JP2998827B2 - チタンの製錬方法 - Google Patents
チタンの製錬方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は四塩化チタンの還元反応
による金属チタンの製錬方法に関し、更に詳しくは還元
反応中の局部的な発熱を防ぎ、反応容器内の温度分布を
安定させるとともに、反応容器の冷却を適切に行い高い
生産性でチタンを製錬する方法を提供するものである。
による金属チタンの製錬方法に関し、更に詳しくは還元
反応中の局部的な発熱を防ぎ、反応容器内の温度分布を
安定させるとともに、反応容器の冷却を適切に行い高い
生産性でチタンを製錬する方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来からのチタンの製造方法は、精製さ
れた四塩化チタン（TiCl4 ）をアルカリ土類金属である
マグネシウム（Mg）で還元するクロール（Kroll ）法
と、アルカリ金属であるナトリウム（Na）で還元するハ
ンター（Hunter）法に区分される。両方法を比較する
と、還元および分離の工程で改善が加えられたクロール
法が、生産性および省エネルギーの観点から優れてお
り、チタンの工業的な製造方法として広く適用されてい
る。
れた四塩化チタン（TiCl4 ）をアルカリ土類金属である
マグネシウム（Mg）で還元するクロール（Kroll ）法
と、アルカリ金属であるナトリウム（Na）で還元するハ
ンター（Hunter）法に区分される。両方法を比較する
と、還元および分離の工程で改善が加えられたクロール
法が、生産性および省エネルギーの観点から優れてお
り、チタンの工業的な製造方法として広く適用されてい
る。
【０００３】クロール法を適用した金属チタンの製造
は、チタン鉱石の塩化処理によって得られたTiCl4 を中
間原料として溶融Mgによって還元する工程および得られ
たチタンから未反応Mgや副生成物である塩化マグネシウ
ム（MgCl2 ）を分離する工程からなる。
は、チタン鉱石の塩化処理によって得られたTiCl4 を中
間原料として溶融Mgによって還元する工程および得られ
たチタンから未反応Mgや副生成物である塩化マグネシウ
ム（MgCl2 ）を分離する工程からなる。
【０００４】図３は、クロール法における還元工程およ
び分離工程の概要を説明する図である。
び分離工程の概要を説明する図である。
【０００５】還元工程では、還元炉１の上方に設けられ
た供給ノズル３からTiCl4 を噴霧させて、約 800℃で溶
融Mgと反応させる。このとき還元炉１内の反応雰囲気中
に僅かでも酸素の混入があると、スポンジチタンが汚染
され純度が低下するので、反応は密閉した鋼製の反応容
器２内で行われる。このため、チタンの製造は反応容器
を製造単位とするバッチ式となる。
た供給ノズル３からTiCl4 を噴霧させて、約 800℃で溶
融Mgと反応させる。このとき還元炉１内の反応雰囲気中
に僅かでも酸素の混入があると、スポンジチタンが汚染
され純度が低下するので、反応は密閉した鋼製の反応容
器２内で行われる。このため、チタンの製造は反応容器
を製造単位とするバッチ式となる。
【０００６】反応にあたり必要なMgを反応容器２に装入
して、容器内を不活性なアルゴンガスで置換したのち、
加熱、昇温してMgを溶融させる。溶融Mgを収容した反応
容器２内に供給ノズル３からTiCl4 を供給し、Mgと接触
させて還元反応を行わせて金属チタンを生成させるが、
同時に副生成物であるMgCl2 が生成する。副生成物であ
るMgCl2 は適宜反応容器２の外へ抜き取られるが、最終
的には、未反応Mgおよび残留MgCl2 を含むスポンジ状ま
たは針状のチタンが反応容器２内で得られる。
して、容器内を不活性なアルゴンガスで置換したのち、
加熱、昇温してMgを溶融させる。溶融Mgを収容した反応
容器２内に供給ノズル３からTiCl4 を供給し、Mgと接触
させて還元反応を行わせて金属チタンを生成させるが、
同時に副生成物であるMgCl2 が生成する。副生成物であ
るMgCl2 は適宜反応容器２の外へ抜き取られるが、最終
的には、未反応Mgおよび残留MgCl2 を含むスポンジ状ま
たは針状のチタンが反応容器２内で得られる。
【０００７】TiCl4 のMgによる還元反応は発熱を伴うの
で、Mgを溶融する際は反応容器を加熱するものの、還元
反応中は反応容器の外側周囲から冷却しながら、容器内
部の温度を一定に保ちつつ還元反応を継続させる必要が
ある。
で、Mgを溶融する際は反応容器を加熱するものの、還元
反応中は反応容器の外側周囲から冷却しながら、容器内
部の温度を一定に保ちつつ還元反応を継続させる必要が
ある。
【０００８】分離工程では、未反応のMgおよび残留した
