KR19990048242A - Method for producing pure titanium powder from titanium oxide using self-burning reaction - Google Patents

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Abstract

자체 연소 반응법(Self-propagating High-temperature Synthesis)을 이용하여 산화티탄(TiO2) 분말로부터 순수 티타늄(Ti) 분말을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 본 발명에 따르면, 산화티탄(TiO2)과 마그네슘(Mg)을 1:(2∼2.5)의 몰비로 혼합한 후, 4∼14t의 성형 압력을 가하여 압축시켜서 펠렛을 형성한다. 다음에는, 펠렛을 자체 연소 반응기 내로 장입하여 아르곤(Ar) 가스 분위기하의 자체 연소 반응기 내에서 점화·연소시킨다. 그 결과로서 생성된 연소 생성물을 자체 연소 반응기로부터 취출하여 5∼50% 희석시킨 질산(HNO3)을 이용하여 침출시킨다. 그런 후에는, 거름종이를 이용하여 침출물을 여과시키고, 여과물을 세척 및 건조하여 순수 티타늄(Ti)을 얻는다. 이렇게 얻은 순수 티타늄(Ti)은 99.93% 이상의 고순도를 나타낸다.A method of producing pure titanium (Ti) powder from titanium oxide (TiO 2 ) powder by using a self-propagating high-temperature synthesis is disclosed. According to the present invention, titanium oxide (TiO 2 ) and magnesium (Mg) are mixed at a molar ratio of 1: (2 to 2.5), and then compacted by applying a molding pressure of 4 to 14 tons to form pellets. Next, the pellets are charged into the self-combustion reactor and ignited and burned in the self-combustion reactor under an argon (Ar) gas atmosphere. The resulting combustion product is taken out of its own combustion reactor and leached using nitric acid (HNO 3 ) diluted 5-50%. Thereafter, the leachate is filtered using a filter paper, and the filtrate is washed and dried to obtain pure titanium (Ti). Pure titanium (Ti) thus obtained shows high purity of 99.93% or more.

Description

자체 연소 반응법을 이용하여 산화티탄으로부터 순수 티타늄 분말을 제조하는 방법Method for producing pure titanium powder from titanium oxide using self-burning reaction

본 발명은 자체 연소 반응법(Self-propagating High-temperature Synthesis; 이하, SHS라 칭함)을 이용하여 산화티탄(TiO2) 분말로부터 순수 티타늄(Ti) 분말을 제조하는 방법에 관한 것이며, 특히 마그네슘(Mg) 분말을 환원제로 이용하여 산화티탄(TiO2) 분말을 환원 시킨 후 그 부산물로서 얻은 산화마그네슘(MgO)을 질산(HNO3)을 이용하여 침출시켜서 순수 티타늄(Ti) 분말을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing pure titanium (Ti) powder from titanium oxide (TiO 2 ) powder by using a self-propagating high-temperature synthesis (hereinafter referred to as SHS), in particular magnesium ( Mg) powder is used as a reducing agent to reduce titanium oxide (TiO 2 ) powder, and magnesium oxide (MgO) obtained as a by-product is leached with nitric acid (HNO 3 ) to prepare pure titanium (Ti) powder. It is about.

일반적으로, 순수 티타늄(Ti)은 가볍고 내식성이 우수하며 비교적 고온에서의 성질이 뛰어난 금속 재료이다. 특히, 인장강도비중(引張强度比重)이 크기 때문에 가볍고 강도를 요구하는 항공기용 재료로서 적합하며, 가격의 저하와 합금의 개발에 따라서 항공기 뿐만아니라 화학 공장 기기, 전기 기계, 선박 및 자동차용 등의 새로운 공업용 재료로서 그 수요가 많아질 것으로 기대되고 있다.In general, pure titanium (Ti) is a metal material which is light, excellent in corrosion resistance and excellent in properties at relatively high temperatures. In particular, due to its high tensile strength ratio, it is suitable as an aircraft material that requires light weight and strength. It is expected that the demand will increase as a new industrial material.

