JP3823036B2 - 四塩化チタン中の酸素含有率の制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スポンジチタンの原料である四塩化チタン中の酸素含有率の制御方法に係り、スポンジチタン中の酸素含有率を全体にわたって均一化させる好適な方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スポンジチタンの原料である四塩化チタンは、酸化チタン原料、スポンジチタン製造原料、顔料、医薬、触媒等の分野に幅広く用いられており、とりわけスポンジチタン製造原料としての四塩化チタンは、高純度のものが望まれている。一方、構造用チタン材は、前記の四塩化チタンを原料として製造されたチタン材に、強度の向上を目的として、Ａｌ、Ｖ、Ｏ等の元素を添加して溶解後、合金インゴットとして供されている。前記の合金元素は、チタンスクラップや母合金の形で添加されるのが一般的であり、溶解前には、スポンジチタンとチタンスクラップや母合金をブレンドした後、ブリケット成形したものを電極としてＶＡＲ溶解して得ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにして製造されたチタンインゴット内の合金元素は、必ずしも均一に分布している訳ではなく偏析する傾向にある。このような成分偏析は、その後の鍛造工程においてかなり軽減されるが、ミクロ的には不均一な状態にあり、とりわけ電子材料向けのチタン材においては成分偏析の少ないチタンインゴットが望まれている。
【０００４】
ところで、スポンジチタン製造に供される四塩化チタンは、できる限り酸素含有率の低いものが通常要求されているので、従来この逆である酸素含有率の高い四塩化チタンというニーズはなく、したがってその製造方法も一般的に知られていない。四塩化チタン中の酸素は、ＴｉＯＣｌ_２，ＣＯＳ，ＣＯＣｌ_２等の形で存在するが、それぞれの成分の含有率はごく僅かしかないため、それ以上の酸素含有率が要求される場合には何らかの酸素源を加える必要がある。
【０００５】
四塩化チタンは、水分と接触するとすぐに加水分解してチタンの水酸化物を生成するが、多量の水に四塩化チタンを徐々に接触させると、低温下において四塩化チタンは水に溶解することが知られている（化学大辞典、共立出版）。このようにして製造されたものは、四塩化チタン水溶液として市販されている。四塩化チタン水溶液は、例えば、チタン酸バリウムの原料（特許３１５４５１３号）や酸化チタン原料、あるいは光電素子の原料等幅広く利用されている。本発明者は、四塩化チタンの酸素源として四塩化チタン水溶液に着目し、とりわけ四塩化チタンに四塩化チタン水溶液を添加することで白煙の発生も少なくまた未溶解の固形物生成も顕著でないため比較的容易に四塩化チタン中の酸素含有率を上昇させることができることを見出し本発明を完成するに至った。また、四塩化チタン中への四塩化チタン水溶液の添加条件についても検討しその適切な条件を見出した。
【０００６】
したがって本発明は、以下を目的とする。
▲１▼酸素含有率の調整された四塩化チタンの効率的な製造方法を提供する。
▲２▼より具体的には、四塩化チタンに四塩化チタン水溶液を添加して四塩化チタンの酸素含有率を制御する方法を提供する。
▲３▼前記方法を満足するために適した四塩化チタン中の四塩化チタン水溶液の濃度範囲を提供する。
▲４▼また、前記方法を満足するために適した四塩化チタン水溶液を添加して得られた四塩化チタンの酸素含有率の濃度範囲を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記従来技術の課題を解決するため鋭意検討した結果、四塩化チタンに四塩化チタン水溶液を添加することによって効率的にかつ均一に四塩化チタン中の酸素含有率を制御できることを見出し本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、四塩化チタン中に、Ｔｉ：１６〜１７ｗｔ％、Ｃｌ：２９〜３３ｗｔ％、Ｏ：３９〜４２ｗｔ％である四塩化チタン水溶液を、四塩化チタン１リッターに対して１〜５ｃｃ／ｍｉｎの速度で添加することを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態を説明する。
四塩化チタン中の酸素は、前記したように、ＴｉＯＣｌ_２，ＣＯＳ，ＣＯＣｌ_２といった化合物の形で存在しており、これらの酸素含有率を合計しても１０ｐｐｍ程度にしかならない。したがって、それ以上の酸素含有率を有する四塩化チタンを製造するには、別途酸素源を添加する必要がある。四塩化チタンは、一種の溶媒であるので種々の物質を溶解する性質を有しており、四塩化チタン水溶液は比較的入手が容易であるので本発明ではこれを四塩化チタンの酸素源として用いる。
【０００９】
四塩化チタン水溶液は、一般に水中あるいは塩酸水溶液中に四塩化チタンを滴下溶解することにより製造されるものであって、黄色の透明液体である。具体的には、四塩化チタンと水をモル比で１：８〜１：９に調整することで得られる。四塩化チタン水溶液中のＴｉは１６〜１７ｗｔ％、Ｃｌは２９〜３３ｗｔ％、Ｏは３９〜４２ｗｔ％である。したがって、目的とする四塩化チタン水溶液の酸素含有率に見合った四塩化チタン水溶液を四塩化チタンに添加することで、所望の酸素含有率を有する四塩化チタンを製造することができる。
【００１０】
四塩化チタンに四塩化チタン水溶液を添加する場合、添加速度が速過ぎると四塩化チタンの表面に固形物が生成することがある。前記固形物は、時間の経過ともに四塩化チタン中に溶解して消失するが、配管等の詰まりの原因となり好ましくない。そこで、種々検討したところ、四塩化チタン１リッターに対して、１〜５ｃｃ／ｍｉｎの添加速度では、四塩化チタン水溶液を四塩化チタンに滴下しても固形物が生成しないことを見出した。この範囲の供給速度の上限を超えると固形物が生成し、この固形物が容易に溶解しない。一方、この範囲の供給速度の下限を下回ると、四塩化チタン水溶液の供給配管が詰まるという操業上の問題が発生する場合がある。したがって四塩化チタン水溶液の添加速度は、四塩化チタン１リッターに対して１〜５ｃｃ／ｍｉｎが好ましい。
【００１１】
四塩化チタンに対する四塩化チタン水溶液の添加比率を調節することにより、所望の酸素含有率を有した四塩化チタンを製造することができる。本発明の方法において、四塩化チタン中の四塩化チタン水溶液の含有率は、０．００５〜０．０５ｗｔ％になるように四塩化チタン水溶液を添加することが好ましく、この範囲で添加することにより四塩化チタン水溶液を添加した四塩化チタン中の酸素含有率は１０〜１００ｐｐｍの範囲で制御することが可能となる。また、四塩化チタンと四塩化チタン水溶液との反応温度は、比較的低温が望ましく、好ましくは５〜３０℃程度であり、より好ましくは５〜２０℃である。このような温度範囲に反応温度を設定することにより、四塩化チタンを効率的に製造することができる。
【００１２】
【実施例】
次に、より具体的な実施例を提示して本発明をさらに詳細に説明する。
［実施例１］
表１に示す組成の四塩化チタン１５０００ｋｇに対して、表２に示す組成の四塩化チタン水溶液１０５０ｃｃを６．９時間かけて滴下し、実施例１の四塩化チタンを得た。この四塩化チタンの酸素含有率は、５０ｐｐｍ上昇した。
【００１３】
【表１】

