JP6788097B2 - 多段階の強還元による還元チタン粉末の製造方法 - Google Patents
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Description
ステップ1:自己伝播反応
二酸化チタン粉末をオーブンに入れて乾燥することで、乾燥した二酸化チタン粉末を得、乾燥した二酸化チタン粉末とマグネシウム粉末とを均一に混合することで、混合材料を得、
混合材料を自己伝播反応炉に投入し、自己伝播反応を開始させ、反応材料を冷却した後、MgO基体に低価数のチタン酸化物TixOが分散した中間生成物を得、ここで、モル比TiO2:Mg=1:(0.8〜1.2)で低価数のチタン酸化物TixOがMgO基体に分散した中間生成物は、非化学量論比の低価数のチタン酸化物の混合物であり、xは0.6〜1である。
ステップ2:一次浸出
MgO基体に低価数のチタン酸化物TixOが分散した中間生成物を密閉反応釜に入れ、塩酸を浸出液として中間生成物を浸出することで、濾液及び浸出生成物を得、濾液を除去した後、浸出生成物を洗浄し、真空乾燥させることで、低価数のチタン酸化物TixOの前駆体を得、ここで、塩酸のモル濃度は1〜6mol/Lである。
ステップ3:二次強還元
低価数のチタン酸化物TixOの前駆体とカルシウム粉末とを均一に混合し、その後、2〜20MPaでプレスすることで塊状半製品を得、塊状半製品を真空還元炉に入れ、700〜1200℃に加熱した後、1〜6h二次強還元することで、ブリケットを得、ブリケットを炉冷することにより、強還元生成物を得、ここで、低価数のチタン酸化物TixOの前駆体において、モル比TixO:Ca=1:(1.5〜3)である。
ステップ4:二次浸出
強還元生成物を密閉反応釜に入れ、塩酸を浸出液として強還元生成物を浸出することで浸出液及び濾過残渣を得、浸出液を除去した後、濾過残渣を洗浄し、真空乾燥させることで還元チタン粉末を得、ここで、塩酸のモル濃度は1〜6mol/Lであり、
上記還元チタン粉末は、質量百分率でTi:98〜99.5%、O:0.1〜2%を含み、残部が不可避な不純物であり、粒度が8〜40μmである。
上記洗浄は、水による洗浄であって、洗浄タンクにおける洗浄液の水位が一定に保持されるように、洗浄液を排出しながら新たな洗浄液を補給することで、中性に洗浄する動的洗浄を採用する。
上記洗浄は、水による洗浄であって、洗浄タンクにおける洗浄液の水位が一定に保持されるように、洗浄液を排出しながら新たな洗浄液を補給することで、中性に洗浄する動的洗浄を採用する。
(1)チタン酸化物の還元過程における価数の変化規則により、自己伝播高温合成過程を一次還元反応として、化学反応の化学エネルギーを十分に利用する。自己伝播高温合成過程では、化学エネルギーを熱エネルギーに変換し、反応を開始させると、別途にエネルギーを補充する必要がなく、自発的に伝播していくことができるとともに、反応の温度勾配が高く、生成物の活性が高く、製品の粒度が制御可能である。自己伝播反応の温度が非常に高いため、反応途中でMg気化することでMgの損失を引き起こす場合がある。Mgの配合量を調整することにより、TixO生成物の成分及びフェーズを制御することができる。
自己伝播高温合成反応の化学式は、
TiO2+yMg=TixO+(2-x)MgO+(x+y-2)Mgである。
ここで、x、yは化学反応式における化学量論係数であり、xは0.6〜1であり、yはxに応じて調整する。
簡単、省エネの面から考慮すると、自己伝播反応は、局所点火法により開示されることができる。
自己伝播反応の過程において生成するMgO不純物がルーズであるので生成物は破砕しやすく、MgO不純物の反応活性が高く、中間生成物TixOが粒子又は粒子骨格として存在し、MgO不純物がTixOの表面に被覆され又はTixO骨格に充填されるため、稀塩酸による浸出に有利である。
強還元反応の化学反応式は、
TixO+xCa=Ti+xCaOである。
ここで、xは0.6〜1である。
以下の実施例に用いられる二酸化チタン、マグネシウム粉末、カルシウム粉末、塩酸は、全て工業グレード製品である。二酸化チタンはルチル型であり、マグネシウム粉末、カルシウム粉末の粒度はいずれも≦0.5mmである。
