO 2 is covered with CaO. For this reason, the reaction of the formula (2) does not continue, and the generation of Ti is delayed.

一方、(1)式の反応は進行するので、未反応Caが生成し、電解液(CaCl2)に溶解して陽極側領域へも拡散、移動する。この未反応Caは、陽極(黒鉛電極)で前記(4)式の反応で生成したCO2を還元してCを生じさせ(下記の(5)式参照)、さらに、このCと反応してCaC2(炭化カルシウム)を生成する(下記(6)式)。生成したCaC2は、CaCl2に溶解した状態で還元領域へ拡散、移動し、(1)式および(2)式の反応で生成したTiと反応し、TiC(炭化チタン)を形成する(下記(7)式)。すなわち、C汚染が生じる。 On the other hand, since the reaction of the formula (1) proceeds, unreacted Ca is generated, dissolved in the electrolytic solution (CaCl 2 ), and diffused and moved to the anode side region. This unreacted Ca reduces the CO 2 produced by the reaction of the above formula (4) at the anode (graphite electrode) to generate C (see the following formula (5)), and further reacts with this C. CaC 2 (calcium carbide) is produced (the following formula (6)). The produced CaC 2 diffuses and moves to the reduction region in a state dissolved in CaCl 2 and reacts with Ti produced by the reactions of the formulas (1) and (2) to form TiC (titanium carbide) (described below). (7) Formula). That is, C contamination occurs.

CO2+2Ca→C+2CaO ・・(5)
2C+Ca→CaC2 ・・(6)
2Ti+CaC2→2TiC+Ca ・・(7)
網を設けない場合も、Ca等の拡散、移動速度に差はあるものの、同様の反応が生じて、Ti生成の遅延、およびC汚染が生じる。
CO 2 + 2Ca → C + 2CaO (5)
2C + Ca → CaC 2・ ・ (6)
2Ti + CaC 2 → 2TiC + Ca (7)
Even when the net is not provided, although there is a difference in the diffusion and movement speed of Ca and the like, the same reaction occurs, causing a delay in Ti generation and C contamination.

(b)網が無く、電解槽内全体を攪拌した場合
この場合は、陰極(網が無いので、別に設けた金属製の陰極を使用)において、(2)式の反応で生成するCaOが拡散、除去されやすいので、Tiの生成は継続して進行するが、(4)式の反応で生じたCO2の還元(前記(5)式)により生成するCが、(2)式の反応で生成するTiと反応してTiCを形成する(下記(8)式)。さらに、このCは、Caと反応してCaC2を生成する(前記(6)式)。生成したCaC2は、前記と同様に、Tiと反応し、TiCを形成する(前記(7)式)。
(B) When there is no mesh and the entire inside of the electrolytic cell is stirred In this case, CaO produced by the reaction of formula (2) diffuses at the cathode (there is no mesh, so a separate metal cathode is used) Since it is easily removed, the production of Ti continues, but the C 2 produced by the reduction of CO 2 produced by the reaction of the formula (4) (the above formula (5)) is converted into the reaction of the formula (2). It reacts with the produced Ti to form TiC (the following formula (8)). Furthermore, this C reacts with Ca to produce CaC 2 (the above formula (6)). The generated CaC 2 reacts with Ti to form TiC as described above (formula (7)).

Ti+C→TiC ・・(8)
電解槽内全体が攪拌されているので、前記のTiCの形成反応((8)式)、CaC2が生成する反応(前記(6)式)には、陽極(黒鉛電極)を構成するCの関与も大きい。
Ti + C → TiC (8)
Since the entire interior of the electrolytic cell is agitated, forming reaction (equation (8)) of said TiC, the reaction CaC 2 is generated (the equation (6)), the C constituting the anode (graphite electrodes) Also involved.

すなわち、この場合はC汚染が生じ、しかも、生成したTiの電解槽内での流動を妨げる網が設けられていないだけに、汚染の進行は著しい。   In other words, in this case, C contamination occurs, and the progress of the contamination is remarkable only because no net is provided to prevent the flow of the produced Ti in the electrolytic cell.

