JPH01212725A - チタン,チタンの合金の製造方法 - Google Patents
チタン,チタンの合金の製造方法Info
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- JPH01212725A JPH01212725A JP3738588A JP3738588A JPH01212725A JP H01212725 A JPH01212725 A JP H01212725A JP 3738588 A JP3738588 A JP 3738588A JP 3738588 A JP3738588 A JP 3738588A JP H01212725 A JPH01212725 A JP H01212725A
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- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は精製された四塩化チタンを原料とし、溶融塩電
解によって、最終的にはチタンまたはチタン合金を得る
方法に関するものである。
解によって、最終的にはチタンまたはチタン合金を得る
方法に関するものである。
(従来の技術)
現在金属チタン(Ti)は酸化チタンを比較的純度高く
含むルチル鉱等を原料として製造される四塩化チタン(
TiCl4)をマグネシウム(Mg)またはナトリウム
(Na)で還元する所謂「クロール法」または「ハンタ
ー法」によって製造されている。これに対し電解によっ
てチタンを製造しようとする試みは極めて多数行なわれ
て来たが、実用化されているのは乏しい。
含むルチル鉱等を原料として製造される四塩化チタン(
TiCl4)をマグネシウム(Mg)またはナトリウム
(Na)で還元する所謂「クロール法」または「ハンタ
ー法」によって製造されている。これに対し電解によっ
てチタンを製造しようとする試みは極めて多数行なわれ
て来たが、実用化されているのは乏しい。
チタンの電解は溶融塩電解法が主として研究され、アル
カリ金属、アルカリ土類金属の弗化物、塩化物中に二酸
化チタン、ヘキサフルオロチタン酸アルカリ金属塩、7
iCf、または三塩化チタン(Ti(J3)を溶解して
電解する方法があり、ヘキサフルオロチタン酸塩および
TiCl4を用いる方法が原料人手および製品の品質の
点から有望とされている。
カリ金属、アルカリ土類金属の弗化物、塩化物中に二酸
化チタン、ヘキサフルオロチタン酸アルカリ金属塩、7
iCf、または三塩化チタン(Ti(J3)を溶解して
電解する方法があり、ヘキサフルオロチタン酸塩および
TiCl4を用いる方法が原料人手および製品の品質の
点から有望とされている。
TiC/4を用いる電解はTiCl4の沸点が低いため
、溶融塩中への溶解度が乏しいこと、Tiα4が非電解
質であるため困難がある。このためTiC1aガスをベ
ル中に保持するとか、複数のカソードを用いたり、Ti
塊を浴中に保持してTiC/4と反応させてTiα13
または二塩化チタン(TiCjt)として浴に溶解する
等の特殊の形態で対応している。はとんどの場合隔膜が
必要で電力原単位の増加隔膜寿命が短いなどの問題があ
ることはよく知られている。
、溶融塩中への溶解度が乏しいこと、Tiα4が非電解
質であるため困難がある。このためTiC1aガスをベ
ル中に保持するとか、複数のカソードを用いたり、Ti
塊を浴中に保持してTiC/4と反応させてTiα13
または二塩化チタン(TiCjt)として浴に溶解する
等の特殊の形態で対応している。はとんどの場合隔膜が
必要で電力原単位の増加隔膜寿命が短いなどの問題があ
ることはよく知られている。
最後に本発明と関係する溶融亜鉛(Zn)を用いてTi
を採取する二種類の方法について述べる。
を採取する二種類の方法について述べる。
溶融Znをカソードとして電解しZn−Ti合金を得る
方法は英国特許第724198号に古く示され、更に欧
州特許第219157号ですぐれた形式が示された。
方法は英国特許第724198号に古く示され、更に欧
州特許第219157号ですぐれた形式が示された。
後者は溶融亜鉛カソード中にTi(J4を吹き込みつつ
電解することによってZn Ti合金が得られること
を示している。この方法は隔膜を使わないで済む点です
ぐれているがカソード中にガスを吹きこむことによって
電解条件が不安定になること、Zn−Ti合金はZnの
沸点附近でもTiの電解度が低いので、濃度を高めるた
め高温で電解するとZnの揮発がふえる等の懸念がある
。
電解することによってZn Ti合金が得られること
を示している。この方法は隔膜を使わないで済む点です
ぐれているがカソード中にガスを吹きこむことによって
電解条件が不安定になること、Zn−Ti合金はZnの
沸点附近でもTiの電解度が低いので、濃度を高めるた
め高温で電解するとZnの揮発がふえる等の懸念がある
。
また電解によらずZn−Ti合金をつくり、Znを1溜
してTiを得る方法は米国特許第4655825号およ
び米国特許第4602947号に示されている。後者で
は、Zn 溶湯にMg、 Na、カリウム(K)、リ
チウム(Li) 、カルシウム(Ca)から選ばれる金
属を混合し、7i(j4 と反応させてZn−Ti合金
をつくり、これを凝固させ粉砕したのちZnを蒸溜する
ことによってTi粉を製造することが示されている。こ
の方法では高価な金属原料を一過的に用い、また比較的
高価であるMg(J z 、 LiCj 、 CaCj
z無水塩を回収する配慮はされていない。
してTiを得る方法は米国特許第4655825号およ