以下の実施例において、自己伝播反応の時間は5〜90sである。
以下の実施例において、乾燥時間は24h以上である。
以下の実施例に用いられる多段階の強還元による還元チタン粉末の製造方法のプロセスフロー図を図1に示す。
多段階の強還元による還元チタン粉末の製造方法は、以下のステップを含む。
ステップ1:自己伝播反応
二酸化チタン粉末をオーブンに入れ、100〜150℃で24h乾燥させることで二酸化チタン粉末を得た。乾燥された二酸化チタン粉末とマグネシウム粉末とを均一に混合し、混合材料を得、混合材料を20MPaでプレスすることで塊状半製品を得、混合材料の塊状半製品を自己伝播反応炉に投入した後、局所点火で自己伝播反応を開始させ、温度を500℃に制御し、反応材料を冷却した後、MgO基体に低価数のチタン酸化物TixOが分散した中間生成物を得た。ここで、モル比TiO2:Mg=1:1で低価数のチタン酸化物TixOがMgO基体に分散した中間生成物は、非化学量論比の低価数のチタン酸化物の混合物であり、xは0.6〜1である。
ステップ2:一次浸出
MgO基体に低価数のチタン酸化物TixOが分散した中間生成物を密閉反応釜に入れ、塩酸を浸出液として浸出温度25℃で中間生成物を120min浸出することで、濾液及び浸出生成物を得た。濾液を除去し、浸出生成物を洗浄し、真空乾燥させ、低価数のチタン酸化物TixOの前駆体を得た。ここで、塩酸のモル濃度は2mol/Lであり、希塩酸の投入量が塩酸と中間生成物との反応当量より10%過剰となるように、希塩酸を投入する。
得られた低価数のチタン酸化物TixOの前駆体は、質量百分率で、Ti:86%、O:13.5%、及び不可避な不純物:0.5%を含み、各成分の質量百分率の和が100%であり、粒度が12μmである。
上記洗浄及び真空乾燥は、浸出液が除去された浸出生成物を水で洗浄液が中性になるまで洗浄し、その後、真空オーブン中で真空条件下、20℃の乾燥温度で24h乾燥させることにより行われる。
上記洗浄は、水による洗浄であって、洗浄タンクにおける洗浄液の水位が一定に保持されるように、洗浄液を排出しながら新たな洗浄液を補給することで、中性に洗浄する動的洗浄を採用する。
ステップ3:二次強還元
低価数のチタン酸化物TixOの前駆体とカルシウム粉末とを均一に混合し、その後、5MPaでプレスすることで塊状半製品を得、塊状半製品を真空還元炉に入れ、真空度≦10Paの条件、1000℃に加熱し、2h二次強還元することで、ブリケットを得、ブリケットを炉冷することにより強還元生成物を得た。ここで、低価数のチタン酸化物TixOの前駆体において、モル比でTixO:Ca=1:2である。
ステップ4:二次浸出
強還元生成物を密閉反応釜に入れ、24℃の浸出温度で塩酸を浸出液として強還元生成物を30min浸出することで、浸出液及び濾過残渣を得た後、浸出液を除去し、濾過残渣を洗浄し、真空乾燥させることで還元チタン粉末を得た。ここで、塩酸のモル濃度は1mol/Lであり、稀塩酸の投入量が塩酸と強還元生成物との反応当量より12%過剰となるように、希塩酸を投入する。
上記還元チタン粉末は、質量百分率で、Ti:99.0%、O:0.23%を含み、残部が不可避な不純物であり、粒度が34μmである。
上記洗浄及び真空乾燥は、浸出液が除去された浸出生成物を水で洗浄液が中性になるまで洗浄し、その後、真空オーブン中で真空条件下、30℃の乾燥温度で24h乾燥させることにより行われる。
上記洗浄は、水による洗浄であって、洗浄タンクにおける洗浄液の水位が一定に保持されるように、洗浄液を排出しながら新たな洗浄液を補給することで、中性に洗浄する動的洗浄を採用する。
多段階の強還元による還元チタン粉末の製造方法は、以下のステップを含む。
ステップ1:自己伝播反応
二酸化チタン粉末をオーブンに入れ、100〜150℃で24h乾燥させることで二酸化チタン粉末を得た。乾燥された二酸化チタン粉末とマグネシウム粉末とを均一に混合し、混合材料を得、混合材料を40MPaでプレスすることで塊状半製品を得、混合材料の塊状半製品を自己伝播反応炉に投入した後、局所点火で自己伝播反応を開始させ、温度を600℃に制御し、反応材料を冷却した後、MgO基体に低価数のチタン酸化物TixOが分散した中間生成物を得た。ここで、モル比TiO2:Mg=1:1で低価数のチタン酸化物TixOがMgO基体に分散した中間生成物は、非化学量論比の低価数のチタン酸化物の混合物であり、xは0.6〜1である。
