WO1998055660A1 - Method for purifyting titanium and apparatus for purifyting titanium - Google Patents

Method for purifyting titanium and apparatus for purifyting titanium Download PDF

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Definitions

  • This curve s When the temperature is higher or lower than 2 , that is, on the lower right side of the curve s () 2 , only titanium Ti (S) can be present in the solid phase, and TiCI 2 (S) is present in the solid phase. Or that TiGI 3 (S) cannot exist.
  • the curve S 02 O Li also low temperature side or high pressure side, i.e. the curve s. If it is located on the upper left side, it means that titanium Ti (S) cannot exist in the solid phase.
  • the lower titanium chloride deposited on the inner wall of the separation chamber 6 is continuously scraped off by the scraper 17 and falls into the lower pyrolysis chamber 3.
  • the electric furnace 38 is placed in the center of the reaction tube 31 because, for example, low-grade titanium chloride clogged in the left purification chamber 36 is pyrolyzed at the electric furnace 38 position on the left side. This is because the lower titanium chloride generated along with the solidification deposits on the purified titanium in the right purification chamber 37, and if the electric furnace 38 is placed at the center of the reaction tube 3 3, this lower titanium chloride will be located at both ends of the furnace. Solidified around the left and right production chambers 33, 34, and the purified titanium in the left and right purification chambers 36, 37 is protected from contamination with low-grade titanium chloride.
  • the electric furnace 8 of this example is a temperature control mechanism, and is configured to surround the reaction vessel 1. In the electric furnace 8, the temperature and the temperature distribution of the production chamber 2, the separation chamber 6, and the thermal decomposition chamber 3 are adjusted.
  • the electric furnace 8 is divided into at least three upper and lower stages, and each section can independently adjust the temperature and the temperature distribution arbitrarily.
  • the supply amount of titanium tetrachloride in the first production reaction was 60.0 (moI), that is, 11.4 (Kg). This is because titanium tetrachloride vapor at a flow rate of 30 (moI / Hr.) Was supplied for about 2 hours.
  • the emission amount of titanium tetrachloride was 23.8 (moI), that is, 4.52 (Kg). After the discharged titanium tetrachloride vapor is liquefied by the condenser, it is stored as liquid titanium tetrachloride in the recovery receiver. This is a numerical value obtained by measuring the amount of liquid stored in this recovery receiver. From the above, the titanium tetrachloride emission was 39.7% of the titanium tetrachloride supply. It is probable that the difference between the supply and the discharge, 6 ⁇ 30/0, was consumed in the production of lower titanium chloride.

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Abstract

A method for purifying titanium by reacting crude titanium as a starting material with TiC14 to prepare purified titamium, comprising: (a) step 1 of reacting crude titanium as a starting material with TiC14 to produce vapor of lower titanium chloride TiC1x; (b) step 2 of precipitating a solid TiC1x from the vapor of TiC1x evolved in the step 1; and (c) step 3 of heat-decomposing the solid TiC1x to prepare purified titanium, wherein TiC1x is lower titanium chloride with x being 2 or 3. The temperature t1 (°C) and the pressure pl (Torr) at which the step 1 is carried out are 750 °C ≤ tl and log(p1) < 20.158-(21859/(t1+273)), respectively. The pressure (p2) and the temperature (t2) at which the step 2 is carried out are 0.001 Torr < p2 < 1520 Torr and 150 °C < t2 < (21859/(20.158 - log(p2)) - 273 °C, respectively. The temperature t3 (°C) and the pressure p3 (Torr) at which the step 3 is carried out are 750 °C ≤ t3 and log(p3) < 20.158-(21859/(t3+273)), respectively.

Description

明細書  Specification
チタンの精製方法およびチタンの精製装置  Titanium purification method and titanium purification device
発明の属する技術分野  Technical field to which the invention belongs
本発明は、 チタンの精製方法およびチタンの精製装置に係り、 特に 粗チタンから半導体薄膜形成用や医療用などに好適な高純度チタン材を 製造する、 チタンの精製方法およびチタンの精製装置に関する。 背景技術  The present invention relates to a titanium purification method and a titanium purification apparatus, and more particularly to a titanium purification method and a titanium purification apparatus for producing a high-purity titanium material suitable for forming a semiconductor thin film or for medical use from crude titanium. Background art
チタン製造業界では、 近年の半導体分野への高純度チタン材への品 質要求に対応するために、 各種の製造方法が開発されている。 一方、 医 療分野では、 優れた特性のため、 高純度チタン材で製造した細線の今後 の需要が期待されている。  In the titanium manufacturing industry, various manufacturing methods have been developed to meet the recent quality requirements for high-purity titanium materials in the semiconductor field. On the other hand, in the medical field, demand for fine wires made of high-purity titanium materials is expected in the future because of their excellent properties.
通常、 チタン材インゴッ トは、 クロール法などで製造されたスポンジ チタンをさらに溶解することにより製造されている。 高純度化技術とし ては、 前記スポンジチタンを原料とする溶融塩電解法が、 5N— 6N レ ベルの高純度チタンの製造に好適である。  Normally, titanium ingots are produced by further dissolving titanium sponge produced by the Kroll method. As a high-purification technique, a molten salt electrolysis method using titanium sponge as a raw material is suitable for producing 5N-6N-level high-purity titanium.
別の手段としてスポンジチタンをヨウ素により Ti あるいは Ti 12に 変換し、 この Ti あるいは Ti 12 を熱分解することによリ高純度チタン を製造するョ一ド法が知られている。 これらの技術は、 特開平 8-165566 号公報、 特開平 3- 215633 号公報に開示されている。 しかしながらョ一 ド法は、 1100〜1300°C程度の高溫かつ 0.001〜0. ITorr 程度の高真空の 条件下によリ実施されるため、 製造設備材料の選択が難しいという欠点 がある。 その結果として設備構造および運転操作が複雑となり、 結果と してコスト高となるという欠点がある。 The titanium sponge into a Ti or Ti 1 2 with iodine as another means, ® one blade method to the Ti or Ti 1 2 producing by re high purity titanium to thermal decomposition are known. These techniques are disclosed in JP-A-8-165566 and JP-A-3-215633. However, the method has a drawback that it is difficult to select a material for the manufacturing equipment because the method is performed under a high temperature of about 1100 to 1300 ° C and a high vacuum of about 0.001 to 0.1 ITorr. As a result, there is a drawback that the equipment structure and operation are complicated, resulting in high costs.
し力、し、 本発明者の研究によれば、 上記の従来技術には以下の欠点が あることを見出した。 すなわち、 溶融塩電解法は生産性が低いため、 経 済性が低いという欠点がある。 また、 ョード法は、 1100〜1300°C程度の 高温かつ 0.001-0.1Torr程度の高真空の条件下によリ実施されるため、 製造設備材料の選択が難しく、 その結果として設備構造および運転操作 が複雑となり、 結果としてコス ト高となるという欠点がある。 According to the research of the present inventor, it has been found that the above-mentioned prior art has the following disadvantages. That is, since the productivity of the molten salt electrolysis method is low, Has the disadvantage of low cost. In addition, the eod method is carried out under conditions of high temperature of about 1100 to 1300 ° C and high vacuum of about 0.001 to 0.1 Torr, which makes it difficult to select materials for manufacturing equipment. However, there is a disadvantage in that the cost is high and the cost is high.
発明の開示  Disclosure of the invention
本発明の目的は、 従来用いられていた精製チタン製造方法と比較し、 緩和な条件、 具体的には 0.0CH〜 520Torrの圧力、 フ 5 ◦〜 1 00 0 °C の温度域で粗チタンから高純度チタンを製造する、 チタンの精製方法を 提供することにある。  An object of the present invention is to provide a method for producing crude titanium at a relatively mild condition, specifically, at a pressure of 0.0 CH to 520 Torr and a temperature range of 5 ° to 100 ° C. An object of the present invention is to provide a titanium purification method for producing high-purity titanium.
本発明の他の目的は、 従来用いられていた精製チタン製造方法と比較 し、 安価で粗チタンから高純度チタンを製造でき、 精製効率のよいチタ ンの精製方法を提供することにある。  Another object of the present invention is to provide a titanium purification method that can produce high-purity titanium from crude titanium at a lower cost and is more efficient than conventional methods for producing purified titanium.
本発明の更に他の目的は、 金属粗チタンから高純度チタンを得るに至 る一貫したチタンの精製装置を提供することにある。  Still another object of the present invention is to provide an apparatus for purifying titanium consistently to obtain high-purity titanium from crude titanium metal.
本発明者らは、 金属粗チタンから高純度チタンを得るチタンの精製法 について安価な製造方法の提供をめざして銳意検討を重ねた。その結果、 金属粗チタンに TiC 蒸気を反応させて、 TiGlx 蒸気を生成させた後、 TiGlx 蒸気を固体として析出させると共に、 TiCI4蒸気を分離した後、 ある種の温度と圧力下において、 前記の TiGlx固体を熱分解するにあた リ、 この TiGlx固体の一部は熱分解されずに TiGlx蒸気となるため、 こ の TiGlx蒸気を再び固体として析出させ、 再び熱分解することを繰り返 すことにより、 精製されたチタンを効率的に生産できることを見い出し 本発明を完成するに到った。 なお、 低級塩化チタン蒸気は、 TiClx で表 わし、 Xは 2-3の整数であり、 2と 3の混合物を含むものとする。 The present inventors have repeatedly studied a method for purifying titanium for obtaining high-purity titanium from crude metal titanium with the aim of providing an inexpensive production method. As a result, the TiC vapor is reacted with the crude titanium metal to generate TiGlx vapor, and then the TiGlx vapor is precipitated as a solid, and after the TiCI 4 vapor is separated, at a certain temperature and pressure, In thermal decomposition of the TiGlx solid, a part of the TiGlx solid is converted to TiGlx vapor without being thermally decomposed, so that the TiGlx vapor is deposited again as a solid, and the thermal decomposition is repeated again. As a result, they have found that purified titanium can be efficiently produced, and have completed the present invention. The lower titanium chloride vapor is represented by TiClx, X is an integer of 2-3, and includes a mixture of 2 and 3.
そして上記課題は、 本発明に係るチタンの精製方法によれば、 (a) 原 料粗チタンと TiGI4 とを反応させて、 低級塩化チタン蒸気を生成させる 工程 1 と、 (b) 工程 1 で発生する TiClx蒸気から固体 TiClxを析出させ る工程 2と、 (c)該固体 TiGlxを熱分解して精製チタンを得る工程 3と、 工程 2に置いて工程 3の熱分解反応に随伴して発生する TiGlx蒸気をェ 程 1 で発生する TiGlx蒸気と共に固体として析出させることと、を含み、 原料粗チタンと TiGI4 とを反応させて精製チタンを得ることによリ達成 される。 前記工程 1 を実施する温度 tl (°C) と圧力 pi (Torr)はそれぞ れ 750。C≤t1 および log(p1)く 20.158 - ( 21859/ (t1 +273) )とし、 ま た前記工程 2を実施する圧力(p2)と温度(t2)はそれぞれ 0.001 Torr<p2 く 1520 To 、 150°C<t2< (21859/ (20.158- I og (p2) ) - 273°Cとし、 前 記工程 3を実施する温度 t3 (°C) と圧力 p3 (Torr)はそれぞれ 750°C≤ t3 および log(p3) <20.158 - ( 21859/ (t3+273) )とする。 なお、 本願 明細書において、 logP は log|。P を示し、 特別明示しない限り温度の単 位は °C、 圧力の単位は T o r r (トリチェリ一) とする。 The object of the present invention is to provide a method for purifying titanium according to the present invention, wherein (a) reacting crude titanium raw material with TiGI 4 to generate low-grade titanium chloride vapor. Step 1; (b) Step 2 of depositing solid TiClx from the TiClx vapor generated in Step 1; (c) Step 3 of pyrolyzing the solid TiGlx to obtain purified titanium; and Step 2 Depositing TiGlx vapor generated as a result of the thermal decomposition reaction in Step 3 as a solid together with the TiGlx vapor generated in Step 1 to obtain purified titanium by reacting crude titanium raw material with TiGI 4. Is achieved. The temperature tl (° C) and the pressure pi (Torr) for performing the step 1 are respectively 750. C≤t1 and log (p1) 20.158-(21859 / (t1 + 273)), and the pressure (p2) and temperature (t2) for performing the step 2 are 0.001 Torr <p2 and 1520 To, 150 ° C <t2 <(21859 / (20.158-I og (p2)))-273 ° C, and the temperature t3 (° C) and pressure p3 (Torr) at which Step 3 is performed are 750 ° C≤ t3 and log (p3) <20.158-(21859 / (t3 + 273)) Note that, in the present specification, logP is log | P, and unless otherwise specified, the unit of temperature is ° C and the unit of pressure is ° C. The unit is Torr.
本発明に係るチタンの精製方法は、 具体的には静置法、 移送法、 複合 法の 3つの方法を提供するものである。  The method for purifying titanium according to the present invention specifically provides three methods: a stationary method, a transfer method, and a composite method.
以下、 静置法について述べる。 単一の容器内にゾーン 3に隣接するゾ ーン 2に隣接して配置されたゾーン 1 で前記工程 1 を実施し、 TiClx 蒸 気を発生させ、 前記工程 1 で発生する TiClx蒸気を、 前記単一の容器内 でゾーン 1 とゾーン 3の間に配置されたゾ一ン 2および前記単一の容器 内にゾーン 1 に隣接するゾーン 2に隣接して配置されたゾーン 3に移動 して前記工程 2を実施し、 前記ゾーン 2および前記ゾーン 3に固体 TiClxを析出させ、 ついで前記ゾーン 2を減圧および または昇溫して、 前記ゾ一ン 2で前記工程 3を実施し、 TiGlx 蒸気を発生させると同時に 精製チタンを析出させ、 ついで前記ゾーン 2を初期圧力および初期温度 にし、 前記ゾーン 1 で工程 1 を実施し、 前記ゾーン 2および前記ゾーン 3に固体 TiClxを析出させ、 前記ゾーン 2および前記ゾーン 3で前記ェ 程 3および前記固体 TiGlxの析出工程を交互に繰り返し行うことにより 精製チタンを製造する。 Hereinafter, the stationary method will be described. Performing step 1 in zone 1 located adjacent to zone 2 adjacent to zone 3 in a single vessel to generate TiClx vapor, and converting the TiClx vapor generated in step 1 to Move to zone 2 located between zone 1 and zone 3 in a single container and zone 3 located adjacent to zone 2 adjacent to zone 1 in said single container. Step 2 is carried out, and solid TiClx is deposited in the zone 2 and the zone 3 .Then, the zone 2 is depressurized and / or raised, and the step 3 is carried out in the zone 2 to generate TiGlx vapor. At the same time, purified titanium is deposited, then the zone 2 is brought to the initial pressure and the initial temperature, the step 1 is performed in the zone 1, and solid TiClx is deposited in the zone 2 and the zone 3, and the zone 2 and the zone are deposited. 3 above Step 3 and the step of depositing the solid TiGlx are alternately repeated to produce purified titanium.
さらに、 単一の容器内にゾーン 3に隣接するゾーン 2に隣接して配置 されたゾーン 1 で前記工程 1 を実施し、 TiGlx 蒸気を発生させ、 前記ェ 程 1 で発生する TiGlx蒸気を、 前記単一の容器内でゾーン I とゾーン 3 の間に配置された前記ゾーン 2および前記単一の容器内にゾーン I に隣 接するゾーン 2に隣接して配置された前記ゾーン 3に移動して前記工程 2を実施し、前記ゾーン 2および前記ゾーン 3に固体 T i G I Xを析出させ、 ついで前記ゾーン 3を減圧および または昇温して、 前記ゾーン 3で前 記工程 3を実施し、 TiGlx 蒸気を発生させると同時に精製チタンを析出 させ、 ついで前記ゾーン 3を初期圧力および初期温度にし、 前記ゾ一ン 1 で工程 1 を実施し前記ゾ一ン 2および前記ゾーン 3に固体 TiClxを析 出させ、 前記ゾ一ン 2および前記ゾーン 3で前記工程 3および前記固体 TiGlx の析出工程を交互に繰り返し行うことにより精製チタンを製造す る。  Further, the above step 1 is performed in zone 1 arranged adjacent to zone 2 adjacent to zone 3 in a single container to generate TiGlx vapor, and the TiGlx vapor generated in step 1 is Moving to zone 2 located between zone I and zone 3 in a single container and zone 3 located adjacent to zone 2 adjacent to zone I in the single container Step 2 is performed, and solid T i GIX is precipitated in the zone 2 and the zone 3.Then, the zone 3 is depressurized and / or heated, and the step 3 is performed in the zone 3, and TiGlx vapor is discharged. Simultaneously with the generation, the purified titanium is precipitated, then the zone 3 is brought to the initial pressure and the initial temperature, and the step 1 is performed in the zone 1 to precipitate solid TiClx in the zone 2 and the zone 3. Said zone 2 and said zone 3 produce purified titanium By repeating alternately the precipitation process of the step 3 and the solid TiGlx.
以下、 移送法について述べる。 単一の容器内にゾーン 3と隣接するゾ —ン 2と隣接して配置されたゾーン 1 で前記工程 Ί を実施し、 TiClx 蒸 気を発生させ、 前記工程 1 で発生する TiGlx蒸気を単一の容器内に前記 ゾーン 1 と隣接する前記ゾーン 2と隣接して配置された前記ゾーン 3に 移動して工程 2を実施し、 前記ゾーン 3に固体 TiGlxを析出させ、 前記 工程 2と同時で連続的または間欠的に、 前記ゾーン 3に析出した固体 TiGlx を前記ゾーン 1 と前記ゾーン 3との間に設けられた前記ゾ一ン 2 に機械的手段により移動させ、 ついで前記ゾーン 2で工程 3を実施し、 TiGlx 蒸気を発生させると同時に精製チタンを析出させ、 前記ゾーン 2 で発生する TiClx 蒸気を前記ゾーン 3に移動し、 前記ゾーン 3に固体 TiClx を析出させ、 前記ゾーン 2で実施する前記工程 3と前記ゾーン 3 で実施する前記固体 TiGlxの析出工程とを交互に繰り返し行うことによ リ精製チタンを製造する。 Hereinafter, the transfer method will be described. The above-described step (1) is performed in zone (1) disposed adjacent to zone (2) adjacent to zone (3) in a single container to generate TiClx vapor, and the single TiGlx vapor generated in step (1) is generated. Moved to Zone 3 adjacent to Zone 2 adjacent to Zone 1 in the container of Step 1 and carried out Step 2, and deposited solid TiGlx in Zone 3 and continued simultaneously with Step 2 Either intermittently or intermittently, the solid TiGlx deposited in the zone 3 is transferred to the zone 2 provided between the zone 1 and the zone 3 by mechanical means. And generating purified titanium at the same time as generating TiGlx vapor, moving the TiClx vapor generated in the zone 2 to the zone 3, depositing solid TiClx in the zone 3, and performing the process in the zone 2. 3 and said zone 3 And the step of depositing the solid TiGlx, which is carried out in the above, is alternately and repeatedly performed to produce refined titanium.