び米国特許第4602947号に示されている。後者で
は、Zn 溶湯にMg、 Na、カリウム(K)、リ
チウム(Li) 、カルシウム(Ca)から選ばれる金
属を混合し、7i(j4 と反応させてZn−Ti合金
をつくり、これを凝固させ粉砕したのちZnを蒸溜する
ことによってTi粉を製造することが示されている。こ
の方法では高価な金属原料を一過的に用い、また比較的
高価であるMg(J z 、 LiCj 、 CaCj
z無水塩を回収する配慮はされていない。
(発明が解決しようとする課B)
本発明は従来の溶融塩電解法の問題点を踏まえ、連続的
なプロセスまたは安定したバッチサイクルでZn−Ti
合金を電解プロセスを介して得るように構成することを
第一の目的としている。また従来の電解法はTiC/4
の損失があり、これがまた電流効率の劣化を招いていた
がこれを解決することを次の目的としている。また系内
は原料がTiCl4、製品がTiまたはTi合金であり
副産物が塩素(Ct t )であるように副産物のない
電解プロセスの利点が生かせるように構成することも目
的である。
なプロセスまたは安定したバッチサイクルでZn−Ti
合金を電解プロセスを介して得るように構成することを
第一の目的としている。また従来の電解法はTiC/4
の損失があり、これがまた電流効率の劣化を招いていた
がこれを解決することを次の目的としている。また系内
は原料がTiCl4、製品がTiまたはTi合金であり
副産物が塩素(Ct t )であるように副産物のない
電解プロセスの利点が生かせるように構成することも目
的である。
当然ながら不純物特に炭素、窒素、酸素等の少ない靭性
チタンまたはチタン合金を得ることが前提である。
チタンまたはチタン合金を得ることが前提である。
(課題を解決するための手段)
本発明はMgを含む広義のアルカリ土類金属またはLi
のハロゲン塩を含む溶融塩電解浴を用い、塩素に侵され
難い不溶性アノードとZn融体カソードによりZnを連
続又は間欠的に供給して電解し、Znとアルカリ土類金
属またはしiとの合金溶湯を製造し、前記合金溶湯を、
電解浴と一体または部分的に連結するか、あるいは分離
した反応室または反応炉に移し、この溶湯中に7iCf
4を吹きこんで反応させ、Zn−Ti合金溶湯とアルカ
リ土類金属またはLiの塩化物とを得、後者を電解浴に
戻し、次いでZn−Ti合金から最終的にZnを蒸溜除
去することによってチタン金属を製造方法する方法であ
る。
のハロゲン塩を含む溶融塩電解浴を用い、塩素に侵され
難い不溶性アノードとZn融体カソードによりZnを連
続又は間欠的に供給して電解し、Znとアルカリ土類金
属またはしiとの合金溶湯を製造し、前記合金溶湯を、
電解浴と一体または部分的に連結するか、あるいは分離
した反応室または反応炉に移し、この溶湯中に7iCf
4を吹きこんで反応させ、Zn−Ti合金溶湯とアルカ
リ土類金属またはLiの塩化物とを得、後者を電解浴に
戻し、次いでZn−Ti合金から最終的にZnを蒸溜除
去することによってチタン金属を製造方法する方法であ
る。
前記の工程中でZnまたはZnとアルカリ土類金属もし
くはLiとの合金またはZn−Ti合金が溶湯である段
階でTiと合金として得たい合金元素例えばアルミニウ
ム(AZ)、錫(Sn)、バナジン、鉄等を加えておけ
ば、Zn−Ti合金にかえてZn−Tiおよび合金元素
を含む合金が得られ、これからZnを蒸留除去すればチ
タン合金を製造することができる。
くはLiとの合金またはZn−Ti合金が溶湯である段
階でTiと合金として得たい合金元素例えばアルミニウ
ム(AZ)、錫(Sn)、バナジン、鉄等を加えておけ
ば、Zn−Ti合金にかえてZn−Tiおよび合金元素
を含む合金が得られ、これからZnを蒸留除去すればチ
タン合金を製造することができる。
Tiと第四以上の合金を製造する場合、これらの合金元
素の添加はZn−Ti合金に添加するのが一番簡単であ
るが量が多いとかその他の理由で前工程で添加する場合
、Znとアルカリ土類金属またはLiとの合金段階で電
解の後工程で行うことが好ましい。
素の添加はZn−Ti合金に添加するのが一番簡単であ
るが量が多いとかその他の理由で前工程で添加する場合
、Znとアルカリ土類金属またはLiとの合金段階で電
解の後工程で行うことが好ましい。
TiCl4 との反応後得られるZn−Ti合金に第三
又は第四以上の合金元素、例えばアルミニウム、錫。
又は第四以上の合金元素、例えばアルミニウム、錫。
バナジン、鉄等を加えたのち蒸溜すればTi合金を得る
ことができる。また薄情条件のよりスポンジまたは粉末
とすることができる。
ことができる。また薄情条件のよりスポンジまたは粉末
とすることができる。
前記方法を実施するための溶融塩はMg、 Ca、スト
ロンチウム(Sr) 、バリウム(Ba)またはLiの
弗化物または塩化物を当初用いるが、その後はこれらの
塩化物が循環使用される。これらの金属元素の他に溶融
塩浴の構成元素となり得るものはアルカリ金属元素およ
びY、Scを含めた広義の稀土類金属のみである。しか
し稀土類元素は高価であり一般には使用する必要はない
。
ロンチウム(Sr) 、バリウム(Ba)またはLiの
弗化物または塩化物を当初用いるが、その後はこれらの
塩化物が循環使用される。これらの金属元素の他に溶融
塩浴の構成元素となり得るものはアルカリ金属元素およ
びY、Scを含めた広義の稀土類金属のみである。しか
し稀土類元素は高価であり一般には使用する必要はない
。
電解炉は通常の溶融塩電解炉であり、必要に応じて溶融
塩の初期溶解のため別途の加熱装置を要し、溶融塩の組