(c)網が有り、電解槽内全体(網の内外)を攪拌した場合
網の近傍で(2)式によりTiが生成するが、網が設けられているので、生成したTiの還元領域外への拡散、移動は妨げられる。一方、(1)式により網の近傍で生成したCaは(2)式の反応に消費されるが、網の外側(陽極側領域)も攪拌されているので、網の外側のCaCl2の流動に伴われ、一部が未反応Caとして陽極側領域へも移動する。
(C) When there is a mesh and the entire inside of the electrolytic cell (inside and outside of the mesh) is agitated Ti is produced by the formula (2) in the vicinity of the mesh, but since the mesh is provided, it is outside the reduction region of the produced Ti Diffusion and movement into are prevented. On the other hand, Ca generated in the vicinity of the net according to the formula (1) is consumed in the reaction of the formula (2), but the outside of the net (anode side region) is also stirred, so the flow of CaCl 2 outside the net As a result, a part of the unreacted Ca also moves to the anode side region.

そのため、(4)式の反応で生じたCO2の還元反応(前記(5)式)と、これに続くCaC2の生成反応(前記(6)式)が進行し、生成したCaC2は、攪拌により網の近傍へも移動して、網の近傍でTiと反応し、TiCを形成する(前記(7)式)。このTiCはCaCl2に溶解して還元領域内にも移動するので、やはりC汚染が生じる。 Therefore, the reduction reaction of the CO 2 generated by the reaction of the formula (4) (the formula (5)) and the subsequent generation reaction of the CaC 2 (the formula (6)) proceed, and the generated CaC 2 is It also moves to the vicinity of the net by stirring and reacts with Ti in the vicinity of the net to form TiC (formula (7)). This TiC dissolves in CaCl 2 and moves into the reduction region, so that C contamination occurs.

(d)網が有り、還元領域内(網内)のみを攪拌した場合(本発明で採用する方式)
網の近傍で(2)式によりTiが生成するが、網が設けられているので、生成したTiの還元領域外への拡散、移動は妨げられる。一方、(1)式により網の近傍で生成したCaは、液の流動のない網の外側(陽極側領域)へは移動せず、(2)式の反応に消費されるので、未反応Caは生成しない。
(D) When there is a net and only the inside of the reduction area (inside the net) is stirred (method employed in the present invention)
Ti is generated by the equation (2) in the vicinity of the net, but since the net is provided, diffusion and movement of the generated Ti outside the reduction region are hindered. On the other hand, Ca generated in the vicinity of the net according to the formula (1) does not move to the outside of the net without the liquid flow (anode side region) and is consumed in the reaction of the formula (2). Does not generate.

したがって、CO2の還元反応(前記(5)式)と、これに続くCaC2の生成反応(前記(6)式)は進行せず、C汚染は生じない。 Therefore, the CO 2 reduction reaction (formula (5)) and the subsequent CaC 2 production reaction (formula (6)) do not proceed, and C contamination does not occur.

なお、還元領域内(網内)が攪拌されているので、(2)式で生成するCaOは拡散、除去されやすく、Tiの生成は継続して進行する。   In addition, since the inside of a reduction | restoration area | region (net | network) is stirred, the CaO produced | generated by (2) Formula is easy to be spread | diffused and removed, and the production | generation of Ti continues.

このように、(2)の工程では、網と陽極との間で通電する際に攪拌するので、還元反応の進行およびチタンのC汚染の防止に対し、顕著な効果が得られる。   As described above, in the step (2), since the stirring is performed when the current is passed between the mesh and the anode, a remarkable effect is obtained for the progress of the reduction reaction and the prevention of C contamination of titanium.

還元領域内(網内)の酸化チタンを攪拌するには、以下のような様々な方法が適用できる。すなわち、還元領域内に不活性ガスを吹き込んで攪拌する方法、還元領域の上方から攪拌棒を挿入して攪拌する方法、還元領域の底部に配置した攪拌子により磁気攪拌する方法などである。「実施態様1」の方法のように、還元領域が網籠で構成されている場合は、網籠4自体を上下、左右に揺動させ、または回転させることにより、網籠内の金属酸化物粉末を流動させる方法も適用可能である。   The following various methods can be applied to stir the titanium oxide in the reduction region (in the net). That is, there are a method in which an inert gas is blown into the reduction region and stirring, a method in which a stirring bar is inserted from above the reduction region, and a magnetic stirring method using a stirrer disposed at the bottom of the reduction region. In the case where the reduction region is composed of a mesh cage as in the method of “Embodiment 1”, the mesh oxide 4 itself is swung up and down, left and right, or rotated to rotate the metal oxide in the mesh cage. A method of flowing the powder is also applicable.