以下、 複合法について述べる。 単一の容器内にゾーン 3に隣接するゾ —ン 2と隣接して配置されたゾーン 1 で前記工程 1 を実施し、 TiGlx 蒸 気を発生させ、 前記工程 1 で発生する TiClx蒸気を、 前記単一の容器内 でゾーン 1 とゾーン 3との間に配置されたゾーン 2および単一の容器内 にゾーン 1 に隣接するゾーン 2と隣接して配置されたゾーン 3に移動し て前記工程 2を実施し、 前記ゾーン 2およびゾーン 3に固体 TiGlxを析 出させ、 ついで前記ゾーン 3に析出した固体 TiClxを機械的手段により 前記ゾーン 2に移動させると同時に、 前記ゾーン 2を減圧および また は昇温して、 前記減圧および または昇温したゾーン 2で前記工程 3を 実施し、 TiGlx 蒸気を発生させると同時に精製チタンを析出させ、 つい で前記ゾーン 2および前記ゾーン 3を初期圧力および初期温度にし、 前 記ゾ一ン 2および前記ゾーン 3に固体 T i G I Xを析出させ、 前記ゾーン 2 および前記ゾーン 3で前記工程 3および前記固体 TiG の析出工程を繰 リ返し行うことにより精製チタンを製造するように構成する。  Hereinafter, the combined method will be described. Performing step 1 in zone 1 disposed adjacent to zone 2 adjacent to zone 3 in a single vessel to generate TiGlx vapor; and converting the TiClx vapor generated in step 1 to Move to zone 2 located between zone 1 and zone 3 in a single container, and zone 2 located adjacent to zone 1 and zone 3 adjacent to zone 1 in a single container. Is carried out, and solid TiGlx is precipitated in the zones 2 and 3; then, the solid TiClx deposited in the zone 3 is moved to the zone 2 by mechanical means, and at the same time, the zone 2 is depressurized and / or raised. Step 3 is performed in Zone 2 where the pressure has been reduced and / or increased to generate TiGlx vapor, and at the same time, purified titanium is deposited.Then, Zone 2 and Zone 3 are brought to the initial pressure and initial temperature. The preceding Solid Ti GIX is deposited in zone 2 and zone 3, and purified titanium is produced by repeating step 3 and the solid TiG deposition step in zone 2 and zone 3. I do.
また、 前記工程 1 を実施する温度 t 1 (°C) と圧力 p1 (Torr) がそ れぞれ 850°C<t1 く 1000。Cおよび 5Torr<p1 <970Torr であり、 前記 工程 2 および前記固体 TiGlx の析出工程を実施する温度 t2 (°C) と圧 力 p2 (Torr)がそれぞれ 200。C<t2 <900°Cおよび 5 Torrく p2<970Torr であり、 前記工程 3を実施する温度 t3 (°C) と圧力 p3 (Torr) がそれ ぞれ 850°C<t3 <1000°Cおよび 5Torr<p3 <970Tor の条件とする。 さらに前記工程 1 に前記容器外から供給される TiGI4蒸気は、 前記ゾ —ン 1 内の原料粗チタン固体の充填層を通過しつつ工程 1 を経て工程 2 および工程 3に供せられた後に、 容器内に存在する他の気体から分離さ れて容器外に排出され、 前記分離された TiCI4蒸気は、 再度容器内に供 給されて前記工程 2および前記固体 TiGlxの析出工程および前記工程 3 の実施に用いられるように構成すると好適である。 Further, the temperature t1 (° C) and the pressure p1 (Torr) at which the step 1 is performed are 850 ° C <t1 and 1000, respectively. C and 5 Torr <p1 <970 Torr, and the temperature t2 (° C.) and the pressure p2 (Torr) for performing the step 2 and the step of depositing the solid TiGlx are 200, respectively. C <t2 <900 ° C and 5 Torr and p2 <970 Torr, and the temperature t3 (° C) and the pressure p3 (Torr) at which the step 3 is performed are 850 ° C <t3 <1000 ° C and 5 Torr, respectively. <p3 <970Tor condition. Further, the TiGI 4 vapor supplied from the outside of the vessel in the step 1 passes through the packed bed of the raw crude titanium solid in the zone 1, passes through the step 1 and is subjected to the steps 2 and 3, The TiCI 4 vapor is separated from other gases present in the container and discharged out of the container, and the separated TiCI 4 vapor is supplied again into the container. It is preferable to be configured so as to be supplied and used in the step 2 and the step of depositing the solid TiGlx and the step 3.
また、 前記容器内に不活性ガスを導入して前記工程 3を実施するよう にすると、 よリ好適である。  It is more preferable that step 3 be performed by introducing an inert gas into the container.
また上記課題を達成するための前記静置法によるチタンの精製装置と しては、 単一の管状の反応管の左右の端部に近い位置に、 生成工程を行 う左ゾーン 1 と右ゾーン 1 をそれぞれ設け、 この両ゾーン 1 に挟まれた 空間であって、 反応管の長さ方向中心の左右の部分にそれぞれ左ゾーン In order to achieve the above object, the apparatus for purifying titanium by the above-mentioned stationary method includes a left zone 1 and a right zone for performing the generation process at positions near the left and right ends of a single tubular reaction tube. 1 are provided, and the space between these two zones 1
2と右ゾーン 2とを設け、 反応管の左右の端部に連結された 2つのガス 出入管と、前記反応管の外周に配置された移動可能な加熱装置とを備え、 前記反応管内を流れる気流を、 一定期間ごとに反転させて構成する。 また他の静置法によるチタンの精製装置としては、 単一の反応容器内 に、 前記工程 1 を行なうゾーン 1 と、 前記工程 2および前記工程 3を行 なうゾーン 2と、 前記工程 2を行なうゾーン 3を有し、 前記ゾーン 2と ゾーン 3との間には、 ゾーン 2で発生する TiGlx蒸気と TiGし蒸気の混 合蒸気および固体 TiClxが互いに移送可能な開口が形成され、 反応管に 連結された 2つのガス出入管と、 前記反応管の外周に配置された移動可 能な加熱装置とを備えるように構成する。 2 and a right zone 2, comprising two gas inlet / outlet pipes connected to the left and right ends of the reaction tube, and a movable heating device arranged on the outer periphery of the reaction tube, and flowing in the reaction tube. The airflow is reversed every fixed period. Further, as another titanium purification apparatus by a static method, zone 1 for performing step 1; zone 2 for performing steps 2 and 3; and step 2 in a single reaction vessel. An opening is formed between the zone 2 and the zone 3 so that the mixed vapor of TiGlx vapor and TiG vapor generated in the zone 2 and solid TiClx can be transferred to each other between the zone 2 and the zone 3. It is configured to include two connected gas inlet / outlet pipes and a movable heating device arranged on the outer periphery of the reaction tube.
さらに、 前記移送法によるチタンの精製装置としては、 単一の反応容 器内に、 前記工程 1 を行なうゾーン 1 と、 前記工程 3を行なうゾーン 2 と、 前記工程 2を行なうゾーン 3を有し、 前記ゾーン 1 と前記ゾーン 3 との間にゾーン 1 で発生する混合蒸気をゾーン 1 からゾーン 3へ移送す るための連絡路を形成し、 前記ゾーン 2とゾーン 3との間には、 ゾーン 2で発生する TiGlx蒸気と TiCI4蒸気の混合蒸気および固体 TiClxが互 いに移送可能な開口が形成され、 TiCI4反応管に連結された 2つのガス 出入管を有し、 前記ゾーン 3には前記ゾーン 3に固化析出した固体 TiClx をかきとり、 ゾーン 2側へ移送させるための機械的手段を具備す るように構成する。 Further, the apparatus for purifying titanium by the transfer method includes a zone 1 for performing the step 1, a zone 2 for performing the step 3, and a zone 3 for performing the step 2 in a single reaction vessel. A communication path for transferring the mixed steam generated in zone 1 from zone 1 to zone 3 between zone 1 and zone 3; and a zone between zone 2 and zone 3 An opening through which the mixed vapor of TiGlx vapor and TiCI 4 vapor generated in 2 and solid TiClx can be transferred to each other is formed, and has two gas inlet / outlet pipes connected to the TiCI 4 reaction tube. Solid solidified and deposited in zone 3 It is configured to have mechanical means for scraping and transferring TiClx to the zone 2 side.
また、 前記複合法によるチタンの精製装置としては、 単一の反応容器 内に、 前記工程 1 を行なうゾーン 1 と、 前記工程 2および前記工程 3を 行なうゾーン 2と、 前記工程 2を行なうゾーン 3を有し、 前記ゾーン 2 とゾーン 3との間には、 ゾーン 2で発生する TiGlx蒸気と TiG 蒸気の 混合蒸気および固体 TiGlxが互いに移送可能な開口が形成され、 反応管 に連結された 2つのガス出入管を有し、 前記ゾーン 3には前記ゾーン 3 に固化析出した固体 TiGlxをかきとリ、 ゾーン 2側へ移送させるための 機械的手段を具備するように構成する。  Further, as the titanium purification apparatus by the combined method, zone 1 for performing the step 1, zone 2 for performing the steps 2 and 3, and zone 3 for performing the step 2 in a single reaction vessel. An opening is formed between the zone 2 and the zone 3 so that the mixed vapor of the TiGlx vapor and the TiG vapor generated in the zone 2 and the solid TiGlx can be transferred to each other. A gas inlet / outlet pipe is provided, and the zone 3 is provided with mechanical means for transferring solid TiGlx solidified and deposited in the zone 3 to the zone 2 side.
本発明で使用する原料粗チタンとしては、 相対的に純度が低いチタ ン材、 具体的には純度 2N5— 4N レベルのスポンジチタンやインゴッ ト などを使用する。 但し、 原料粗チタンはこれらの形態や純度に限定され るものではなく、 目的とする精製チタンの純度に応じ、 他の形態や純度 を有するものを用いることもできる。  As the raw titanium material used in the present invention, a titanium material having relatively low purity, specifically, sponge titanium or ingot having a purity level of 2N5-4N is used. However, the raw titanium raw material is not limited to these forms and purity, and those having other forms and purity can be used according to the purity of the target purified titanium.
例えば、 4N5- 5N レベルの高純度チタンを得ることを目的として本 発明を実施する場合には、 2N5- 4N 程度のチタン材を原料粗チタンとし て用いるとよい。 本発明で製造される高純度チタンとは、 その使用目的 や用途に鑑み、 粗チタンに比べて不純物濃度が 1 1 0〜 1 Z 1 00程 度に低減された 4 N— 6 N (99. 99〜99. 9999%) のチタン 材をさすがこれに限定されるものではない。  For example, when the present invention is carried out for the purpose of obtaining high-purity titanium of 4N5-5N level, about 2N5-4N titanium material may be used as raw titanium. The high-purity titanium produced in the present invention is 4N—6N (99.99) whose impurity concentration is reduced to about 110 to 1Z100 in comparison with crude titanium in view of the purpose and use of titanium. (99 to 99.99%), but not limited to.
本発明に係るチタン精製方法の原理である基本的化学平衡反応を示す ( なお、 以下の反応式あるいは文中の記載において、 気体状態にある物質 を分子式に付帯の (G) で表し、 固体状態にある物質を分子式に付帯の (S) で表わす。 したがって、 例えば TiGI4蒸気は TiGI4 (G)と表される。 図 1 は、 Ti (S)- TiGI2(S)系の平衡状態図、 すなわち気体の TiCI2 (G) , TiCI3 (G) , TiCI4 (G) と固体の TiGI2(S)および金属チタン Ti (S) との平衡状態図である。 図中の曲線 S。2は、 Ti (S)、 TiGI2(S)が気相と 平衡する温度 tおよび圧力 pを表わしており、 t と pの関係は本発明者 の実験によリ以下の関係式 The basic chemical equilibrium reaction, which is the principle of the titanium purification method according to the present invention, is shown. (In the following reaction formula or the description in the text, a substance in a gaseous state is represented by (G) attached to a molecular formula, and a solid state is shown. A substance is represented by (S) attached to the molecular formula, so for example, TiGI 4 vapor is represented as TiGI 4 (G) Figure 1 shows the equilibrium diagram of the Ti (S) -TiGI 2 (S) system, That is, gaseous TiCI 2 FIG. 2 is an equilibrium diagram of (G), TiCI 3 (G), and TiCI 4 (G) with solid TiGI 2 (S) and metallic titanium Ti (S). Curve S in the figure. 2 represents the temperature t and the pressure p at which Ti (S) and TiGI 2 (S) equilibrate with the gas phase.
I o g p =20.158— 21859 ( t +273) で表現される。  I o g p = 20.158—21859 (t + 273).
この曲線 s。2よりも高温側または低圧側、 すなわち曲線 s() 2よリも右 下側にあるときは、 固相にはチタン Ti (S)しか存在しえず、 固相には TiCI2(S)または TiGI3(S)は存在しえないことを意味する。 この曲線 S02 よリも低温側または高圧側、 すなわち曲線 s。2よリも左上側にあるとき は、 固相にはチタン Ti (S)は存在しえないことを意味する。 This curve s. When the temperature is higher or lower than 2 , that is, on the lower right side of the curve s () 2 , only titanium Ti (S) can be present in the solid phase, and TiCI 2 (S) is present in the solid phase. Or that TiGI 3 (S) cannot exist. The curve S 02 O Li also low temperature side or high pressure side, i.e. the curve s. If it is located on the upper left side, it means that titanium Ti (S) cannot exist in the solid phase.
ここで、 工程 1 乃至 3について説明する。 工程 1 では、 原料粗チタン とプロセス外から供給される TiG 蒸気とを ( 1 ) 式  Here, steps 1 to 3 will be described. In step 1, the raw titanium raw material and TiG vapor supplied from outside the process
-TiCI4 (G) + Ti (S) —— > TiClx (G) +(1- a) TiCI, (G) ―-TiCI 4 (G) + Ti (S) ——> TiClx (G) + (1- a) TiCI, (G) ―
- CD -CD
(aは反応率を示す)  (a indicates the reaction rate)
により反応させて低級塩化チタン TiGlx (G) を生成させる。  To produce lower titanium chloride TiGlx (G).
その後工程 2において、 工程 1 で発生する TiClx(G)と TiC (G) と の混合蒸気を低温部に導き、 TiGlx (G)を固体 TiGlx(S)として析出させ る。 つまり、 工程 2では固体として TiClx(S)のみが安定に存在しうる 条件下におく ことにより、 (2 ) 式  Then, in step 2, the mixed vapor of TiClx (G) and TiC (G) generated in step 1 is led to the low temperature section, and TiGlx (G) is precipitated as solid TiGlx (S). In other words, in step 2, the condition where only TiClx (S) can be stably present as a solid is obtained by the following equation (2).
TiClx(G) + TiCI4 (G) —一- > TiClx(S) + TiCし (G) —— ( 2 ) により、 TiC (G)と TiClx(S)とを分離する。 TiClx (G) + TiCI 4 (G)-1-> TiClx (S) + TiC and (G)--(2) separates TiC (G) and TiClx (S).
次いで工程 3では、 (2) 式で析出した TiGlx (S) を加熱または Zお よび減圧して (3 ) 式  Next, in step 3, the TiGlx (S) precipitated in equation (2) is heated or Z and decompressed to obtain equation (3).
TiGlx (S) > T i (S) + T i C 14 (G) ( 3 ) によリ、 固体の Ti (S)を得る。 (3 )式の反応に伴い、 TiClx(G)と TiG (G)からなる平衡混合蒸気が発生する。 TiGlx (S)> T i ( S) + T i C 1 4 (G) (3) by the re obtain solid Ti a (S). With the reaction of equation (3), TiClx (G) and TiG An equilibrium mixed vapor consisting of (G) is generated.
前記工程 1 を実施する温度 tl (°C) と圧力 P1 (Torr)はそれぞれ 750°C ≤t1 および log(p1)く 20.158 - ( 21859/ (t1+273) )とする。 かかる値 の範囲内にある温度 t1 と圧力 p1 (Torr) で前記工程 1 を実施すること により、 工程 1 を現実的な速度で反応を進めることができる。 The temperature tl (° C.) and the pressure P 1 (Torr) at which the step 1 is performed are 750 ° C. ≦ t1 and log (p1), respectively, and 20.158− (21859 / (t1 + 273)). By performing the above-mentioned step 1 at a temperature t1 and a pressure p1 (Torr) within the range of the above values, the reaction of the step 1 can proceed at a realistic rate.
上記範囲の中でも、 温度 tl (°C) を 8 0 0¾〜 1 0 0 0"Cの範囲、 圧力 pi (Torr)を 1.0く log PIく (20. 158—21859/ (ΐ I + 2 7 3 )) の 範囲から選定すると好適である。 TiClx (S) の収率、 生産効率および精 製効果等の観点からは工程 1 の反応温度および圧力が高い程よいと考え られるが、 設備の強度、 耐熱性、 耐久性を考慮すると、 温度は約 1 0 0 o°cを上限とするのが好ましいからである。 また、 Ti (S)のみを得るに は圧力 (P1) を図 1の平衡曲線 s。2の低圧側、 即ち、 Within the above range, the temperature tl (° C) is in the range of 800 ° C to 10000 ”C, the pressure pi (Torr) is 1.0 and log PI (20. 158—21859 / (ΐ I + 2 7 3 ))) From the viewpoints of TiClx (S) yield, production efficiency and purification effect, etc., it is considered that the higher the reaction temperature and pressure in step 1, the better, but the strength of equipment and heat resistance Considering the properties and durability, the upper limit of the temperature is preferably about 100 ° C. In order to obtain only Ti (S), the pressure (P1) must be determined by changing the pressure (P1) to the equilibrium curve s in FIG. The low pressure side of 2 , ie
Log P< 20.158 ― ( 21859/ (t+273) )  Log P <20.158 ― (21859 / (t + 273))
の範囲内に置くことが必須だからである。  This is because it is essential to be within the range.
また、工程 1 の温度 tlを 850°C≤t1≤1000°C、圧力 P1 を図 1 の 1. Otorr 以上で且つ平衡曲線 S。2の低圧側の値に設定すると反応速度の点から更 に有利になる。 In addition, the temperature tl in step 1 is 850 ° C ≤ t1 ≤ 1000 ° C, and the pressure P1 is 1. Otorr or more in Fig. 1 and the equilibrium curve S. Setting the value on the low pressure side of 2 is more advantageous in terms of reaction speed.
なお、 上記の範囲外であっても図 1 に示した平衡曲線の高温 ·低圧側 に存在する限り、 工程 1 では、 ( 1 )式の反応にしたがって、 TiGlx(G) を 生成させることができる。  In addition, as long as it is on the high temperature / low pressure side of the equilibrium curve shown in FIG. 1 even outside the above range, in step 1, TiGlx (G) can be generated according to the reaction of equation (1). .
