JPS60259626A - 結晶質チタン酸繊維の製造法 - Google Patents

結晶質チタン酸繊維の製造法

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JPS60259626A
JPS60259626A JP11372284A JP11372284A JPS60259626A JP S60259626 A JPS60259626 A JP S60259626A JP 11372284 A JP11372284 A JP 11372284A JP 11372284 A JP11372284 A JP 11372284A JP S60259626 A JPS60259626 A JP S60259626A
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Yoshinori Fujiki
藤木 良規
Masaru Komatsu
優 小松
Takayoshi Sasaki
高義 佐々木
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は耐熱性に優れ、かつ陽イオン交換性を有し、原
子力分野では高レベル放射性廃棄物地層処分時の工学バ
リア材、さらに海水中のウランなど有用徴貴金属の回収
材などに利用できるイオン交換特性を有する結晶質チタ
ン酸繊維の製造法に関する。更に詳しくはチタン原料と
して天然産ルチルサンドまたはアナターゼサンドとイル
ミナイト鉱石から銑鉄を製造する際に生成するチタンス
ラグとを使用して結晶質チタン酸繊維を製造する方法に
関する。
従来技術 従来の結晶質チタン酸繊維の製造法としては、1)フラ
ックス法で、初生相として四チタン酸カリウム(K2O
・4Ti02)繊維を育成し、脱カリウム処理を施して
結晶質チタン酸(H2Ti40.・nH,O)繊維を製
造する方法。
2)徐冷焼成法で、初生相として四チタン酸カリウムと
ニチメン酸カリウム(K2O・2T102)の混合相繊
維を育、成し、脱カリウム処理を施してH2Ti40.
・mH2OとH2T1205・mH2O(ただし、mは
2以下)の混合組成からなる結晶質チタン酸fR維を製
造する方法。
3)タルト法でニチタン酸カリウム(K2O・2Ti0
2)の低融点溶融液からニチタン酸カリウム繊維を育成
し、脱カリウム処理を施して結晶質チタン酸(H2Ti
205−ynH20) (ただし、mは2以下)繊維を
製造する方法が知られている。
しかし、これらのいずれの方法においても、チタン原料
としては高純度の二酸化チタン、例えばイルメナイト鉱
石を硫酸法または塩素法で製造した99%以上の高純度
の二酸化チタンが使用されておシ、そのため原料コスト
が高くなって製品が高価となシその利用範囲も限定され
る問題点があった0 本発明者はさきに、この問題点を解決すべく、チタン成
分原料として天然産のルチルサンドまたはアナターゼサ
ンドをそのまま使用して従来の結i1 晶質チタン酸繊
維の製造の適応性について検討した結果 1)フラックス法及び徐冷焼結法においては、初生相で
ある四チタン酸カリウム繊維はいずれも生成するが、チ
タン原料中に含まれる不純物の影響で、るつほの底に稠
密な塊状物となり、繊維の分離ができないことが分った
0 2)これに対し、メルト法ではチタン原料の不純物の影
響がなく、むしろ好影響を与え、短時間に溶融し、容易
に結晶質チタン酸繊維を製造する方法を開発した。
すなわち、一般式(Ti+ M )02 (ただし、M
は含有不純物金属を表わす)で示される天然産のルチル
サンドまたはアナターゼサンドと、酸化カリウムまたは
加熱により酸化カリウムを生成するカリウム化合物ある
いはこれらの混合物とを、一般式に20・n (Ti、
 M)02 (ただし、nは1.5〜2.5、yは前記
と同じものを表わす)で示す割合に混合し、該混合物を
加熱溶融して溶融体を生成し、該溶融体からニチタン酸
カリウム(K2O・2TiO,)と同じ層状構造の結晶
体からなる繊維物を形成させ、次 1いて酸類で処理し
て繊維物中のカリウム成分の全部抽出し、水素イオンで
置換する結晶質チタン酸繊維を製造する方法を完成した
0 発明の目的 本発明はイルミナイト鉱石から銑鉄を製造する際に生成
するチタン金属原料であるチタンスラグをチタン成分の
原料としてそのまま利用して結晶質チタン酸繊維を低コ