副生成物であるMgCl2 を除去して、高純度のチタンを取
り出すために真空分離法やリーチング法が行われるが、
一般的に、分離後に残留分が少なく、品質的に安定する
真空分離法が多く採用されている。
副生成物であるMgCl2 を除去して、高純度のチタンを取
り出すために真空分離法やリーチング法が行われるが、
一般的に、分離後に残留分が少なく、品質的に安定する
真空分離法が多く採用されている。
【０００９】真空分離法では、蒸発分離を行う反応容器
２を真空分離炉６内に収納してから、反応容器２の内部
を吸引して真空状態にするとともに、さらに反応容器２
の外部から加熱して、反応容器２内のスポンジチタンに
含まれる未反応のMgおよび残留するMgCl2 を蒸発させ
る。蒸発した未反応のMgや残留するMgCl2 は真空分離炉
６の外に排出し、例えば凝縮器７によって凝縮して回収
される。その後、真空分離されたスポンジチタンは、製
造バッチ毎に反応容器２から円筒状のケーキとして押し
出される。
２を真空分離炉６内に収納してから、反応容器２の内部
を吸引して真空状態にするとともに、さらに反応容器２
の外部から加熱して、反応容器２内のスポンジチタンに
含まれる未反応のMgおよび残留するMgCl2 を蒸発させ
る。蒸発した未反応のMgや残留するMgCl2 は真空分離炉
６の外に排出し、例えば凝縮器７によって凝縮して回収
される。その後、真空分離されたスポンジチタンは、製
造バッチ毎に反応容器２から円筒状のケーキとして押し
出される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】前記の還元工程におけ
るTiCl4 の供給は、反応容器の上部からの噴霧、滴下に
よるため、溶融Mgの上表面において反応が起こり、同時
にこの反応箇所で局部的に反応熱を発生する。そのため
反応容器を用いて還元反応を行う場合に、次のような問
題が生じる。
るTiCl4 の供給は、反応容器の上部からの噴霧、滴下に
よるため、溶融Mgの上表面において反応が起こり、同時
にこの反応箇所で局部的に反応熱を発生する。そのため
反応容器を用いて還元反応を行う場合に、次のような問
題が生じる。
【００１１】溶融Mgの上表面において発生する反応熱は
極めて大きい。例えばTiCl4 を10リットル／min で滴下
した場合に、反応熱が5.65×105kcal/hr、正味発熱量が
4.00×105kcal/hr（ 470kw）になるというデーターもあ
る。そのため、前述したように反応容器の内部の反応温
度が一定になるように、冷却しながら反応を継続させる
必要がある。この場合に採用される冷却方法は、還元炉
の内部炉壁に空冷ジャケットを設けたり、還元炉内に強
制冷却ファンを設置する等の反応容器の外周部から冷却
する方法が主体であった。
極めて大きい。例えばTiCl4 を10リットル／min で滴下
した場合に、反応熱が5.65×105kcal/hr、正味発熱量が
4.00×105kcal/hr（ 470kw）になるというデーターもあ
る。そのため、前述したように反応容器の内部の反応温
度が一定になるように、冷却しながら反応を継続させる
必要がある。この場合に採用される冷却方法は、還元炉
の内部炉壁に空冷ジャケットを設けたり、還元炉内に強
制冷却ファンを設置する等の反応容器の外周部から冷却
する方法が主体であった。
【００１２】外周部から冷却する手段を採った場合に
は、反応の進行に伴って冷却効果の低下がみられる。す
なわち、反応の進行とともに、反応容器の内壁に未反応
のMgやMgCl2 が凝縮固化し、また熱伝導が悪い多孔質の
スポンジチタンが生成し反応容器内に占める比率が増加
すると、反応容器の内部からの熱放散が妨げられること
になるからである。このため、反応容器内の温度が上昇
し過ぎて鉄−チタンの共晶温度（1080℃）近傍になる
と、生成したチタンが鋼製の反応容器との接触部分で合
金化反応を起こして、汚染が激しくなるという問題があ
る。
は、反応の進行に伴って冷却効果の低下がみられる。す
なわち、反応の進行とともに、反応容器の内壁に未反応
のMgやMgCl2 が凝縮固化し、また熱伝導が悪い多孔質の
スポンジチタンが生成し反応容器内に占める比率が増加
すると、反応容器の内部からの熱放散が妨げられること
になるからである。このため、反応容器内の温度が上昇
し過ぎて鉄−チタンの共晶温度（1080℃）近傍になる
と、生成したチタンが鋼製の反応容器との接触部分で合
金化反応を起こして、汚染が激しくなるという問題があ
る。
【００１３】これを防ぐには、反応の進行とともに還元
反応速度を低下させることによって反応容器内の温度を
制御しなければならない。従って、チタン製錬における
製錬速度は反応容器の冷却能力に依存すると言っても過
言ではなく、反応容器を効率的に冷却することはチタン