前記工程 2を実施する圧力(p2)と温度(t2)はそれぞれ 0.001 Torr<p2 く 1520 Tor 150°C<t2< (21859 (20.158- I og (P2) ) - 273。Cとする。 温度(t2)を 150°C以上に限定するのは、 温度(1:2)が 150°C以下になる と、 TiGI4 (G)が液化し、 TiCI4 を TiGlx (S) と分離できない恐れがあ るからである。 温度(t2)を (21859ノ (20.158- I og (p2) ) - 273°C以下に限 定するのは、 温度(t2)がかかる上限値以上になると圧力(P2)、 温度(t2) が平衡曲線 S。2の右下側に位置することとなり、 TiClx が固体として存 在することができな〈なるからである。 The step 2 pressure to carry out (p2) between the temperature (t2), respectively 0.001 Torr is <p2 ° 1520 Tor 150 ° C <t2 < (21859 (20.158- I og (P 2)) -. And 273.C temperature The reason for limiting (t2) to 150 ° C or higher is that when the temperature (1: 2) becomes 150 ° C or lower, TiGI 4 (G) may liquefy and TiCI 4 may not be separated from TiGlx (S). The reason why the temperature (t2) is limited to (21859 ° (20.158-Iog (p2))-273 ° C or lower) is that when the temperature (t2) exceeds the upper limit, the pressure ( P2 ), Temperature (t2) Is the equilibrium curve S. This is because TiClx cannot be present as a solid.
また、 圧力(p2)を 0.001 Torr以上に限定するのは、 圧力(p2)が 0.001 Torr 以下になると、 工程 2の反応が進行しないからである。 また、 圧 力(ρ2)を 1520 Torr以下に限定するのは、 圧力(P2)が I 520 Tor r以上に なると、 TiG (G)が凝縮し易くなり、 0し(6)を TiClx (S) と分離で きない恐れがあるからである。 更に、 通常用いられる耐圧容器を用いた 場合、 圧力(P2)が 1520 Torr以上になると、 設備に与える負担が大きく なるからである。 The reason why the pressure (p2) is limited to 0.001 Torr or more is that if the pressure (p2) becomes 0.001 Torr or less, the reaction in Step 2 does not proceed. In addition, the reason for limiting the pressure (ρ2) to 1520 Torr or less is that when the pressure ( P2 ) exceeds I 520 Torr, TiG (G) is easily condensed, and 0 (6) is reduced to TiClx (S ) May not be able to be separated. Furthermore, when a normally used pressure vessel is used, if the pressure (P2) becomes 1520 Torr or more, the load on the equipment increases.
上記範囲の中でも、 圧力(p2)を 0.01〜フ 6 0Torr、 温度(t2)を 2 0 o°c以上とするとよい。  Within the above range, the pressure (p2) is preferably 0.01 to 60 Torr, and the temperature (t2) is preferably 20 ° C. or more.
かかる範囲にある圧力(p2)、温度(t2)で工程 2を実施することによリ、 実用的な生産性を確保することができるからである。  This is because practical productivity can be ensured by performing the step 2 at a pressure (p2) and a temperature (t2) within such ranges.
更に、 圧力(p2)を 0.1 Torr〜500Torr、 温度(t2)を 2 0 0 °C以上、 図 1 の平衡曲線 S。2が 500Tor を示す直線と交わる点の温度以下とすると 好適である。 圧力(p2)を 0.1 Torr以上に限定するのは、 (p2)が 0. I Torr 以下の値である場合には、 反応する TiClx(G)ガスの濃度が低いため、 実用的な反応速度を得ることができないからである。 Further, the pressure (p2) is 0.1 Torr to 500 Torr, the temperature (t2) is 200 ° C or more, and the equilibrium curve S in FIG. It is preferable that the temperature of 2 be equal to or lower than the temperature at the point of intersection with the straight line indicating 500 Tor. The reason why the pressure (p2) is limited to 0.1 Torr or more is that when (p2) is less than 0.1 I Torr, the concentration of the reacting TiClx (G) gas is low, so that the practical reaction speed is reduced. Because you cannot get it.
また、 圧力(p2)を 500Torr 以下に限定するのは、 次の理由による。 す なわち、 工程 1 における生成反応は相対的に低温 ·低圧の条件下で高い 反応速度を得ることができ、 工程 2における分離反応は相対的に高温 - 高圧の条件下で高い反応速度を得ることができるという性質がある。 本 発明においては工程 1 における生成反応と工程 2における分離反応を単 一の反応容器で同時に行うため、 生成反応と分離反応における好適な条 件を考慮すると、 圧力(p2)を 500Torr以下に限定すること力《、 チタン精 製反応全体の収率を上げるために必要だからである。 また、 温度(t2)を図 1 の平衡曲線 S。2が 500Torr を示す直線と交わる 点の温度以下に限定するのは、 温度(t2)がかかる温度以上になると、 気 . 相に存在する TiCI4 (G)が TiClx(S)中に凝縮するからである。 The reason why the pressure (p2) is limited to 500 Torr or less is as follows. That is, the production reaction in step 1 can obtain a high reaction rate under relatively low temperature and low pressure conditions, and the separation reaction in step 2 can obtain a high reaction rate under relatively high temperature and high pressure conditions. There is a property that can be. In the present invention, since the production reaction in step 1 and the separation reaction in step 2 are performed simultaneously in a single reaction vessel, the pressure (p2) is limited to 500 Torr or less in consideration of suitable conditions for the production reaction and the separation reaction. This is because it is necessary to increase the overall yield of the titanium purification reaction. The temperature (t2) is shown in the equilibrium curve S in Fig. 1. The reason for limiting the temperature below the point where 2 intersects the 500 Torr line is that TiCI 4 (G) present in the gas phase condenses in TiClx (S) when the temperature (t2) rises above this temperature. It is.
前記工程 3を実施する温度 t3 (°C) と圧力 p3 (Torr)はそれぞれ 750°C ≤t3および iog(p3)く 20.158 _ ( 2 I 859/ ( I 3+273) ;)とする 0 0 to; the temperature t3 to performing step 3 (° C) Pressure p3 (Torr), respectively 750 ° C ≤t3 and iog is (p3) Ku 20.158 _ (2 I 859 / ( I 3 + 273))
温度 t3 (°C) と圧力 p3 (Torr)をかかる範囲に限定したのは、 工程 3 を実施する雰囲気を図 1 に示した SOT曲線の左側、 即ち低温 · 高圧側か ら S。2曲線の右側、 即ち、 高温■低圧側に移動させることにより、 前記 (3 ) 式にしたがって、 精製 Ti (S) を析出させるためである。 すなわ ち、 固相に Ti (S)のみが析出 (存在) する温度と圧力は、 図 1 に示され た曲線 S。2のお側、 即ち、 高温 .低圧側だからである。 工程 3の温度と 圧力に関する好ましい条件は、 前記した工程 1 の条件と同じである。 The reason why the temperature t3 (° C) and the pressure p3 (Torr) were limited to the above ranges was that the atmosphere in which the step 3 was performed was S from the left side of the SOT curve shown in FIG. The reason is that purified Ti (S) is deposited according to the above equation (3) by moving to the right side of the two curves, that is, to the high-temperature / low-pressure side. In other words, the temperature and pressure at which only Ti (S) precipitates (exists) in the solid phase are represented by curve S shown in Fig. 1. This is because the side 2 is high temperature and low pressure. The preferable conditions regarding the temperature and the pressure in the step 3 are the same as those in the step 1 described above.
静置法、移送法、複合法において、前記工程 1 を実施する温度 t 1 (°C) と圧力 p 1 (Torr) はそれぞれ 850°Cく t 1 く 1000°Cおよび 5 Tor rく p 1 <970Torrである。 また、 前記工程 2 および前記固体 T i G I xの析出工程 を実施する温度 t2 (°C) と圧力 P2 (Torr)がそれぞれ 200°C<t2 < 900°C および 30Torr<P2<970Torrである。 また、 前記工程 3を実施する温度 t 3 (°C) と圧力 p3 (Torr)がそれぞれ 850"C<t 3く I000°Cおよび 5 Torr <p3 <970Torrである。 In the stationary method, the transfer method, and the combined method, the temperature t 1 (° C) and the pressure p 1 (Torr) at which the above step 1 is performed are 850 ° C. t 1 and 1000 ° C. and 5 Tor r p 1 <970 Torr. Further, the temperature t2 (° C) and the pressure P2 (Torr) at which the step 2 and the step of depositing the solid TiGIx are performed are 200 ° C <t2 <900 ° C and 30 Torr < P2 <970 Torr, respectively. is there. Further, the temperature t 3 (° C.) and the pressure p 3 (Torr) at which the step 3 is performed are 850 ″ C <t 3 and I000 ° C. and 5 Torr <p3 <970 Torr, respectively.
静置法を実施する場合、 上記範囲の中でも、 工程 1 を実施する圧力 P 1、 工程 2 および前記固体 TiGlxの析出工程を実施する圧力 p2 は、 1 0 OTorr〜 5 0 OTo の範囲内から選択するとよい。 更に、 圧力 ρ1 、 圧力 ρ2 は 2 00〜 4 0 OTorr の範囲内にあることが好ましい。 かかる 範囲内から圧力 p1 、 圧力 p2 の値を選択することによリ、 実用的な反 応速度を得ることができる。 また、 TiGlx (S) の析出を促進でき、 TiG (G) の凝縮を抑制することができる。 上記範囲の中でも、 工程 1 を実施する温度 ΐ 1 、 工程 2 および前記固 体 TiClx の析出工程を実施する温度 t2 は、 ゾーン 1 からゾーン 3に向 かって温度が低くなるような温度勾配を設け、 ゾーン 1 を 9 5 0°C~ 1 0 5 0°C、 ゾーン 3を 2 0 0°C〜 9フ 0°Cとすると好適である。 かかる 構成とすることにより、 実用的な反応速度を得ることができる。 また、 TiClx ( S ) の析出を促進でき、 TiG (G) の凝縮を抑制することがで きる。 When the static method is performed, the pressure P 1 for performing the step 1, the pressure p 2 for performing the step of depositing the solid TiGlx and the pressure p 2 for performing the precipitation step of the solid TiGlx are selected from the range of 10 OTorr to 50 OTo. Good to do. Further, the pressure ρ1 and the pressure ρ2 are preferably in the range of 200 to 40 OTorr. By selecting the values of the pressure p1 and the pressure p2 from within such a range, a practical reaction speed can be obtained. In addition, the precipitation of TiGlx (S) can be promoted, and the condensation of TiG (G) can be suppressed. Within the above range, the temperature ΐ1 at which the step 1 is performed, the temperature t2 at which the step 2 and the step of depositing the solid TiClx are performed have a temperature gradient such that the temperature decreases from the zone 1 toward the zone 3; It is preferable that the zone 1 has a temperature of 950 ° C. to 105 ° C. and the zone 3 has a temperature of 200 ° C. to 9 ° C. 0 ° C. With this configuration, a practical reaction speed can be obtained. Further, the precipitation of TiClx (S) can be promoted, and the condensation of TiG (G) can be suppressed.
さらに、 ゾーン 1 下端の温度を 1 0 0 0°C、 ゾーン 3上端の温度を 1 5 0〜 2 5 0°C程度とすると、 精製チタンの収率および反応効率の観点 から最も好ましい。  Furthermore, it is most preferable that the temperature at the lower end of zone 1 be about 1000 ° C. and the temperature at the upper end of zone 3 be about 150 ° C. to 250 ° C. from the viewpoint of the yield of purified titanium and the reaction efficiency.
静置法では、 ゾーン 3に析出固化させた TiClx(s)を加熱して、 Ti (s) を得る場合、 工程 3を実施するゾ一ン 2の温度は、 8 0 0〜 9 7 0°Cに するとよい。  In the stationary method, when TiClx (s) precipitated and solidified in zone 3 is heated to obtain Ti (s), the temperature of zone 2 in which step 3 is performed is 800 to 970 °. C is good.
容器内を一定の温度に保持したまま容器内を減圧してゾーン 3を S02 曲線の高温 ·低圧側条件下におき、 工程 3を行う場合には、 圧力 P3 を 1 〜 4 0 0Torr (850°C < t 3く 1000°Cのとき) とするとよし、。 The vessel was depressurized while the vessel was kept at a constant temperature Place the zone 3 to the high temperature and low pressure side under the S 02 curve, in the case of performing the step 3, the pressure P 3 1 ~ 4 0 0Torr ( 850 ° C <t3 1000 ° C)
移送法では、 さらに工程 3を行うゾーン 2の温度範囲を 9 5 0〜 1 0 0 0°Cとすると好ましい。 また、 複合法では、 さらに工程 3を行う条件 を温度 8 0 0°C〜 1 0 0 0°C、 圧力 1 〜 5 OTorr とするとよい。  In the transfer method, the temperature range of the zone 2 in which the step 3 is further performed is preferably set to 950 to 100 ° C. Further, in the combined method, the conditions for performing the step 3 may be a temperature of 800 ° C. to 100 ° C. and a pressure of 1 to 5 OTorr.
前記工程 1 に前記容器外から供給される TiGし蒸気は、 前記ゾーン 1 内の原料粗チタン固体の充填層を通過させられた後に、 容器内に存在す る他の気体から分離されて容器外に排出される。 このように金属粗チタ ンの充填層に TiGI4 を通過させるこ とによ り、 金属粗チタ ン中の Fe, Ni. Cr等の不純物を除去することができる。 The TiG vapor supplied from the outside of the vessel in the step 1 is passed through the packed bed of the raw crude titanium solid in the zone 1 and then separated from other gases present in the vessel and separated from the outside of the vessel. Is discharged. By passing TiGI 4 through the packed layer of coarse metal titanium, impurities such as Fe, Ni and Cr in the coarse metal titanium can be removed.
ゾーン 1 に充填される金属粗チタンとしては、 スポンジチタン、 切粉 等を用いることができる。 尚、 金属粗チタンの形態はかかる形態のもの に限定されず、 他の形態を有するものを用いることもできる。 Titanium sponge, chips and the like can be used as the coarse titanium metal to be filled in zone 1. In addition, the form of the metal coarse titanium is such a form. However, the present invention is not limited to this, and one having another form can be used.
金属粗チタンからなる充填層の嵩比重は、 0. 2〜 0. 5が好ましい。 嵩比重がかかる上限値よリ大きい場合には TiCI4蒸気等のガスの流通抵 抗が增し、 運転が難しくなるからである。 また逆に、 嵩比重がかかる下 限値より小さい場合には、 工程 1 における反応効率が低下するからであ る。 The bulk specific gravity of the packed layer made of metal coarse titanium is preferably 0.2 to 0.5. If the bulk specific gravity is larger than the upper limit, the flow resistance of the gas such as TiCI 4 vapor is increased, and the operation becomes difficult. Conversely, when the bulk specific gravity is smaller than the lower limit, the reaction efficiency in step 1 is reduced.
原料粗チタン固体の充填層の長さは、 TiGし蒸気等のガスの平均滞留 時間が 0.5秒以上となるように選択すると良い。 また、 充填層の径に対 する長さの比は、 3以上に設定すると好ましい。 充填層の径に対する長 さの比が 3以下になると、 充填層の半径方向のガス流れに不均一な分布 が生じやすくなリ、 均一な反応が進みにく くなるからである。  The length of the packed bed of raw titanium solid material should be selected so that the average residence time of the gas such as TiG vapor is 0.5 seconds or more. Further, the ratio of the length to the diameter of the packed bed is preferably set to 3 or more. If the ratio of the length to the diameter of the packed bed is 3 or less, uneven distribution of the gas flow in the radial direction of the packed bed is likely to occur, and a uniform reaction becomes difficult to progress.
図 2によって、 本発明に係るチタンの精製方法のうちの 置法の一例 を説明する。 本例では、 上下方向に延びた管型反応容器の内部に、 下か ら順にゾーン 1、 ゾーン 2、 ゾ一ン 3 を設ける。 初期状態では、 ゾーン 1 の底部が 1 00 0°C、 ゾーン 1 とゾーン 2の境界面が 9 6 3°C、 ゾー ン 2とゾーン 3の境界面が 8 5 0°C、 ゾーン 3の頂部が 2 0 0°Cになる よう、 温度勾配を設ける。 圧力は 3 0 OTorr とする。  With reference to FIG. 2, an example of the method of titanium purification according to the present invention will be described. In this example, zone 1, zone 2, and zone 3 are provided in order from the bottom inside a tubular reaction vessel extending vertically. In the initial state, the bottom of Zone 1 is 100 ° C, the boundary between Zone 1 and Zone 2 is 963 ° C, the boundary between Zone 2 and Zone 3 is 850 ° C, and the top of Zone 3 Temperature gradient so that the temperature becomes 200 ° C. The pressure is 30 OTorr.
ゾーン 1 では工程 1 を行い、 生成した TiGlx(G)をゾーン 2 およびゾ —ン 3に導いて冷却し、 固体として析出させる (図 2 ( a ))。 その後、 ゾーン 1 とゾーン 2の境界温度が 980°C、 ゾーン 2とゾーン 3の境界温 度が 96 3。Cとなるよう昇温する (図 2 ( b ))。 このように構成するこ とでゾーン 2は平衡曲線 S。2の高温、 低圧側の条件となり、 ゾーン 2は Ti (S)のみが固相として存在しうる系となる。 その結果としてゾーン 2 に Ti (S)が析出する。なお、 Ti (S)の析出と同時に TiClx(G)が発生する。 その後反応容器全体を初期温度とし、 ゾーン 2で発生した TiClx(G)を ゾーン 2およびゾーン 3に析出させる (図 2 ( a ))o 以上のように、 反応容器底面から TiCI4(G)を導入しながら、 初期状態 (図 2 (a )) における工程及びゾーン 2で熱分解する工程 (図 2 ( b )) を繰り返す。 この操作を繰り返すことにより、 嵩密度が 2.1 gん m3程度 の緻密なチタンを精製することができる。 In Zone 1, Step 1 is performed, and the generated TiGlx (G) is led to Zone 2 and Zone 3 where it is cooled and deposited as a solid (Figure 2 (a)). After that, the boundary temperature between Zone 1 and Zone 2 was 980 ° C, and the boundary temperature between Zone 2 and Zone 3 was 963. The temperature is raised to C (Fig. 2 (b)). With this configuration, Zone 2 has the equilibrium curve S. The conditions of 2 are high temperature and low pressure side, and zone 2 is a system in which only Ti (S) can exist as a solid phase. As a result, Ti (S) precipitates in zone 2. Note that TiClx (G) is generated simultaneously with the precipitation of Ti (S). Thereafter, the entire reaction vessel is set to the initial temperature, and TiClx (G) generated in zone 2 is deposited in zones 2 and 3 (Fig. 2 (a)) o As described above, the process in the initial state (FIG. 2 (a)) and the process of pyrolysis in zone 2 (FIG. 2 (b)) are repeated while introducing TiCI 4 (G) from the bottom of the reaction vessel. By repeating this operation, dense titanium having a bulk density of about 2.1 g m 3 can be purified.
尚、 ゾ一ン 2内を平衡曲線 SQ2の高温、 低圧側の条件とするために、 温度を初期状態の温度に保持したまま、 反応容器内の圧力を 5Torrに減 圧してもよい (図 2 (c ))。 The pressure in the reaction vessel may be reduced to 5 Torr while maintaining the temperature in the initial state in order to set the inside of zone 2 to the high temperature and low pressure side of the equilibrium curve S Q2 (see FIG. 2 (c)).