その中でも、図2に例示したガス導入管7から不活性ガスを吹き込んで攪拌する方法(「実施態様4」の方法)が、還元領域内で酸化チタン粉末を簡便かつ効果的に攪拌し、流動させることができるので、好適である。   Among them, the method of stirring by injecting an inert gas from the gas introduction pipe 7 illustrated in FIG. 2 (the method of “Embodiment 4”) stirs the titanium oxide powder easily and effectively in the reduction region. Therefore, it is preferable.

還元が終了した後、還元領域内の残留物を回収することによって、チタンまたはチタン合金を得ることができる(「実施態様5」の方法)。   After the reduction is completed, the residue in the reduction region is recovered to obtain titanium or a titanium alloy (the method of “Embodiment 5”).

さらに、還元領域を網籠で構成する「実施態様1」の方法を例として、図面を参照し、説明する。   Further, an example of the method of “Embodiment 1” in which the reduction region is formed of a net is described with reference to the drawings.

図2は、本発明の実施例で、「実施態様1」の製造方法を実施することができる装置の概略構成例を示す図である。同図に示すように、酸化チタン含有金属酸化物粉末3を入れる網籠4と陽極6が塩化カルシウムを含む溶融塩5中に浸漬され、網籠4内に不活性ガスを吹き込むためのガス導入管7が取り付けられている。網籠4は陰極を構成している。   FIG. 2 is a diagram showing an example of a schematic configuration of an apparatus capable of carrying out the manufacturing method of “Embodiment 1” in the embodiment of the present invention. As shown in the figure, a gas introduction for injecting an inert gas into the net 4 by immersing the net 4 and the anode 6 into which the titanium oxide-containing metal oxide powder 3 is put in a molten salt 5 containing calcium chloride. A tube 7 is attached. The net 4 constitutes the cathode.

この製造方法における最初の工程は、『酸化チタン含有金属酸化物粉末3を導体製の網籠4に入れて塩化カルシウムを含む溶融塩5中に浸漬する』工程である。   The first step in this production method is a step of “immersing the titanium oxide-containing metal oxide powder 3 in a conductive mesh cage 4 and immersing it in a molten salt 5 containing calcium chloride”.

ここで用いる網籠4の材質は、前記のとおりで、例えば、鉄(鋼)、チタン、モリブデン等が採用できる。   The material of the mesh cage 4 used here is as described above, and, for example, iron (steel), titanium, molybdenum or the like can be adopted.

網籠4の形状は、特に限定されない。円筒形、角筒形、籠の下方部を絞ったもの、その他特殊な形状を有するもの等、いずれも採用できるが、電解槽内への取り付け、金属酸化物粉末3の装入や生成する金属チタン等の取り出しなど、ハンドリング性も考慮して適切な形状のものを選定すればよい。   The shape of the net 4 is not particularly limited. Cylindrical, square tube, narrowed down parts of the ridge, and other special shapes can be used, but they can be installed in the electrolytic cell, charged with metal oxide powder 3 and the metal produced What is necessary is just to select the thing of an appropriate shape in consideration of handling property, such as taking out titanium etc.

また、酸化チタン含有金属酸化物粉末3や生成したチタン等の網籠4外への漏出を防止してチタンのC汚染を抑制できるように、網籠内部と網籠外部間の溶融塩の流通が網籠の網目以外では起こらないような形状の網籠を使用する(すなわち、「実施態様3」の方法を採用する)ことが望ましい。例えば、図2において、網籠4の網目の上端が溶融塩5の表面よりも上方に位置するような網籠を使用すればよい。   Moreover, the distribution of the molten salt between the inside of the net and the outside of the net so that the titanium oxide-containing metal oxide powder 3 and the generated titanium can be prevented from leaking out of the net 4 and the C contamination of titanium can be suppressed. It is desirable to use a mesh having a shape that does not occur except in the mesh of the mesh (that is, adopting the method of “Embodiment 3”). For example, in FIG. 2, a mesh cage in which the upper end of the mesh of the mesh mesh 4 is located above the surface of the molten salt 5 may be used.

網籠4の網目の大きさも、前記のとおりで限定はしないが、酸化チタン含有金属酸化物粉末3が高温の溶融塩5中で網籠4の外へ漏出しない程度のかなり細かいものとする必要がある。   The size of the mesh of the mesh screen 4 is not limited as described above, but it is necessary that the mesh size of the titanium oxide-containing metal oxide powder 3 is so fine that it does not leak out of the mesh mesh 4 in the high-temperature molten salt 5. There is.