ステップ2:一次浸出
MgO基体に低価数のチタン酸化物TixOが分散した中間生成物を密閉反応釜に入れ、塩酸を浸出液として浸出温度25℃で中間生成物を90min浸出することで、濾液及び浸出生成物を得た。濾液を除去し、浸出生成物を洗浄し、真空乾燥させ、低価数のチタン酸化物TixOの前駆体を得た。ここで、塩酸のモル濃度は4mol/Lであり、希塩酸の投入量が塩酸と中間生成物との反応当量より20%過剰となるように、希塩酸を投入する。
得られた低価数のチタン酸化物TixOの前駆体は、質量百分率で、Ti:75〜88%、O:12〜25%、及び不可避な不純物:≦0.5%を含み、各成分の質量百分率の和が100%であり、粒度が8μmである。
上記洗浄及び真空乾燥は、浸出液が除去された浸出生成物を水で洗浄液が中性になるまで洗浄し、その後、真空オーブン中で真空条件下、20℃の乾燥温度で24h乾燥させることにより行われる。
上記洗浄は、水による洗浄であって、洗浄タンクにおける洗浄液の水位が一定に保持されるように、洗浄液を排出しながら新たな洗浄液を補給することで、中性に洗浄する動的洗浄を採用する。
ステップ3:二次強還元
低価数のチタン酸化物TixOの前駆体とカルシウム粉末とを均一に混合し、その後、5MPaでプレスすることで塊状半製品を得、塊状半製品を真空還元炉に入れ、真空度≦10Paの条件、900℃に加熱し、4h二次強還元することで、ブリケットを得、ブリケットを炉冷することにより強還元生成物を得た。ここで、低価数のチタン酸化物TixOの前駆体において、モル比でTixO:Ca=1:2.4である。
ステップ4:二次浸出
強還元生成物を密閉反応釜に入れ、30℃の浸出温度で塩酸を浸出液として強還元生成物を20min浸出することで、浸出液及び濾過残渣を得た後、浸出液を除去し、濾過残渣を洗浄し、真空乾燥させることで還元チタン粉末を得た。ここで、塩酸のモル濃度は2mol/Lであり、稀塩酸の投入量が塩酸と強還元生成物との反応当量より26%過剰となるように、希塩酸を投入する。
上記還元チタン粉末は、質量百分率で、Ti:98.2%、O:1.05%を含み、残部が不可避な不純物であり、粒度が28μmである。
上記洗浄及び真空乾燥は、浸出液が除去された浸出生成物を水で洗浄液が中性になるまで洗浄し、その後、真空オーブン中で真空条件下、20℃の乾燥温度で24h乾燥させることにより行われる。
上記洗浄は、水による洗浄であって、洗浄タンクにおける洗浄液の水位が一定に保持されるように、洗浄液を排出しながら新たな洗浄液を補給することで、中性に洗浄する動的洗浄を採用する。
多段階の強還元による還元チタン粉末の製造方法は、以下のステップを含む。
ステップ1:自己伝播反応
二酸化チタン粉末をオーブンに入れ、100〜150℃で24h乾燥させることで二酸化チタン粉末を得た。乾燥された二酸化チタン粉末とマグネシウム粉末とを均一に混合し、混合材料を得、混合材料を60MPaでプレスすることで塊状半製品を得、混合材料の塊状半製品を自己伝播反応炉に投入した後、局所点火で自己伝播反応を開始させ、温度を500℃に制御し、反応材料を冷却した後、MgO基体に低価数のチタン酸化物TixOが分散した中間生成物を得た。ここで、モル比TiO2:Mg=1:0.8で低価数のチタン酸化物TixOがMgO基体に分散した中間生成物は、非化学量論比の低価数のチタン酸化物の混合物であり、xは0.6〜1である。
ステップ2:一次浸出
MgO基体に低価数のチタン酸化物TixOが分散した中間生成物を密閉反応釜に入れ、塩酸を浸出液として浸出温度30℃で中間生成物を60min浸出することで、濾液及び浸出生成物を得た。濾液を除去し、浸出生成物を洗浄し、真空乾燥させ、低価数のチタン酸化物TixOの前駆体を得た。ここで、塩酸のモル濃度は6mol/Lであり、希塩酸の投入量が塩酸と中間生成物との反応当量より25%過剰となるように、希塩酸を投入する。