図 6は、 静置法を実施するためのチタンの精製装置の一例を示す。 管 型の反応管 3 1 を水平に配置し、 反応管 3 1 の左端から順に、 左ゾーン 1 33、 左ゾ一ン 2 36 (右ゾーン 3 )、 右ゾーン 2 3 7 (左ゾ ーン 3)、 右ゾーン 1 34が形成される。 左ゾーン 2 36が昇温さ れる場合には左ゾーン 2 36で工程 3が行われ、 右ゾーン 2 3 7で 工程 2が行われる。 右ゾーン 2 3 7が昇温される場合には左ゾーン 2 36が右ゾ一ン 3となり、 左ゾーン 2 36で工程 2が行われ、 右ゾ一 ン 2 3フで工程 3が行われる。  FIG. 6 shows an example of an apparatus for purifying titanium for performing the stationary method. The tubular reaction tubes 3 1 are arranged horizontally, and from the left end of the reaction tubes 3 1, in order, left zone 133, left zone 236 (right zone 3), right zone 2 3 7 (left zone 3) ), Right zone 134 is formed. When the left zone 236 is heated, Step 3 is performed in the left zone 236, and Step 2 is performed in the right zone 237. When the temperature of the right zone 237 is increased, the left zone 236 becomes the right zone 3, the process 2 is performed in the left zone 236, and the process 3 is performed in the right zone 23.
各ゾーン 1 33、 34内部には、 予め原料である金属粗チタンを充 填しておく。 ゾーン 1 は、 反応管 3 1 外部に設置した加熱炉 3 8により 生成反応に適した温度に設定する。 反応管 3 1 左端部より供給された TiGI4 (G) は左ゾーン 1 34に達した時点で左ゾーン 1 34内部に 充填された金属粗チタンと反応し、 TiGlx(G)が発生する。発生した TiGlx (G) は、 ガスの進行方向にある左ゾーン 3 (右ゾ一ン 2) 3 7に導か れ、 左ゾーン 3 37で冷却されて凝縮 ■ 固化される。 冷却されて析出 した TiClx (S) は、 気体状の TiGI4 (G) と分離される。 The interior of each zone 133, 34 is pre-filled with crude titanium metal as a raw material. Zone 1 is set to a temperature suitable for the production reaction by heating furnace 38 installed outside reaction tube 31. When the TiGI 4 (G) supplied from the left end of the reaction tube 31 reaches the left zone 134, it reacts with the crude titanium metal filled in the left zone 134 to generate TiGlx (G). The generated TiGlx (G) is guided to the left zone 3 (right zone 2) 37 in the direction of gas flow, and cooled and condensed in the left zone 337 ■. The TiClx (S) precipitated upon cooling is separated from gaseous TiGI 4 (G).
次いで反応管 3 1 左端部からの TiGI4 (G) の供給を停止した後、 加熱 炉 38を左ゾーン 1 33および左ゾーン 2 36の領域から右ゾーン 1 34および右ゾーン 2 37の領域に移動して、 右ゾーン 1 34 および右ゾーン 2 3 7を加熱昇温する。 反応管 3 1 右端部から TiGI4 (G) を左方向に供給して、 右ゾーン 1 3 4で金属粗チタンと TiG (G) との工程 1 の反応を行ない、 TiGlx (G) を生成させる。 右ゾーン 1 3 4で発生した TiGlx (G) は、 右ゾーン 3 (左ゾーン 2 ) 3 6で 冷却されて析出し TiC (G)と分離される。 Then, after the supply of TiGI 4 (G) from the left end of the reaction tube 3 1 was stopped, the heating furnace 38 was moved from the left zone 133 and the left zone 236 to the right zone 134 and the right zone 237. And the right zone 1 34 And right zone 2 37 are heated and heated. Reaction tube 3 1 TiGI 4 (G) is supplied to the left from the right end, and the reaction in step 1 between crude titanium metal and TiG (G) is performed in right zone 1 3 4 to generate TiGlx (G). . The TiGlx (G) generated in the right zone 1 34 is cooled and precipitated in the right zone 3 (left zone 2) 36 and separated from TiC (G).
反応管 3 1 左端部から TiGし (G) が供給されたときに左ゾーン 3 (右 ゾーン 2 ) に析出した TiClx (S ) は、 TiGし (G) の供給を逆転させ加 熱領域を右ゾーン 1 3 4およびおゾーン 2 3 7の領域に移動した際 の熱分解反応において精製チタンをその部位に析出することとなる。 こ の時発生する TiGlx(G)は、 右ゾーン 1 3 4で生成した TiClx(G)と共 に右ゾーン 3 3 6で凝縮固化されて TiGI4 (G)と分離される。 Reaction tube 3 1 TiClx (S) precipitated in left zone 3 (right zone 2) when TiG (G) was supplied from the left end, reversed the supply of TiG (G) and shifted the heating area to the right. Purified titanium is deposited at the site in the thermal decomposition reaction when the titanium is moved to the zones 136 and 237. The TiGlx (G) generated at this time is condensed and solidified in the right zone 336 along with the TiClx (G) generated in the right zone 334 and separated from TiGI 4 (G).
次に、 加熱炉 3 8を左に移動し、 左から右への気流による反応を行う。 このような操作を繰り返すことにより、 左ゾーン 2 3 6および右ゾー ン 2 3 7のほぼ総ての領域に Τί (S)を析出させることができ、 反応容 器内を有効に利用することができる。 また、 純度の高い金属チタンを得 ることができる。  Next, the heating furnace 38 is moved to the left, and a reaction is performed by airflow from left to right. By repeating such an operation, Τί (S) can be precipitated in almost all regions of the left zone 236 and the right zone 237, and the inside of the reaction vessel can be effectively used. it can. In addition, highly pure metallic titanium can be obtained.
尚、 生成反応および熱分解反応で副生した TiCI4 (G) は左生成室を通 過して反応管 3 1 外部に導かれ、 凝縮されて再利用される。 Incidentally, TiCI 4 (G) by-produced in the production reaction and the thermal decomposition reaction passes through the left production chamber, is guided to the outside of the reaction tube 31, is condensed, and is reused.
図 3によって、 本発明に係るチタンの精製方法のうちの移送法の一例 を説明する。 上下方向に延びた管型反応容器をゾーン 1 、 ゾーン 2、 ゾ —ン 3に設定する。 反応容器内の圧力は 300Torr とする。 ゾーン 1 底部 が 1 000 °C、 ゾーン 1 とゾ一ン 2の境界面が 9 8 0 °C、 ゾーン 2とゾ —ン 3の境界面が 96 3°C、 ゾ一ン 3の頂部が 2 0 0°Cとなるよう温度 勾配をつける (図 3 ( a))。 このように構成することで、 ゾーン 2とゾ —ン 3の境界面は平衡曲線 S。2上の条件となり、 ゾーン 2では固相とし て Ti (S)のみ、 ゾーン 3では固相として TiGlx(S)のみが存在しうること となる。 FIG. 3 illustrates an example of the transfer method in the titanium purification method according to the present invention. Set the tubular reaction vessel extending vertically to zone 1, zone 2, and zone 3. The pressure inside the reactor is 300 Torr. Zone 1 Bottom 1 000 ° C, Zone 1-Zone 2 interface 980 ° C, Zone 2-Zone 3 interface 96 3 ° C, Zone 3 Top 2 Set a temperature gradient to reach 0 ° C (Fig. 3 (a)). With this configuration, the interface between zone 2 and zone 3 is the equilibrium curve S. The above condition is satisfied.In Zone 2, only Ti (S) can be present as solid phase, and in Zone 3, only TiGl x (S) can be present as solid phase. Becomes
ゾーン 1 で生成した TiGlx(G)をゾーン 3に固体として析出させる。 ついで、 ゾーン 3に析出させた TiGlx(S)をゾーン 2に機械的手段によ リ強制的に移送してゾーン 2で TiClx(S)の熱分解を行い、 精製チタン を析出させると共に TiGlx(G)を発生させる (図 3 ( b ))(, この際発生 する TiGlx(G)もゾーン 3に固体として析出させる。 TiGlx(s)をゾーン 2に移送させる手段としては、 例えば、 上下方向に移動可能なスク レー パ一を設置することで達成しうる。 尚、 TiGlx(s)の移送手段は、 上下方 向に移動可能なスクレーパーに限定されるものでなく、 回転式のスクレ —パ一やダブルスクリュー等を用いてもよい。 これらの移送手段で、 分 離工程で固化析出した TiGlx(s)を連続的に熱分解工程に供給すること により、 連続的に効率的な熱分解反応を行うことができ、 全行程の同時 併行の連続運転が可能となる。 The TiGlx (G) produced in zone 1 is deposited as a solid in zone 3. Next, the TiGlx (S) deposited in Zone 3 was forcibly transferred to Zone 2 by mechanical means, and the TiClx (S) was thermally decomposed in Zone 2 to deposit purified titanium and TiGlx (G (Fig. 3 (b)) ( , TiGlx (G) generated at this time is also deposited as a solid in zone 3. Means for transferring TiGlx (s) to zone 2 include, for example, moving vertically The means of transporting TiGlx (s) is not limited to scrapers that can move upward and downward, but can be achieved by rotating scrapers. A double screw may be used, etc. By these means of transport, the TiGlx (s) solidified and precipitated in the separation step is continuously supplied to the pyrolysis step, thereby continuously and efficiently performing the pyrolysis reaction. This makes it possible to run the entire process simultaneously and continuously.
図 4によって、 本発明に係るチタンの精製方法のうちの複合法の一例 を説明する。 上下方向に延びた管型反応容器をゾーン 1 、 ゾーン 2およ びゾーン 3に設定する。 初期状態ではゾーン 1 底部が 1 0 0 0"C、 ゾー ン 1 とゾーン 2の境界面が 96 3°C、 ゾーン 2とゾーン 3の境界面が 8 5 0°C、 ゾーン 3頂部が 200°Cとなるように温度勾配をつける。 反応 容器内の圧力は 3 0 OTorr とする (図 4 ( a ))0 Referring to FIG. 4, an example of the combined method of the method for purifying titanium according to the present invention will be described. Set the tubular reaction vessels extending vertically to Zone 1, Zone 2 and Zone 3. Initially, the bottom of Zone 1 is 100 "", the boundary between Zone 1 and Zone 2 is 963 ° C, the boundary between Zone 2 and Zone 3 is 850 ° C, and the top of Zone 3 is 200 °. a temperature gradient such that the C. the pressure in the reaction vessel is a 3 0 OTorr (Fig 4 (a)) 0
ゾーン 1 で生成した TiGlx(G)をゾーン 2とゾーン 3に固体として析出 させる。 ついで、 ゾーン 3に析出させた TiGlx(S)をゾーン 2に強制的 に移送させる。 反応容器全体を 3 0 OTorr から 5Torr に徐々に減圧す る (図 4 ( b ))。 温度の高いゾーン 2底部から徐々に TiGlx(S)が熱分 解される。 温度の高い部分から徐々に平衡曲線 S。2の右下側の条件下に 移行するからである。 圧力が 5 Torr となったとき、 ゾーン 2全体で TiClx(S)の熱分解がおこる。 すなわち、 この条件ではゾーン 3では熱分 解がおこることはない。 The TiGlx (G) generated in zone 1 is deposited as a solid in zones 2 and 3. Next, the TiGlx (S) precipitated in zone 3 is forcibly transferred to zone 2. The pressure in the entire reaction vessel is gradually reduced from 30 OTorr to 5 Torr (Fig. 4 (b)). TiGlx (S) is gradually decomposed from the bottom of Zone 2 where the temperature is high. Equilibrium curve S gradually from high temperature part. This is because the system moves to the condition on the lower right side of 2 . When the pressure reaches 5 Torr, thermal decomposition of TiClx (S) occurs in the entire zone 2. In other words, in this condition, There is no solution.
その後、 圧力を 3 00Torr (図 4 ( a )) と 5Torr (図 4 ( b )) に交 互に繰り返し設定し、 前記の操作を繰り返す。  Thereafter, the pressure is alternately set to 300 Torr (FIG. 4 (a)) and 5 Torr (FIG. 4 (b)), and the above operation is repeated.
尚前記した静置法、 移送法、 複合法のいずれの場合にも、 反応容器か ら系外に排出された TiCI4ガスを冷却して液化させる。 このように構成 することにより、 反応容器に供給した TiGしのほぼ全量を回収すること ができる。 回収された TiG は、 反応原料としてリサイクルすることが できる。 また、 本発明の結果物である精製チタンとは、 その使用 · 用途 に応じて、 粗チタンに比べて不純物濃度が 1/10〜1/100程度に精製され た 4N— 6N レベルのチタン材をさすが、 これに限定されるものではな い。 In any of the stationary method, the transfer method, and the compound method, the TiCI 4 gas discharged from the reaction vessel to the outside of the system is cooled and liquefied. With such a configuration, almost all of the TiG supplied to the reaction vessel can be recovered. The recovered TiG can be recycled as a raw material for the reaction. In addition, purified titanium, which is a result of the present invention, refers to a 4N-6N-level titanium material whose impurity concentration is about 1/10 to 1/100 of that of crude titanium, depending on its use and application. As expected, it is not limited to this.
以上のように本発明に係る精製法によれば、 収率よく、 嵩密度の高い 精製チタンを得ることができる。 即ち、 本発明に係るチタン精製法は、 生産性の高いチタンの精製法である。 また、 本発明に係るチタン精製法 によれば、 従来法と比較して低価格でチタンを精製することができ、 物 質損失も少ない。 更に簡易な装置でかかる効果を得ることができる。 本発明の他の利点等は、 以下の記述により、 より明確になるであろう。 図面の簡単な説明  As described above, according to the purification method of the present invention, purified titanium having a high bulk density and a high yield can be obtained. That is, the titanium purification method according to the present invention is a titanium purification method with high productivity. Further, according to the titanium refining method according to the present invention, titanium can be purified at a lower price as compared with the conventional method, and material loss is small. Such effects can be obtained with a simpler device. Other advantages of the present invention will become more apparent from the following description. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
図 1 は、 Ti (S)- TiGI2(S)系の平衡状態図である。 図 2は静置法による 精製方法の説明図である。図 3は移送法による精製方法の説明図である。 図 4は複合法による精製方法の説明図である。 図 5は移送法を実施する ための好ましい装置の一例を示す概略構成図である。 図 6は静置法を実 施するための好ましい装置の一例を示す概略搆成図である。 図フは図 6 の要部拡大図である。 図 8は複合法を実施するための好ましい装置の一 例を示す概略構成図である。 図 9は移送法を実施するための他の装置の 一例を示す概略構成図である。 FIG. 1 is an equilibrium diagram of the Ti (S) -TiGI 2 (S) system. FIG. 2 is an explanatory diagram of a purification method by a stationary method. FIG. 3 is an explanatory view of the purification method by the transfer method. FIG. 4 is an explanatory diagram of the purification method by the hybrid method. FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an example of a preferred apparatus for carrying out the transfer method. FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of a preferred apparatus for performing the stationary method. Figure f is an enlarged view of the main part of Figure 6. FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing an example of a preferred apparatus for performing the combined method. Figure 9 shows another device for carrying out the transfer method. It is a schematic structure figure showing an example.
発明を実施するための最良の形態 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
次に図 5によって本発明の製造方法の一例を説明する。  Next, an example of the manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIG.
本例では、 図 5で示すように、 加熱装置としての電気炉 8に中に単一 の容器としての反応容器 1 が配設されておリ、 この反応容器 1 の上面に は反応容器蓋 5が設けられている。 この反応容器蓋 5の底から立ち上る ように、 管状部を設けており、 この管状部をゾーン 3としての分離室 6 としている。 この分離室 6には、 分離室 6の内壁面に析出した低級塩化 チタンをかきとる機械的手段としてのスクレーパー 7を装着している。 本例の反応容器 1の下半部をゾ一ン 1 としての生成室 2として用いて いる。 そして、 生成室 2内に粗チタン粒 1 6を層状に充填し上半部をゾ —ン 2としての熱分解室 3として用いている。 この熱分解室 3には、 熱 分解容器 4が設置されている。  In this example, as shown in FIG. 5, a reaction vessel 1 as a single vessel is disposed in an electric furnace 8 as a heating device, and a reaction vessel lid 5 is provided on an upper surface of the reaction vessel 1. Is provided. A tubular section is provided so as to rise from the bottom of the reaction vessel lid 5, and this tubular section is used as a separation chamber 6 as a zone 3. The separation chamber 6 is equipped with a scraper 7 as a mechanical means for scraping low-grade titanium chloride deposited on the inner wall surface of the separation chamber 6. The lower half of the reaction vessel 1 of this example is used as a production chamber 2 as a zone 1. Then, coarse titanium particles 16 are filled in layers in the generation chamber 2, and the upper half is used as a pyrolysis chamber 3 as a zone 2. The pyrolysis chamber 3 is provided with a pyrolysis vessel 4.
以上の装置の構造材としては汎用的な鉄、 ステンレス鋼等を用い、 反 応関与物質と接触する部分はこれ等構造材表面をチタンでライニングし, またはチタン自体を用いる。 また、 四塩化チタン供給管 9、 生成室 2及 び反応関与物質の蒸気のみが接触する部分はチタンに代えて、 チタンょ リも塩素との親和性の低い材質、 例えばニッケルのライニングまたは二 ッケル自体を用いることができる。  General-purpose iron, stainless steel, etc. are used as the structural material of the above-mentioned apparatus, and the surface of these structural materials is lined with titanium or titanium itself is used at the part that comes into contact with the reaction-related substances. Also, the titanium tetrachloride supply pipe 9, the production chamber 2, and the part where only the vapor of the reaction-participants are in contact are replaced with titanium, and titanium is also made of a material having low affinity with chlorine, such as nickel lining or nickel. It itself can be used.
反応容器 1 を囲む電気炉 8の電熱線は上下方向に数分割され、 また、 反応容器蓋 5の底部にも電熱線が設置されている。 そして、 電気炉 8の 電熱線によって生成室 2、 及び熱分解室 3を所定の温度に保持する。 分 離室 6の外壁は熱媒体により適温まで冷却する。 また本例では、 製造装 置の各部、 特にフランジ部などの局所は四塩化チタン蒸気が凝縮しない ように保温している。 The heating wire of the electric furnace 8 surrounding the reaction vessel 1 is divided into several parts in the vertical direction, and a heating wire is also provided at the bottom of the reaction vessel lid 5. Then, the production chamber 2 and the thermal decomposition chamber 3 are maintained at a predetermined temperature by the heating wire of the electric furnace 8. The outer wall of the separation chamber 6 is cooled to an appropriate temperature by a heat medium. Also, in this example, titanium tetrachloride vapor does not condense at each part of the manufacturing equipment, especially at the local area such as the flange. I keep it warm.
四塩化チタン蒸気を反応容器 1の底部に取りつけられた四塩化チタン 供給管 9から生成室 2に連続的に一定流量で供給し、 分離室 6から四塩 化チタン排出管 1 0を通って排出される四塩化チタン蒸気の流量を調節 することによリ装置内部を所定の圧力に保持する。  Titanium tetrachloride vapor is continuously supplied at a constant flow rate to the production chamber 2 from the titanium tetrachloride supply pipe 9 attached to the bottom of the reaction vessel 1, and discharged from the separation chamber 6 through the titanium tetrachloride discharge pipe 10. By adjusting the flow rate of titanium tetrachloride vapor to be maintained, the inside of the apparatus is maintained at a predetermined pressure.