이와 같이, 순수 티타늄(Ti)은 대단히 우수한 재료이나, 화학적으로 활성이 강한 금속이므로 그 제조에 있어서 특별한 주의가 필요하다. 순수 티타늄(Ti)을 제조하기 위해서는, 원광(原鑛)인 일메나이트(ilmenite; FeO·TiO2) 또는 루틸(rutile; TiO2)중의 TiO2를 농축하기 위한 전처리를 실시한 후, 탄소(C)를 첨가하고 반응로 속에서 염소(Cl2)를 취입하여 중간 원료인 4염화티탄(TiCl4)을 형성한다. 이때, 순수 티타늄(Ti)의 제조 방법중 하나인 크롤(Kroll)법에 따르면, 하기 반응식(Ⅰ)과 같이 4염화티탄(TiCl4)을 증류·정제하여 아르곤(Ar)이나 헬륨(He)등의 불활성 가스분위기 하에서 마그네슘(Mg)으로 환원시켜서 스폰지상의 금속괴(金屬塊)인 스폰지 티탄을 만들어 낸다.As such, pure titanium (Ti) is a very excellent material, but since it is a chemically strong metal, special care is required in its manufacture. In order to produce a titanium (Ti), ores (原鑛) of Ilmenite (ilmenite; FeO · TiO 2) or rutile (rutile; TiO 2) and then subjected to the pretreatment for concentrating the in TiO 2, carbon (C) Is added and chlorine (Cl 2 ) is blown into the reactor to form titanium tetrachloride (TiCl 4 ) as an intermediate raw material. At this time, according to the Kroll method, one of the methods for producing pure titanium (Ti), argon (Ar), helium (He), etc. by distilling and purifying titanium tetrachloride (TiCl 4 ) as shown in the following reaction formula (I). Is reduced to magnesium (Mg) in an inert gas atmosphere to form sponge titanium, a sponge-like metal mass.

TiCl4+ 2Mg → Ti + 2MgCl2----------- (Ⅰ)TiCl 4 + 2Mg → Ti + 2MgCl 2 ----------- (Ⅰ)

이와는 달리, 순수 티타늄(Ti)의 제조 방법중 하나인 헌터(Hunter)법에 따르면, 4염화티탄(TiCl4)을 증류·정제하여 불활성 가스분위기 하에서 나트륨(Na)으로 환원시켜서 스폰지상의 스폰지 티탄을 만들어낼 수도 있다. 이외에, 용융염 전해법또는 옥화(沃化)티탄의 열분해법 등에 의해서도 순수 티타늄(Ti)을 제조할 수 있다. 위에서 언급한 바와 같은 티타늄(Ti)의 제조 방법중에서 크롤(Kroll)법만이 발전하여 공업화 되었다.On the other hand, according to the Hunter method, one of the methods for producing pure titanium (Ti), sponge tetrazide titanium is reduced by distilling and purifying titanium tetrachloride (TiCl 4 ) to sodium (Na) in an inert gas atmosphere. You can also make it. In addition, pure titanium (Ti) can also be produced by molten salt electrolysis or pyrolysis of titanium oxide. Among the methods for producing titanium (Ti) as mentioned above, only the Kroll method has been developed and industrialized.

그런데, 이러한 크롤(Kroll)법을 수행하기 위해서는 복잡한 설비가 요구되며, 제조 비용이 많이 드는 등의 결점이 있다.However, in order to perform such a Kroll method, complicated facilities are required, and manufacturing costs are high.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 자체 연소 반응법에서 마그네슘(Mg) 분말을 환원제로 이용하여 원료 분말인 산화티탄(TiO2) 분말을 환원 시킨 후 그 부산물로서 얻은 산화마그네슘(MgO)을 질산(HNO3)을 이용하여 침출시켜서 순수 티타늄(Ti) 분말을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, an object of the present invention is to reduce the titanium oxide (TiO 2 ) powder as a raw material powder using magnesium (Mg) powder as a reducing agent in the self-combustion reaction method. Thereafter, magnesium oxide (MgO) obtained as a by-product is leached using nitric acid (HNO 3 ) to provide a method of producing pure titanium (Ti) powder.

도 1은 본 발명에 따른 순수 티타늄(Ti) 분말의 제조 공정도이다.1 is a manufacturing process chart of the pure titanium (Ti) powder according to the present invention.

도 2는 본 발명을 수행하는데 사용되는 자체 연소 반응기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.2 is a diagram schematically showing the configuration of a self-burning reactor used to carry out the present invention.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라서 산화티탄(TiO2)과 마그네슘(Mg)을 1.0 : 2.0의 몰비로 혼합한 분말을 자체 연소 반응시켜서 얻은 반응 생성물의 Ⅹ-선 회절 결과를 나타낸 그래프이다. 그리고Figure 3 is a graph showing the X-ray diffraction results of the reaction product obtained by the self-burn reaction of a powder mixed with titanium oxide (TiO 2 ) and magnesium (Mg) in a molar ratio of 1.0: 2.0 according to a preferred embodiment of the present invention . And

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라서 산화티탄(TiO2)과 마그네슘(Mg)을 1.0 : 2.0의 몰비로 혼합한 분말을 자체 연소 반응시켜서 얻은 반응 생성물을 침출시킨 후의 Ⅹ-선 회절 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 4 shows the results of X-ray diffraction after leaching a reaction product obtained by self-combustion of a powder mixed with titanium oxide (TiO 2 ) and magnesium (Mg) in a molar ratio of 1.0: 2.0 according to a preferred embodiment of the present invention. The graph shown.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