成および最終Ti濃度にもよるが通常500°Cから8
50°Cの範囲で操業する。カソードは通常炉下部に亜
鉛を融解して形成する。炉内壁は耐火物、金属とも使用
可能であるが、溶融塩および溶融Znおよびこれに含ま
れるアルカリ土類金属やTi等に対して反応性の少ない
ものに限定され、例えば高純アルミナ、黒鉛、MO等と
なり、これらも十分配慮して用いる必要がある。この電
解炉においてZnとCa、 Sr、 Ba、 Li、
Mgのうちの少なくと一つを含む合金が生成する。
塩の初期溶解のため別途の加熱装置を要し、溶融塩の組
成および最終Ti濃度にもよるが通常500°Cから8
50°Cの範囲で操業する。カソードは通常炉下部に亜
鉛を融解して形成する。炉内壁は耐火物、金属とも使用
可能であるが、溶融塩および溶融Znおよびこれに含ま
れるアルカリ土類金属やTi等に対して反応性の少ない
ものに限定され、例えば高純アルミナ、黒鉛、MO等と
なり、これらも十分配慮して用いる必要がある。この電
解炉においてZnとCa、 Sr、 Ba、 Li、
Mgのうちの少なくと一つを含む合金が生成する。
亜鉛浴は必要に応じて溶融Znの供給口とTi濃化合金
の排出口を有する。排出された合金は溶融状態のまま炉
内の別の空間または炉と例えばZn −Ti合金排出口
および熔融塩の通過管とで結合した反応室、もしくは別
の反応炉に移し、Ti(、eiを通常ガス状態で必要に
応じてアルゴン(Ar)を支持ガスとして供給して反応
させる。この反応によりZn−Ti合金が生成する。こ
の段階では反応に先立って要すれば合金元素の分析を行
ないTiCl4の供給量を決定する。
の排出口を有する。排出された合金は溶融状態のまま炉
内の別の空間または炉と例えばZn −Ti合金排出口
および熔融塩の通過管とで結合した反応室、もしくは別
の反応炉に移し、Ti(、eiを通常ガス状態で必要に
応じてアルゴン(Ar)を支持ガスとして供給して反応
させる。この反応によりZn−Ti合金が生成する。こ
の段階では反応に先立って要すれば合金元素の分析を行
ないTiCl4の供給量を決定する。
得られたZn−Ti合金は溶融状態のままかまたは一旦
凝固させて薄情装置に移す。蒸溜はAr等の不活性ガス
雰囲気で行なう場合と真空下で行なう場合と両様ある。
凝固させて薄情装置に移す。蒸溜はAr等の不活性ガス
雰囲気で行なう場合と真空下で行なう場合と両様ある。
亜鉛は揮発して冷所に溜るのでこれは電解浴での合金製
造用に戻される。薄情残滓は即ちTiであり、Ar雰囲
気で蒸溜する場合一般に1050°C以上の高温を要す
るためスポンジ状となり、真空薄情の場合は低温で蒸溜
すると粉末の集積体となり、高温で蒸溜すればスポンジ
状となる。
造用に戻される。薄情残滓は即ちTiであり、Ar雰囲
気で蒸溜する場合一般に1050°C以上の高温を要す
るためスポンジ状となり、真空薄情の場合は低温で蒸溜
すると粉末の集積体となり、高温で蒸溜すればスポンジ
状となる。
原料のTiCl4は既知の方法で製造され、クロール法
、ハンター法で用いる程度に精溜および化学的浄化を行
なったものが用いられる。
、ハンター法で用いる程度に精溜および化学的浄化を行
なったものが用いられる。
本発明は特に反応炉を高圧で操業することが可能であり
、利点とすることができる。
、利点とすることができる。
第1図は本発明の典型的な実施方法を図示したもので、
2が電解炉であり電力1を供給して塩素ガスCctz>
4を副生じ、溶融Zn−M合金3を製造し電解炉と接続
するか又は分離した反応室又は反応炉に送る。MはLi
、 Mg、 Ca、 Sr、 Baから選ばれる金属で
ある。反応室又は反応炉5ではTi(um 6を一般に
はガス状で供給する。得られるものは溶融した金属Mの
塩化物7およびZn−Tiの溶融合金8である。これを
溶融したままかIOで一旦固化して薄情器12に供給す
る。薄情器の残溜物はTi14であり、薄情器を出て固
化したZn13を回収し電解炉に戻す。塩化物7もまた
電解炉に戻される。
2が電解炉であり電力1を供給して塩素ガスCctz>
4を副生じ、溶融Zn−M合金3を製造し電解炉と接続
するか又は分離した反応室又は反応炉に送る。MはLi
、 Mg、 Ca、 Sr、 Baから選ばれる金属で
ある。反応室又は反応炉5ではTi(um 6を一般に
はガス状で供給する。得られるものは溶融した金属Mの
塩化物7およびZn−Tiの溶融合金8である。これを
溶融したままかIOで一旦固化して薄情器12に供給す
る。薄情器の残溜物はTi14であり、薄情器を出て固
化したZn13を回収し電解炉に戻す。塩化物7もまた
電解炉に戻される。
このようにして第1図を見直すとTiCl46と電力l
が系に供給されCt2ガス4およびTi14が得られる
系であることが分る。
が系に供給されCt2ガス4およびTi14が得られる
系であることが分る。
これが特許請求の範囲(1)によりTi金属を製造する
方法である。
方法である。
図において合金金属Xlを破線で示したいずれかの段階
で添加するならば3の段階でZn−M−X合金ができる
こともあり、8においてはZn−Ti−X溶融合金かえ
られ、同一の工程をおって14でTi−X合金をうろこ
とができる。
で添加するならば3の段階でZn−M−X合金ができる
こともあり、8においてはZn−Ti−X溶融合金かえ
られ、同一の工程をおって14でTi−X合金をうろこ
とができる。
次に本発明を実施するための装置について詳しく示した
ものが第2図から第5図である。第2図は電解炉本体を
示したもので21はMを含み電解においてMを析出する