次の工程は、図2に示すように、『網籠内部の酸化チタン含有金属酸化物粉末3を攪拌しながら、溶融塩5に浸漬した陽極6との間で通電して酸化チタン含有金属酸化物粉末3を還元する』工程である。   As shown in FIG. 2, the next step is as follows: “Stirring the titanium oxide-containing metal oxide powder 3 in the mesh net and energizing the anode 6 immersed in the molten salt 5 to conduct titanium oxide-containing metal oxidation. It is a process of “reducing product powder 3”.

陰極である網籠4と陽極6との間で通電し、電解すると、陰極(網籠4)と酸化チタン含有金属酸化物粉末3(例えば、酸化チタン)との接点では、前述したように、(1)式および(2)式の反応が進行して、酸化チタン(TiO2)が還元され、金属Tiが生じる。 When electrification is conducted between the mesh screen 4 and the anode 6 which are cathodes, and electrolysis, at the contact point between the cathode (network 4) and the titanium oxide-containing metal oxide powder 3 (for example, titanium oxide), as described above, The reactions of the formulas (1) and (2) proceed, titanium oxide (TiO 2 ) is reduced, and metal Ti is generated.

一方、陽極では、前述したように、(3)式、または(4)式の反応が進行する。   On the other hand, at the anode, as described above, the reaction of the formula (3) or the formula (4) proceeds.

この例では、網籠4内部の酸化チタン含有金属酸化物粉末3の攪拌を、ガス導入管7から不活性ガスを吹き込んで攪拌する方法(「実施態様4」の方法)により行っているが、網籠内部で酸化チタン粉末を簡便かつ効果的に流動させることができるので、好適である。   In this example, stirring of the titanium oxide-containing metal oxide powder 3 inside the mesh cage 4 is performed by a method of stirring by blowing an inert gas from the gas introduction pipe 7 (method of “embodiment 4”). It is preferable because the titanium oxide powder can be easily and effectively flowed inside the net.

還元が終了した後、網籠の内部の残留物を回収することによって、チタンまたはチタン合金を得ることができる(「実施態様5」の方法)。この場合、網籠を溶融塩中から引き上げるだけでよいので、例えば、還元容器(電解槽)の底部から金属チタンを回収する方法等に比べて格段に容易である。   After the reduction is completed, titanium or a titanium alloy can be obtained by recovering the residue in the net (the method of “Embodiment 5”). In this case, since it is only necessary to pull the net cage out of the molten salt, it is much easier than, for example, a method of recovering metallic titanium from the bottom of the reduction vessel (electrolyzer).

図3は、本発明の他の実施例で、本発明の製造方法を実施することができる装置の概略構成例を示す図である。網籠にあらかじめ金属チタンを混合した酸化チタン含有金属酸化物粉末8を入れた場合である(「実施態様6」の方法)。すなわち、図2に示した装置と構成は変わらないが、網籠に入れる原料が相違している。   FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration example of an apparatus capable of carrying out the manufacturing method of the present invention in another embodiment of the present invention. This is a case in which a titanium oxide-containing metal oxide powder 8 in which metal titanium is mixed in advance is put in a net cage (method of “Embodiment 6”). That is, the configuration is the same as that of the apparatus shown in FIG. 2, but the raw materials to be put into the net are different.

酸化チタン含有金属酸化物粉末に金属チタンを混合するのは、図2に示したように網籠に酸化チタン含有金属酸化物粉末のみを入れて、網籠内を攪拌すると、電解に必要な電気が流れる接点が不足するので、それを補うためである。   As shown in FIG. 2, the titanium oxide-containing metal oxide powder is mixed with the metal titanium. When only the titanium oxide-containing metal oxide powder is put in the mesh and the mesh is stirred, the electricity required for the electrolysis is mixed. The reason for this is to make up for the lack of contact points through which.