製錬の生産性の向上に結び付く。
反応速度を低下させることによって反応容器内の温度を
制御しなければならない。従って、チタン製錬における
製錬速度は反応容器の冷却能力に依存すると言っても過
言ではなく、反応容器を効率的に冷却することはチタン
製錬の生産性の向上に結び付く。
【００１４】一方、還元反応部を微視的に観察した場合
に、溶融Mgの上表面のみが高温の反応生成物であるチタ
ンと副生成物であるMgCl2 によって覆われることになる
ため、引き続いてTiCl4 と反応すべき溶融Mgとの置換が
適切に行われないという事態が生じる。更に溶融Mgの上
表面が局部的に温度上昇するので、Mgの沸騰による異常
蒸発が発生するおそれがある。Mgの蒸発が発生すると、
溶融Mgの上部空間におけるTiCl4 ガスと蒸発Mgの反応を
促し、反応容器の内壁へのチタンの析出を起こす。この
ような現象はチタン収率を低下させるとともに、高価な
反応容器の再使用や再生使用を難しいものとしている。
に、溶融Mgの上表面のみが高温の反応生成物であるチタ
ンと副生成物であるMgCl2 によって覆われることになる
ため、引き続いてTiCl4 と反応すべき溶融Mgとの置換が
適切に行われないという事態が生じる。更に溶融Mgの上
表面が局部的に温度上昇するので、Mgの沸騰による異常
蒸発が発生するおそれがある。Mgの蒸発が発生すると、
溶融Mgの上部空間におけるTiCl4 ガスと蒸発Mgの反応を
促し、反応容器の内壁へのチタンの析出を起こす。この
ような現象はチタン収率を低下させるとともに、高価な
反応容器の再使用や再生使用を難しいものとしている。
【００１５】本発明は、従来の製造方法の問題点に鑑
み、TiCl4 の供給方法を変更して、反応熱の局部的な発
生を防止し反応容器内の温度分布を均一にするととも
に、反応容器内の熱を効率よく系外に取り出すことによ
って、高い生産性でチタンを製錬する方法を提供するこ
とを目的とする。
み、TiCl4 の供給方法を変更して、反応熱の局部的な発
生を防止し反応容器内の温度分布を均一にするととも
に、反応容器内の熱を効率よく系外に取り出すことによ
って、高い生産性でチタンを製錬する方法を提供するこ
とを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、次の(1) 〜
(2) のチタン製錬方法を要旨とする。
(2) のチタン製錬方法を要旨とする。
【００１７】(1) 冷却手段を設けた反応容器内に溶融し
たアルカリ土類金属とその下方にアルカリ土類金属のハ
ロゲン化物を保持して、このアルカリ土類金属のハロゲ
ン化物の溶融層に四塩化チタンを供給して還元反応を行
わせることを特徴とするチタンの製錬方法。
たアルカリ土類金属とその下方にアルカリ土類金属のハ
ロゲン化物を保持して、このアルカリ土類金属のハロゲ
ン化物の溶融層に四塩化チタンを供給して還元反応を行
わせることを特徴とするチタンの製錬方法。
【００１８】(2) 冷却手段を設けた反応容器内に溶融し
たアルカリ金属とその下方にアルカリ金属のハロゲン化
物を保持して、このアルカリ金属のハロゲン化物の溶融
層に四塩化チタンを供給して還元反応を行わせることを
特徴とするチタンの製錬方法。
たアルカリ金属とその下方にアルカリ金属のハロゲン化
物を保持して、このアルカリ金属のハロゲン化物の溶融
層に四塩化チタンを供給して還元反応を行わせることを
特徴とするチタンの製錬方法。
【００１９】上記(1) 、(2) の冷却手段は反応容器内の
溶融層に浸漬した熱交換管によって構成されることが好
ましい。
溶融層に浸漬した熱交換管によって構成されることが好
ましい。
【００２０】
【作用】本発明のチタン製錬方法の特徴は、溶融したア
ルカリ金属（例えばNa）、またはアルカリ土類金属（例
えばMg）とこれらのハロゲン化物（例えばNaCl、MgC
l2）を保持した反応容器にTiCl4 を供給する方法を変更
するとともに、反応熱を効率よく系外に取り出すため反
応容器に熱交換器を設置したことにある。以下、クロー
ル法に基づいて本発明のチタン製錬方法を、図を用いて
具体的に説明する。
ルカリ金属（例えばNa）、またはアルカリ土類金属（例
えばMg）とこれらのハロゲン化物（例えばNaCl、MgC
l2）を保持した反応容器にTiCl4 を供給する方法を変更
するとともに、反応熱を効率よく系外に取り出すため反
応容器に熱交換器を設置したことにある。以下、クロー
ル法に基づいて本発明のチタン製錬方法を、図を用いて
具体的に説明する。
【００２１】図２は、後述する実施例で使用した装置
で、TiCl4 を溶融層に供給するとともに、冷却手段とし
て熱交換管を溶融層に浸漬した例を示す概略断面図であ
る。
で、TiCl4 を溶融層に供給するとともに、冷却手段とし