溶融塩浴である。22は溶融ZnまたはZn−M合金で
ある。23は不溶性アノードで通常は黒鉛が用いられ、
24から給電される。25はカソードへの給電棒で黒鉛
、モリブデン(Mo)等が用いられ26から給電される
。27は内部ライニングである。28は電気加熱器で初
期などに塩や亜鉛を加熱するため用いるが必須ではない
。29は炉体鉄皮で30が保熱のためのライニングであ
る。31は溶融塩の給排出口で32は例えばスライド方
式によ゛る弁である。33はZn又はZn−M合金溶湯
の給排出口であり34は弁32と同様の弁である。35
は塩、Zn等を固体で供給するホッパおよび弁であり、
36は生成する02ガスの排出口である。37はアノー
ド、カソードを絶縁するための耐火物である。この装置
を用いてZn−M合金が電解製造される。
ものが第2図から第5図である。第2図は電解炉本体を
示したもので21はMを含み電解においてMを析出する
溶融塩浴である。22は溶融ZnまたはZn−M合金で
ある。23は不溶性アノードで通常は黒鉛が用いられ、
24から給電される。25はカソードへの給電棒で黒鉛
、モリブデン(Mo)等が用いられ26から給電される
。27は内部ライニングである。28は電気加熱器で初
期などに塩や亜鉛を加熱するため用いるが必須ではない
。29は炉体鉄皮で30が保熱のためのライニングであ
る。31は溶融塩の給排出口で32は例えばスライド方
式によ゛る弁である。33はZn又はZn−M合金溶湯
の給排出口であり34は弁32と同様の弁である。35
は塩、Zn等を固体で供給するホッパおよび弁であり、
36は生成する02ガスの排出口である。37はアノー
ド、カソードを絶縁するための耐火物である。この装置
を用いてZn−M合金が電解製造される。
第3図は第1図の反応炉5が分離設置される場合の3.
5,6,7.8までの段階を示す詳細図である。41は
上蓋、42は下部炉体を示す。43は鉄皮で44はフラ
ンジであり、これを耐圧構造とすれば高圧での操業が可
能である。45はZn −M合金溶湯であり、46は生
成したMの塩化物である。反応後はZn−Ti合金とな
る。47は内部ライニングで電解炉と同じ(黒鉛、 M
o、アルミナ等から選ばれる。48は保熱ライニングで
ある。50は冷却装置である。反応により炉内は昇温す
るため、熱伝導のよいライニング49の表面でZnを凝
縮させる形で冷却する。51は溶湯および溶融塩の排出
口であり、開閉弁52を有する。54はTiC1゜の供
給口である。53は電磁撹拌装置であり必要に応じて設
置する。55は圧力制御弁であり、56は排カズの導出
口である。
5,6,7.8までの段階を示す詳細図である。41は
上蓋、42は下部炉体を示す。43は鉄皮で44はフラ
ンジであり、これを耐圧構造とすれば高圧での操業が可
能である。45はZn −M合金溶湯であり、46は生
成したMの塩化物である。反応後はZn−Ti合金とな
る。47は内部ライニングで電解炉と同じ(黒鉛、 M
o、アルミナ等から選ばれる。48は保熱ライニングで
ある。50は冷却装置である。反応により炉内は昇温す
るため、熱伝導のよいライニング49の表面でZnを凝
縮させる形で冷却する。51は溶湯および溶融塩の排出
口であり、開閉弁52を有する。54はTiC1゜の供
給口である。53は電磁撹拌装置であり必要に応じて設
置する。55は圧力制御弁であり、56は排カズの導出
口である。
反応炉の通常の実施方法において7iC/4は供給口5
4から低い正圧力で供給され、合金浴45を上昇する間
にMと反応してMの塩化物を生成し溶融塩46を形成し
て少量の未反応ガスは排ガス導出口56から排出される
。
4から低い正圧力で供給され、合金浴45を上昇する間
にMと反応してMの塩化物を生成し溶融塩46を形成し
て少量の未反応ガスは排ガス導出口56から排出される
。
高圧力で操業する場合、鉄皮43.フランジ44は必要
な耐圧構造とし、開閉弁52.供給口54゜圧力制御弁
55等も耐圧性を持たせる。供給口54からTi(J、
を炉圧より高い必要な与圧とともに吹きこみ、圧力制御
弁55により炉内圧を必要圧に保持すれば所定の圧力で
操業でき亜鉛の沸点(907°C)をこえて操業するこ
とも可能であり、これによりTiの溶解度を高めること
ができる。
な耐圧構造とし、開閉弁52.供給口54゜圧力制御弁
55等も耐圧性を持たせる。供給口54からTi(J、
を炉圧より高い必要な与圧とともに吹きこみ、圧力制御
弁55により炉内圧を必要圧に保持すれば所定の圧力で
操業でき亜鉛の沸点(907°C)をこえて操業するこ
とも可能であり、これによりTiの溶解度を高めること
ができる。
好ましい操業方式として炉体を円筒形とし電磁撹拌装置
53を用いて回転流を与えると溶融金属と溶融塩の分離
が著るしくよくなる。
53を用いて回転流を与えると溶融金属と溶融塩の分離
が著るしくよくなる。
反応はかなりの発熱のため冷却装置50により冷却され
、Znの気化、還流によって冷却される。
、Znの気化、還流によって冷却される。
第4図は第2図の電解炉と第3図の反応炉を部分的に連
結して形成した場合の略図である。61は炉で第2図の
25〜30を代表する構造体である。62がアノード、
63が塩素ガス排出管である。64は溶融塩、65がZ
n−M合金浴である。
結して形成した場合の略図である。61は炉で第2図の
25〜30を代表する構造体である。62がアノード、
63が塩素ガス排出管である。64は溶融塩、65がZ
n−M合金浴である。
右方の72は同様第3図の41〜44.47〜50.5
3のうちの必要部分を略示した炉体である。70は溶融
