JPH0559413A - 金属の製造法 - Google Patents

金属の製造法

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JPH0559413A
JPH0559413A JP22050391A JP22050391A JPH0559413A JP H0559413 A JPH0559413 A JP H0559413A JP 22050391 A JP22050391 A JP 22050391A JP 22050391 A JP22050391 A JP 22050391A JP H0559413 A JPH0559413 A JP H0559413A
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JP
Japan
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metal
reactor
titanium
powder
reducing agent
Prior art date
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JP22050391A
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English (en)
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Teruhito Oota
暉人 太田
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Resonac Holdings Corp
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Showa Denko KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ハロゲン化金属を還元して金属を連続的に製
造する方法を提供する。 【構成】 金属のハロゲン化物の蒸気と還元金属の蒸気
とを反応させて金属を得る方法において、反応器内の温
度で容易に分解して微粉末を生成する易分解性化合物を
反応器内に導入して、分解によって生じた微粉末を核と
して被還元生成粒子を成長させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はハロゲン化金属を還元し
て金属を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ハロゲン化金属を還元して金属を得る方
法に関しては、例えば金属チタン又は金属ジルコニウム
の製造におけるクロール法が知られている。又、特公昭
33−3004号に記載のチタンリボン表面で、四塩化
チタンとマグネシウムの気相反応を進行させ、生成した
金属チタンをその表面に成長させる技術も公知の技術と
して知られている。
【0003】また、これらの難点を解決する一案とし
て、特開昭64−15334公報においては、四塩化チ
タンと金属マグネシウム蒸気を下方から吹き上げて流動
床化させた反応器の中に、別に製造したチタン微粒子を
導入して、チタン粒子の表面で還元反応を起こして粒子
を成長させる方法が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
製造法では、クロール法においては生成した金属が海綿
状の多孔質の塊として、特公昭33−3004において
は同様にリボンの表面に析出し塊状となるため、工程の
連続化が困難であり、止むを得ずバッチ工程を採用して
いる。また特開昭64−15334公報の方法では、別
に微粒子の製造工程を必要とする難点があるほか、浮遊
する粒子の圧力で反応器下部の圧力が高くなり、反応を
促進させるために明細書に記載されている還元剤金属お
よび金属のハロゲン化物の蒸気圧以下にするためにはど
うしても反応温度を高くせざるを得ないなどの欠点があ
る。本発明は、このような欠点を解消し、高品位の金属
が連続的かつ経済的に生産することを目的とするもので
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は金属のハロゲン
化物を還元剤金属で還元して金属を製造する方法におい