生成室 2に供給された四塩化チタン蒸気は、 粗チタン片 1 6の間隙を 通過しつつ粗チタンと反応し粗チタン粒充填層の上面に達するまでに平 衡に達した混合蒸気となる。 この混合蒸気は反応容器 1 の内壁と熱分解 容器 4の外壁との間隙 1 1 及び熱分解容器 4の底部の多数の小孔 1 2を 流路として分離室 6内に供給され、 分離室 6内で冷却されて含有する低 級塩化チタンを内壁面に析出し、 蒸気のまま残った四塩化チタンは四塩 化チタン排出管 1 0より器外へ排出する。  The titanium tetrachloride vapor supplied to the generation chamber 2 reacts with the coarse titanium while passing through the gap between the coarse titanium pieces 16 and becomes a mixed vapor that reaches equilibrium before reaching the upper surface of the coarse titanium particle packed bed. This mixed vapor is supplied to the separation chamber 6 through the gap 11 between the inner wall of the reaction vessel 1 and the outer wall of the pyrolysis vessel 4 and the many small holes 12 at the bottom of the pyrolysis vessel 4 as flow paths. The lower titanium chloride contained therein is cooled on the inside to precipitate out on the inner wall surface, and the titanium tetrachloride remaining as a vapor is discharged outside through a titanium tetrachloride discharge pipe 10.
分離室 6内壁に析出した低級塩化チタンはスクレーパ一 7によって連 続的にかき取られ下方の熱分解室 3へ落下する。  The lower titanium chloride deposited on the inner wall of the separation chamber 6 is continuously scraped off by the scraper 17 and falls into the lower pyrolysis chamber 3.
熱分解室 3においては、 分離室 6から連続的に落下する低級塩化物が 熱分解して精製チタン 1 7が生成されると共に、 この反応に随伴して不 可避的に発生する低級塩化チタン蒸気及び四塩化チタン蒸気から成る混 合蒸気が連続的に発生する。 この混合蒸気は生成工程で生成した混合蒸 気と共に分離室 6に供給され、 連続的に低級塩化チタンを析出し残留四 塩化チタン蒸気は器外へ連続的に排出される。  In the pyrolysis chamber 3, the lower chloride continuously falling from the separation chamber 6 is thermally decomposed to produce purified titanium 17 and the lower titanium chloride unavoidably generated accompanying this reaction. Mixed steam consisting of steam and titanium tetrachloride steam is continuously generated. This mixed vapor is supplied to the separation chamber 6 together with the mixed vapor generated in the generation step, and continuously deposits lower titanium chloride, and the residual titanium tetrachloride vapor is continuously discharged outside the vessel.
以上の連続運転は、 分離室 6と熱分解室 3との低級塩化チタンの授受 が繰返し連続的に行われる過程において、 熱分解によって低級塩化物が 消費される速度に相当する速度で生成工程よりの低級塩化チタンを補給 することによって定常化される。  In the continuous operation described above, in the process in which the exchange of low-grade titanium chloride between the separation chamber 6 and the thermal decomposition chamber 3 is repeatedly and continuously performed, the generation process is performed at a rate corresponding to the rate at which the low-grade chloride is consumed by thermal decomposition. It is stabilized by replenishing low-grade titanium chloride.
これは分離室 6からプロセス外に排出される四塩化チタン流量に等し い流量で生成室 2への四塩化チタン供給を行うことによって達成され、 この場合、 例えば低級塩化チタンが二塩化チタン 1 モルに対し三塩化チ タン 0 . 2モルの組成である場合精製チタンは四塩化チタンの供給量ま たは排出量 1 モルに対し約 0 . 5モル強が生成され熱分解室 3に蓄積さ れることとなる。 This is achieved by supplying titanium tetrachloride to production chamber 2 at a flow rate equal to the flow rate of titanium tetrachloride discharged out of the process from separation chamber 6, In this case, for example, if the lower titanium chloride has a composition of 0.2 mol of titanium trichloride to 1 mol of titanium dichloride, the purified titanium is about 0.5 mol per 1 mol of the supply or discharge of titanium tetrachloride. Molar strength is generated and accumulated in the pyrolysis chamber 3.
(具体的な実施例)  (Specific examples)
【例 1 】  【Example 1 】
本例 1 は、 移送法を実施するための好ましい装置の一例を示すもので あり、 図 5において単一の容器としてのステンレス鋼製反応容器 1 の内 径約 1 6 cm、 ゾ一ン 1 としての生成室 2の高さ約 4 O cm、 ゾーン 2とし ての熱分解室 3の高さ約 6 O cm、 チタン製熱分解容器 4の外径約 1 4 cm 高さ 5 5 cm、 ゾーン 3としての分離室 6の内径約 8 . 5 cm高さ約 1 0 0 cmで反応容器 1 の胴部内壁 (底部を除く)、 反応容器蓋 5の反応蒸気に 接する側の壁及び分離室 6内壁にはチタン板をライニングした装置を使 用した。  Example 1 shows an example of a preferable apparatus for carrying out the transfer method.In FIG. 5, a stainless steel reaction vessel 1 as a single vessel has an inner diameter of about 16 cm and a zone 1 is used. Approximately 4 Ocm in height of the generation chamber 2 of the furnace, Approximately 6 Ocm in height of the pyrolysis chamber 3 as Zone 2, Approximately 14 cm in outer diameter of the pyrolysis vessel 4 made of titanium, 5.5 cm in height, Zone 3 The inner diameter of the reaction chamber 1 (excluding the bottom), the inner wall of the reaction chamber 1 (excluding the bottom), the inner wall of the reaction chamber 1 and the inner wall of the separation chamber 6 and the inner wall of the separation chamber 6 For this, a device lined with a titanium plate was used.
本例における分離室 6内の機械的手段としてのスクレーパー 7は、 直 径約 2 cmのチタン製シャフ 卜と、 このシャフ 卜の先端部に直角に取り付 けた直径約 1 cm長さ 8 . 5 cm弱のチタン製の棒状の内壁かきとリ羽根 1 4とから構成されており、 スクレーパーフを回転と同時に上下運動、 即 ち螺旋運動させて、 内壁かきとり羽根 1 4の先端を内壁面と摺動させる ことによリ分離室 6の内壁に析出する低級塩化チタンを全面的にかきと る。  In this example, a scraper 7 as a mechanical means in the separation chamber 6 has a titanium shaft having a diameter of about 2 cm, and a diameter of about 1 cm 8.5 which is attached at a right angle to a tip of the shaft. Consists of a rod-shaped inner wall scraper made of titanium with a diameter of less than 1 cm and a wing blade 14. By moving it, the lower titanium chloride deposited on the inner wall of the separation chamber 6 is completely scraped.
同時にスクレーパー 7の螺旋運動の上限における内壁かきとリ羽根の 位置の直上に、 内壁に対し内壁の直径方向に取りつけた直径約 1 cm長さ 3 cm強の 2ケのチタン製チップ即ちシャフ トかきとリ羽根 1 5の先端が スクレーパーの螺旋運動に伴いシャフ 卜表面と摺動することによりシャ フ 卜に析出する低級塩化チタンをかきとる機構を採用している。 生成室 2内には、 市販のコマーシャルスポンジチタン 1 Okgを挿入し た。 反応容器 1 の内部をガス出入管としての排気管 1 3を介して真空ポ ンプで約 1 0— 3 T o r rまで排気し、 生成室 2の底面から上方 3 Ocm までの外壁温度を約 9 6 0°C、 熱分解室 3の底面の上方 1 Ocmより上端 までの外壁温度及び反応容器蓋 5の底面温度を約 9 4 0"Cに保持し、 分 離室 6の外壁に巻いた熱媒体パイプに 1 5 0¾の熱媒体を流し、 また装 置局所のすべてを 1 5 0"C以上に保持した。 At the same time, just above the position of the inner wall scraper and the wing at the upper limit of the spiral movement of the scraper 7, two titanium chips, about 1 cm in diameter and slightly more than 3 cm in diameter, attached to the inner wall in the diametric direction of the inner wall, i.e., shaft scraper A mechanism is used to scrape the low-grade titanium chloride that precipitates on the shaft by the tip of the blade 15 sliding on the shaft surface as the scraper spirals. In the production chamber 2, 1 Okg of commercially available titanium titanium sponge was inserted. The interior of the reaction vessel 1 was evacuated to about 1 0- 3 T orr vacuum pump through an exhaust pipe 1 3 as the gas inflow and outflow pipes, generation chamber outer wall temperature of the second bottom surface to the upper 3 OCM about 9 6 0 ° C, heat medium wound around the outer wall of the separation chamber 6 while maintaining the outer wall temperature from 1 Ocm above the bottom of the pyrolysis chamber 3 to the upper end and the bottom temperature of the reaction vessel lid 5 at about 940 "C A heating medium of 150 mm was flowed through the pipe, and the entire area of the apparatus was kept at 150 ° C or higher.
ガス出入管としての四塩化チタン供給管 9から四塩化チタン液を 4 0 Og/hr の一定流量で生成室 2に供給した (四塩化チタンを定量供給す るには液体の方が容易であり、 供給された液は生成室 2で反応するまで に気化するから蒸気で供給したのと本質的に同じである。)。 四塩化チタ ン排出管から排出される蒸気流量を調節する事によって反応容器 1 の内 圧を 20 T o r rに保持し、 スクレ一パ一 7は連続的に作動させた。 上記条件下で 6 0時間の反応を行い、 次いで四塩化チタンの供給を停 止し、 スクレーパー 7の作動をその後約 1時間続行し、 四塩化チタンの 排出が止まるのを確認し、更に装置各部を反応時の温度に保持したまま、 真空ポンプで約 1 時間排気を行い、 反応容器 1 内の真空度を 1 0— 3 T o r r以下として、 反応容器 1 を密閉し、 更に、 得られた精製チタンの 結晶状態の安定化のため約 3時間装置各部を保温した後、 装置を室温ま で冷却した。 A titanium tetrachloride liquid was supplied from the titanium tetrachloride supply pipe 9 as a gas inlet / outlet pipe to the production chamber 2 at a constant flow rate of 40 Og / hr. (Liquid is easier to supply titanium tetrachloride quantitatively. However, since the supplied liquid is vaporized before reacting in the production chamber 2, it is essentially the same as that supplied by steam.) The internal pressure of the reaction vessel 1 was maintained at 20 Torr by adjusting the flow rate of steam discharged from the titanium tetrachloride discharge pipe, and the scraper 17 was operated continuously. The reaction was carried out for 60 hours under the above conditions, then the supply of titanium tetrachloride was stopped, the operation of the scraper 7 was continued for about one hour thereafter, and it was confirmed that the discharge of titanium tetrachloride was stopped. the while holding temperature at the time of the reaction, carried out for approximately 1 hour evacuated by a vacuum pump, the vacuum degree in the reaction chamber 1 as follows 1 0- 3 T orr, the reaction vessel 1 was sealed, further purification obtained After keeping each part of the equipment warm for about three hours to stabilize the crystal state of titanium, the equipment was cooled to room temperature.
そして熱分解室 3に蓄積された精製チタン 2. 9 1 kgを採取した。 四 塩化チタンの供給量は合計 24. 6 kgで、 排出された四塩化チタン蒸気 を冷却液化して計量したところ 2 4. 2 kgが回収された。 理論的には供給量と同量が回収されるべきであって、 四塩化チタン損 失量は 24. 6 kg - 24. 2 kg = 0. 4 kg, 即ち供給量の約 1 · 6 %で あるが装置を分解した際、 反応容器 1 と反応容器蓋 5の間隙、 分離室 6 の頭部、 スクレーパ一 7のシャフ ト先端部などに低級塩化チタンが付着 していたのでこの四塩化チタンの損失は低級塩化チタンの形で損失とな つたと推定される。 原料粗チタンと精製チタンの分析値を図表 1 0に示 す。 Then, 2.91 kg of purified titanium accumulated in the pyrolysis chamber 3 was collected. The total supply amount of titanium tetrachloride was 24.6 kg. The discharged titanium tetrachloride vapor was cooled and liquefied and measured, and 24.2 kg was recovered. Theoretically, the same amount as the supply should be recovered, and the loss of titanium tetrachloride is 24.6 kg-24.2 kg = 0.4 kg, or about 1.6% of the supply. However, when the equipment was disassembled, the gap between reaction vessel 1 and reaction vessel lid 5, separation chamber 6 Since the lower titanium chloride had adhered to the head and the tip of the shaft of the scraper 17, it is estimated that the loss of titanium tetrachloride was lost in the form of lower titanium chloride. Chart 10 shows the analytical values of raw titanium crude and purified titanium.
【例 2】  [Example 2]
図 6及び図 7により本発明の静置法を実施するための好ましい装置の —例を説明する。 図 6は装置の全体構成を示すものであり、 図 6は図フ の要部拡大図である。  An example of a preferred apparatus for performing the stationary method of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 shows the overall configuration of the apparatus, and FIG. 6 is an enlarged view of a main part of FIG.
図 6で示すように、 単一の容器としての透明石英製の反応管 3 1 (外 径 2 4 内径 2 1 長さ 5 O O mm) を水平に設置する。 本装置で精 製を実施する場合、 反応管 3 1 内を流れる気流を、 図 6において左から 右へまたは右から左へ、 と一定期間ごとに逆転させる。  As shown in Fig. 6, a transparent quartz reaction tube 31 (outer diameter 24, inner diameter 21, length 5 O O mm) as a single vessel is installed horizontally. When purifying with this apparatus, the airflow flowing in the reaction tube 31 is reversed from left to right or right to left in FIG. 6 at regular intervals.
従って、 チタンと四塩化チタンの反応を行うゾーン 1 としての生成室 は二室必要で、 反応管 3 1 の左右の端部寄りの位置でかつ反応管 3 1 の 軸方向の中心面 3 2に対し互に対稱の位置に、 左生成室 3 3と右生成室 3 4 (それぞれ中心より 7 0 1 3 O mm) を設ける。  Therefore, two production chambers are required as zone 1 for the reaction between titanium and titanium tetrachloride, and they are located near the left and right ends of the reaction tube 31 and at the axial center plane 32 of the reaction tube 31. On the other hand, a left generation chamber 33 and a right generation chamber 34 (each of which has a position of 70 13 O mm from the center) are provided at the same positions.
図 7で示すように、 左及び右生成室 3 3 , 3 4には、 原料粗チタンと して、 チタンプリゲッ トを旋盤で切削して得られる切粉を 1 室当たり約 1 4 gを密に充填し、 各々の端部に石英ウール 3 5を栓状に詰めこむ。 この石英ウール 3 5は左及び右生成室 3 3 3 4の両端に僅かでも差圧 がある場合には気流が通過しうるが、 差圧はないが対流が起る場合、 そ の対流が左及び右生成室 3 3 3 4内外に出入するのを遮ぎる機能、 即 ち左及び右生成室 3 3 3 4を貫通する気流がない限り、 室内のガスを 閉じこめる機能を果すものである。  As shown in Fig. 7, in the left and right production chambers 33 and 34, approximately 14 g of cutting chips obtained by cutting a titanium pre-gut with a lathe as raw titanium was densely packed per chamber. Fill and stuff quartz wool 35 into a plug at each end. This quartz wool 35 can pass airflow if there is a slight pressure difference between both ends of the left and right generation chambers 3334, but if there is no pressure difference but convection occurs, the convection is left. It functions to block the gas from entering and exiting the inside and outside of the right and left generation chambers 3 3 3 4. That is, it functions to confine the gas in the room unless there is an airflow passing through the left and right generation chambers 3 3 3 4.
左及び右生成室 3 3 3 4に挾まれる反応管 3 1 内の空間は、 左及び 右生成室 3 3 3 4から排出される低級塩化チタンと四塩化チタンの混 合蒸気を冷却し、 低級塩化チタン固体を反応管 3 1 の内壁に沈着させ、 四塩化チタン蒸気と分離するゾーン 3としての分離室の機能と、 反応管 3 1 の内壁に沈積した低級塩化チタンを加熱し熱分解させるゾーン 2と しての熱分解室の機能を併せて果す精製室として用いるが、 これを左右 に分け、 左精製室 3 6と右精製室 3 フ (それぞれ中心より フ O mm) とし ている。 The space inside the reaction tube 31 sandwiched between the left and right production chambers 3 3 3 4 is a mixture of lower titanium chloride and titanium tetrachloride discharged from the left and right production chambers 3 3 3 4. The combined steam is cooled, the lower titanium chloride solid is deposited on the inner wall of the reaction tube 31, and the function of the separation chamber as zone 3 is separated from the titanium tetrachloride vapor, and the lower titanium chloride deposited on the inner wall of the reaction tube 31. It is used as a refining chamber that also functions as a pyrolysis chamber as zone 2 for heating and pyrolysis, and is divided into left and right, and the left refining chamber 36 and the right refining chamber 3 mm).
図 6及び図フで左からおへの気流の場合、 左精製室 3 6が熱分解室、 右精製室 3 7が分離室の機能を、 右から左への気流の場合、 右精製室 3 フが熱分解室、 左精製室 3 6が分離室の機能を果す。  In Fig. 6 and Fig. F, in the case of airflow from the left, the left purification chamber 36 functions as a pyrolysis chamber, the right purification chamber 37 functions as a separation chamber, and in the case of airflow from right to left, the right purification chamber 3 Is a pyrolysis chamber, and the left purification chamber 36 functions as a separation chamber.
反応管 3 1 の外周には左右に移動可能な加熱装置としての管状の電気 炉 3 8 (内径 3 4 mm、 長さ 2 2 O mm) を設置し、 左から右への気流の場 合、 図 6に示す左寄りの位置 (右端面は中心より右 4 O mm、 左端面は中 心より左 1 8 0圆)、 右から左への気流の場合、 反応管 3 1 の中心に対 し、 上記と対称の右寄りの位置に移動する。  A tubular electric furnace 38 (with an inner diameter of 34 mm and a length of 22 O mm) is installed on the outer periphery of the reaction tube 31 as a heating device that can move to the right and left. In the leftward position shown in Fig. 6 (the right end face is 4 Omm to the right from the center, the left end face is 180 圆 to the left from the center). In the case of airflow from right to left, with respect to the center of the reaction tube 31, Move to the right position symmetrical to the above.
この電気炉 3 8は、 発熱体の特殊配置により、 9 5 0 nC程度に加熱し たとき ± 5 °Cの範囲内で炉温が等しくなる部分、 即ち均温部 3 9の長さ は 1 2 O mm あり、 例えば左寄り位置に置いた時、 左生成室 3 3及び左 精製室 3 6の殆んどが均温部 3 9でカバーでき、 逆の場合は逆の室が力 バーされる。 The electric furnace 3 8, by a special arrangement of the heat generating element, 9 5 0 n portions furnace temperature within a range of ± 5 ° C when heated to about C equals, i.e. the length of the isothermal section 3 9 1 2 O mm, for example, when placed at the left side position, most of the left generation chamber 33 and the left purification chamber 36 can be covered by the temperature equalizing section 39, and in the opposite case, the reverse chamber is forced. You.