塩、71は合金溶湯である。73はTiCl4の吹込管
である。75はZn−Ti合金の引出管であり、74は
その開閉パルプである。77は反応座ガスの排出管、7
6は圧力制御弁である。
3のうちの必要部分を略示した炉体である。70は溶融
塩、71は合金溶湯である。73はTiCl4の吹込管
である。75はZn−Ti合金の引出管であり、74は
その開閉パルプである。77は反応座ガスの排出管、7
6は圧力制御弁である。
67はZn合金の連結管であり、66はその開閉パルプ
である。
である。
69は溶融塩の連結管であり68はその開閉パルプであ
る。このような形態の場合、開閉パルプ66.68はそ
れぞれ開又は閉とする4つの組合せ条件のいづれかで操
業することができる。−船釣には少なとくも開閉パルプ
68は開いて溶融塩70を溶融塩64と常時交換、混合
して反応することが反応発熱の利用および電解条件の一
様化の点で有利である。炉体72はこの場合、要すれば
第3図の炉体と同じ程度の装備を備えることができる。
る。このような形態の場合、開閉パルプ66.68はそ
れぞれ開又は閉とする4つの組合せ条件のいづれかで操
業することができる。−船釣には少なとくも開閉パルプ
68は開いて溶融塩70を溶融塩64と常時交換、混合
して反応することが反応発熱の利用および電解条件の一
様化の点で有利である。炉体72はこの場合、要すれば
第3図の炉体と同じ程度の装備を備えることができる。
第5図は第4図の反応炉を更に簡略化し電解炉の炉体の
一部となるよう構成したものである。図で81は電解炉
で第2図の25〜30を代表する構造体である。82が
アノード、83が塩素ガス排出管である。84は溶融塩
、85がZn−M合金浴である。右方の88は反応室の
構造で第3図と同様の必要なライニング等を有する。8
9は合金溶湯、90は反応生成した溶融塩である。92
はZn−Ti合金の引出管であり91はその開閉バルブ
ブである。93はTi(J4の吹込管である。86は開
閉弁であり反応用Zn−M合金溶湯を取り込み遮断する
。但し87の開口により反応生成した溶融塩90は84
に連通するよう構成されている。
一部となるよう構成したものである。図で81は電解炉
で第2図の25〜30を代表する構造体である。82が
アノード、83が塩素ガス排出管である。84は溶融塩
、85がZn−M合金浴である。右方の88は反応室の
構造で第3図と同様の必要なライニング等を有する。8
9は合金溶湯、90は反応生成した溶融塩である。92
はZn−Ti合金の引出管であり91はその開閉バルブ
ブである。93はTi(J4の吹込管である。86は開
閉弁であり反応用Zn−M合金溶湯を取り込み遮断する
。但し87の開口により反応生成した溶融塩90は84
に連通するよう構成されている。
次にこれら装置を用いての実施例により発明の内容を詳
述する。
述する。
(実施例)
実施例1
第2図の電解槽を用い、Zn5kgを装入し次いでにα
2.20 kg、 Naczl、05kgSMg(Jz
l、38kgを装入し融解して電解を開始する。炉温6
50°C1電流密度1.OA/ cm”で電解を行ない
溶融塩中のMgC/。
2.20 kg、 Naczl、05kgSMg(Jz
l、38kgを装入し融解して電解を開始する。炉温6
50°C1電流密度1.OA/ cm”で電解を行ない
溶融塩中のMgC/。
が減少すれば追加して電解しMg14%の合金とする。
ここで排出口34から1.2 kgの溶湯を排出する。
電解炉は1kgのZnを追加して電解を継続する。
得られた合金を第3図の反応炉に入れ、蓋を締めつけ供
給口54からTiα14を少量のArガスとともに供給
する。反応により温度が上昇するので上部の冷却とのバ
ランスで熔融金属温度が880〜920″Cの範囲に収
まるようにして反応させまた減圧弁55により内圧を5
kg/cm”に保つ。約620gのTiα4を加え終っ
たら電磁撹拌装置53により回転流を溶融金属に与える
。これにより溶融塩46が十分分離する。若干の遠心回
転後ノズル52を開いて、メタルを排出し固化させる。
給口54からTiα14を少量のArガスとともに供給
する。反応により温度が上昇するので上部の冷却とのバ
ランスで熔融金属温度が880〜920″Cの範囲に収
まるようにして反応させまた減圧弁55により内圧を5
kg/cm”に保つ。約620gのTiα4を加え終っ
たら電磁撹拌装置53により回転流を溶融金属に与える
。これにより溶融塩46が十分分離する。若干の遠心回
転後ノズル52を開いて、メタルを排出し固化させる。
溶融塩は一旦ノズルを閉じたのち、たとえば電解炉に弁
32を介して戻す。固化した金属は蛍石るつぼに入れ1
150°CでArガス中で蒸溜するとTiのスポンジ約
160gが得られた。
32を介して戻す。固化した金属は蛍石るつぼに入れ1
150°CでArガス中で蒸溜するとTiのスポンジ約
160gが得られた。
電解摺電圧は5.5V、電流効率は80〜85%であっ
た。副生したZnは寸法調整等の処理ののち前述した電
解炉への再装入に用いうる。
た。副生したZnは寸法調整等の処理ののち前述した電
解炉への再装入に用いうる。
実施例2
第4図の電解槽を用いZn5kgを装入し、次いでLi
FILiCjの等モルの混合塩を装入し、融解して電解
を開始する。炉温650°C1電流密度2A/cnff
で電解する。塩素ガス排出管63からはC12ガスが発
生し金属浴65中にはLiが蓄積する。溶融塩中の減少
Liαを追加して電解しLiが6%に達した時点でバル
ブ66.68を開いて反応炉中に溶融金属を移す。電解
炉と反応炉の面積比により1定量の溶湯(この場合1.