て熱交換管を溶融層に浸漬した例を示す概略断面図であ
る。
【００２２】還元反応中、還元炉１内に設けられた反応
容器２内には溶融物として溶融Mgと溶融MgCl2 とが存在
するが、これらは上部の比重が軽い溶融Mg層４と下部の
溶融MgCl2 層５とからなる二層を構成する。そこでTiCl
4 の供給方法を従来の噴霧滴下の方式から変更して、反
応容器２内の下部に存在する溶融MgCl2 層５に液体また
は気体の状態で供給する。
容器２内には溶融物として溶融Mgと溶融MgCl2 とが存在
するが、これらは上部の比重が軽い溶融Mg層４と下部の
溶融MgCl2 層５とからなる二層を構成する。そこでTiCl
4 の供給方法を従来の噴霧滴下の方式から変更して、反
応容器２内の下部に存在する溶融MgCl2 層５に液体また
は気体の状態で供給する。
【００２３】この方法によって供給されたTiCl4 は、溶
融MgCl2 層５中で気泡となって上昇し、溶融MgCl2 層５
の上部に存在する溶融Mg層４の最下層に達して、還元反
応を始める。ここで発生した反応熱は、溶融Mgを介して
溶融Mg層４の上層に拡散するとともに、生成したチタン
の沈降およびMgCl2 の下降によって溶融MgCl2 層５の下
層にも熱伝導する。そのため反応熱が局部的に発生する
という事態は生じない。更に、溶融MgCl2 層５および溶
融Mg層４の温度分布は、供給されたTiCl4 のガスバブリ
ング作用によって攪拌され、温度はさらに均一化の方向
に向かう。このように還元反応を溶融Mg層中で行うこと
により反応熱の局部的な発生を防止し、TiCl4 のガスバ
ブリング作用を活用することによって反応容器内の温度
分布の安定化を図ることができる。
融MgCl2 層５中で気泡となって上昇し、溶融MgCl2 層５
の上部に存在する溶融Mg層４の最下層に達して、還元反
応を始める。ここで発生した反応熱は、溶融Mgを介して
溶融Mg層４の上層に拡散するとともに、生成したチタン
の沈降およびMgCl2 の下降によって溶融MgCl2 層５の下
層にも熱伝導する。そのため反応熱が局部的に発生する
という事態は生じない。更に、溶融MgCl2 層５および溶
融Mg層４の温度分布は、供給されたTiCl4 のガスバブリ
ング作用によって攪拌され、温度はさらに均一化の方向
に向かう。このように還元反応を溶融Mg層中で行うこと
により反応熱の局部的な発生を防止し、TiCl4 のガスバ
ブリング作用を活用することによって反応容器内の温度
分布の安定化を図ることができる。
【００２４】TiCl4 を溶融MgCl2 層５に直接供給する
と、溶融Mg層４の最下層から反応を始めたTiCl4 気泡が
還元反応が完了するまで溶融Mg層４中を上昇することに
なるので、単位TiCl4 当たりのチタン収率を向上させ、
実質的に還元反応速度も上昇させることができる。ま
た、溶融Mg層４から発生する蒸発Mgを減らすことができ
るので、溶融Mg層４の上部空間における反応も抑制され
て、反応容器の内壁へのチタンの付着を防ぐことができ
る。
と、溶融Mg層４の最下層から反応を始めたTiCl4 気泡が
還元反応が完了するまで溶融Mg層４中を上昇することに
なるので、単位TiCl4 当たりのチタン収率を向上させ、
実質的に還元反応速度も上昇させることができる。ま
た、溶融Mg層４から発生する蒸発Mgを減らすことができ
るので、溶融Mg層４の上部空間における反応も抑制され
て、反応容器の内壁へのチタンの付着を防ぐことができ
る。
【００２５】本発明では、反応容器内の温度分布を安定
化させたうえで、更に反応熱を効率よく系外に取り出す
ために反応容器に冷却手段として、例えば還元炉の内壁
面に空冷ジャケット（図示せず）や冷却ファン８のよう
な熱交換器を設けている。本発明方法におけるように反
応容器内の温度分布が安定している場合には、還元炉１
の内壁面に設けた空冷ジャケットや冷却ファン８等であ
っても所定の冷却効果を発揮する。しかし、さらに直接
的に大量の放熱を行う必要がある場合には、熱交換器を
反応容器２の内部に設置するのが好ましい。その場合の
具体的な構成は、反応容器２の上部を貫通して複数本の
熱交換器を溶融層に浸漬させるように反応容器の内部に
設けることになる。このように熱交換器を反応容器２の
溶融Mg層４および溶融MgCl2 層５に浸漬させることによ
って、溶融層で発生する反応熱を連続して効果的に脱熱
できる。
化させたうえで、更に反応熱を効率よく系外に取り出す
ために反応容器に冷却手段として、例えば還元炉の内壁
面に空冷ジャケット（図示せず）や冷却ファン８のよう
な熱交換器を設けている。本発明方法におけるように反
応容器内の温度分布が安定している場合には、還元炉１
の内壁面に設けた空冷ジャケットや冷却ファン８等であ