【００１４】
【表２】

【００１５】
［実施例２］
実施例１の四塩化チタン１５０００ｋｇを金属マグネシウムで還元し、３７００ｋｇの実施例２のスポンジチタンを得た。このスポンジチタンの酸素含有率は、四塩化チタン水溶液を添加しないで製造されたスポンジチタンに比べて、平均で２００ｐｐｍ上昇していた。また、実施例２のスポンジチタンの任意の部位の酸素含有率を調べたところ、どの部位も均一に酸素含有率が上昇していた。
【００１６】
［実施例３］
実施例２のスポンジチタン２０００ｋｇをブリケット成形した後、ＶＡＲ溶解して実施例３のチタンインゴットを得た。このチタンインゴットの酸素含有率を調べたところ、インゴット溶製時の上部と底部の酸素含有率がそれぞれ３３０ｐｐｍ、３５０ｐｐｍであり、全体にわたってほぼ均一に酸素が分布していることが確かめられた。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、四塩化チタン中に四塩化チタン水溶液を添加することにより、酸素含有率の調整された四塩化チタンを効率的に製造することができ、この四塩化チタンを原料として製造されるスポンジチタンの酸素含有率の均一化が図られる。

Claims (1)

1. 四塩化チタン中に、Ｔｉ：１６〜１７ｗｔ％、Ｃｌ：２９〜３３ｗｔ％、Ｏ：３９〜４２ｗｔ％である四塩化チタン水溶液を、四塩化チタン１リッターに対して１〜５ｃｃ／ｍｉｎの速度で添加することを特徴とする四塩化チタン中の酸素含有率の制御方法。