07kg)が移行する。バルブ66を閉じ電解炉には移
行したZn分を加えて電解を継続する。Ti(J4の吹
込管73からArガスを支持ガスとして50%のTiC
l4ガスを送りこみ反応させる。反応によりLiCJが
生成し発熱するが今度はバルブ76の開閉により溶融塩
70のレベルを上下させ、ポンプ効果で溶融塩64と混
合して発熱を分散させる。溶湯71の温度を830°C
に抑えて電解時間に合わせるようにTic/4を供給す
る。Ti(J4約440gを供給して反応を終了し、バ
ルブ74を開いてZn−Ti合金を排出し固化させる。
FILiCjの等モルの混合塩を装入し、融解して電解
を開始する。炉温650°C1電流密度2A/cnff
で電解する。塩素ガス排出管63からはC12ガスが発
生し金属浴65中にはLiが蓄積する。溶融塩中の減少
Liαを追加して電解しLiが6%に達した時点でバル
ブ66.68を開いて反応炉中に溶融金属を移す。電解
炉と反応炉の面積比により1定量の溶湯(この場合1.
07kg)が移行する。バルブ66を閉じ電解炉には移
行したZn分を加えて電解を継続する。Ti(J4の吹
込管73からArガスを支持ガスとして50%のTiC
l4ガスを送りこみ反応させる。反応によりLiCJが
生成し発熱するが今度はバルブ76の開閉により溶融塩
70のレベルを上下させ、ポンプ効果で溶融塩64と混
合して発熱を分散させる。溶湯71の温度を830°C
に抑えて電解時間に合わせるようにTic/4を供給す
る。Ti(J4約440gを供給して反応を終了し、バ
ルブ74を開いてZn−Ti合金を排出し固化させる。
固化した金属はモリブデンるつぼに入れ真空炉に装入す
る。500〜600℃で徐々に昇温し、最終的に100
0°C,10−”Torr程度で処理するとTi粉末の
集積体となった。この塊は簡単な粉砕で均一な粉体とな
る。収量は110gで、反応後のZn −Ti合金濃度
は10%と逆算される。
る。500〜600℃で徐々に昇温し、最終的に100
0°C,10−”Torr程度で処理するとTi粉末の
集積体となった。この塊は簡単な粉砕で均一な粉体とな
る。収量は110gで、反応後のZn −Ti合金濃度
は10%と逆算される。
電解摺電圧は5.OV、電流効率は約85%であった。
実施例3
第5図の電解槽を用い、Zn5kgを装入し、次いでC
a(Jz 70モル%、5rC1z30モル%の混合塩
を装入して電解を開始する。炉温780″C1電流密度
0.5A/cm2で電解しCaCl□を追加してCa1
2.7%の合金とする。開閉弁86を用いて溶湯を反応
室88に移し開閉弁86を閉じて吹込管93からTiC
l4ガスを送りこんで反応させる。実施例2と同様に溶
融塩90をバルブ94を介して管路95からArガスを
出し入れして電解槽と反応室の温度が均一に保たれるよ
うにする。電解炉は約1廟のZnを追加して電解を続け
、反応室へのT1Cf。
a(Jz 70モル%、5rC1z30モル%の混合塩
を装入して電解を開始する。炉温780″C1電流密度
0.5A/cm2で電解しCaCl□を追加してCa1
2.7%の合金とする。開閉弁86を用いて溶湯を反応
室88に移し開閉弁86を閉じて吹込管93からTiC
l4ガスを送りこんで反応させる。実施例2と同様に溶
融塩90をバルブ94を介して管路95からArガスを
出し入れして電解槽と反応室の温度が均一に保たれるよ
うにする。電解炉は約1廟のZnを追加して電解を続け
、反応室へのT1Cf。
ガスの供給も電解に見合う供給率で計345gを供給し
た。
た。
得られた合金はバルブ91を開いて弗化ランタン製のる
つぼに入れ、そのまま薄情炉に入れ800〜1200°
Cを徐々に昇温しで蒸溜するとTiのスポンジ約85k
gが得られた。
つぼに入れ、そのまま薄情炉に入れ800〜1200°
Cを徐々に昇温しで蒸溜するとTiのスポンジ約85k
gが得られた。
電解摺電圧は7V、電流効率は75〜80%であった。
以上の実施例すべてにおいて電解炉が空炉のときからの
スタートを含めて説明したが、反応炉又は反応室への取
り出しがはじまると定常的な繰り返しにより操業できる
ことが了解できる。
スタートを含めて説明したが、反応炉又は反応室への取
り出しがはじまると定常的な繰り返しにより操業できる
ことが了解できる。
実施例4
実施例1で得られたh14%を含むZn合金1.2kg
を第2図の反応炉に装入する。このときZn0.90k
g、 Afo、093 kgを併せて装入し速やかにT
iCZiガスを吹きこむ。反応の結果、昇温しZn、
IVとも溶解する。反応は常圧で行ない溶湯の温度は8
20〜850 ’CとなるようTitJ4の供給量で調
整する。
を第2図の反応炉に装入する。このときZn0.90k
g、 Afo、093 kgを併せて装入し速やかにT
iCZiガスを吹きこむ。反応の結果、昇温しZn、
IVとも溶解する。反応は常圧で行ない溶湯の温度は8
20〜850 ’CとなるようTitJ4の供給量で調
整する。
TiC/4620 gを加え終ったら電磁撹拌装置に
より回転し溶融塩をよく分離し、次いで溶湯を排出し固
化させる。メタルをMoるつぼに入れ500〜600
”Cを徐々に昇温する。実施例2と同様に処理すること
によって、Ti、 klを50モル%含む金属間化合物
TijVの粉末約248gを得た。
より回転し溶融塩をよく分離し、次いで溶湯を排出し固
化させる。メタルをMoるつぼに入れ500〜600
”Cを徐々に昇温する。実施例2と同様に処理すること
によって、Ti、 klを50モル%含む金属間化合物