10 : 예열로 12 : 그린 펠렛10: preheat 12: green pellets

14 : 열전대 16 : 데이터 수집기14: Thermocouple 16: Data Collector

20 : 컴퓨터 22 : 텅스텐(W) 필라멘트20 computer 22 tungsten (W) filament

24 : 전력 공급원 26 : 내열 유리24: power supply 26: heat-resistant glass

28 : 진공 펌프 30 : 불활성 가스 공급원28 vacuum pump 30 inert gas supply source

32 : 통기구 34 : 냉각 장치32: vent 34: cooling device

36 : 적외선 온도계 100 : 자체 연소 반응기36: infrared thermometer 100: self-burning reactor

102 : 반응기 챔버102: reactor chamber

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은,In order to achieve the above object, the present invention,

산화티탄(TiO2)과 마그네슘(Mg)을 일정한 비율로 혼합하는 단계(S1);Mixing titanium oxide (TiO 2 ) and magnesium (Mg) at a constant ratio (S1);

상기 단계(S1)에서 형성된 혼합물을 펠렛으로 성형하는 단계(S2);Molding the mixture formed in the step (S1) into pellets (S2);

상기 펠렛을 자체 연소 반응기 내로 장입하는 단계(S3);Charging said pellets into a self-combustion reactor (S3);

상기 자체 연소 반응기 내에서 상기 펠렛을 연소시키는 단계(S4);Combusting the pellets in the self-burning reactor (S4);

상기 단계(S4)에서 만들어진 연소 생성물을 상기 자체 연소 반응기로부터 취출하는 단계(S5);Taking out the combustion product made in the step (S4) from the self-combustion reactor (S5);

상기 연소 생성물을 질산(HNO3)을 이용하여 침출시키는 단계(S6);Leaching the combustion product with nitric acid (HNO 3 ) (S6);

상기 단계(S6)에서 침출된 침출물을 여과시키는 단계(S7); 및Filtering the leachate leaching in step S6 (S7); And

상기 단계(S7)에서 여과된 티타늄(Ti) 분말을 세척하는 단계(S8)를 포함하는 순수 티타늄 분말의 제조방법을 제공한다.It provides a method of producing a pure titanium powder comprising the step (S8) of washing the titanium (Ti) powder filtered in the step (S7).

바람직하게는, 상기 순수 티타늄 분말의 제조방법은, 상기 단계(S8)후에, 세척된 티타늄(Ti) 분말을 건조시키는 단계(S9)를 더 포함한다.Preferably, the pure titanium powder manufacturing method, after the step (S8), further comprises a step (S9) of drying the washed titanium (Ti) powder.

상기 산화티탄(TiO2)과 상기 마그네슘(Mg)은 1:(2∼2.5)의 몰비로 혼합된다. 바람직하게는, 상기 산화티탄(TiO2)의 순도는 98.56% 이상이다.The titanium oxide (TiO 2 ) and the magnesium (Mg) are mixed in a molar ratio of 1: (2 to 2.5). Preferably, the purity of the titanium oxide (TiO 2 ) is 98.56% or more.

상기 반응기 챔버 내에는 진공 분위기 또는 아르곤(Ar) 가스 분위기가 조성된다.In the reactor chamber, a vacuum atmosphere or an argon (Ar) gas atmosphere is formed.

이상에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 순수 티타늄 분말의 제조방법에서는, 마그네슘(Mg) 분말을 환원제로 이용하여 산화티탄(TiO2) 분말을 환원 시킨 후 그 부산물로서 얻은 산화마그네슘(MgO)을 질산(HNO3)을 이용하여 침출시켜서 순수 티타늄(Ti) 분말을 제조한다.As mentioned above, in the method for producing pure titanium powder according to the present invention, magnesium oxide (MgO) obtained as a by-product after reducing titanium oxide (TiO 2 ) powder using magnesium (Mg) powder as a reducing agent Pure titanium (Ti) powder is prepared by leaching with nitric acid (HNO 3 ).

이하, 첨부된 도면들을 참조로하여 본 발명에 따른 순수 티타늄(Ti) 분말의 제조 공정을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the manufacturing process of the pure titanium (Ti) powder according to the present invention with reference to the accompanying drawings in more detail.

먼저, 도 2는 본 발명을 수행하는데 사용되는 자체 연소 반응기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 자체 연소 반응기(100)는 주로 반응기 챔버(102) 및 그 주변 장치로 구성된다. 자체 연소 반응기(100)는 반응기 챔버(102)내에 진공 또는 불활성 가스 분위기를 조성하고 반응기 챔버(102) 내에 위치하는 시편을 점화시킬 수 있는 구조라면 어떠한 형태라도 무방하다.First, FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of a self-burning reactor used to carry out the present invention. Referring to FIG. 2, the self-burning reactor 100 mainly consists of the reactor chamber 102 and its peripheral devices. The self-burning reactor 100 may have any structure as long as it can create a vacuum or inert gas atmosphere in the reactor chamber 102 and ignite the specimen located in the reactor chamber 102.