得られた低価数のチタン酸化物TixOの前駆体は、質量百分率で、Ti:79%、O:21.6%、及び不可避な不純物:0.4%を含み、各成分の質量百分率の和が100%であり、粒度が6μmである。
上記洗浄及び真空乾燥は、浸出液が除去された浸出生成物を水で洗浄液が中性になるまで洗浄し、その後、真空オーブン中で真空条件下、25℃の乾燥温度で24h乾燥させることにより行われる。
上記洗浄は、水による洗浄であって、洗浄タンクにおける洗浄液の水位が一定に保持されるように、洗浄液を排出しながら新たな洗浄液を補給することで、中性に洗浄する動的洗浄を採用する。
ステップ3:二次強還元
低価数のチタン酸化物TixOの前駆体とカルシウム粉末とを均一に混合し、その後、20MPaでプレスすることで塊状半製品を得、塊状半製品を真空還元炉に入れ、真空度≦10Paの条件、800℃に加熱し、3h二次強還元することで、ブリケットを得、ブリケットを炉冷することにより強還元生成物を得た。ここで、低価数のチタン酸化物TixOの前駆体において、モル比でTixO:Ca=1:1.5である。
ステップ4:二次浸出
強還元生成物を密閉反応釜に入れ、30℃の浸出温度で塩酸を浸出液として強還元生成物を15min浸出することで、浸出液及び濾過残渣を得た後、浸出液を除去し、濾過残渣を洗浄し、真空乾燥させることで還元チタン粉末を得た。ここで、塩酸のモル濃度は3mol/Lであり、稀塩酸の投入量が塩酸と強還元生成物との反応当量より15%過剰となるように、希塩酸を投入する。
上記還元チタン粉末は、質量百分率で、Ti:97.5%、O:1.85%を含み、残部が不可避な不純物であり、粒度が20μmである。
上記洗浄及び真空乾燥は、浸出液が除去された浸出生成物を水で洗浄液が中性になるまで洗浄し、その後、真空オーブン中で真空条件下、30℃の乾燥温度で24h乾燥させることにより行われる。
上記洗浄は、水による洗浄であって、洗浄タンクにおける洗浄液の水位が一定に保持されるように、洗浄液を排出しながら新たな洗浄液を補給することで、中性に洗浄する動的洗浄を採用する。
多段階の強還元による還元チタン粉末の製造方法は、以下のステップを含む。
ステップ1:自己伝播反応
二酸化チタン粉末をオーブンに入れ、100〜150℃で24h乾燥させることで二酸化チタン粉末を得た。乾燥された二酸化チタン粉末とマグネシウム粉末とを均一に混合し、混合材料を得、混合材料を10MPaでプレスすることで塊状半製品を得、混合材料の塊状半製品を自己伝播反応炉に投入した後、局所点火で自己伝播反応を開始させ、温度を550℃に制御し、反応材料を冷却した後、MgO基体に低価数のチタン酸化物TixOが分散した中間生成物を得た。ここで、モル比TiO2:Mg=1:1.1で低価数のチタン酸化物TixOがMgO基体に分散した中間生成物は、非化学量論比の低価数のチタン酸化物の混合物であり、xは0.6〜1である。
ステップ2:一次浸出
MgO基体に低価数のチタン酸化物TixOが分散した中間生成物を密閉反応釜に入れ、塩酸を浸出液として浸出温度25℃で中間生成物を120min浸出することで、濾液及び浸出生成物を得た。濾液を除去し、浸出生成物を洗浄し、真空乾燥させ、低価数のチタン酸化物TixOの前駆体を得た。ここで、塩酸のモル濃度は1mol/Lであり、希塩酸の投入量が塩酸と中間生成物との反応当量より10%過剰となるように、希塩酸を投入する。
得られた低価数のチタン酸化物TixOの前駆体は、質量百分率で、Ti:87.2%、O:12.6%、及び不可避な不純物:0.2%を含み、各成分の質量百分率の和が100%であり、粒度が15μmである。
上記洗浄及び真空乾燥は、浸出液が除去された浸出生成物を水で洗浄液が中性になるまで洗浄し、その後、真空オーブン中で真空条件下、30℃の乾燥温度で24h乾燥させることにより行われる。
上記洗浄は、水による洗浄であって、洗浄タンクにおける洗浄液の水位が一定に保持されるように、洗浄液を排出しながら新たな洗浄液を補給することで、中性に洗浄する動的洗浄を採用する。
ステップ3:二次強還元