電気炉 3 8の内壁と反応管 3 1の外壁との間隙には、 電気炉 3 8の中 心位置とその左右に 3 O mm 間隔で熱接点を配置した 7対のク口メル、 アルメル熱電対 4 0、 4 1 、 4 2、 4 3、 4 4、 4 5、 4 6を挿入し、 それぞれメーターに接続する。 図 6には熱接点位置のみを示す。 また上 記間隙の両端部には断熱材 4 7を挿入し、 保温している。  In the gap between the inner wall of the electric furnace 38 and the outer wall of the reaction tube 31, there are 7 pairs of hot-melt and alumel thermoelectric heaters with hot contacts placed at the center of the electric furnace 38 and at right and left intervals of 3 O mm. Insert pairs 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46 and connect to the meters respectively. Figure 6 shows only the hot junction position. Insulating materials 47 are inserted at both ends of the gap to keep the temperature.
反応管 3 1 の左端、 右端は、 それぞれ左ガス出入管 4 8、 右ガス出入 管 4 9に連結され、 その連結部は、 それぞれ弗素ゴム製の栓でシールさ れ、 それぞれ、 バルブ 5 0、 5 1 を介して、 四塩化チタン液を貯え、 ま たはその気化、 液化を行うべき左液溜 5 2、 右液溜 5 3 (それぞれ、 内 径 2 1 mm、 全長 2 5 0 mm、 貯液可能量約 6 0 g ) に連結されている。 The left and right ends of the reaction tube 31 are connected to a left gas inlet / outlet tube 48 and a right gas outlet / inlet tube 49, respectively, and the connection is sealed with a fluoro rubber stopper. Titanium tetrachloride solution is stored via the valves 50 and 51, respectively, and the left and right reservoirs 52 and 53 where vaporization and liquefaction are to be performed are performed (each having an inner diameter of 21 mm). It has a total length of 250 mm and a storage capacity of about 60 g).
左及び右液溜 5 2、 5 3は、 それぞれバルブ 5 4、 5 5を介し、 管路 5 6によリコ一ルドトラップ 5 7 (内径 3 O itiiru 全長 3 0 0 nim、 貯液可 能量約 1 2 0 g ) に連結され、 更にコールドトラップ 5 7を経て、 バル ブ 5 8を介し排気管 5 9によって真空ポンプ 6 0に連結されている。 また、 左液溜 5 2には、 バルブ 6 1 を有する四塩化チタン注入口 6 2 が設けられ、 右ガス出入管 4 9には、 バルブ 6 3を介して U字管圧力計 6 4及び装置内にアルゴン、 空気等を導入するためのバルブ 6 5を有す るガス供給口 6 6が連結されている。 上記左及び右液溜 5 2、 5 3は、 それぞれ温度調節機能を備えたウォーターバスポッ ト 6フ、 6 8中に浸 され、 コールドトラップ 5フは保冷機能を持つ冷却剤ポッ 卜 6 9中に浸 される。  The left and right liquid reservoirs 52, 53 are connected to the line 56 via valves 54, 55, respectively, and the liquid trap 5 7 (inner diameter 3 O itiiru total length 300 nim, approx. 120 g), and further through a cold trap 57, through a valve 58, through an exhaust pipe 59 to a vacuum pump 60. The left liquid reservoir 52 is provided with a titanium tetrachloride injection port 62 having a valve 61, and the right gas inlet / outlet pipe 49 is provided with a U-tube pressure gauge 64 and a device via a valve 63. A gas supply port 66 having a valve 65 for introducing argon, air, etc. into the inside is connected. The left and right reservoirs 52 and 53 are immersed in water bath pots 6 and 68, respectively, with a temperature control function, and the cold trap 5 is in a coolant port 69 with cooling function. Soaked in
次に精製反応について説明する。  Next, the purification reaction will be described.
温度 t = 9 0 0 °Cでは圧力 P = 3 7 T o r rが、 系 S。2の上限であ るから、 実施に際する温度、 圧力の多少の誤差や変動があっても系 S。 の条件から外れない為、 例えば温度 t = 9 5 0 °C、 圧力 P = 2 7 T o r r (この蒸気圧を示す四塩化チタン液の温度は約 4 0 °C ) を、 チタンと 四塩化チタン蒸気の反応及び低級塩化チタンの熱分解反応の条件とする c 左液溜 5 2の温度 0 Lを 4 5 °C、右液溜 5 3の温度 0 Rを 0 ~ 1 0 °C、 電気炉 3 8を左寄り位置とし、 その均温部温度 t を 9 0 0 °Cとして、 バ ルブ 5 0を全開とし、圧力計の読み Pが 2 7 T o r r となるよう調節し、 気流が反応管 3 1 の左から右へ流れる状態で反応を開始する。 At temperature t = 900 ° C, pressure P = 37 Torr, but system S. Since this is the upper limit of 2 , even if there are slight errors and fluctuations in the temperature and pressure during the operation, the system S. Therefore, for example, the temperature t = 950 ° C, the pressure P = 27 Torr (the temperature of the titanium tetrachloride liquid showing this vapor pressure is about 40 ° C), the titanium and titanium tetrachloride Set the conditions for the reaction of steam and the thermal decomposition reaction of lower titanium chloride.c Temperature of left reservoir 52 is 0 L at 45 ° C, temperature of right reservoir 53 is 0 R at 0 to 10 ° C, electric furnace 3 8 is set to the left position, the temperature of the soaking section is 900 ° C, the valve 50 is fully opened, the pressure gauge reading P is adjusted to 27 Torr, and the air flow is adjusted to 3 1 Start the reaction with the flow from left to right.
0 Lを理論値の 4 0 °Cでなく、 4 5 °Cまで上げたのは、 液溜の蒸発面 積は充分でなく、 反応管 3 1 内の圧損もあるため、 理論値通りでは Pの 値を 2 7 T o r rまで上昇できないためであり、 更に Pを一定に保持し かつ所定の四塩化チタン供給速度を得るには、 液溜の液面レベル h しの 低下速度を見ながら 0 Lとバルブ 5 1 の開度を調節しなければならない。 四塩化チタン供給速度は、 この装置規模では 0 . 1 g/tn i n 程度が適当 である。 この状態で運転を続けると反応管 3 1 内に供給された四塩化チ タン蒸気は左生成室 3 3に充填された粗チタンの左端から反応し、 充填 層を通過して、 右端から排出されるまでに、 平衡式 ; The reason why 0 L was raised to 45 ° C instead of the theoretical value of 40 ° C was that the evaporation area of the liquid pool was not enough and there was a pressure loss in the reaction tube 31, so P of This is because the value cannot be increased to 27 Torr, and in order to keep P constant and obtain the specified titanium tetrachloride supply rate, it is necessary to increase the level to 0 L while observing the rate of decrease in the liquid level h of the liquid reservoir. The opening of valve 51 must be adjusted. It is appropriate that the feed rate of titanium tetrachloride is about 0.1 g / tn in on this scale. If the operation is continued in this state, the titanium tetrachloride vapor supplied into the reaction tube 31 reacts from the left end of the crude titanium filled in the left generation chamber 33, passes through the packed bed, and is discharged from the right end. By the balance equation
(式 1 ) T i (固相) + T i C I 4 (気相) 《2 T i C I 2 (気相) (式 2 ) T i C I 2 (気相) + T i C I 4 (気相) 《2 T i C I 3 (気相) に到達して低級塩化チタン蒸気と四塩化チタン蒸気との混合蒸気となる 低級塩化チタン固体は、 右反応室の長さ方向の略中央部の反応管 3 1 内壁に、 径方向の中心部は空洞のリング状で、 その軸方向断面はレンズ 状の形で沈着する。 左から右への気流方向で四塩化チタン供給量約 5 g に達したならば、 バルブ 5 0、 5 1 を一旦閉じ、 右液溜 5 3の温度 を 4 5 °C、 左液溜 5 2の温度 を 0〜 1 0 °Cとし、 バルブ 5 0を一旦 全開とした後、 電気炉 3 8を徐々に右寄り位置へ移動する。 電気炉 3 8 の移動中、 右精製室 3 7が電気炉 3 8の加熱部内に入ると速くも低級塩 化チタンの熱分解反応が始まる。 (Equation 1) Ti (solid phase) + Ti CI 4 (gas phase) << 2 Ti CI 2 (gas phase) (Formula 2) Ti CI 2 (gas phase) + Ti CI 4 (gas phase) 《2 T i CI 3 (vapor phase), which becomes a mixed vapor of lower titanium chloride vapor and titanium tetrachloride vapor. The lower titanium chloride solid is placed in the reaction tube 3 near the center in the lengthwise direction of the right reaction chamber. 1 On the inner wall, the radial center is deposited in the shape of a hollow ring, and its axial section is deposited in the shape of a lens. When the supply amount of titanium tetrachloride reaches about 5 g in the airflow direction from left to right, the valves 50 and 51 are closed once, the temperature of the right reservoir 53 is 45 ° C, and the left reservoir 5 2 After setting the temperature of the furnace to 0 to 10 ° C and once opening the valve 50, the electric furnace 38 is gradually moved to the right side position. While the electric furnace 38 is moving, when the right purification chamber 37 enters the heating section of the electric furnace 38, the thermal decomposition reaction of the lower titanium chloride starts as soon as possible.
電気炉 3 8の移動終了後均温部温度 t を 9 0 0 °Cに調整し、 バルブ 5 0の開度を調節しつつ、 バルブ 5 1 を開き、 圧力 P = 1 7 T o r r、 四 塩化チタン供給流量 0 . 1 g/m i n の運転条件に調整し、 右から左への気 流での運転を開始する。  After moving the electric furnace 38, adjust the temperature of the soaking zone t to 900 ° C, adjust the opening of the valve 50, open the valve 51, and set the pressure P = 17 Torr, tetrachloride. Adjust the operation conditions to a titanium supply flow rate of 0.1 g / min and start operation with a right-to-left airflow.
右生成室 3 4における反応、 左精製室 3 6での低級塩化チタンの固化 沈着、 四塩化チタン蒸気との分離等は、 左から右への気流の場合と同様 であり、 異るのは上記の反応分離等と併行して、 右精製室 3 7で低級塩 化チタンの熱分解が行われる事である。 熱分解反応は速かに進行するので、 この段階の初期に終了し、 右精製 室 3 フには精製チタンが存在する状態で右生成室 3 4での反応が進行し、 右生成室 3 4から流出する混合蒸気は右精製室 3 7の精製チタンの中を 通過するが、 この混合蒸気は右生成室 3 4で粗チタンと既に平衡に達し ており、 精製チタンの存在する右精製室 3フと同一温度、 圧力条件にあ るから逆反応を起したり、 汚染されることはない。 The reaction in the right generation chamber 34, solidification and deposition of lower titanium chloride in the left purification chamber 36, separation from titanium tetrachloride vapor, etc. are the same as in the case of airflow from left to right. In parallel with the reaction separation, the lower titanium chloride is thermally decomposed in the right purification chamber 37. Since the pyrolysis reaction proceeds rapidly, it ends at the beginning of this stage, and the reaction proceeds in the right production chamber 3 4 with the purified titanium in the right purification chamber 3, and the right production chamber 3 4 The mixed vapor flowing out of the tank passes through the purified titanium in the right purification chamber 37, and this mixed vapor has already reached equilibrium with the crude titanium in the right generation chamber 34, and the right purification chamber 3 in which purified titanium exists Since it is under the same temperature and pressure conditions as the heat pump, there is no reverse reaction or contamination.
右から左への気流方向での運転で、 四塩化チタン約 5 gの供給を終了 したならば再び左から右への気流での運転に切替える。切替の手順方法、 運転条件等は上記同様であるが、 異なるのは、 この運転では右精製室 3 1における低級塩化チタンの固化沈着は既に生成している精製チタンの 上に起ることであり、 この部分の反応管 3 1 中心部の空洞、 即ち気流の 通路は狭められる。  When the supply of about 5 g of titanium tetrachloride is completed in the right-to-left airflow direction, the operation is switched to the left-to-right airflow again. The switching procedure and operating conditions are the same as above, except that in this operation, solidification and deposition of lower titanium chloride in the right purification chamber 31 occurs on the purified titanium that has already been formed. However, the cavity at the center of the reaction tube 31 in this part, that is, the passage of the air flow is narrowed.
電気炉 3 8の左寄りまたは右寄り位置を毎回 1 O mm 程度変更するこ とにより、 ある程度の閉塞防止効果はあるが、 数回の運転を行えば、 気 流の通路は閉塞する。 これは精製室の収容能力限度まで運転した事とな るので、 閉塞した低級塩化チタンを熱分解して運転終了とする。  Changing the leftward or rightward position of the electric furnace 38 by about 1 Omm each time has a certain degree of blockage prevention effect, but the airflow passage is blocked after several operations. This means that the operation has been performed up to the capacity of the refining room, so the clogged low-grade titanium chloride is thermally decomposed and the operation is terminated.
先ずバルブ 5 0 , 5 1 を一旦閉じ左右のウォータ一バスポソ ト 6 8、 First, close the valves 50 and 51 once, and then close the left and right water bath
6 9に氷を投入し、 左右液溜 5 2、 5 3を 0 °C付近まで冷却した後、 バ ルブ 5 0、 5 1 を開く。 反応管 3 1 及び配管中の四塩化チタンを可能な 限り左及び右液溜 5 2、 5 3に吸収し、 圧力を下げ最後の熱分解を完結 させるためである。 6 Add ice to 9 and cool the left and right reservoirs 52 and 53 to around 0 ° C, then open the valves 50 and 51. This is because the titanium tetrachloride in the reaction tube 31 and the piping is absorbed as much as possible into the left and right liquid reservoirs 52, 53, and the pressure is reduced to complete the final pyrolysis.
次いで電気炉 3 8を均温部温度 t = 9 5 0 °Cの烬、 徐々に反応管 3 1 の中心部に移動し、 左及び右精製室 3 6、 3 7の殆んどを均温部でカバ 一し、 左及び右液溜 5 2、 5 3への熱分解四塩化チタンの溜出が停止す るまで閉塞した低級塩化チタンの熱分解を行った後、 バルブ 5 0、 5 1 を閉じ、 更に 3時間、 均温部温度 t = 9 5 0 °Cに保持した後、 電気炉 3 8の電源を切り、 運転終了とする。 Next, the electric furnace 38 was gradually moved to the center of the reaction tube 31 at a temperature of the soaking temperature of t = 950 ° C, and the left and right refining chambers 36 and 37 were almost uniformly heated. Cover the lower part and pyrolyze the low-grade titanium tetrachloride into the left and right liquid reservoirs 52, 53 until the distilling of the titanium tetrachloride stops, and then perform valves 50, 51 And then maintain the temperature in the soaking zone at t = 95 ° C for another 3 hours. 8 Turn off the power and end the operation.
最後に限り、 電気炉 3 8を、 反応管 3 1 の中心に置くのは、 例えば左 精製室 3 6に閉塞した低級塩化チタンを、 左寄りの電気炉 3 8位置で熱 分解すると、 この熱分解に伴い発生する低級塩化チタンが右精製室 3 7 の精製チタンの上に固化沈着するからであり、 電気炉 3 8を反応管 3 Ί の中心に置けば、 この低級塩化チタンは炉両端に位置する左及び右生成 室 3 3、 3 4付近に固化沈着し、 左及び右精製室 3 6、 3 7の精製チタ ンは低級塩化チタンの汚染から保護される。  As far as the last, the electric furnace 38 is placed in the center of the reaction tube 31 because, for example, low-grade titanium chloride clogged in the left purification chamber 36 is pyrolyzed at the electric furnace 38 position on the left side. This is because the lower titanium chloride generated along with the solidification deposits on the purified titanium in the right purification chamber 37, and if the electric furnace 38 is placed at the center of the reaction tube 3 3, this lower titanium chloride will be located at both ends of the furnace. Solidified around the left and right production chambers 33, 34, and the purified titanium in the left and right purification chambers 36, 37 is protected from contamination with low-grade titanium chloride.
反応管 3 1 が室温まで冷却できたならば、 ガス供給口 6 6よリアルゴ ンまたは空気を徐々に反応管 3 1 内に導入し、 反応管 3 1 を切断して精 製チタンを採取する。  When the reaction tube 31 has cooled down to room temperature, real gas or air is gradually introduced into the reaction tube 31 from the gas supply port 66, and the reaction tube 31 is cut to collect purified titanium.
採取された精製チタンはきめの細いスポンジ状であり、 微量の低級塩 化物の付着の可能性があるので 0 . 5規定程度の希塩酸で洗浄後純水で 洗浄し、 乾燥して使用するのが好ましい。  The collected purified titanium is in the form of a fine-grained sponge and may adhere to traces of lower chlorides.Therefore, it is recommended to wash with about 0.5N diluted hydrochloric acid, then wash with pure water, and dry before use. preferable.
【例 3】  [Example 3]
図 8により、 本発明の複合法を実施するための好ましい製造装置の一 例を説明する。 本例では、 単一の容器として反応容器 1 を用いており、 反応容器 1 は、 ゾ一ン 1 としての生成室 2、 ゾーン 3としての分離室 6、 ゾーン 2としての熱分解室 9 1 、 機械的手段としてのスク レ一パ一シャ フ卜 8 4、 かきとり刃 8 5を主要構成要素とする。  With reference to FIG. 8, an example of a preferable manufacturing apparatus for performing the combined method of the present invention will be described. In this example, the reaction vessel 1 is used as a single vessel, and the reaction vessel 1 includes a production chamber 2 as a zone 1, a separation chamber 6 as a zone 3, a pyrolysis chamber 91 as a zone 2, The main components are a scraper shaft 84 and a scraping blade 85 as mechanical means.
本例における反応容器 1 は、 ステンレス鋼から構成され、 図 8に示す ように中空円筒状の容器体であり、 胴部長さ約 1 7 5 c m、 外径約 2 2 c mのものを用いている。 反応容器 1の頭部には反応容器蓋 5が取付け られ、 密閉可能とされる。 反応容器 1 の底部には、 内筒底板 4の上方ま で挿入された四塩化チタン供給管 5が取り付けられ、 反応容器蓋 2の側 面には、 四塩化チタン排出管 1 0が取り付けられる。 本例の反応容器 1の内部には反応容器蓋 2から懸垂された中空円筒状 の内筒 3が設置される。 内筒 3は、 チタンから構成され、 長さ約 1 フ 0 c m、 内径 1 8 c mのものを用いている。 The reaction vessel 1 in this example is made of stainless steel, and is a hollow cylindrical vessel as shown in Fig. 8, having a body length of about 17.5 cm and an outer diameter of about 22 cm. . A reaction vessel lid 5 is attached to the head of the reaction vessel 1, and can be hermetically sealed. A titanium tetrachloride supply pipe 5 inserted up to the inner cylinder bottom plate 4 is attached to the bottom of the reaction vessel 1, and a titanium tetrachloride discharge pipe 10 is attached to a side surface of the reaction vessel lid 2. Inside the reaction vessel 1 of this example, a hollow cylindrical inner cylinder 3 suspended from the reaction vessel lid 2 is provided. The inner cylinder 3 is made of titanium and has a length of about 1 cm and an inner diameter of 18 cm.