TijVの粉末約248gを得た。
実施例5
実施例4と同様にMg14%を含むZn合金1.2 k
gをとり、Ni0.203 kgを装入し速やかにT
i C14を吹きこむ。T1Cf4620 gを加えた
のち電磁撹拌装置で回転し溶湯を弗化ランタン類のるつ
ぼに入れそのまま薄情炉に入れ800〜1100″Cを
徐々に昇温してZnを薄情除去する。更に1300°C
まで昇温すると融解するのでこれを鋳型に入れると金属
間化合物NiTiのインゴット368gを得た。
gをとり、Ni0.203 kgを装入し速やかにT
i C14を吹きこむ。T1Cf4620 gを加えた
のち電磁撹拌装置で回転し溶湯を弗化ランタン類のるつ
ぼに入れそのまま薄情炉に入れ800〜1100″Cを
徐々に昇温してZnを薄情除去する。更に1300°C
まで昇温すると融解するのでこれを鋳型に入れると金属
間化合物NiTiのインゴット368gを得た。
実施例6
実施例2において得られたZn−Ti合金約1.1 k
gをバルブ74を開いて弗化ランタン類のるつぼに受け
、保持炉で830°Cに保って、別に電解したM6 g
、 Sn3 g、 Zn91 gからなる合金を攪拌し
ながら加える。得られた溶湯を凝固させ、モリブテンる
つぼに入れ、真空炉に送入する。500〜600°Cで
徐々に昇温し、最終的に1000°C210−2Tor
r程度で処理してTi合金粉末の集積体を得た。この塊
は簡単な粉砕で均一な粉体となる。
gをバルブ74を開いて弗化ランタン類のるつぼに受け
、保持炉で830°Cに保って、別に電解したM6 g
、 Sn3 g、 Zn91 gからなる合金を攪拌し
ながら加える。得られた溶湯を凝固させ、モリブテンる
つぼに入れ、真空炉に送入する。500〜600°Cで
徐々に昇温し、最終的に1000°C210−2Tor
r程度で処理してTi合金粉末の集積体を得た。この塊
は簡単な粉砕で均一な粉体となる。
こうしてIV 5%、Sn2.5%を含むTi合金粉約
120gを得た。
120gを得た。
いづれの方式で得たTt又はTi合金も不純物の金属元
素は少なく、また電解における空気、水分等の浸入を抑
制して操業すれば炭素、酸素、窒素等の不純物も少ない
良好な品質のものである。
素は少なく、また電解における空気、水分等の浸入を抑
制して操業すれば炭素、酸素、窒素等の不純物も少ない
良好な品質のものである。
本発明においてはZn溶湯が炭素、窒素、水素。
酸素を溶解しないので、これら元素のTiへの吸収が防
げること、Tiの電解が溶融金属を介して行なわれるの
で処理、取扱が容易であるという利点は、Zn−Ti合
金を用いる従来法と同じ利点をもつが従来法と比して電
解槽内に直接TiCl4を導入しないため電解が安定し
て行なわれ、電流効率の向上、消費電力原単位の低下が
可能である。
げること、Tiの電解が溶融金属を介して行なわれるの
で処理、取扱が容易であるという利点は、Zn−Ti合
金を用いる従来法と同じ利点をもつが従来法と比して電
解槽内に直接TiCl4を導入しないため電解が安定し
て行なわれ、電流効率の向上、消費電力原単位の低下が
可能である。
またZn中のTiの濃度を上昇するには溶湯の温度を上
昇する必要があるが、電解炉で温度を上昇すると長時間
広い面積で高温に曝す必要がありZnの揮発損失がある
。本発明の様にZn−M合金をつくるならば550〜7
00°Cでの電解が可能である。
昇する必要があるが、電解炉で温度を上昇すると長時間
広い面積で高温に曝す必要がありZnの揮発損失がある
。本発明の様にZn−M合金をつくるならば550〜7
00°Cでの電解が可能である。
この点は第5図の方式では完全には生かされないが他の
2つの方式では特に有効である。
2つの方式では特に有効である。
反応で副生ずる溶融塩は系内に戻るため系内の処理はZ
n−Ti溶融金属の移動とZnの循環が主なものであり
実質的にTiα4を系内に導入して、TiとCt2ガス
を得るというプロセスになる。副生じた(j、は既知の
方法でTiczaの製造等に利用することができる。比
較的高価なMg、 Li、 Ca等の無水塩化、物が循
環使用できる。
n−Ti溶融金属の移動とZnの循環が主なものであり
実質的にTiα4を系内に導入して、TiとCt2ガス
を得るというプロセスになる。副生じた(j、は既知の
方法でTiczaの製造等に利用することができる。比
較的高価なMg、 Li、 Ca等の無水塩化、物が循
環使用できる。
第1図は本発明の典型的な実施態様を示す説明図で、符
号9および破線で示した部分および括弧内を無視した場
合は特許請求の範囲(1)項の発明に対応し、それらを
入れる場合は特許請求の範囲(2)項の発明に対応する
。 第2図は電解炉本体の詳細図、第3図は反応炉が分離設
置される場合の反応炉の詳細図、第4図は本発明に従い
第2図の電解炉と第3図の反応炉を部分的に連結して形
成した場合の概念図、第5図は同じく電解炉と反応炉と
を一体に構成した場合の概念図である。 第1図 第5図 手続補正書 (自発) 昭和63年3月25日
号9および破線で示した部分および括弧内を無視した場
合は特許請求の範囲(1)項の発明に対応し、それらを
入れる場合は特許請求の範囲(2)項の発明に対応する
。 第2図は電解炉本体の詳細図、第3図は反応炉が分離設
置される場合の反応炉の詳細図、第4図は本発明に従い
第2図の電解炉と第3図の反応炉を部分的に連結して形
成した場合の概念図、第5図は同じく電解炉と反応炉と