低価数のチタン酸化物TixOの前駆体とカルシウム粉末とを均一に混合し、その後、5MPaでプレスすることで塊状半製品を得、塊状半製品を真空還元炉に入れ、真空度≦10Paの条件、1100℃に加熱し、3h二次強還元することで、ブリケットを得、ブリケットを炉冷することにより強還元生成物を得た。ここで、低価数のチタン酸化物TixOの前駆体において、モル比でTixO:Ca=1:2.2である。
ステップ4:二次浸出
強還元生成物を密閉反応釜に入れ、24℃の浸出温度で塩酸を浸出液として強還元生成物を30min浸出することで、浸出液及び濾過残渣を得た後、浸出液を除去し、濾過残渣を洗浄し、真空乾燥させることで還元チタン粉末を得た。ここで、塩酸のモル濃度は1mol/Lであり、稀塩酸の投入量が塩酸と強還元生成物との反応当量より10%過剰となるように、希塩酸を投入する。
上記還元チタン粉末は、質量百分率で、Ti:99.5%、O:0.11%を含み、残部が不可避な不純物であり、粒度が42μmである。
上記洗浄及び真空乾燥は、浸出液が除去された浸出生成物を水で洗浄液が中性になるまで洗浄し、その後、真空オーブン中で真空条件下、20℃の乾燥温度で24h乾燥させることにより行われる。
上記洗浄は、水による洗浄であって、洗浄タンクにおける洗浄液の水位が一定に保持されるように、洗浄液を排出しながら新たな洗浄液を補給することで、中性に洗浄する動的洗浄を採用する。
多段階の強還元による還元チタン粉末の製造方法は、以下のステップを含む。
ステップ1:自己伝播反応
二酸化チタン粉末をオーブンに入れ、100〜150℃で24h乾燥させることで二酸化チタン粉末を得た。乾燥された二酸化チタン粉末とマグネシウム粉末とを均一に混合し、混合材料を得、混合材料を30MPaでプレスすることで塊状半製品を得、混合材料の塊状半製品を自己伝播反応炉に投入した後、局所点火で自己伝播反応を開始させ、温度を700℃に制御し、反応材料を冷却した後、MgO基体に低価数のチタン酸化物TixOが分散した中間生成物を得た。ここで、モル比TiO2:Mg=1:0.9で低価数のチタン酸化物TixOがMgO基体に分散した中間生成物は、非化学量論比の低価数のチタン酸化物の混合物であり、xは0.6〜1である。
ステップ2:一次浸出
MgO基体に低価数のチタン酸化物TixOが分散した中間生成物を密閉反応釜に入れ、塩酸を浸出液として浸出温度20℃で中間生成物を180min浸出することで、濾液及び浸出生成物を得た。濾液を除去し、浸出生成物を洗浄し、真空乾燥させ、低価数のチタン酸化物TixOの前駆体を得た。ここで、塩酸のモル濃度は1mol/Lであり、希塩酸の投入量が塩酸と中間生成物との反応当量より30%過剰となるように、希塩酸を投入する。
得られた低価数のチタン酸化物TixOの前駆体は、質量百分率で、Ti:88%、O:11.9%、及び不可避な不純物:0.1%を含み、各成分の質量百分率の和が100%であり、粒度が14μmである。
上記洗浄及び真空乾燥は、浸出液が除去された浸出生成物を水で洗浄液が中性になるまで洗浄し、その後、真空オーブン中で真空条件下、20℃の乾燥温度で24h乾燥させることにより行われる。
上記洗浄は、水による洗浄であって、洗浄タンクにおける洗浄液の水位が一定に保持されるように、洗浄液を排出しながら新たな洗浄液を補給することで、中性に洗浄する動的洗浄を採用する。
ステップ3:二次強還元
低価数のチタン酸化物TixOの前駆体とカルシウム粉末とを均一に混合し、その後、10MPaでプレスすることで塊状半製品を得、塊状半製品を真空還元炉に入れ、真空度≦10Paの条件、1100℃に加熱し、2h二次強還元することで、ブリケットを得、ブリケットを炉冷することにより強還元生成物を得た。ここで、低価数のチタン酸化物TixOの前駆体において、モル比でTixO:Ca=1:3である。
ステップ4:二次浸出
強還元生成物を密閉反応釜に入れ、24℃の浸出温度で塩酸を浸出液として強還元生成物を30min浸出することで、浸出液及び濾過残渣を得た後、浸出液を除去し、濾過残渣を洗浄し、真空乾燥させることで還元チタン粉末を得た。ここで、塩酸のモル濃度は1mol/Lであり、稀塩酸の投入量が塩酸と強還元生成物との反応当量より20%過剰となるように、希塩酸を投入する。
上記還元チタン粉末は、質量百分率で、Ti:99.4%、O:0.12%を含み、残部が不可避な不純物であり、粒度が40μmである。