자체 연소 반응기(100)의 반응기 챔버(102) 내부 중앙에는 예열 로(10)가 위치한다. 바람직하게는, 예열로(10)는 직경 30cm, 길이 40cm의 원통형으로 이루어진다. 예열로(10) 내에는 산화티탄(TiO2)과 마그네슘(Mg)으로 이루어진 그린 펠렛(green pellet)(12)이 위치된다. 예열로(10)의 일측에는 예열로(10) 내에서 연소될 그린 펠렛(12)의 온도를 측정하기 위한 열전대(14)가 장착된다. 열전대(14)는 데이터 수집기(16)를 거쳐서 컴퓨터(20)에 전기적으로 접속된다.The preheating furnace 10 is located in the center of the reactor chamber 102 of the self-burning reactor 100. Preferably, the preheating furnace 10 has a cylindrical shape of 30 cm in diameter and 40 cm in length. In the preheating furnace 10, a green pellet 12 made of titanium oxide (TiO 2 ) and magnesium (Mg) is located. One side of the preheating furnace 10 is equipped with a thermocouple 14 for measuring the temperature of the green pellet 12 to be burned in the preheating furnace 10. Thermocouple 14 is electrically connected to computer 20 via data collector 16.

반응기 챔버(102) 내에서, 예열로(10)의 바로 윗쪽에는 예열로(10) 내에 위치된 그린 펠렛(12)을 점화시키기 위한 텅스텐 필라멘트(22)가 위치한다. 텅스텐 필라멘트(22)는 반응기 챔버(102) 외부에 위치된 전력 공급원(24)으로부터 전류를 인가받는다. 반응기 챔버(102)의 일측벽에는 개폐 가능한 디스크 형상의 내열 유리(26)가 위치한다. 내열 유리(26)는 필요에 따라 개폐되면서 그린 펠렛(12)의 투입구 및 배출구 기능을 수행하며, 작업자로 하여금 내열 유리(26)를 통해서 육안으로 그린 펠렛(12)의 연소상태를 확인할 수 있게 한다.Within the reactor chamber 102, tungsten filaments 22 for igniting the green pellets 12 located in the preheater 10 are located just above the preheater 10. Tungsten filament 22 receives current from a power source 24 located outside the reactor chamber 102. On one side wall of the reactor chamber 102 is a heat-resistant glass 26 of a disc shape that can be opened and closed. The heat-resistant glass 26 performs the inlet and outlet of the green pellet 12 while opening and closing as needed, and allows the operator to check the combustion state of the green pellet 12 with the naked eye through the heat-resistant glass 26. .

반응기 챔버(102)의 하단에는 반응기 챔버(102) 내에 진공을 조성하기 위한 진공 호스(29)가 연결된다. 진공 호스(29)는 반응기 챔버(102) 외부에 위치하는 진공 펌프(28)까지 연장된다. 진공 펌프(28)는 필요에 따라서 반응기 챔버(102) 내의 공기를 빼내어 진공을 조성한다. 또한, 반응기 챔버(102)의 하단에는 반응기 챔버(102) 내로 불활성 가스를 도입하기 위한 불활성 가스 공급용 호스(31)가 연결된다. 불활성 가스 공급용 호스(31)는 반응기 챔버(102) 외부에 위치하는 불활성 가스 공급원(30)까지 연장된다. 불활성 가스 공급원(30)은 필요에 따라서 반응기 챔버(102) 내로 수소(H2) 또는 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스를 제공한다. 또한, 반응기 챔버(102)의 하단 일측에 형성된 통기구(32)는 반응기 챔버(102)의 압력을 일정하게 유지하거나 또는 내열 유리(26)를 여는 경우에 반응기 챔버(102) 내의 압력을 외부로 배출시킨다.At the bottom of the reactor chamber 102 is connected a vacuum hose 29 for establishing a vacuum in the reactor chamber 102. The vacuum hose 29 extends to a vacuum pump 28 located outside the reactor chamber 102. The vacuum pump 28 draws air in the reactor chamber 102 as needed to create a vacuum. In addition, an inert gas supply hose 31 for introducing an inert gas into the reactor chamber 102 is connected to a lower end of the reactor chamber 102. The inert gas supply hose 31 extends to an inert gas supply source 30 located outside the reactor chamber 102. Inert gas source 30 provides inert gas, such as hydrogen (H 2 ) or argon (Ar), into reactor chamber 102 as needed. In addition, the vent 32 formed on one side of the lower end of the reactor chamber 102 maintains a constant pressure in the reactor chamber 102 or discharges the pressure in the reactor chamber 102 to the outside when the heat-resistant glass 26 is opened. Let's do it.