ストで製造する方法を提供せんとするものである。
発明の構成 本発明者は前記目的を達成すべく鋭意研究の結果、前記
チタンスラグの組成昧約85チ(%は重量%を表わす。
以下同じ)が’I’i02であり、不純物として、Fe
Or Fe203t 11205 H0r20. t 
5iO2tWb205. ZrO2,V2O51どが含
まれ、それらノ含有量は、例えばFe′Ir:Fe20
s とすれば約10%と最も多く、その他は0.3〜0
.7%程度である。
このように鉄の不純物が多く含まれているため、これを
単独でチタン原料として使用すると、結晶質チタン酸繊
維が得難い。しかし、これを天然産ルチルサンドまたは
アナターゼサンドと或範囲内におい″て混合し、これを
チタン原料として使用すると結晶質チタン酸繊維が製造
し得られることを知見し得、この知見に基づいて本発明
を完成したものである。
本発明の要旨は、 イルミナイト鉱石から銑鉄を製造する際に生成するチタ
ンスラグ対天然産ルチルサンドまたはアナターゼサンド
を重量比で3対1よシ少ない割合で混合して、その組成
を一般式(Ti、 M)02(ただし、Mは含有不純物
金属を表わす)で示すものとし、該混合物と酸化カリウ
ムまたは加熱によ)酸化カリウムを生成するカリウム化
合物あるいはこれらの混合物とを、一般式に20・n 
(Ti、 M)02(ただし、nは1.5〜2.5、M
は前記と同じ)で示す割合に混合した後、加熱して溶融
体を生成し、該溶融体からニチタン酸カリウム(K2T
i2O5)と同じ層状構造の結晶体からなる繊維状物を
形成させ、次いで酸で処理してカリウム成分の全部を抽
出して水素イオンで置換することを特□徴とする結晶質
チタン酸繊維の製造法にある。
本発明において使用するイルミナイト鉱石(Fe Ti
O3)から銑鉄を作る際に生成するチタンスラグ(以下
単にチタンスラグと言う)の組成は前記した通りでちる
また、天然産のルチルサンドは漂砂鉱床から砂状として
得られ、その組成は約95係のTiO2を含み、不純物
として、Fe2O3、AJ205.0r2C13゜5i
02 、 Nb2O5、ZrO2,V2O5などが含ま
れ、その含有、量は例えば、Fe2030.6%、Aノ
、030.4%、0r2030−3チ、5in20.6
%、Nb2050.3%、Zr020.7%、V2O5
0,7’%である。
天然産のアナターゼサンドもは1.1同様な組成である
。しかし、資源的にルチルサンドが豊富であるので、そ
の使用が好ましい(以下、代表してルチルサンドと言う
)。そして粒度が小さい程応反し易いので、粒度の小さ
いものが望ましい。
チタンスラグと天然産ルチルサンドまたはアナターゼサ
ンドの混合割合は、重量比で3対1よシナンj 女い割
合であることが必要である。その割合が3対1を超える
と、不純物量が多くなり過ぎてニチタン醸−カリウムと
同じ層状構造の結晶体からなる繊維状物が得難い。該チ
タン原料混合物に混合するカリウム成分としては、二酸
化カリウムまだは加熱により二酸化カリウムを生成する
化合物例えばKOH、K2O0,、KHCiO,などが
挙げられる。
チタン原料混合物とカリウム成分とは、K2O・n、(
Ti、 M)02 (ただし、nは1.5〜2.5、M
は不純物金属を表わす)を生成する割合で混合する。
この混合物は約1100℃で溶融して溶融体を生成する
。溶融体を冷却固化すると、層状構造を有する結晶性繊
維状物が形成される。
しかし、前記混合物の混合割合がnが1.5よシ小さく
なると層状構造のものが得られず、またnが2.5を超
えると溶融点が高くなるばかりでなく、K2Ti409
組成のチタン酸カリウムが生成し、繊維分離ができなく
なる。従って、nの範囲が1.5〜2.5の範囲、好ま
しくはnが2でちることが必要である。
、1 繊維形成方法としては、1)、溶融紡糸法、例え 1は
ガラス繊維成形と同じ方法。2)、溶融体を別容器に流
−出させる方法。3)、るつぼの底を急冷する方法o 
’)、蒸気吹付法によシプツシングから流出する溶融体
に高圧蒸気を吹付ける方法が挙げられる0 冷却同化によシ繊維状に成形すると、K2O・2(Ti
、M)O□組成のチタン酸カリウムとなり、結晶学的に
層状構造を有する結晶質のチタン酸カリウムの繊維状物
となる。これを水で繊維分離した後、稀薄な酸水溶液で
処理してカリウム成分のすべてを抽出すると層状構造を
保持した結晶質のチタン酸繊維となる。酸水溶液として