混合した金属チタンは、そのまま回収されるので、混合量に何ら制限はないが、網籠内に装入する金属酸化物粉末と金属チタンの合計量に対して0.5質量%以上となるように混合すれば、導電性の顕著な向上と、それによる製造効率の上昇効果が得られる。一方、20質量%を超えて混合しても、導電性の向上による製造効率の上昇が飽和傾向を示す。したがって、金属チタンの混合率は、0.5〜20質量%とするのが望ましい。   Since the mixed metal titanium is recovered as it is, there is no limit to the amount of mixing, but it is 0.5% by mass or more based on the total amount of metal oxide powder and metal titanium charged in the mesh cage. If they are mixed, it is possible to obtain a significant improvement in conductivity and an increase in production efficiency. On the other hand, even if the content exceeds 20% by mass, the increase in production efficiency due to the improvement in conductivity shows a saturation tendency. Accordingly, the mixing ratio of titanium metal is preferably 0.5 to 20% by mass.

混合する金属チタンの粒径も特に限定されない。一般的には、粒径が小さい方が電気が流れる接点が増えるが、金属酸化物粉末に対して小さすぎると接点としての機能が発揮されにくいので、酸化チタン含有金属酸化物粉末の粒径を考慮して、適宜定めればよい。   The particle size of the titanium metal to be mixed is not particularly limited. In general, the smaller the particle size, the more contacts through which electricity flows.However, if the particle size is too small compared to the metal oxide powder, the function as a contact is difficult to exert. It may be determined as appropriate in consideration.

このように、網籠に入れる原料としてあらかじめ金属チタンを混合した酸化チタン含有金属酸化物粉末を用いる「実施態様6」の方法によれば、良好な導電性を確保でき、チタンまたはチタン合金の製造を効率よく行うことができる。   As described above, according to the method of “Embodiment 6” using the titanium oxide-containing metal oxide powder in which metal titanium is mixed in advance as a raw material to be put into the netting, good conductivity can be secured, and production of titanium or titanium alloy Can be performed efficiently.

以上述べた本発明のチタンおよびチタン合金の製造方法によれば、還元時に生成する酸化カルシウム(CaO)が酸化チタン粉末の表面に析出、付着して、酸化チタン(TiO2)の還元を妨げたりすることはない。 According to the method for producing titanium and titanium alloy of the present invention described above, calcium oxide (CaO) produced during reduction is deposited on and adhered to the surface of the titanium oxide powder, thereby preventing the reduction of titanium oxide (TiO 2 ). Never do.

網が設けられていないために溶融塩の流動に伴い巻き上げられ、溶融塩中を拡散、流動する酸化チタン粉末(TiO2)の一部が溶融塩中のCaによりTiに還元され(TiO2+2Ca→Ti+2CaO)、このTiの一部が溶融塩中または黒鉛電極のCと反応して(前記(8)式)、炭化チタン(TiC)を生成することもない。また、還元により生成した金属チタン(Ti)の一部が同じく溶融塩中を拡散、流動する間にCと反応して炭化チタン(TiC)を生成することもない。 Since no net is provided, a part of the titanium oxide powder (TiO 2 ) that is wound up with the flow of the molten salt and diffuses and flows in the molten salt is reduced to Ti by Ca in the molten salt (TiO 2 + 2Ca). → Ti + 2CaO), and a part of this Ti does not react with C in the molten salt or the graphite electrode (formula (8)) to produce titanium carbide (TiC). In addition, a part of the titanium metal (Ti) produced by the reduction does not react with C while being diffused and flown in the molten salt to produce titanium carbide (TiC).

本発明の製造方法により得られるチタンおよびチタン合金は、通常は、粒状ないしはそれらが部分的に連結した状態の小塊状を呈しており、そのまま溶解すれば小型のチタンまたはチタン合金のインゴットが得られる。また、前記粒状物を冷圧プレスにより圧縮し、それを溶解することもでき、この場合は、所望の形に成形して、溶解することも可能である。さらに、粉末冶金用の原料チタンまたはチタン合金として利用することも可能である。   The titanium and titanium alloy obtained by the production method of the present invention are usually in the form of granules or small lumps in which they are partially connected, and if dissolved as they are, a small titanium or titanium alloy ingot can be obtained. . Further, the granular material can be compressed by a cold press and melted, and in this case, it can be formed into a desired shape and melted. Further, it can be used as raw material titanium or titanium alloy for powder metallurgy.

本発明のチタンおよびチタン合金の製造方法によれば、酸化チタン含有金属酸化物粉末を電解により直接還元して、容易にチタンまたはチタン合金を得ることができる。したがって、本発明の製造方法は、産業の各分野で、特に、チタンまたはチタン合金が有する耐食性が必要とされる装置や部品に使用する材料を提供するための簡易な手段として、有効に利用することができる。   According to the method for producing titanium and titanium alloy of the present invention, titanium or titanium alloy can be easily obtained by directly reducing titanium oxide-containing metal oxide powder by electrolysis. Therefore, the manufacturing method of the present invention is effectively used as a simple means for providing materials used for devices and parts that require the corrosion resistance of titanium or titanium alloys, particularly in various industrial fields. be able to.