반응기 챔버(102)의 내측 상하부에는 반응기 챔버(102) 내의 온도를 일정하게 유지하기 위한 냉각 장치(34)가 설치된다. 반응기 챔버(102)의 외부 윗쪽에는 반응기 챔버(102) 내에 조성된 진공 상태를 알리기 위한 진공 계기판(36)이 설치된다.Cooling devices 34 for maintaining a constant temperature in the reactor chamber 102 are installed in the upper and lower portions of the reactor chamber 102. Above the outer side of the reactor chamber 102, a vacuum instrument panel 36 is provided for notifying the vacuum state formed in the reactor chamber 102.

전술한 바와 같은 구성을 갖는 자체 연소 반응기(100)를 이용하여 순수 티타늄(Ti) 분말을 제조하는 공정을 설명한다.A process of manufacturing pure titanium (Ti) powder using the self-burning reactor 100 having the configuration as described above will be described.

본 발명은 산화티탄(TiO2)과 마그네슘(Mg)을 일정한 몰비로 혼합한 뒤 SHS에 의해 티타늄(Ti)과 산화마그네슘(MgO)을 얻어내고 이를 질산(HNO3)으로 침출시켜서 산화마그네슘(MgO)을 제거하여 순수 티타늄(Ti)을 얻는 방법이다. 본 발명에서 이용하는 SHS는, 일반적으로 고체와 고체간의 화학적 반응이 발열 반응임을 이용하여, 외부로부터의 에너지 공급없이, 소재의 점화후에 자체적인 화학 반응열을 이용하여 소재를 합성하는 자체 연소 반응법이다.In the present invention, titanium oxide (TiO 2 ) and magnesium (Mg) are mixed in a constant molar ratio to obtain titanium (Ti) and magnesium oxide (MgO) by SHS and leaching it with nitric acid (HNO 3 ) to magnesium oxide (MgO). ) To remove pure titanium (Ti). In general, the SHS used in the present invention is a self-combustion reaction method in which a chemical reaction between a solid and a solid is an exothermic reaction and synthesizes a material using its own heat of chemical reaction after ignition of the material without supplying energy from the outside.

본 발명에서 사용되는 원료 분말로는 0.3㎛의 입자 크기를 갖는 산화티탄(TiO2) 및 10∼100㎛의 입자 크기를 갖는 마그네슘(Mg)이 채용된다. 이때, 원료 분말인 산화티탄(TiO2)의 순도는 본 발명에서 얻고자하는 순수 티타늄(Ti) 분말의 순도와도 밀접한 관련을 갖는다. 즉, 산화티탄(TiO2)의 순도를 높이면 높일수록 순수 티타늄(Ti)의 순도는 증가된다. 바람직하게는, 산화티탄(TiO2)의 순도는 98.56%이고, 그 화학적 조성은 다음표 1과 같다.As the raw material powder used in the present invention, titanium oxide (TiO 2 ) having a particle size of 0.3 μm and magnesium (Mg) having a particle size of 10 to 100 μm are employed. At this time, the purity of the titanium oxide (TiO 2 ) of the raw material powder is closely related to the purity of the pure titanium (Ti) powder to be obtained in the present invention. That is, as the purity of titanium oxide (TiO 2 ) is increased, the purity of pure titanium (Ti) is increased. Preferably, the purity of titanium oxide (TiO 2 ) is 98.56%, its chemical composition is shown in Table 1 below.

표 1Table 1

원소(중량 %)Element (weight%) TiO2 TiO 2 Fe2O3 Fe 2 O 3 H2OH 2 O K2OK 2 O P2O5 P 2 O 5 SO3 SO 3 Cr2O3 Cr 2 O 3 MnOMnO CdOCdO ZnOZnO 98.5698.56 0.0540.054 0.220.22 0.360.36 0.20.2 0.10.1 0.00030.0003 0.000230.00023 0.000180.00018 미량a very small amount

상기 화학적 조성을 갖는 산화티탄(TiO2)과 마그네슘(Mg)을 마련한 후에는, 산화티탄(TiO2)과 마그네슘(Mg)을 1:2 또는 1:2.5의 몰비로 균일하게 혼합한다. 다음에는, 산화티탄(TiO2)과 마그네슘(Mg)의 혼합물을 소정의 성형 압력을 가하여 압축시킨다. 바람직하게는, 4∼14t의 성형 압력을 가하여 압축시킨다. 왜냐하면, 4t 이하의 성형 압력을 가하게 되면 압력이 낮아서 펠렛이 쉽게 깨질 수 있고, 14t 이상의 성형 압력을 가하게 되면 펠렛이 잘 점화되지 않기 때문이다.After preparing titanium oxide (TiO 2 ) and magnesium (Mg) having the chemical composition, titanium oxide (TiO 2 ) and magnesium (Mg) are uniformly mixed in a molar ratio of 1: 2 or 1: 2.5. Next, the mixture of titanium oxide (TiO 2 ) and magnesium (Mg) is compressed by applying a predetermined molding pressure. Preferably, it compresses by applying molding pressure of 4-14t. This is because, when a molding pressure of 4t or less is applied, the pellet is easily broken due to the low pressure, and when the molding pressure of 14t or more is applied, the pellet does not ignite well.