て、反応器内に反応器内の温度で速やかに分解するよう
な化合物の蒸気を導入して、分解によって生じた微粉末
を核として被還元金属を成長させ、連続的に金属の粉末
を得るものである。
【0006】ある種の化合物は、温度を上げると分解し
て微粉末を発生する傾向をもつことが知られている。例
えば、チタンの低級塩化物である三酸化チタンTiCl3
もしくは二酸化チタンTiCl2 は800℃以上では速やか
に不均化反応を起こして金属チタンと四塩化チタンとを
生じることは古くから知られており、この反応を利用し
た金属チタンの製造方法も提案されている(例えば、特
公昭31−10202)。しかし一般に気相熱分解法に
より得られる粒子は、1マイクロメートルあるいはそれ
以下の極めて微細な粉状であり、その後の取扱いが困難
であるばかりでなく、汚染による品位の低下をきたし易
い。また、分解性の物質を合成する費用を考慮すると現
行法に比較して経済的に優位であるとはいえない。
【0007】本発明は、分解反応を金属のハロゲン化物
および還元剤金属の蒸気が共存する雰囲気中で行なわ
せ、発生した微粉末を核としてその表面に金属を析出さ
せ、適当な粒度の金属粉末を連続的に成長させることを
特徴とするものである。以下、図面を参照して本発明に
より四塩化チタンを金属マグネシウムで製造する例につ
いて説明する。
【0008】添付図面の図1は、本発明の一実施例に係
る金属チタンの製造工程を示したものである。1は反応
器で円錐形の下部を有する円筒形の反応器で、底部にロ
ータリーバルブ等の粉体排出機構2を有する。原料ガス
の一つである四塩化チタンは3の貯蔵タンクから蒸発器
4を通して反応器の下部より反応器内に導入される。他
方の原料ガスであるマグネシウム蒸気は、塩化マグネシ
ウムの電解炉5で生産された溶融マグネシウムが蒸発器
6に供給され気体となってこれも反応器の下部より導入
される。反応器は円筒状もしくは円錐状として反応生成
物を下方に捕集できる構造とするのが良い。このような
反応器を使用して下方よりガスを導入すれば粉末が下降
するのを妨げる結果、粉末が十分成長するまで気流中に
留めることができるので都合が良い。
【0009】一方、易分解性物質は貯蔵タンク7より蒸
発器8に入り、ボンベ9より供給される不活性ガスに随
伴して反応器内に導入される。反応器内は塩化マグネシ
ウムの融点以上で、かつ分解性物質が速やかに分解する
に十分高温でありかつ金属チタンの融点以下に保たれて
いる。そのため分解性物質は分解して微粉末が反応器内
部で発生する。これを核として、以下の反応が微粉末表
面で進行する。 TiCl4(g)+Mg(g) = Ti(s)+MgCl2(l) ・・・・・・(1) 反応の進行に伴って原料ガスの体積が急速に減少するた
め、下部より上方に向けてのガスの流れが生じ粉末の下
降を妨げる結果、粉末は十分に成長するまで空中に留ま
ることができる。やがて、底部に沈降した金属チタンの
粉末は、液状の塩化マグネシウムとともにスラリーを形
成し底部から余剰の不活性ガスと共に反応器外に排出さ
れる。スラリーは金属粉末と塩化マグネシウムの分離装
置10を経て、製品の金属粉末と塩化マグネシウムに分
離され、塩化マグネシウムは再び電解炉に戻される。金
属チタン粉末と塩化マグネシウムの分離は、真空中もし
くは乾燥した不活性ガス気流中で過熱して塩化マグネシ
クムを蒸発させるか、水など溶媒で洗浄して塩化マグネ
シウムを溶出させることで達成できる。
【0010】図2は、本発明の他の実施態様例の工程を
示したものである。反応器1は円錐形の下部を有する円
筒形の反応器の上部に、塩化マグネシウムの凝縮器11
を有するものである。2〜8までの部位は図1と共通で
あるが、易分解性物質の移送には不活性ガスを用いず原
料ガスの一つである四塩化チタンに随伴して反応器内に
吹き込まれる。この方式では原料ガスを反応器下部から
吹き込む必要は特にない。ほぼ同じ位置から金属マグネ
シウム蒸気も反応器内に導入される。これら原料ガスは
反応器内で周回運動をするような方向に導入される。反
応器の円筒部で周回運動を促進するためには、例えば図
3に示すように円周上の2ヶ所以上の場所から、同一回
転方向に導入されることが好ましい。原料ガスを周回運
動させることにより微粒子は一層浮遊しやすくなる。ま
た、易分解性化合物から生じた核となる微粉の取り込み
も多くなるので好ましい。原料ガス導入ノズル23、2