っても所定の冷却効果を発揮する。しかし、さらに直接
的に大量の放熱を行う必要がある場合には、熱交換器を
反応容器２の内部に設置するのが好ましい。その場合の
具体的な構成は、反応容器２の上部を貫通して複数本の
熱交換器を溶融層に浸漬させるように反応容器の内部に
設けることになる。このように熱交換器を反応容器２の
溶融Mg層４および溶融MgCl2 層５に浸漬させることによ
って、溶融層で発生する反応熱を連続して効果的に脱熱
できる。
【００２６】熱交換器の構造は、熱媒体としてエヤー、
不活性ガス（例えばアルゴンガス）、オイルまたは液体
金属等を使用する鋼管からなる熱交換管10とするのが好
ましい。鋼管を用いることによって、溶融Mgとのなじみ
性が向上し、熱伝導性も良好となり、反応容器内の溶融
層を効率よく冷却することができるからである。
不活性ガス（例えばアルゴンガス）、オイルまたは液体
金属等を使用する鋼管からなる熱交換管10とするのが好
ましい。鋼管を用いることによって、溶融Mgとのなじみ
性が向上し、熱伝導性も良好となり、反応容器内の溶融
層を効率よく冷却することができるからである。
【００２７】前述した熱交換器の作用は反応容器の内部
温度の異常上昇を回避することのみに触れてきたが、逆
に還元反応温度が低すぎると、TiCl3 やTiCl2 等の低級
ハロゲン化物が副生成し、反応の進行を妨げることにな
る。従って、本発明で採用する熱交換管は、熱媒体の流
量または温度を調整することによって、反応容器内の溶
融層を一定の温度範囲にコントロールする機能を発揮す
るものが必要となる。
温度の異常上昇を回避することのみに触れてきたが、逆
に還元反応温度が低すぎると、TiCl3 やTiCl2 等の低級
ハロゲン化物が副生成し、反応の進行を妨げることにな
る。従って、本発明で採用する熱交換管は、熱媒体の流
量または温度を調整することによって、反応容器内の溶
融層を一定の温度範囲にコントロールする機能を発揮す
るものが必要となる。
【００２８】更に、熱媒体が保有する顕熱は所定の熱回
収装置を活用することによって、いわゆる廃熱利用がで
きる。この場合には、ヒートパイプ等の周知手段を使用
することができる。
収装置を活用することによって、いわゆる廃熱利用がで
きる。この場合には、ヒートパイプ等の周知手段を使用
することができる。
【００２９】以上、本発明のチタンの製造方法をクロー
ル法に基づいて説明したが、ハンター法においても同様
に操業ができる。この場合は、図２に示した溶融Mg層４
の替わりに溶融Na層を、溶融MgCl2 層５の替わりに溶融
NaCl層を形成させて、操業することになる。
ル法に基づいて説明したが、ハンター法においても同様
に操業ができる。この場合は、図２に示した溶融Mg層４
の替わりに溶融Na層を、溶融MgCl2 層５の替わりに溶融
NaCl層を形成させて、操業することになる。
【００３０】
【実施例】本発明のチタン製錬方法を、（比較例）と対
比しつつ（実施例１、２）に基づいて詳細に説明する。
比しつつ（実施例１、２）に基づいて詳細に説明する。
【００３１】（実施例１）図１は、この実施例で使用し
た装置の概略断面図であり、TiCl4 を溶融層に供給して
いる。同図に示すように還元炉１内に設置された反応容
器２は、直径が 1.2ｍで高さが 3.2ｍの鋼製の密閉式容
器であり、内部に 1.2ｔの金属Mgと 2.4ｔのMgCl2 を装
入し、外部からの加熱によって溶融して約 800℃に保っ
た。金属MgとMgCl2 の溶融層は、比重が軽い溶融Mg層４
が上部に、溶融MgCl2 層５が下部になり、反応容器２内
で二層を構成した。
た装置の概略断面図であり、TiCl4 を溶融層に供給して
いる。同図に示すように還元炉１内に設置された反応容
器２は、直径が 1.2ｍで高さが 3.2ｍの鋼製の密閉式容
器であり、内部に 1.2ｔの金属Mgと 2.4ｔのMgCl2 を装
入し、外部からの加熱によって溶融して約 800℃に保っ
た。金属MgとMgCl2 の溶融層は、比重が軽い溶融Mg層４
が上部に、溶融MgCl2 層５が下部になり、反応容器２内
で二層を構成した。
【００３２】冷却手段は、反応容器の外周部に冷却ファ
ン８を設置して、外部からの強制ファン冷却方式とし
た。
ン８を設置して、外部からの強制ファン冷却方式とし
た。
【００３３】溶融層が安定した後、TiCl4 を供給するた
めに供給ノズル３を上部から挿入した。この場合に供給
ノズル３の端面の開口部が閉塞しないように、アルゴン
ガスを通しながら、且つ端面の開口部が溶融MgCl2 層５
に位置するように設置した。
めに供給ノズル３を上部から挿入した。この場合に供給
ノズル３の端面の開口部が閉塞しないように、アルゴン
ガスを通しながら、且つ端面の開口部が溶融MgCl2 層５
に位置するように設置した。