上記洗浄及び真空乾燥は、浸出液が除去された浸出生成物を水で洗浄液が中性になるまで洗浄し、その後、真空オーブン中で真空条件下、20℃の乾燥温度で24h乾燥させることにより行われる。
上記洗浄は、水による洗浄であって、洗浄タンクにおける洗浄液の水位が一定に保持されるように、洗浄液を排出しながら新たな洗浄液を補給することで、中性に洗浄する動的洗浄を採用する。
多段階の強還元による還元チタン粉末の製造方法は、以下のステップを含む。
ステップ1:自己伝播反応
二酸化チタン粉末をオーブンに入れ、100〜150℃で24h乾燥させることで二酸化チタン粉末を得た。乾燥された二酸化チタン粉末とマグネシウム粉末とを均一に混合し、混合材料を得、混合材料をそのまま自己伝播反応炉に投入した後、局所点火で自己伝播反応を開始させ、温度を650℃に制御し、反応材料を冷却した後、MgO基体に低価数のチタン酸化物TixOが分散した中間生成物を得た。ここで、モル比TiO2:Mg=1:0.9で低価数のチタン酸化物TixOがMgO基体に分散した中間生成物は、非化学量論比の低価数のチタン酸化物の混合物であり、xは0.6〜1である。
ステップ2:一次浸出
MgO基体に低価数のチタン酸化物TixOが分散した中間生成物を密閉反応釜に入れ、塩酸を浸出液として浸出温度25℃で中間生成物を120min浸出することで、濾液及び浸出生成物を得た。濾液を除去し、浸出生成物を洗浄し、真空乾燥させ、低価数のチタン酸化物TixOの前駆体を得た。ここで、塩酸のモル濃度は1mol/Lであり、希塩酸の投入量が塩酸と中間生成物との反応当量より40%過剰となるように、希塩酸を投入する。
得られた低価数のチタン酸化物TixOの前駆体は、質量百分率で、Ti:75%、O:24.5%、及び不可避な不純物:0.5%を含み、各成分の質量百分率の和が100%であり、粒度が0.8μmである。
上記洗浄及び真空乾燥は、浸出液が除去された浸出生成物を水で洗浄液が中性になるまで洗浄し、その後、真空オーブン中で真空条件下、30℃の乾燥温度で24h乾燥させることにより行われる。
上記洗浄は、水による洗浄であって、洗浄タンクにおける洗浄液の水位が一定に保持されるように、洗浄液を排出しながら新たな洗浄液を補給することで、中性に洗浄する動的洗浄を採用する。
ステップ3:二次強還元
低価数のチタン酸化物TixOの前駆体とカルシウム粉末とを均一に混合し、その後、20MPaでプレスすることで塊状半製品を得、塊状半製品を真空還元炉に入れ、真空度≦10Paの条件、1200℃に加熱し、1h二次強還元することで、ブリケットを得、ブリケットを炉冷することにより強還元生成物を得た。ここで、低価数のチタン酸化物TixOの前駆体において、モル比でTixO:Ca=1:2である。
ステップ4:二次浸出
強還元生成物を密閉反応釜に入れ、20℃の浸出温度で塩酸を浸出液として強還元生成物を90min浸出することで、浸出液及び濾過残渣を得た後、浸出液を除去し、濾過残渣を洗浄し、真空乾燥させることで還元チタン粉末を得た。ここで、塩酸のモル濃度は6mol/Lであり、稀塩酸の投入量が塩酸と強還元生成物との反応当量より30%過剰となるように、希塩酸を投入する。
上記還元チタン粉末は、質量百分率で、Ti:99.5%、O:0.18%を含み、残部が不可避な不純物であり、粒度が8μmである。
上記洗浄及び真空乾燥は、浸出液が除去された浸出生成物を水で洗浄液が中性になるまで洗浄し、その後、真空オーブン中で真空条件下、30℃の乾燥温度で24h乾燥させることにより行われる。
上記洗浄は、水による洗浄であって、洗浄タンクにおける洗浄液の水位が一定に保持されるように、洗浄液を排出しながら新たな洗浄液を補給することで、中性に洗浄する動的洗浄を採用する。
多段階の強還元による還元チタン粉末の製造方法は、以下のステップを含む。
ステップ1:自己伝播反応
二酸化チタン粉末をオーブンに入れ、100〜150℃で24h乾燥させることで二酸化チタン粉末を得た。乾燥された二酸化チタン粉末とマグネシウム粉末とを均一に混合し、混合材料を得、混合材料をそのまま自己伝播反応炉に投入した後、全体加熱法で自己伝播反応を開始させ、温度を750℃に制御し、反応材料を冷却した後、MgO基体に低価数のチタン酸化物TixOが分散した中間生成物を得た。ここで、モル比TiO2:Mg=1:0.9で低価数のチタン酸化物TixOがMgO基体に分散した中間生成物は、非化学量論比の低価数のチタン酸化物の混合物であり、xは0.6〜1である。