4は金属のハロゲン化物導入用と還元金属用とを交互に
配置しても良く、あるいはほぼ同じ位置に配置しても良
い。
【0011】反応器内の温度は図1の例と同条件である
が、圧力は同温度における塩化マグネシウムの蒸気圧よ
り低く保たれている。例えば、反応器内の温度が950
℃であれば14トール以下、1000℃であれば25ト
ール以下に保持されている。このため反応は、 TiCl4(g)+Mg(g) = Ti(s)+MgCl2(g) ・・・・・(2) で表わされ、生成した塩化マグネシウムは気化して上部
凝縮器11で液化し、ポンプ12を経て電解炉5に戻
る。凝縮器11の温度は、金属マグネシウムの液化温度
以上に保つことで、原料ガスである四塩化チタンや金属
マグネシウムの凝集を防止することができる。分解性物
質より生じた金属チタンの微粉末は、反応器内を周回し
ながら、先の反応の進行に従って成長して、十分大きく
なると重力により沈降して、底部より取り出される。固
体粒子が周回運動することによって遠心力が生じ、凝縮
器11に向かう気体の流れに抗して浮遊し続けることが
可能になる。また、この場合発生した塩化マグネシウム
が凝縮器11に向かって移動する気流が金属粒子に浮力
を与える。このような反応器では、金属チタンと塩化マ
グネシウムの分離工程は不要である。
【0012】また、反応器を2段に分け、前段で塩化マ
グネシウムの蒸気圧以上の圧力下で、金属チタンの粒子
を十分成長させ、これを塩化マグネシウムの蒸気圧以下
の反応器に導入して、更に反応を進行させるとともに、
生成した塩化マグネシウムを金属チタンの粒子から分離
することもできる。
【0013】易分解性化合物は、反応器内の雰囲気温度
に曝されると容易に分解する物質であればよく、分解し
て生じる固体微粒子は必ずしも金属ハロゲン化物が還元
剤金属によって還元されて生じる金属と同一である必要
はなく、核として機能するものであれば良い。しかしな
がら一般には同一金属の微粒子が最も核として適してい
る。チタンを例にとると、三塩化チタン、二塩化チタン
といったチタンの低級塩化物も利用可能であるが、ジシ
クロペンタジエニルチタン(Ti(C5H5)2)、トリクロロシ
クロペンタジエニルチタン(Ti(C5H5)Cl3) 又はトリクロ
ロメチルチタン(Ti(CH3)Cl3)等の有機チタン化合物を利
用すると、より低温で確実に分解してチタンの微粉末を
発生する。このような有機金属化合物は一般に高価であ
るが、反応器内での粉末の成長を十分行なえば、全体に
占める易分解性化合物の費用は小さくすることが可能で
ある。
【0014】易分解性化合物は、単独であるいは反応ガ
スもしくは不活性ガスに混入して反応器内に導入するこ
とが可能である。以上チタンの例について説明したが、
チタンに限らずジルコニウム、ハフニウム、シリコン、
タンタル、ニオブ等のハロゲン化物にも適用できる。
【0015】
【作用】本発明は、金属のハロゲン化物と還元剤金属の
蒸気を含む反応器内に、反応器内の温度で容易に分解し
て微粉末を生じる物資を導入することによって、該微粉
末を核として気相反応を促進させ、金属の粉末を連続的
に得るようにしたものである。
【0016】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。 (実施例1)図1に示すような反応器を用いた。反応器
1はステンレススチール製の容器で、電気炉22で温度
950℃に設定しておいた。23及び24の導管よりそ
れぞれ約950℃に予熱した四塩化チタンとマグネシウ
ムの蒸気を導入した。また上部の導管2より易分解性物
質であるジシクロペンタジエニルチタンの蒸気で飽和し
たアルゴンを導入した。
【0017】反応時間は3時間で、反応中四塩化チタ
ン、金属マグネシウム蒸気をそれぞれ12重量部、4重
量部の割合で供給した。また150℃のジシクロベンタ
ジエニルチタン蒸気で飽和したアルゴン1重量部を供給
した。反応器のより排出されたチタン粉末と液状の塩化
マグネシウムの混合物を不活性雰囲気中で冷却した後、
多量の純水で洗浄し、塩化マグネシウムを洗浄除去した
ところ、金属チタン粉末3重量部を得た。この粉末は粒
径が20マイクロメーターから200マイクロメーター
の間に分布し、平均は80マイクロメーターであった。
【0018】
【発明の効果】本発明によりチタン、ジルコニウム、タ
ンタルなどバッチ工程で行なっていた金属の製造工程を