【００３４】次に、アルゴンガスを置換しながら、液体
状のTiCl4 を200kg/hrの速度で供給した。
状のTiCl4 を200kg/hrの速度で供給した。
【００３５】溶融層に供給されたTiCl4 は気泡となり上
昇し、溶融Mg層４に達して反応を開始した。反応と同時
にファンを運転し、反応容器の外部から強制的に冷却し
た。
昇し、溶融Mg層４に達して反応を開始した。反応と同時
にファンを運転し、反応容器の外部から強制的に冷却し
た。
【００３６】還元反応にともなって相当量の発熱があっ
たが、反応熱は溶融層に拡散するとともにTiCl4 のガス
バブリング作用によって温度分布が均一化し、局部的な
温度上昇はなかった。反応によって副生成したMgCl2 は
全量溶融MgCl2 層５に取り込まれ、反応生成物であるチ
タンは比重差によって反応容器２の下部に沈降した。
たが、反応熱は溶融層に拡散するとともにTiCl4 のガス
バブリング作用によって温度分布が均一化し、局部的な
温度上昇はなかった。反応によって副生成したMgCl2 は
全量溶融MgCl2 層５に取り込まれ、反応生成物であるチ
タンは比重差によって反応容器２の下部に沈降した。
【００３７】その後、24hrにわたって反応を継続して、
反応容器内では50kg/hr の金属チタンを生成させ、生成
したチタンとMgCl2 を連続的に反応容器外に抜き出し
た。この反応中において反応容器の温度上昇があった
が、チタンの生成に支障を生じるものでなかった。
反応容器内では50kg/hr の金属チタンを生成させ、生成
したチタンとMgCl2 を連続的に反応容器外に抜き出し
た。この反応中において反応容器の温度上昇があった
が、チタンの生成に支障を生じるものでなかった。
【００３８】（実施例2 ）図２に示した装置を使用し
た。この装置は、前述の通り、TiCl4 を溶融層に供給す
るとともに、冷却手段として熱交換管を溶融層に浸漬し
たものである。
た。この装置は、前述の通り、TiCl4 を溶融層に供給す
るとともに、冷却手段として熱交換管を溶融層に浸漬し
たものである。
【００３９】実施例１と同様に反応容器２に 1.2ｔの金
属Mgと 2.4ｔのMgCl2 を装入し、外部からの加熱によっ
て溶融して約 800℃に保った。溶融した金属MgとMgCl2
は、反応容器２内で溶融Mg層４と溶融MgCl2 層５とを構
成した。
属Mgと 2.4ｔのMgCl2 を装入し、外部からの加熱によっ
て溶融して約 800℃に保った。溶融した金属MgとMgCl2
は、反応容器２内で溶融Mg層４と溶融MgCl2 層５とを構
成した。
【００４０】溶融層が安定した後、TiCl4 を供給するた
めに供給ノズル３を、アルゴンガスを通しながら上部か
ら挿入し、端面の開口部が溶融MgCl2 層５に位置するよ
うに設置した。次に、アルゴンガスと置換しながら、液
体状のTiCl4 を400kg/hrの速度で供給し、反応容器内で
は 100kg/hr の金属チタンを生成させた。
めに供給ノズル３を、アルゴンガスを通しながら上部か
ら挿入し、端面の開口部が溶融MgCl2 層５に位置するよ
うに設置した。次に、アルゴンガスと置換しながら、液
体状のTiCl4 を400kg/hrの速度で供給し、反応容器内で
は 100kg/hr の金属チタンを生成させた。
【００４１】熱交換管10は、直径が80mmで長さが 1,500
mmのオーステナイトステンレス鋼製であって、還元炉１
の上部から反応容器２を貫通して溶融MgCl2 層５に達す
るように設置した。取り付けた熱交換管10は４本とし、
使用した熱媒体はオイル11とした。
mmのオーステナイトステンレス鋼製であって、還元炉１
の上部から反応容器２を貫通して溶融MgCl2 層５に達す
るように設置した。取り付けた熱交換管10は４本とし、
使用した熱媒体はオイル11とした。
【００４２】溶融層に供給されたTiCl4 は気泡となり上
昇し、溶融Mg層４に達して反応を開始した。反応と同時
に発熱があったが、反応熱は溶融層から熱交換管10を介
して熱交換用オイル11によって除去され、反応容器内の
温度は 780〜 820℃の範囲に一定に保持された。
昇し、溶融Mg層４に達して反応を開始した。反応と同時
に発熱があったが、反応熱は溶融層から熱交換管10を介
して熱交換用オイル11によって除去され、反応容器内の
温度は 780〜 820℃の範囲に一定に保持された。
【００４３】（比較例）従来のTiCl4 の供給方法を再現
して、比較例とした。
して、比較例とした。
【００４４】実施例１、２と同じ反応容器に、 1.2ｔの
金属Mgを装入し、外部からの加熱によって溶融して約 8
00℃に保った。この時の冷却手段は、実施例１と同様に
反応容器の外周部に設けた冷却ファンによる強制ファン