산화티탄(TiO2)과 마그네슘(Mg)의 혼합물을 압축시킨 후에는, 자체 연소 반응기(100)의 내열 유리(26)를 열고 산화티탄(TiO2)과 마그네슘(Mg)으로 이루어진 그린 펠렛(12)을 반응기 챔버(102) 내로 장입한다. 즉, 그린 펠렛(12)을 예열로(10) 내에 위치시킨다. 이러한 상태하에서 내열 유리(26)를 닫은 후, 진공 펌프(28)를 작동시켜서 반응기 챔버(102)내에 진공을 조성하거나, 또는 불활성 가스 공급원(30)을 작동시켜서 반응기 챔버(102) 내로 불활성 가스, 바람직하게는 아르곤(Ar) 가스를 도입시킨다. 그런 후에는, 내열 유리(26)를 닫고, 전력 공급원(24)으로부터 텅스텐 필라멘트(22)로 전류를 인가하여 그린 펠렛(12)을 점화·연소시킨다.After compressing the mixture of titanium oxide (TiO 2 ) and magnesium (Mg), the heat-resistant glass 26 of the self-combustion reactor 100 is opened and the green pellet 12 composed of titanium oxide (TiO 2 ) and magnesium (Mg) ) Into the reactor chamber 102. That is, the green pellet 12 is located in the preheating furnace 10. Under this condition, after closing the heat-resistant glass 26, the vacuum pump 28 is operated to create a vacuum in the reactor chamber 102, or the inert gas source 30 is operated to inert gas, into the reactor chamber 102, Preferably argon (Ar) gas is introduced. After that, the heat-resistant glass 26 is closed, and the green pellet 12 is ignited and burned by applying a current from the power supply source 24 to the tungsten filament 22.

이때, SHS를 이용하여 티타늄(Ti)과 산화마그네슘(MgO)이 형성되는 과정은 하기 반응식(Ⅱ)와 같다.At this time, the process of forming titanium (Ti) and magnesium oxide (MgO) using the SHS is shown in the following scheme (II).

TiO2+ 2Mg → Ti + 2MgO ---------- (Ⅱ)TiO 2 + 2Mg → Ti + 2MgO ---------- (II)

산화티탄(TiO2)과 마그네슘(Mg)으로 이루어진 그린 펠렛(12)으로부터 티타늄(Ti)과 산화마그네슘(MgO)을 얻은 후에는, 하기 반응식(Ⅲ)과 같이 질산(HNO3)으로 침출시켜서 산화마그네슘(MgO)를 제거하여 순수 티타늄(Ti)를 얻는다.After obtaining titanium (Ti) and magnesium oxide (MgO) from a green pellet (12) consisting of titanium oxide (TiO 2 ) and magnesium (Mg), the mixture was leached with nitric acid (HNO 3 ) to oxidize as shown in the following reaction formula (III). Magnesium (MgO) is removed to obtain pure titanium (Ti).

Ti + 2MgO + (HNO3)(ℓ) → Ti↓ + (2MgO + HNO3)(ℓ) ----------- (Ⅲ)Ti + 2MgO + (HNO 3 ) (ℓ) → Ti ↓ + (2MgO + HNO 3 ) (ℓ) ----------- (Ⅲ)

이때, 질산(HNO3)은 약 5∼50%로 희석시킨 용액을 사용하며, 약 50∼70℃의 온도하에서 0.5∼5시간 동안 실시한다. 이렇게 하여 침전된 티타늄(Ti)분말은 거름종이를 이용하여 회수하고 수차례에 걸쳐서 세척하여 티타늄(Ti)분말에 남아있는 불순물을 제거한 후, 건조기 내에서 약 70℃의 온도로 건조시켜서 순수 티타늄(Ti)을 얻는다.At this time, nitric acid (HNO 3 ) is used for a solution diluted to about 5 to 50%, it is carried out for 0.5 to 5 hours at a temperature of about 50 ~ 70 ℃. Thus precipitated titanium (Ti) powder is recovered using a filter paper and washed several times to remove impurities remaining in the titanium (Ti) powder, and then dried in a dryer to a temperature of about 70 ℃ to pure titanium ( Ti).

본 발명에 따라 제조된 순수 티타늄(Ti)은 연소 과정중에 불순물이 휘발되고 질산(HNO3)에 의해서 용해되므로, 최종 생성물은 99.93% 이상의 고순도를 나타낸다.Pure titanium (Ti) prepared according to the present invention, since impurities are volatilized and dissolved by nitric acid (HNO 3 ) during the combustion process, the final product exhibits a high purity of 99.93% or more.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 간략하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be briefly described.