本例の生成室 2は、 内筒 3の一部であって、 仕切り板 8と内筒底板 4 に区切られた中空円筒状の部分であり、 高さ 6 0 c mの範囲である。 仕 切り板 8は、 反応容器蓋 2と接合される反応容器頭部フランジ 8 2の上 面から下方約 1 1 0 c mの位置に取り付けられる。 仕切り板 8 3を通し てガスの流通は可能だが、粒体は流通できず仕切り板 8 3に支持される。 生成室 2には粗チタンが充填される。 生成室 2では、 充填された粗チタ ンと下方から供給される四塩化チタン蒸気とが前記第一ス亍ップで反応 し、 生成混合蒸気を生成する。  The generation chamber 2 of the present example is a part of the inner cylinder 3, a hollow cylindrical part divided by the partition plate 8 and the inner cylinder bottom plate 4, and has a height of 60 cm. The partition plate 8 is attached at a position approximately 110 cm below the upper surface of the reaction vessel head flange 82 to be joined to the reaction vessel lid 2. Although gas can flow through the partition plate 83, granules cannot flow and are supported by the partition plate 83. The production chamber 2 is filled with crude titanium. In the production chamber 2, the filled crude titanium and the titanium tetrachloride vapor supplied from below react in the first step to produce a produced mixed vapor.
スクレーパーシャフ ト 8 4は、 反応容器蓋 2の頭部中心を貫通して内 筒 3の中心に挿入される。 スクレ一パ一シャフ 卜 8 4はチタンから構成 される。 スクレ一パ一シャフ ト 8 4の先端にはシャフ ト 8 4に対し逆 T 字型にかき取り刃 8 5が取付けられる。 スクレーパーシャフ ト 8 4は螺 旋運動、即ち回転運動と上下運動との合成運動を行うように構成される。 スクレ一パ一シャフト 8 4の螺旋運動に伴い、 かき取り刃 8 5の先端が 内筒 3の内壁と摺動し、 内壁に析出する低級塩化チタンを下方へかき落 とす。  The scraper shaft 84 penetrates through the center of the head of the reaction vessel lid 2 and is inserted into the center of the inner cylinder 3. The scraper shaft 84 is made of titanium. At the tip of the scraper shaft 84, a scraping blade 85 is attached in an inverted T-shape with respect to the shaft 84. The scraper shaft 84 is configured to perform a spiral motion, that is, a combined motion of a rotational motion and a vertical motion. Along with the spiral movement of the scraper shaft 84, the tip of the scraping blade 85 slides on the inner wall of the inner cylinder 3 to scrape the lower titanium chloride deposited on the inner wall downward.
図 8には、 かき取り刃 8 5の下限位置、 即ちスクレーパーシャフ ト 8 4の螺旋運動の上下方向の下限位置を示す。 図 8に示すかき取リ刃 8 5 の下限位置は、 反応容器頭部フランジ 8 2の上面から約 6 O cm 下方で ある。 従って、 かき取り刃 8 5によるかき取り範囲は、 図 8に示すかき 取り刃 8 5の位置からフランジ 8 2と同じ高さの位置までである。  FIG. 8 shows the lower limit position of the scraping blade 85, that is, the lower limit position of the spiral movement of the scraper shaft 84 in the vertical direction. The lower limit position of the scraping blade 85 shown in FIG. 8 is about 6 O cm below the upper surface of the reaction vessel head flange 82. Accordingly, the scraping range of the scraping blade 85 is from the position of the scraping blade 85 shown in FIG.
本例の分離室 6は、 内筒 9 1 の一部であって、 かき取り刃 8 5の下限 位置と仕切り板 8 3に区切られた中空円筒状の部分であり、 高さ 6 0 c mの範囲である。 分離室 6では、 低級塩化チタン蒸気が冷却されて低級 塩化チタン固体が析出し、 下方へかき落とされる。 The separation chamber 6 in this example is a part of the inner cylinder 91, and is a hollow cylindrical part partitioned by the lower limit position of the scraping blade 85 and the partition plate 83, and has a height of 60 c. m. In the separation chamber 6, the lower titanium chloride vapor is cooled, and a lower titanium chloride solid precipitates and is scraped downward.
本例の熱分解室 3は、 内筒 9 1の一部であって、 仕切り板 8 3とかき 取り刃 8 5の下限位置に区切られた中空円筒状の部分であり、 高さ約 5 O cm の範囲である。 熱分解室 3では、 前記第一ステップで生成混合蓀 気から低級塩化チタンの一部が析出する。 また、 前記第二ステップでこ の析出低級塩化チタンおよび分離室からかき落とされた低級塩化チタン の熱分解を行う。  The pyrolysis chamber 3 of this example is a part of the inner cylinder 91, and is a hollow cylindrical part partitioned at the lower limit position of the partition plate 83 and the scraping blade 85, and has a height of about 5 O. cm range. In the thermal decomposition chamber 3, a part of the lower titanium chloride precipitates from the mixed gas generated in the first step. In the second step, the deposited lower titanium chloride and the lower titanium chloride scraped off from the separation chamber are thermally decomposed.
本例の電気炉 8は温度調節機構であり、 反応容器 1 を取り囲むように 構成される。 電気炉 8では前記生成室 2、 前記分離室 6、 前記熱分解室 3の温度および温度分布の調節を行う。 電気炉 8は少なく とも上下 3段 以上に分割され、 各区分はそれぞれ、 独立して任意に温度及び温度分布 の調節をすることができる。  The electric furnace 8 of this example is a temperature control mechanism, and is configured to surround the reaction vessel 1. In the electric furnace 8, the temperature and the temperature distribution of the production chamber 2, the separation chamber 6, and the thermal decomposition chamber 3 are adjusted. The electric furnace 8 is divided into at least three upper and lower stages, and each section can independently adjust the temperature and the temperature distribution arbitrarily.
本例の四塩化チタン供給管 9は、 四塩化チタン供給バルブ 8 6を介し て、 図示しない四塩化チタン供給設備へ連結される。 該四塩化チタン供 給設備は四塩化チタン蒸気を反応容器内へ供給し、 反応容器内を約フ 6 0 T o r r ( a b s . ) 以下の圧力に調整する設備である。 前記四塩化 チタン供給設備には、 計量器が附帯される。 反応容器 1 と四塩化チタン 供給バルブ 8 6との間には圧力計 8 7が設置され、 該圧力計 8 7で反応 容器内圧力の計測をする。  The titanium tetrachloride supply pipe 9 of this example is connected to a titanium tetrachloride supply facility (not shown) via a titanium tetrachloride supply valve 86. The titanium tetrachloride supply equipment is equipment for supplying titanium tetrachloride vapor into the reaction vessel and adjusting the pressure in the reaction vessel to a pressure of about 60 T rr (abs.) Or less. A measuring instrument is attached to the titanium tetrachloride supply facility. A pressure gauge 87 is installed between the reaction vessel 1 and the titanium tetrachloride supply valve 86, and the pressure gauge 87 measures the pressure in the reaction vessel.
本例の四塩化チタン排出管 1 0は、 四塩化チタン排出バルブ 8 8を介 して、 図示しない四塩化チタンコンデンサーに連結される。 該四塩化チ タンコンデンサ一は、 排出四塩化チタン蒸気を一 2 0 °C以下まで冷却し て液化し回収する装置である。 該四塩化チタンコンデンサ一には、 回収 された四塩化チタンを貯える回収受器が附帯される。 四塩化チタン排出 管 1 0は更に、 排気バルブ 8 9を介して図示しない排気設備に連結され る。 反応容器 1からの四塩化チタン排出量が少ない時は排気バルブ 8 9 を開き、 反応容器内の圧力が 1 0— 2 ( T o r r ) 以下となるまで排気 することができる。 The titanium tetrachloride discharge pipe 10 of this example is connected to a titanium tetrachloride condenser (not shown) via a titanium tetrachloride discharge valve 88. The titanium tetrachloride condenser is a device for cooling and liquefying the discharged titanium tetrachloride vapor to 120 ° C. or less. The titanium tetrachloride condenser is provided with a collection receiver for storing the collected titanium tetrachloride. The titanium tetrachloride discharge pipe 10 is further connected to exhaust equipment (not shown) via an exhaust valve 89. You. When titanium tetrachloride emissions from the reaction vessel 1 is small opens the exhaust valve 8 9, the pressure in the reaction vessel can be evacuated until 1 0- 2 (T orr) below.
排気バルブ 8 9を介して四塩化チタン排出管 1 0が連結された図示し ない排気設備は、 更に配管が設けられ前記四塩化チタンコンデンサ一と 接続される。 一 2 0 °Cにおける四塩化チタンの蒸気圧は約 0 . 9 ( T o r r ) であるから、 コンデンサ一内に非凝縮性ガスが存在しない時、 コ ンデンサ一は排出四塩化チタンをコンデンサ一内圧力が 0 . 9 ( T o r r ) 近くになるまで排出することができる。 しかし、 コンデンサ一内に 非凝縮性ガスが溜まった時は排出能力が低下する。 そこで、 前記配管を 通じてコンデンサー内のガスを一時的に上記排気設備で排気できるよう にしたものである。  Exhaust equipment (not shown) to which a titanium tetrachloride discharge pipe 10 is connected via an exhaust valve 89 is further provided with a pipe and connected to the titanium tetrachloride condenser. Since the vapor pressure of titanium tetrachloride at 120 ° C is about 0.9 (Torr), when there is no non-condensable gas in the condenser, the condenser removes the exhausted titanium tetrachloride from the condenser. It can be evacuated until the pressure is close to 0.9 (Torr). However, when non-condensable gas accumulates in the condenser, the discharge capacity decreases. Therefore, the gas in the condenser can be temporarily exhausted by the exhaust equipment through the pipe.
スクレ一パ一シャフ 卜 8 4はシャフ トシ一ル 9 0の上方で螺施運動駆 動機構に連結される。 反応容器内に挿入されるシャフ ト下半部分の低級 塩化チタン附着による汚染、 および高温からシール部を保護するため、 シャフ トシール 9 0は、 反応容器蓋 5の上端から約 6 O cm 上方の位置 に設けられる。 かかる約 6 O cm という長さは、 スク レーパーシャフ ト 8 4の上下方向ストロ一ク距離に相当する。  The scraper shaft 84 is connected to the screwing drive mechanism above the shaft 90. To protect the seal from contamination due to the attachment of low-grade titanium chloride in the lower half of the shaft inserted into the reactor and high temperatures, the shaft seal 90 is positioned approximately 6 Ocm above the top of the reactor lid 5. Is provided. The length of about 6 O cm corresponds to the vertical stroke distance of the scraper shaft 84.
本例に用いる装置を用い、 実施の形態の欄に記載した、 減圧条件下に おける熱分解帯域移動法のチタン精製実験を行った。 減圧条件下におけ る熱分解帯域移動法の原理について説明する。 本実験では、 反応容器の 下端が高温で上端が低温となるような温度勾配を与え、 各部温度を一定 に保持する。 反応容器内の圧力を徐々に低下させ、 熱分解が起こる範囲 を下端から上端に向かって拡大していく。 反応容器に存在する低級塩化 チタンは下端から順に熱分解するので、 発生した熱分解混合蒸気は、 そ の上方かつ近傍の、 熱分解中の部分よリ低温で未だ熱分解反応が開始さ れない部分に導かれる。 前記熱分解混合蒸気は、 熱分解中の部分より低 温で未だ熱分解反応が開始されない部分に低級塩化チタン固体を析出す る。 この熱分解と析出の位置が圧力低下に伴い次第に上方に移動してい く過程で、 繰り返し熱分解を行う。 この様にすることにより、 熱分解の 操作一回当りの熱分解比率を高くすることができる。 Using the apparatus used in this example, a titanium purification experiment of the pyrolysis zone transfer method under reduced pressure conditions described in the section of the embodiment was performed. The principle of the thermal decomposition zone transfer method under reduced pressure conditions will be described. In this experiment, a temperature gradient was set so that the lower end of the reactor was hot and the upper end was cold, and the temperature of each part was kept constant. The pressure inside the reaction vessel is gradually reduced, and the range in which thermal decomposition occurs increases from the lower end to the upper end. Since the lower titanium chloride present in the reaction vessel is thermally decomposed in order from the lower end, the generated pyrolysis mixed steam starts the pyrolysis reaction at a lower temperature than the part under pyrolysis above and near it. Is guided to the part that is not. The pyrolysis mixed vapor deposits a lower titanium chloride solid in a portion where the pyrolysis reaction has not yet started at a lower temperature than the portion under the pyrolysis. In the process where the position of this thermal decomposition and precipitation gradually moves upward with a decrease in pressure, thermal decomposition is repeated. By doing so, the rate of thermal decomposition per operation of thermal decomposition can be increased.
以下、 そのチタン精製実験の操作について説明する。 生成室 2に粗チ タンとして粒径約 1 (mm;) 〜 1 7 ( m m ) の市販のスポンジチタン 1 9 ( k g ) を層高 5 5 ( c m) となるよう充填し、 反応容器 1 を組立て る。 その後、 排気設備により反応容器 1 内を 1 0— ( T o r r ) まで 排気する。  Hereinafter, the operation of the titanium purification experiment will be described. A commercially available sponge titanium 19 (kg) having a particle size of about 1 (mm;) to 17 (mm) as crude titanium is filled in the production chamber 2 so as to have a layer height of 55 (cm). Assemble. Then, the inside of the reaction vessel 1 is evacuated to 10— (T rr) by the exhaust system.
次に反応容器 1 の昇温を行う。 生成室 2下端の温度を 1 00 0 (°C) とする。 生成室 2と熱分解室 3との境界における温度を 9 6 3 (°C) と する。 ここで、 固相二塩化チタン平衡系を、 固相として二塩化チタンの みが安定に存在しうる平衡系と定義すると、 96 3 (°C) は、 3 0 0 (T o r r ) における固相チタン平衡系と固相二塩化チタン平衡系の境界温 度である。 熱分解室 3と分離室 6との境界における温度を 8 5 0 (°C) とする。 8 5 0 (°C) は、 5 (T o r r ) における固相チタン平衡系と 固相二塩化チタン平衡系の境界温度である。 分離室 6上端の温度を 2 0 0 (°C) とする。 反応容器 1各部を前記の温度まで昇温した後、 全精製 反応終了までこれらの温度を保持する。  Next, the temperature of the reaction vessel 1 is increased. The temperature at the lower end of the production chamber 2 is 100 000 (° C). The temperature at the boundary between the production chamber 2 and the pyrolysis chamber 3 is 966 (° C). Here, if the solid-phase titanium dichloride equilibrium system is defined as an equilibrium system in which only titanium dichloride can stably exist as the solid phase, 963 (° C) is the solid phase at 300 (Torr). This is the boundary temperature between the titanium equilibrium system and the solid phase titanium dichloride equilibrium system. The temperature at the boundary between the pyrolysis chamber 3 and the separation chamber 6 is set to 850 (° C). 850 (° C) is the boundary temperature between the solid titanium equilibrium system and the solid titanium dichloride equilibrium system at 5 (T rr). The temperature at the upper end of the separation chamber 6 is set to 200 (° C). After raising the temperature of each part of the reaction vessel 1 to the above-mentioned temperature, these temperatures are maintained until the entire purification reaction is completed.
次に、 四塩化チタン供給バルブ 1 5を開いて反応容器 1 内に四塩化チ タン蒸気を 3 0 (m o I r . ) 即ち 5. 6 9 ( K g ZH r . ) の流量で 供給し、 第一回の生成反応を約 2時間行う。  Next, the titanium tetrachloride supply valve 15 is opened, and titanium tetrachloride vapor is supplied into the reaction vessel 1 at a flow rate of 30 (moIr.), That is, 5.69 (KgZHr.). The first generation reaction is performed for about 2 hours.
生成反応は、 反応容器 1 内の圧力を 3 00 (T o r r ) として行う。 生成室 2は固相チタン平衡系にあるため、 生成室 2に低級塩化チタンは 析出しない。 それに対し、 熱分解室 3は固相二塩化チタン平衡系にある ため、 生成混合蒸気が熱分解室 3に流入すると熱分解室 3の底部におい て直ちに二塩化チタンを析出する。 熱分解室 3の底部から上端部に向か つて、 温度の低下に従い次第に三塩化チタンに富む低級塩化チタンを析 出する。 The production reaction is performed with the pressure in the reaction vessel 1 set to 300 (Torr). Since the production chamber 2 is in a solid-phase titanium equilibrium system, lower titanium chloride does not precipitate in the production chamber 2. In contrast, pyrolysis chamber 3 is in the equilibrium system of solid titanium dichloride. Therefore, when the produced mixed vapor flows into the pyrolysis chamber 3, titanium dichloride is immediately deposited at the bottom of the pyrolysis chamber 3. From the bottom to the upper end of the pyrolysis chamber 3, lower titanium chloride rich in titanium trichloride is gradually deposited as the temperature decreases.
第一回の生成反応終了の直前にはスクレーバーシャフ 卜 8 4を 2往復 作動させ、 分離室 6に析出した低級塩化チタンを熱分解室へかき落す。 尚、 スクレーパーの温度が上昇することを避けるため、 スクレーパーシ ャフ 卜 8 4を停止させるときは、 図 8に示す上限位置に停止させる。 四塩化チタン供給バルブ 86を閉じ四塩化チタンの供給を停止して、 第一回の生成反応を終了する。 その後、 第一回の熱分解反応を開始する ため、 直ちに四塩化チタン排出バルブ 8 8を開け、 反応容器 1 内の圧力 を約 1 0 (T o r m i n . ) の速度で 3 0 0 (T o r r ) 力、ら 5 ( T o r r ) 以下まで減圧する。  Immediately before the end of the first production reaction, the scraper shaft 84 is operated two reciprocations to scrape the lower titanium chloride deposited in the separation chamber 6 into the thermal decomposition chamber. When the scraper shaft 84 is stopped to prevent the temperature of the scraper from rising, the scraper shaft 84 is stopped at the upper limit position shown in FIG. The titanium tetrachloride supply valve 86 is closed to stop the supply of titanium tetrachloride, and the first generation reaction is completed. Then, in order to start the first thermal decomposition reaction, immediately open the titanium tetrachloride discharge valve 88, and raise the pressure in the reaction vessel 1 to about 300 (Torr) at a rate of about 10 (Torr). Reduce the pressure to 5 (Torr) or less.
反応容器 1 内の圧力を 3 00 (T o r r ) から徐々に低下すると熱分 解室 3は底部から固相チタン平衡系の条件に入って熱分解を開始し、 次 第に熱分解が起こる範囲を上方に向かって拡大する。 圧力が 5 (T o r r )まで低下すると、熱分解が起こる範囲は熱分解室 3の上端に達する。 圧力の低下により、 低級塩化チタンの熱分解と析出が繰り返し行われ、 かかる熱分解と析出の繰り返しにより、 高収率の精製チタンを得ること ができる。  When the pressure in the reaction vessel 1 is gradually decreased from 300 (Torr), the thermal decomposition chamber 3 enters the conditions of the solid phase titanium equilibrium system from the bottom and starts thermal decomposition, and the range in which thermal decomposition occurs first Is expanded upward. When the pressure drops to 5 (Torr), the range in which pyrolysis occurs reaches the upper end of the pyrolysis chamber 3. Due to the decrease in pressure, thermal decomposition and precipitation of lower titanium chloride are repeatedly performed, and by repeating such thermal decomposition and precipitation, a high yield of purified titanium can be obtained.