冷却方式とした。
金属Mgを装入し、外部からの加熱によって溶融して約 8
00℃に保った。この時の冷却手段は、実施例１と同様に
反応容器の外周部に設けた冷却ファンによる強制ファン
冷却方式とした。
【００４５】その後、TiCl4 を反応容器の上部に設けた
供給ノズルから供給速度200kg/hrで噴霧、滴下して、還
元反応を行わせた。反応と同時にファンを運転し、反応
容器の外部から強制的に冷却したが、反応容器内部の温
度が局部的に上昇してしまい、反応開始後30分で 900℃
以上となり、反応の継続が不可能となった。また、Ｍｇ
液面上部の反応容器壁には、チタンが多量に付着した。
供給ノズルから供給速度200kg/hrで噴霧、滴下して、還
元反応を行わせた。反応と同時にファンを運転し、反応
容器の外部から強制的に冷却したが、反応容器内部の温
度が局部的に上昇してしまい、反応開始後30分で 900℃
以上となり、反応の継続が不可能となった。また、Ｍｇ
液面上部の反応容器壁には、チタンが多量に付着した。
【００４６】この比較例において反応を継続するには、
ＴｉＣｌ４ の供給速度を150kg/hr以下にする必要があ
った。
ＴｉＣｌ４ の供給速度を150kg/hr以下にする必要があ
った。
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば、反応熱の発生があって
も局部的な発熱を防ぎ、反応容器内の温度分布を安定さ
せるとともに、反応熱を除去しながら反応を継続させる
ことができるので、TiCl4 の供給量を増加させ、チタン
製錬の生産性を大幅に向上させることができる。
も局部的な発熱を防ぎ、反応容器内の温度分布を安定さ
せるとともに、反応熱を除去しながら反応を継続させる
ことができるので、TiCl4 の供給量を増加させ、チタン
製錬の生産性を大幅に向上させることができる。
【図１】本発明方法を実施する一の装置を示す概略断面
図であり、TiCl4 を溶融層に供給した例を示す図であ
る。
図であり、TiCl4 を溶融層に供給した例を示す図であ
る。
【図２】本発明方法を実施する一の装置を示す概略断面
図であり、TiCl4 を溶融層に供給するとともに熱交換管
を溶融層に浸漬した例を示す図である。
図であり、TiCl4 を溶融層に供給するとともに熱交換管
を溶融層に浸漬した例を示す図である。
【図３】クロール法における還元工程および分離工程の
概要を説明する図である。
概要を説明する図である。
１…還元炉、２…反応容器、３…TiCl4 供給ノズル、４
…溶融Mg層 ５…溶融MgCl2 層、６…真空分離炉、７…凝縮器、８…
冷却ファン 10…熱交換器管、11…熱交換用オイル
…溶融Mg層 ５…溶融MgCl2 層、６…真空分離炉、７…凝縮器、８…
冷却ファン 10…熱交換器管、11…熱交換用オイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小笠原 忠司 兵庫県尼崎市東浜町１番地住友シチック ス株式会社内 (72)発明者 夏目 義丈 兵庫県尼崎市東浜町１番地住友シチック ス株式会社内 (72)発明者 藤田 健治 兵庫県尼崎市東浜町１番地住友シチック ス株式会社内 (72)発明者 和田 久幸 兵庫県尼崎市東浜町１番地住友シチック ス株式会社内 (72)発明者 田端 一喜 兵庫県尼崎市東浜町１番地住友シチック ス株式会社内 (72)発明者 入江 武文 神奈川県茅ケ崎市茅ケ崎３丁目３番５号 東邦チタニウム株式会社茅ヶ崎工場内 (56)参考文献 特開 昭53−43017（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−219028（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−17158（ＪＰ，Ａ) 特公 昭46−19761（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭31−4206（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (3)
- 【請求項１】冷却手段を設けた反応容器内に溶融したア
ルカリ土類金属とその下方にアルカリ土類金属のハロゲ
ン化物を保持して、このアルカリ土類金属のハロゲン化
物の溶融層に四塩化チタンを供給して還元反応を行わせ
ることを特徴とするチタンの製錬方法。 - 【請求項２】冷却手段を設けた反応容器内に溶融したア
ルカリ金属とその下方にアルカリ金属のハロゲン化物を
保持して、このアルカリ金属のハロゲン化物の溶融層に
四塩化チタンを供給して還元反応を行わせることを特徴
とするチタンの製錬方法。 - 【請求項３】前記の冷却手段が反応容器内の溶融層に浸
漬した熱交換管によって構成されていることを特徴とす