連続化することにより、生産性を飛躍的に向上させるこ
とが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる金属の製造工程の1例を説明す
る図である。
【図2】本発明の他の態様の製造工程を示す図である。
【図3】原料ガスの吹き込み方向を示す図である。
【符号の説明】
1 反応器 2 粉体排出機構 3 金属ハロゲン化物貯蔵タンク 4 蒸発器 5 還元剤金属のハロゲン化物の電解炉 6 蒸発器 7 易分解性化合物の貯蔵タンク 8 蒸発器 9 不活性ガスのボンベ 10 分離装置 11 凝縮器 12 ポンプ 22 電気炉 23 金属ハロゲン化物吹込みノズル 24 還元剤金属吹込みノズル

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属のハロゲン化物の蒸気と還元剤金属
    の蒸気とを、当該被還元金属の融点より低い温度で反応
    させて金属を製造する方法において、反応器内の温度で
    速やかに分解して微粉末を生じるような易分解性化合物
    を導入し、発生した微粉末の表面に還元された金属を析
    出させることを特徴とする金属の製造法。
  2. 【請求項2】 易分解性化合物が分解して生じる微粉末
    が金属であり、かつ金属のハロゲン化物が還元剤金属に
    よって還元されて析出する金属と同一であることを特徴
    とする請求項第1項記載の金属の製造法。
  3. 【請求項3】 反応器内の圧力が金属のハロゲン化物及
    び還元剤金属の反応器内の温度における蒸気圧よりも低
    いことを特徴とする請求項第1項ないし第2項記載の金
    属の製造法。
  4. 【請求項4】 反応器内の圧力が、金属のハロゲン化物
    の反応器内の温度における蒸気圧よりも高く保たれ、か
    つ後工程において反応生成物から金属粉末と還元剤金属
    のハロゲン化物とを分離する手段を講じることを特徴と
    する請求項第1項ないし第2項記載の金属の製造法。
  5. 【請求項5】 筒状もしくはその一部が錐状の反応器を
    用い、金属のハロゲン化物及び還元剤金属の蒸気を反応
    器下部より上方に向けて導入し、その気流で粒子群を浮
    遊させることを特徴とする請求項第1項ないし第4項記
    載の金属の製造法。
  6. 【請求項6】 円筒状もしくは円錐状の反応器を用い、
    金属のハロゲン化物及び還元剤金属の蒸気が反応器側壁
    の1ケ所以上から、反応器内で周回運動をするような方
    向に導入されることを特徴とする請求範囲第1項ないし
    第5項記載の金属の製造法。
  7. 【請求項7】 金属のハロゲン化物が塩化チタン、塩化
    ジルコニウム、塩化ハフニウム、塩化けい素、塩化タン
    タル、塩化ニオブのうちから選ばれたいずれか1種であ
    り、還元剤金属がマグネシウム、ナトリウム又はカリウ
    ムのうちから選ばれたいずれか1種であることを特徴と
    する請求項第1項記載の金属粉末の製造法
  8. 【請求項8】 金属のハロゲン化物が四塩化チタンで、
    金属の易分解性化合物が、三塩化チタン、二塩化チタン
    ジペンタジエニルチタン(Ti(C5H5)2)、トリクロロシク
    ロペンタジエニルチタン(Ti(C5H5)Cl3) 又はトリクロロ
    メチルチタン(Ti(CH3)Cl3) のうち少なくとも1種であ
    ることを特徴とする請求項第1項ないし第7項記載の金
    属の製造法。
JP22050391A 1991-08-30 1991-08-30 金属の製造法 Pending JPH0559413A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004323911A (ja) * 2003-04-24 2004-11-18 Sumitomo Titanium Corp 高純度チタンインゴットの製造方法
KR101254971B1 (ko) * 2010-12-27 2013-04-17 재단법인 포항산업과학연구원 수율이 우수한 미세 타이타늄 파우더 제조방법 및 미세 타이타늄 파우더 제조장치

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