ステップ2:一次浸出
MgO基体に低価数のチタン酸化物TixOが分散した中間生成物を密閉反応釜に入れ、塩酸を浸出液として浸出温度25℃で中間生成物を150min浸出することで、濾液及び浸出生成物を得た。濾液を除去し、浸出生成物を洗浄し、真空乾燥させ、低価数のチタン酸化物TixOの前駆体を得た。ここで、塩酸のモル濃度は1mol/Lであり、希塩酸の投入量が塩酸と中間生成物との反応当量より10%過剰となるように、希塩酸を投入する。
得られた低価数のチタン酸化物TixOの前駆体は、質量百分率で、Ti:75〜88%、O:12〜25%、及び不可避な不純物:≦0.5%を含み、各成分の質量百分率の和が100%であり、粒度が15μmである。
上記洗浄及び真空乾燥は、浸出液が除去された浸出生成物を水で洗浄液が中性になるまで洗浄し、その後、真空オーブン中で真空条件下、25℃の乾燥温度で24h乾燥させることにより行われる。
上記洗浄は、水による洗浄であって、洗浄タンクにおける洗浄液の水位が一定に保持されるように、洗浄液を排出しながら新たな洗浄液を補給することで、中性に洗浄する動的洗浄を採用する。
ステップ3:二次強還元
低価数のチタン酸化物TixOの前駆体とカルシウム粉末とを均一に混合し、その後、2MPaでプレスすることで塊状半製品を得、塊状半製品を真空還元炉に入れ、真空度≦10Paの条件、700℃に加熱し、6h二次強還元することで、ブリケットを得、ブリケットを炉冷することにより強還元生成物を得た。ここで、低価数のチタン酸化物TixOの前駆体において、モル比でTixO:Ca=1:3である。
ステップ4:二次浸出
強還元生成物を密閉反応釜に入れ、24℃の浸出温度で塩酸を浸出液として強還元生成物を60min浸出することで、浸出液及び濾過残渣を得た後、浸出液を除去し、濾過残渣を洗浄し、真空乾燥させることで還元チタン粉末を得た。ここで、塩酸のモル濃度は5mol/Lであり、稀塩酸の投入量が塩酸と強還元生成物との反応当量より5%過剰となるように、希塩酸を投入する。
上記還元チタン粉末は、質量百分率で、Ti:98%、O:2%を含み、残部が不可避な不純物であり、粒度が40μmである。
上記洗浄及び真空乾燥は、浸出液が除去された浸出生成物を水で洗浄液が中性になるまで洗浄し、その後、真空オーブン中で真空条件下、20℃の乾燥温度で24h乾燥させることにより行われる。
上記洗浄は、水による洗浄であって、洗浄タンクにおける洗浄液の水位が一定に保持されるように、洗浄液を排出しながら新たな洗浄液を補給することで、中性に洗浄する動的洗浄を採用する。
Claims (9)
- 以下のステップ1〜4を含む多段階の強還元による還元チタン粉末の製造方法であって、
ステップ1:自己伝播反応
二酸化チタン粉末をオーブンに入れて乾燥することで、乾燥した二酸化チタン粉末を得、乾燥した二酸化チタン粉末とマグネシウム粉末とを均一に混合することで、混合材料を得、
混合材料を10〜60MPaでプレスして塊状半製品を形成した後、自己伝播反応炉に投入し、自己伝播反応を開始させ、反応材料を冷却した後、MgO基体に低価数のチタン酸化物TixOが分散した中間生成物を得、ここで、モル比TiO2:Mg=1:(0.8〜1.2)で低価数のチタン酸化物TixOがMgO基体に分散した中間生成物は、非化学量論比の低価数のチタン酸化物の混合物であり、xは0.6〜1であり、
ステップ2:一次浸出
MgO基体に低価数のチタン酸化物TixOが分散した中間生成物を密閉反応釜に入れ、塩酸を浸出液として中間生成物を浸出することで、濾液及び浸出生成物を得、濾液を除去した後、浸出生成物を洗浄し、真空乾燥させることで、低価数のチタン酸化物TixOの前駆体を得、ここで、塩酸のモル濃度は1〜6mol/Lであり、
ステップ3:二次強還元