る請求項１または請求項２に記載のチタンの製錬方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6045520A JP2998827B2 (ja) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | チタンの製錬方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6045520A JP2998827B2 (ja) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | チタンの製錬方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07252549A JPH07252549A (ja) | 1995-10-03 |
| JP2998827B2 true JP2998827B2 (ja) | 2000-01-17 |
Family
ID=12721697
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6045520A Expired - Fee Related JP2998827B2 (ja) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | チタンの製錬方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2998827B2 (ja) |
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| JP5410673B2 (ja) * | 2007-11-27 | 2014-02-05 | 東邦チタニウム株式会社 | 高融点金属製造用反応容器およびその処理方法 |
| JP2010071616A (ja) * | 2008-09-22 | 2010-04-02 | Toho Titanium Co Ltd | 金属製造用還元炉の廃熱回収方法 |
| KR101223765B1 (ko) * | 2010-12-27 | 2013-01-17 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 미세 타이타늄 스폰지의 연속제조장치 및 방법 |
| KR101222035B1 (ko) * | 2010-12-27 | 2013-01-15 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 생산성이 향상된 미세 스폰지 타이타늄 제조방법 및 스폰지 타이타늄 제조장치 |
| KR101220666B1 (ko) * | 2010-12-27 | 2013-01-09 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 스폰지 타이타늄 제조방법 및 스폰지 타이타늄 제조장치 |
| KR101220594B1 (ko) * | 2010-12-27 | 2013-01-10 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 생산성이 향상된 미세 스폰지 타이타늄 제조방법 및 스폰지 타이타늄 제조장치 |
| CN102115831B (zh) * | 2011-03-02 | 2012-12-26 | 朝阳金达钛业有限责任公司 | 一种海绵钛生产方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5343017A (en) * | 1976-09-30 | 1978-04-18 | Osaka Titanium | Apparatus for production of ti or zr by mg reduction |
| JP2883905B2 (ja) * | 1990-01-22 | 1999-04-19 | 株式会社住友シチックス尼崎 | 高融点金属の製造装置 |
| JPH0617158A (ja) * | 1992-06-30 | 1994-01-25 | Sumitomo Sitix Corp | 高融点金属の製造方法 |
-
1994
- 1994-03-16 JP JP6045520A patent/JP2998827B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07252549A (ja) | 1995-10-03 |
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