陰極(網)と酸化チタンとの接点およびその近傍における反応の結果生じる状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the state which arises as a result of the reaction in the contact of the cathode (net | network) and titanium oxide, and its vicinity. 本発明の製造方法を実施することができる装置の概略構成例を示す図である。網籠に酸化チタン含有金属酸化物粉末を入れた場合である。It is a figure which shows the schematic structural example of the apparatus which can implement the manufacturing method of this invention. This is a case where a titanium oxide-containing metal oxide powder is put into a net. 本発明の製造方法を実施することができる装置の概略構成例を示す図で、網籠にあらかじめ金属チタンを混合した酸化チタン含有金属酸化物粉末を入れた場合である。It is a figure which shows the schematic structural example of the apparatus which can implement the manufacturing method of this invention, and is a case where the titanium oxide containing metal oxide powder which mixed the titanium metal beforehand in the meshwork is put.

符号の説明Explanation of symbols

1:酸化チタン
2:網
3:酸化チタン含有金属酸化物粉末
4:網籠
5:溶融塩
6:陽極
7:ガス導入管
8:金属チタン
1: Titanium oxide 2: Mesh 3: Metal oxide powder containing titanium oxide 4: Mesh 5: Molten salt 6: Anode 7: Gas introduction tube 8: Metal titanium

Claims (7)

還元領域と陽極側領域との境界が陰極を形成する網で構成された電解槽内に塩化カルシウムを含む溶融塩を入れ、酸化チタン含有金属酸化物粉末を前記還元領域内の溶融塩中に投入し、還元領域内の酸化チタン含有金属酸化物粉末を攪拌しながら、陽極側領域の溶融塩に浸漬した陽極との間で通電して酸化チタン含有金属酸化物粉末を還元することを特徴とするチタンおよびチタン合金の製造方法。   A molten salt containing calcium chloride is placed in an electrolytic cell composed of a network in which the boundary between the reducing region and the anode side region forms a cathode, and a titanium oxide-containing metal oxide powder is put into the molten salt in the reducing region. The titanium oxide-containing metal oxide powder is reduced by energizing the anode immersed in the molten salt in the anode side region while stirring the titanium oxide-containing metal oxide powder in the reduction region. A method for producing titanium and titanium alloys. 前記還元領域が網籠で構成されていることを特徴とする請求項1に記載のチタンおよびチタン合金の製造方法。   The method for producing titanium and a titanium alloy according to claim 1, wherein the reduction region is composed of a net. 陽極が黒鉛電極であることを特徴とする請求項1または2に記載のチタンおよびチタン合金の製造方法。   The method for producing titanium and a titanium alloy according to claim 1 or 2, wherein the anode is a graphite electrode. 網籠が、網籠内部と網籠外部間の溶融塩の流通が網籠の網目以外では起こらないように構成されていることを特徴とする請求項2または3に記載のチタンおよびチタン合金の製造方法。   4. The titanium and titanium alloy according to claim 2, wherein the net is configured such that the molten salt does not flow between the inside of the net and the outside of the net other than the net of the net. 5. Production method. 還元領域内の酸化チタン含有金属酸化物粉末の攪拌が、不活性ガスの吹き込みにより行われることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のチタンおよびチタン合金の製造方法。   The method for producing titanium and a titanium alloy according to any one of claims 1 to 4, wherein the stirring of the titanium oxide-containing metal oxide powder in the reduction region is performed by blowing an inert gas. 還元が終了した後、還元領域内の残留物を回収することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のチタンおよびチタン合金の製造方法。   6. The method for producing titanium and a titanium alloy according to claim 1, wherein the residue in the reduction region is recovered after the reduction is completed. 還元領域内に投入する酸化チタン含有金属酸化物粉末にあらかじめ金属チタンを混合しておくことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のチタンおよびチタン合金の製造方法。
The method for producing titanium and titanium alloy according to any one of claims 1 to 6, wherein metal titanium is mixed in advance with titanium oxide-containing metal oxide powder to be introduced into the reduction region.
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