低価数のチタン酸化物TixOの前駆体とカルシウム粉末とを均一に混合し、その後、2〜20MPaでプレスすることで塊状半製品を得、塊状半製品を真空還元炉に入れ、700〜1200℃に加熱した後、1〜6h二次強還元することで、ブリケットを得、ブリケットを炉冷することにより、強還元生成物を得、ここで、低価数のチタン酸化物TixOの前駆体において、モル比TixO:Ca=1:(1.5〜3)であり、
ステップ4:二次浸出
強還元生成物を密閉反応釜に入れ、塩酸を浸出液として強還元生成物を浸出することで浸出液及び濾過残渣を得、浸出液を除去した後、濾過残渣を洗浄し、真空乾燥させることで還元チタン粉末を得、ここで、塩酸のモル濃度は1〜6mol/Lであり、
前記還元チタン粉末は、質量百分率でTi:98〜99.5%、O:0.1〜2%を含み、残部が不可避な不純物であり、粒度が8〜40μmであることを特徴とする多段階の強還元による還元チタン粉末の製造方法。 - 前記ステップ1において、前記乾燥は、100〜150℃で24h以上行われることを特徴とする請求項1に記載の多段階の強還元による還元チタン粉末の製造方法。
- 前記ステップ1において、前記自己伝播反応は、局所点火法又は全体加熱法により開始され、
局所点火法は、電熱線で自己伝播反応炉における混合材料の局所を加熱することにより自己伝播反応を開始させる方法であり、
全体加熱法は、自己伝播反応が発生するまで自己伝播反応炉における混合材料の全体を昇温させる方法であり、温度を500〜750℃に制御することを特徴とする請求項1に記載の多段階の強還元による還元チタン粉末の製造方法。 - 前記ステップ2において、前記塩酸を浸出液として中間生成物を浸出するときに、希塩酸の投入量が塩酸と中間生成物との反応当量より10〜40%過剰となるように、希塩酸を投入し、反応の化学式は、MgO+2H+=Mg2++H2Oであり、
前記ステップ2において、前記中間生成物を浸出するときの浸出温度は20〜30℃であり、浸出時間は60〜180minであることを特徴とする請求項1に記載の多段階の強還元による還元チタン粉末の製造方法。 - 前記ステップ2で得られた低価数のチタン酸化物TixOの前駆体は、質量百分率でTi:75〜88%、O:12〜25%、及び不可避な不純物:≦0.5%を含み、各成分の質量百分率の和が100%であり、粒度は0.8〜15μmであることを特徴とする請求項1に記載の多段階の強還元による還元チタン粉末の製造方法。
- 前記ステップ2において、前記洗浄及び真空乾燥は、浸出液が除去された浸出生成物を水で洗浄液が中性になるまで洗浄し、その後、真空オーブン中で真空条件下、20〜30℃の乾燥温度で24h以上乾燥させることにより行われ、
前記洗浄は、水による洗浄であって、洗浄タンクにおける洗浄液の水位が一定に保持されるように、洗浄液を排出しながら新たな洗浄液を補給することで、中性に洗浄する動的洗浄を採用することを特徴とする請求項1に記載の多段階の強還元による還元チタン粉末の製造方法。 - 前記ステップ3において、前記二次強還元は、真空還元炉を真空度≦10Paの条件下で昇温させることにより行われることを特徴とする請求項1に記載の多段階の強還元による還元チタン粉末の製造方法。
- 前記ステップ4において、前記強還元生成物を浸出するときに、稀塩酸の投入量が塩酸と強還元生成物との反応当量より5〜30%過剰となるように、希塩酸を投入し、反応の化学式は、CaO+2H+=Ca2++H2Oであり、
前記ステップ4において、前記強還元生成物を浸出する浸出温度は20〜30℃であり、浸出時間は15〜90minであることを特徴とする請求項1に記載の多段階の強還元による還元チタン粉末の製造方法。 - 前記ステップ4において、前記洗浄及び真空乾燥は、浸出液が除去された浸出生成物を水で洗浄液が中性になるまで洗浄し、その後、真空オーブン中で真空条件下、20〜30℃の乾燥温度で24h以上乾燥させることにより行われ、
前記洗浄は、水による洗浄であって、洗浄タンクにおける洗浄液の水位が一定に保持されるように、洗浄液を排出しながら新たな洗浄液を補給することで、中性に洗浄する動的洗浄を採用することを特徴とする請求項1に記載の多段階の強還元による還元チタン粉末の製造方法。
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