실시 예Example

원료 분말로서 산화티탄(TiO2)(한국 티타늄 분말 주식회사의 시제품)과 마그네슘(Mg)을 각각 1:2 또는 1:2.5의 몰비로 볼밀에 넣어 5시간 이상 혼합한다. 다음에는, 혼합된 분말을 4∼14t의 압력을 가해서 직경 20㎜, 높이 15∼20㎜의 펠렛을 만든다. 이렇게 성형된 펠렛을 건조기 안에서 약 60℃의 온도로 충분히 건조시킨후, 자체 연소 반응기에서 아르곤(Ar) 가스 분위기하에서 점화·연소시킨다. 그런 후에, 생성된 시료를 엑스선 회절법(X-Ray Diffraction; 이하, XRD라 칭함)을 이용하여 분석한다.Titanium oxide (TiO 2 ) (a prototype of Titanium Powder Co., Ltd.) and magnesium (Mg) are added to a ball mill in a molar ratio of 1: 2 or 1: 2.5, respectively, and mixed for at least 5 hours as a raw material powder. Next, the mixed powder is applied with a pressure of 4 to 14 tons to form pellets having a diameter of 20 mm and a height of 15 to 20 mm. The pellets thus formed are sufficiently dried in a dryer at a temperature of about 60 ° C., and then ignited and burned in an argon (Ar) gas atmosphere in a self-combustion reactor. Thereafter, the generated sample is analyzed using X-ray diffraction (hereinafter referred to as XRD).

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라서 산화티탄(TiO2)과 마그네슘(Mg)을 1.0 : 2.0의 몰비로 혼합한 분말을 자체 연소 반응시켜서 얻은 반응 생성물의 Ⅹ-선 회절 결과를 나타낸 그래프이다. 도 3을 참조하면, 티타늄(Ti)과 산화마그네슘(MgO)이 생성됨을 알 수 있다.Figure 3 is a graph showing the X-ray diffraction results of the reaction product obtained by the self-burn reaction of a powder mixed with titanium oxide (TiO 2 ) and magnesium (Mg) in a molar ratio of 1.0: 2.0 according to a preferred embodiment of the present invention . Referring to FIG. 3, it can be seen that titanium (Ti) and magnesium oxide (MgO) are produced.

이와는 달리, 성형 펠렛을 점화·연소하여 생성된 반응 생성물을 약 5∼50%로 희석시킨 질산(HNO3)을 이용하여 침출시킨 후, 거름종이를 이용하여 침전되어 있던 티타늄(Ti)을 회수한다. 그리고, 수차례에 걸쳐서 티타늄(Ti)을 세척하고 건조기 안에서 60∼70℃의 온도로 충분히 건조시킨후 XRD로 분석한다.Alternatively, the pellets are ignited and burned to leach the reaction product produced by nitric acid (HNO 3 ) diluted to about 5-50%, and then the precipitated titanium (Ti) is recovered using a filter paper. . Then, several times the titanium (Ti) is washed and sufficiently dried in a dryer at a temperature of 60 ~ 70 ℃ and analyzed by XRD.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라서 산화티탄(TiO2)과 마그네슘(Mg)을 1.0 : 2.0의 몰비로 혼합한 분말을 자체 연소 반응시켜서 얻은 반응 생성물을 침출시킨 후의 Ⅹ-선 회절 결과를 나타낸 그래프이다. 도 4를 참조하면, 도 3에 나타났던 산화마그네슘(MgO)이 침출에 의해 제거되고 최종 생산물로서 순수 티타늄(Ti)만이 존재함을 알 수 있다. 또한, 최종 생산물을 원자 흡광분석기로 측정한 결과, 99.93%이상의 고순도 분말임을 확인하였다.FIG. 4 shows the results of X-ray diffraction after leaching the reaction product obtained by self-combustion of a powder mixed with titanium oxide (TiO 2 ) and magnesium (Mg) in a molar ratio of 1.0: 2.0 according to a preferred embodiment of the present invention. The graph shown. Referring to FIG. 4, it can be seen that magnesium oxide (MgO) shown in FIG. 3 is removed by leaching and only pure titanium (Ti) is present as a final product. In addition, the final product was measured by atomic absorption spectrometer, it was confirmed that the high purity powder of 99.93% or more.