は、どのような酸水溶液でもよいが、塩酸水溶液が最も
効果的である。
実施例 1゜ イルミナイト鉱石(南アフリカ共和国産)から銑鉄を製
造した際、生成したチタンスラグ(組成: Tio、、
 85%、主要不純物: Fe20B 10%、5i0
22%、MnO21,5%、ZrO20,3%、Nb2
050、2 % )と、ルチルサンド(Associa
tedMinerals Con5olidated 
Lim1tedのNS −grade )(組成: T
ie295.6%、Fe2o3o、 6 %、ZrO2
0,7%、5in20.6%、0r2030.3チ、V
2O56,7チ、Nb2o、 0.3%)粒度100〜
60μmのものを使用した。
チタンスラグとルチルサンドを重量比で1対1(3,2
f対3.2y)の割合に混合した混合物(6,4f)(
以下(Ti、 M) 02と記載する)と、K2CO3
粉末5.5fをモル比で2対1の割合((t’i、+M
)o□:に2Co、= 2:1)に混合した。この混合
物11.99を30mt白金るつほで1100℃で30
分間加熱して溶融させた。この白金るつほを120℃の
鉄製ホットプレート上で放冷して固化させて繊維を形成
させた。この繊維はに20・2 (Ti、 M) 02
 の組成の結晶体であった。
るつほをそのまま1ノの冷水中に浸漬して繊維を分離し
、該繊維を更に1ノの冷水で洗浄した後、0.5Mの塩
酸水溶液1ノ/102で12時間の浸漬処理を2回繰返
して脱カリウムした。更に冷水1!、12時間の浸漬を
2回繰返した後風乾した。
なお、脱カリウム処理後は該処理前に比べて著しく白色
化した。X線粉末回折の同定の結果、結晶質チタン酸で
あることを示した。
実施例 2 実施例1と同じ原料を使用した。チタンスラグとルチル
サンドを重量比で1対3(1,6r対4.81)の割合
で混合して混合物6.41を作った。この混合物とに2
C03粉末5.5fをモル比で2対1の割合で混合した
。この混合物11.9Fを30 ml白金るつほに入れ
、1000℃で30分間加熱して溶融させた。以下実施
例1と同様にして繊維を作った。
得られた繊維は2〜5層の長で直径0.01〜0.21
1Bの束状物であった。X線粉末回折の同定の結果、結
晶質チタン酸であった。
実施例 3゜ 実施例1と同じ原料を使用した。チタンスラグとルチル
サンドを重量比で3対1の割谷の混合物を作った。この
混合物と炭酸カルシウム粉末をモ・1 ル比で2対1の
割合で混合した。この混合物11.92を30 ml白
金るつほに入れ、1100℃で30分間加熱して溶融し
た。以下、実施例1と同様にして繊維を作った0得られ
た繊維は2〜5路の長さで直径0.01〜0.2Mhの
束状物であったo X線粉末回折の同定結果、結晶質チ
タン酸であった0発明の効果 本発明の方法によると、チタン成分の原料として、チタ
ンスラグと天然産ルチルサンドまたはアナターゼサンド
をそのまま混合使用することかできるので、従来の精製
したTiO2を使用する方法に比べ、原料コストは約1
/12ですみ、安価な結晶質チタン酸繊維が得られる優
れた効果を有する。
特許出願人 科学技術庁無機材質研究所−長 1. 、
後 藤 優 :1□1、 、:1 ] ゛・(−′二・・・′ニー・−′ )

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. イルミナイト鉱石から銑鉄を製造する際に生成するチタ
    ンスラグ対天然産ルチルサンドまだはアナターゼサンド
    を重量比で3対1より少ない割合で混合し、その組成を
    一般式(Ti、 M)02(ただし、Mは含有不純物金
    属を表わす)で示すものとし、該混合物と酸化カリウム
    または加熱によシ酸化カリウムを生成するカリウム化合
    物あるいはこれらの混合物とを、一般式に20・n (
    Ti、 M)02 (ただし、nは1.5〜2.5、M
    は前記と同じ)で示す割合に混合した後、加熱して溶融
    体を生成し、該溶融体からニチタン酸カリウム(K2’
    I’12os )と同じ層状構造の結晶体からなる繊維
    状物を形成させ、次いで酸で処理してカリウム成分の全
    部を抽出して水素イオンで置換することを特徴とする結
    晶質チタン酸繊維の製造法。
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