を一体に構成した場合の概念図である。 第1図 第5図 手続補正書 (自発) 昭和63年3月25日
Claims (2)
- (1)アルカリ土類金属またはリチウムのハロゲン塩を
含む溶融塩電解浴を用い、塩素に侵され難い不溶性アノ
ードと亜鉛融体カソードにより、亜鉛を連続又は間欠的
に供給して電解し、亜鉛とアルカリ土類金属またはリチ
ウムとの合金溶湯を製造し、前記合金溶湯を電解浴と一
体または部分的に連結しているか、あるいは分離した反
応室又は反応炉に移し、この溶湯中に四塩化チタンを吹
きこんで反応させ、亜鉛チタン合金溶湯とアルカリ土類
金属またはリチウムの塩化物とを得、後者を電解浴に戻
し、最終的に亜鉛を蒸溜除去することを特徴とするチタ
ンの製造方法。 - (2)アルカリ土類金属またはリチウムのハロゲン塩を
含む溶融塩電解浴を用い、塩素に侵され難い不溶性アノ
ードと亜鉛融体カソードにより、亜鉛を連続又は間欠的
に供給して電解し、亜鉛とアルカリ土類金属またはリチ
ウムとの合金溶湯を製造し、前記合金溶湯を電解浴と一
体または部分的に連結しているか、あるいは分離した反
応室又は反応炉に移し、この溶湯中に四塩化チタンを吹
きこんで反応させ、亜鉛チタン合金溶湯とアルカリ土類
金属またはリチウムの塩化物とを得、後者を電解浴に戻
す工程中で、溶融状態にある亜鉛または亜鉛とアルカリ
土類金属もしくはリチウムとの合金、または亜鉛チタン
合金に、合金元素を加え、亜鉛チタンおよび合金元素か
らなる合金を得、最終的に亜鉛を蒸留除去することを特
徴とするチタン合金の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3738588A JPH01212725A (ja) | 1988-02-22 | 1988-02-22 | チタン,チタンの合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3738588A JPH01212725A (ja) | 1988-02-22 | 1988-02-22 | チタン,チタンの合金の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01212725A true JPH01212725A (ja) | 1989-08-25 |
Family
ID=12496059
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3738588A Pending JPH01212725A (ja) | 1988-02-22 | 1988-02-22 | チタン,チタンの合金の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01212725A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0288727A (ja) * | 1988-09-27 | 1990-03-28 | Mitsubishi Metal Corp | 金属チタンの製造方法 |
JP2001107154A (ja) * | 1999-09-03 | 2001-04-17 | Norsk Hydro Asa | 液体の処理装置 |
WO2010074180A1 (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-01 | Ogasawara Tadashi | 多結晶シリコンの製造方法及びこれに用いる反応炉 |
CN103469256A (zh) * | 2013-10-10 | 2013-12-25 | 宝纳资源控股(集团)有限公司 | 控制电解炉温度、电极升降、进出料的自动化系统及方法 |
CN107557818A (zh) * | 2017-08-22 | 2018-01-09 | 中南大学 | 一种可连续电解生产铜钙合金的大型工业电解槽 |
-
1988
- 1988-02-22 JP JP3738588A patent/JPH01212725A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0288727A (ja) * | 1988-09-27 | 1990-03-28 | Mitsubishi Metal Corp | 金属チタンの製造方法 |
JP2001107154A (ja) * | 1999-09-03 | 2001-04-17 | Norsk Hydro Asa | 液体の処理装置 |
WO2010074180A1 (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-01 | Ogasawara Tadashi | 多結晶シリコンの製造方法及びこれに用いる反応炉 |
CN103469256A (zh) * | 2013-10-10 | 2013-12-25 | 宝纳资源控股(集团)有限公司 | 控制电解炉温度、电极升降、进出料的自动化系统及方法 |
CN107557818A (zh) * | 2017-08-22 | 2018-01-09 | 中南大学 | 一种可连续电解生产铜钙合金的大型工业电解槽 |
CN107557818B (zh) * | 2017-08-22 | 2019-04-09 | 中南大学 | 一种可连续电解生产铜钙合金的大型工业电解槽 |
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