이상에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 순수 티타늄 분말의 제조방법에서는, 마그네슘(Mg) 분말을 환원제로 이용하여 산화티탄(TiO2) 분말을 환원 시킨 후 그 부산물로서 얻은 산화마그네슘(MgO)을 질산(HNO3)을 이용하여 침출시켜서 순수 티타늄(Ti) 분말을 제조한다. 따라서, 기존의 티타늄(Ti) 제조방법에서 요구되는 고온 반응로가 불필요해지고, 제조 공정이 단순해진다. 또한, 자체 발열량에 의해서 반응물의 연소 반응이 자동적으로 진행되므로 에너지 효율이 높고, 생성물의 순도가 반응물의 순도보다 높다는 잇점이 있다.As mentioned above, in the method for producing pure titanium powder according to the present invention, magnesium oxide (MgO) obtained as a by-product after reducing titanium oxide (TiO 2 ) powder using magnesium (Mg) powder as a reducing agent Pure titanium (Ti) powder is prepared by leaching with nitric acid (HNO 3 ). Therefore, the high temperature reactor required by the conventional titanium (Ti) manufacturing method becomes unnecessary, and the manufacturing process is simplified. In addition, since the combustion reaction of the reactant proceeds automatically by the self-heating amount, the energy efficiency is high, and the purity of the product is higher than that of the reactant.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand that you can.

Claims (9)

산화티탄(TiO2)과 마그네슘(Mg)을 일정한 비율로 혼합하는 단계(S1);Mixing titanium oxide (TiO 2 ) and magnesium (Mg) at a constant ratio (S1); 상기 단계(S1)에서 형성된 혼합물을 펠렛으로 성형하는 단계(S2);Molding the mixture formed in the step (S1) into pellets (S2); 상기 펠렛을 자체 연소 반응기 내로 장입하는 단계(S3);Charging said pellets into a self-combustion reactor (S3); 상기 자체 연소 반응기 내에서 상기 펠렛을 연소시키는 단계(S4);Combusting the pellets in the self-burning reactor (S4); 상기 단계(S4)에서 만들어진 연소 생성물을 상기 자체 연소 반응기로부터 취출하는 단계(S5);Taking out the combustion product made in the step (S4) from the self-combustion reactor (S5); 상기 연소 생성물을 침출시키는 단계(S6);Leaching the combustion product (S6); 상기 단계(S6)에서 침출된 침출물을 여과시키는 단계(S7); 및Filtering the leachate leaching in step S6 (S7); And 상기 단계(S7)에서 여과된 티타늄(Ti) 분말을 세척하는 단계(S8)를 포함하는 순수 티타늄 분말의 제조방법.Method of producing a pure titanium powder comprising the step (S8) of washing the titanium (Ti) powder filtered in the step (S7). 제 1 항에 있어서, 상기 단계(S8)후에, 세척된 티타늄(Ti) 분말을 건조시키는 단계(S9)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 순수 티타늄 분말의 제조방법.The method of claim 1, further comprising drying the washed titanium (Ti) powder (S9) after the step (S8). 제 1 항에 있어서, 상기 산화티탄(TiO2)과 상기 마그네슘(Mg)이 1:(2∼2.5)의 몰비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 순수 티타늄 분말의 제조방법.The method of claim 1, wherein the titanium oxide (TiO 2 ) and the magnesium (Mg) are mixed in a molar ratio of 1: (2 to 2.5). 제 1 항 또는 3 항에 있어서, 상기 산화티탄(TiO2)의 순도가 98.56% 이상인 것을 특징으로 하는 순수 티타늄 분말의 제조방법.The method for producing pure titanium powder according to claim 1 or 3, wherein the purity of the titanium oxide (TiO 2 ) is 98.56% or more. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(S2)에서, 상기 혼합물을 4∼14t의 성형 압력을 가하여 압축시켜서 상기 펠렛을 형성하는 것을 특징으로 하는 순수 티타늄 분말의 제조방법.The method of claim 1, wherein in the step (S2), the mixture is compressed by applying a molding pressure of 4 to 14 tons to form the pellets. 제 1 항에 있어서, 상기 반응기 챔버 내에 진공 분위기가 조성되는 것을 특징으로 하는 순수 티타늄 분말의 제조방법.The method of claim 1, wherein a vacuum atmosphere is formed in the reactor chamber. 제 1 항에 있어서, 상기 반응기 챔버 내에 불활성 가스 분위기가 조성되는 것을 특징으로 하는 순수 티타늄 분말의 제조방법.The method of claim 1, wherein an inert gas atmosphere is formed in the reactor chamber. 제 7 항에 있어서, 상기 불활성 가스 분위기가 아르곤(Ar) 가스 분위기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 순수 티타늄 분말의 제조방법.8. The method for producing pure titanium powder according to claim 7, wherein the inert gas atmosphere is made of argon (Ar) gas atmosphere. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(S6)에서, 5∼50%로 희석시킨 질산(HNO3)을 이용하여 상기 연소 생성물을 침출시키는 것을 특징으로 하는 순수 티타늄 분말의 제조방법.The method of claim 1, wherein in the step S6, the combustion product is leached using nitric acid (HNO 3 ) diluted to 5 to 50%.
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