第一回の熱分解反応の終期において、 反応容器 1 内圧力が 5 (T o r r ) 以下となり四塩化チタンの排出が僅かとなったら、 四塩化チタン排 出バルブ 8 8を一旦閉じ、 四塩化チタン供給バルブ 1 5を開く。 四塩化 チタンは流量 30 (m o l ZH r . ) で供給する。 反応容器 1 内の圧力が 3 0 0 (T o r r ) となるように四塩化チタン排出バルブ 8 8を調節す る。 第二回の生成反応を第一回生成反応と同じ操作で行う。 第二回生成反応終了後、 第一回熱分解反応と同じ操作で第二回熱分解 反応を行う。 同様にして第三回、 第四回、 および第五回の生成反応と熱 分解反応を行う。 At the end of the first thermal decomposition reaction, when the pressure in the reaction vessel 1 becomes 5 (Torr) or less and the discharge of titanium tetrachloride becomes small, the titanium tetrachloride discharge valve 88 is closed once, and the titanium tetrachloride is discharged. Open supply valve 15. Titanium tetrachloride is supplied at a flow rate of 30 (mol ZH r.). The titanium tetrachloride discharge valve 88 is adjusted so that the pressure in the reaction vessel 1 becomes 300 (Torr). The second production reaction is performed by the same operation as the first production reaction. After the completion of the second generation reaction, the second pyrolysis reaction is performed in the same manner as the first pyrolysis reaction. In the same manner, the third, fourth, and fifth production reactions and thermal decomposition reactions are performed.
第五回の熱分解終了後、 四塩化チタン供給バルブ 8 6を閉じた烬、 四 塩化チタン排出バルブ 8 8も一旦閉じ、 スクレーバー 8 4の連続作動を 開始する。 この回の熱分解時に発生した熱分解混合蒸気から分離室 6に 析出した残留低級塩化チタンを完全に熱分解するためである。 直ちに低 級塩化チタンの熱分解による反応容器 1 内の圧力上昇が起こるので、 3 00 (T o r r ) を超えないよう四塩化チタン排出バルブ 8 8を調節し、 以後前記熱分解と同様、 徐々に減圧する。 反応容器 1 内の圧力が 5 ( T o r r ) 以下となったら、 バルブ 8 8を閉じ、 反応容器 1 を放冷する。 反応容器 1 が冷却して常温になったら、 反応容器 1 を分解し、 熱分解 室 3に生成した精製チタンを採取する。 直ちに該精製チタンを 1規定の 塩酸、 純水、 メタノールで逐次洗浄し、 真空乾燥を行う。  After the completion of the fifth pyrolysis, the titanium tetrachloride supply valve 86 was closed. The titanium tetrachloride discharge valve 88 was also closed once, and the continuous operation of the scraper 84 was started. This is because the residual low-grade titanium chloride precipitated in the separation chamber 6 from the pyrolysis mixed vapor generated during this pyrolysis is completely pyrolyzed. Immediately, the pressure in the reaction vessel 1 rises due to the thermal decomposition of the lower titanium chloride, so the titanium tetrachloride discharge valve 88 is adjusted so that it does not exceed 300 (Torr). Reduce pressure. When the pressure in the reaction vessel 1 becomes 5 (T rr) or less, close the valve 88 and allow the reaction vessel 1 to cool. When the temperature of the reaction vessel 1 is cooled to room temperature, the reaction vessel 1 is disassembled and the purified titanium generated in the pyrolysis chamber 3 is collected. Immediately wash the purified titanium successively with 1N hydrochloric acid, pure water, and methanol, and perform vacuum drying.
以下、 前記装置を用いて前記操作で行った実験の結果について説明す る。 第一回の生成反応における四塩化チタン供給量は 6 0. 0 (m o I ) 即ち 1 1 . 4 (Kg ) であった。 流量 3 0 (m o I /H r . ) の四塩化チ タン蒸気を約 2 時間供給 したからである。 一方、 四塩化チタン排出量 は 2 3. 8 (m o I ) 即ち 4. 5 2 (Kg ) であった。 排出された四塩 化チタン蒸気がコンデンサーで液化された後 に回収受器に液体四塩化 チタンとして溜められるが、 この回収受器に溜められた液量を測定して 得た数値である。 以上より、 四塩化チタン排出量は四塩化チタン供給量 の 3 9. 7 %であった。 供給量と排出量との差 6 ◦. 30/0は低級塩化チ タンの生成に消費されたと考えられる。  Hereinafter, the results of an experiment performed by the above operation using the above apparatus will be described. The supply amount of titanium tetrachloride in the first production reaction was 60.0 (moI), that is, 11.4 (Kg). This is because titanium tetrachloride vapor at a flow rate of 30 (moI / Hr.) Was supplied for about 2 hours. On the other hand, the emission amount of titanium tetrachloride was 23.8 (moI), that is, 4.52 (Kg). After the discharged titanium tetrachloride vapor is liquefied by the condenser, it is stored as liquid titanium tetrachloride in the recovery receiver. This is a numerical value obtained by measuring the amount of liquid stored in this recovery receiver. From the above, the titanium tetrachloride emission was 39.7% of the titanium tetrachloride supply. It is probable that the difference between the supply and the discharge, 6 ◦ 30/0, was consumed in the production of lower titanium chloride.
第一回の生成反応終了の直前にスクレ一パ一8 を 2往復作動させ、 分離室 6に析出した低級塩化チタンを熱分解室 3へかき落したところ、 四塩化チタン排出流量の増加が認められた。 低級塩化チタン中の三塩化 チタンが熱分解し二塩化チタンに変化したためと推測される。 Immediately before the end of the first production reaction, the scraper 8 was operated two reciprocations, and the lower titanium chloride deposited in the separation chamber 6 was scraped off to the pyrolysis chamber 3. An increase in titanium tetrachloride discharge flow was observed. It is presumed that titanium trichloride in lower titanium chloride was thermally decomposed and changed to titanium dichloride.
第一回の生成反応の終了後、 第一回の熱分解反応を開始するため、 四 塩化チタン排出バルブ 8 8を調節し、 反応容器 1 内圧力を 3 0 0 (T o r r ) 力、ら 5 (T o r r ) 以下まで約 1 0 ( T o r i Zm i n . ) の速 度で減圧したところ、 約 3 (T o r r ) に達するまでに約 3 0分を要し た。  After the completion of the first generation reaction, adjust the titanium tetrachloride discharge valve 88 to start the first thermal decomposition reaction, and adjust the pressure inside the reaction vessel 1 to 300 (Torr). When the pressure was reduced at a rate of about 10 (Tor Zmin.) To less than (T orr), it took about 30 minutes to reach about 3 (T orr).
第一回の熱分解反応の四塩化チタン排出量は 2 7. 9 (m o I ) 即ち 5. 2 9 ( g ) であり、 生成反応時の四塩化チタン供給量に対する比 率は { 2フ. 9 (m o I ) 6 0 (m o I )] 1 0 0 = 4 6. 5 %であ つた。 この排出四塩化チ タンは低級塩化チタンの熱分解によって発生 したもの考えられる。  The emission amount of titanium tetrachloride in the first thermal decomposition reaction was 27.9 (moI) or 5.29 (g), and the ratio to the titanium tetrachloride supply amount during the production reaction was (2F. 9 (mo I) 60 (mo I)] 100 = 46.5%. This discharged titanium tetrachloride is probably generated by thermal decomposition of lower titanium chloride.
本例の熱分解帯域移動法を用いずに 1 回の熱分解操作の過程で 1 回の 熱分解しか起こらない方法をとる場合、 生成反応時の四塩化チタン供給 量に対する熱分解反応時の四塩化チタン排出量の比率は通常 2 0%程度 である。 このことと比較すると、 本実験結果の 4 6. 5%という値は非 常に大きい。 この結果は、 本実験にでは一回の熱分解過程において繰り 返し熱分解が行われ、 熱分解率が高かったことを示唆する。  If a method is used in which only one thermal decomposition occurs during one thermal decomposition operation without using the thermal decomposition zone transfer method of this example, the amount of titanium tetrachloride supplied during the production The ratio of titanium chloride emissions is usually around 20%. Compared to this, the value of 46.5% in this experimental result is very large. This result suggests that in this experiment, pyrolysis was performed repeatedly in one pyrolysis process, and the pyrolysis rate was high.
第二回の生成反応における四塩化チタン供給量は 6 0. 0 (m o I ) 即ち 1 1 . 4 (K g)、 四塩化チタン排出量は 2 4. 2 (m o I ) 即ち 4. 5 9 ( g ) で供給量に対し 4 0. 3%であった。  The supply amount of titanium tetrachloride in the second production reaction was 60.0 (moI) or 11.4 (Kg), and the discharge amount of titanium tetrachloride was 24.2 (moI) or 4.59 (g) was 40.3% of the supplied amount.
第二回熱分解反応における四塩化チタン排出量は 3 3. 9 (m o I ) 即ち 6. 4 3 (K g)で、 第二回生成反応の四塩化チタン供給量に対す る第二回熱分解反 応の四塩化チタン排出量の比率は 5 6. 5%であった。 この比率が第一回におけ る同様の比率に対して高い理由は、 第一回熱 分解反応において熱分解せずに熱分解混合蒸気となって分離室 6で析出 した未分解低級塩化チタンが、 第二回生成反応による低級塩化チタンと 共に熱分解されたためと推定される。 The emission of titanium tetrachloride in the second pyrolysis reaction was 33.9 (moI) or 6.43 (Kg). The ratio of titanium tetrachloride emissions from the decomposition reaction was 56.5%. The reason that this ratio is higher than the similar ratio in the first stage is that the first stage pyrolysis reaction does not pyrolyze but forms a pyrolysis mixed vapor and precipitates in separation chamber 6. It is estimated that the undecomposed lower titanium chloride was thermally decomposed together with the lower titanium chloride from the second generation reaction.
第一回から第五回までの生成反応における四塩化チタン供給量の合計 は 300 (m o I ) 即ち 56. 9 (K g) であった。 四塩化チタン排出 量の合計は 1 23 (m o I ) 即ち 23. 3 (K g ) で、 四塩化チタン供 給量の 4 1. 7%であった 。  The total supply amount of titanium tetrachloride in the first to fifth production reactions was 300 (moI), that is, 56.9 (Kg). The total titanium tetrachloride emission was 123 (moI) or 23.3 (Kg), 41.7% of the titanium tetrachloride supply.
1 00- 41 . 7 = 58. 3 %の供給四塩化チタンが低級塩化チタンの 生成に寄与したと推定される。  100-41.7 = 58.3% of the supplied titanium tetrachloride is estimated to have contributed to the production of lower titanium chloride.
一方、 第一回から第五回までの熱分解反応における四塩化チタン供給 量の合計は 1 64 (m 0 I ) 即ち 3 1 . 1 (K g ) で、 生成反応におけ る四塩化チタン供給量の合計の 54. 7%であった。 この値も、 本例の 熱分解帯域移動法を用いずに 1 回の熱分解操作の過程で 1 回の熱分解し か起こらない方法をとる場合に比べ著しく高い。 On the other hand, the total amount of titanium tetrachloride supplied in the first to fifth pyrolysis reactions was 164 (m 0 I) or 31.1 (K g), indicating that the titanium tetrachloride supply in the production reaction was 54.7% of the total amount. This value is also significantly higher than when a method is used in which only one pyrolysis occurs during one pyrolysis operation without using the pyrolysis zone transfer method of this example.
第五回の熱分解終了後、 スクレーパー 84を連続作動し、 第五回の熱 分解時に発生した熱分解混合蒸気から分離室 6に析出した残留低級塩化 チタンを完全に熱分解したところ、 約 3 (m o I ) 即ち 0. 6 (K g ) の四塩化チタンが排出した。  After the completion of the fifth pyrolysis, the scraper 84 was continuously operated to completely pyrolyze the residual lower titanium chloride deposited in the separation chamber 6 from the pyrolysis mixed vapor generated during the fifth pyrolysis. (moI), that is, 0.6 (Kg) of titanium tetrachloride was discharged.
以上の結果より、 全反応を通じての四塩化チタン排出量の合計は 1 2 3 + 1 64 + 3 = 290 (mo I ) 即ち 55. 0 (K g) であった。 四 塩化チタン排出量の四塩化チタン供給量に対する比率は (290/30 0) X 1 00 = 96. 7%であった。 この値は、 物量損失がない場合は 1 00%となるべき値である。 物量損 失相当分 1 00— 96. フ =3. 3% は主として、 反応容器 1 のかき落し不能部分に溜まった低級塩化チタン およびコンデンサ一に溜まった非凝縮性ガスを排気する際、 非凝縮性ガ スと共に四塩化チタンが排気されたことによるものと推定される。  From the above results, the total amount of titanium tetrachloride emitted through all the reactions was 123 + 164 + 3 = 290 (moI), that is, 55.0 (Kg). The ratio of titanium tetrachloride emission to titanium tetrachloride supply was (290/300) X 100 = 96.7%. This value should be 100% if there is no physical loss. Equivalent to the loss of material quantity 100-96% = 3.3% is mainly due to non-condensation when exhausting low-grade titanium chloride accumulated in the non-scratchable part of the reaction vessel 1 and non-condensable gas accumulated in the condenser 1 It is highly probable that titanium tetrachloride was exhausted along with the volatile gas.
最終的に採取された精製チタンは重量 5. 5 1 (K g) 即ち 1 1 . 5 (m o I ) であった。 粒径 "! 〜 2 5 (mm) 程度に整粒した時の嵩比重 は約 0. 2であった。 The purified titanium finally collected has a weight of 5.5 1 (K g) or 11.5 (moI). The specific gravity of the bulk was about 0.2 when the particle size was adjusted to about 25 (mm).
本例で原料として用いた粗チタンと採取された精製チタンの分析値は図 表 1 1の通りである。 The analytical values of the crude titanium used as the raw material in this example and the purified titanium collected are as shown in Table 11.
【例 4】  [Example 4]
図 9で本発明の移送法を実施するための他の製造装置の一例を示す。 本例では図 9で示すように、 不活性ガスをゾーン 2としての熱分解室 3の底部に導入するための不活性ガス供給管 2 1 を反応容器蓋 5の底部 を貫通して設置した。 その先端は熱分解室 3の底面に沿った水平のルー プ状に形成した。 ループ状の管の下面に多数の細孔 2 2を穿ち、 不活性 ガスを均一に分散噴出させた。 熱分解室 3の底面には穴を設けず、 塩化 混合蒸気は熱分解室 3の外壁と単一の容器としての反応容器 1の内壁の 間隙を通ってゾーン 3としての分離室 6へ導かれるように構成した。 そ の他は図 5と同じ構成である。  FIG. 9 shows an example of another manufacturing apparatus for performing the transfer method of the present invention. In this example, as shown in FIG. 9, an inert gas supply pipe 21 for introducing an inert gas into the bottom of the pyrolysis chamber 3 as the zone 2 was provided to penetrate the bottom of the reaction vessel lid 5. The tip was formed in a horizontal loop along the bottom of pyrolysis chamber 3. A large number of pores 22 were drilled in the lower surface of the loop-shaped tube, and the inert gas was uniformly dispersed and jetted. There is no hole in the bottom of the pyrolysis chamber 3, and the chloride mixed vapor is guided to the separation chamber 6 as zone 3 through the gap between the outer wall of the pyrolysis chamber 3 and the inner wall of the reaction vessel 1 as a single vessel It was configured as follows. The rest of the configuration is the same as in FIG.
次に本例の装置の運転方法について説明する。  Next, a method of operating the apparatus of this example will be described.
先ず ( a ) 不活性ガスとしてアルゴンを用い、 装置外部から不活性 ガス供給管 2 1 を通して熱分解室 3底部へ、供給流量 2. 1 1 Mol/hr (四 塩化チタン供給流量 : 4 0 0g/hr= 2. 1 1 Mol/hr と同じ) で供給す る。  First, (a) argon was used as an inert gas, and a supply flow rate of 2.1 Mol / hr (titanium tetrachloride supply flow rate: 400 g / hr = 2.1 1 Mol / hr).
( b ) 熱分解室 3の底の上方 1 Ocmより上端までの外壁温度及び反応 容器蓋 5の底部温度を 8 8 0°Cとし、 反応容器内圧力は実施例 1 と同じ < 2 0 T o r rに調節した。 (B) an outer wall temperature and the bottom temperature of the reaction vessel lid 5 to the upper end from above 1 Oc m at the bottom of the pyrolysis chamber 3 and 8 8 0 ° C, the reaction vessel pressure is the same as in Example 1 <2 0 T Adjusted to orr.
( c ) 以上の他の装置の運転方法は実施例 1 と同じである。  (c) The operation method of the other devices is the same as that of the first embodiment.
熱分解室の温度 8 8 0°Cを ;  The temperature of the pyrolysis chamber at 880 ° C;
(式 8 ) I o g P < 20. 1 5 8— { 2 1 8 5 9 / ( t + 2 7 3 )] の右辺に代入して計算すると I o g P < 20. 1 5 8 - { 2 1 8 5 9 ( t + 2 7 3 )} (Equation 8) Substituting into the right-hand side of I og P <20. 1 5 8— {2 1 8 5 9 / (t + 2 7 3)] I og P <20. 1 5 8-{2 1 8 5 9 (t + 2 7 3)}
= 2 0. 1 5 8— { 2 1 8 5 9 ( 8 8 0 + 27 3 )1  = 2 0. 1 5 8— (2 1 8 5 9 (8 8 0 + 27 3) 1
= 1 . 200  = 1.200
即ち、 P< 1 5. 8 T o r r  That is, P <15.8 T or r
で、 若しアルゴンを導入しない場合、 反応関与物質の分圧の和即ち全 圧が 1 5. 8 T o r r以下とならないと、熱分解は起り難いことを示す。 しかしながら本例においては、 熱分解室にアルゴンを導入した結果、 全圧即ち反応関与物質の分圧の和とアルゴンの分圧との合計を 20 T o r r としたにもかかわらず熱分解反応は円滑に行われ、 精製チタンを得 ることができた。  This indicates that if argon is not introduced, thermal decomposition will not occur unless the sum of the partial pressures of the reaction-related substances, that is, the total pressure, becomes 15.8 T rr or less. However, in this example, as a result of introducing argon into the pyrolysis chamber, the pyrolysis reaction proceeded smoothly even though the total pressure, that is, the sum of the partial pressures of the reaction participants and the partial pressure of argon was set to 20 Torr. In this way, purified titanium was obtained.
これは、 熱分解室にアルゴンを導入した結果、 全圧は 2 0 T o r 「 で あっても、 この値から熱分解室のアルゴン分圧を差引いた値、 即ち反応 関与物質の分圧の和が上記 1 5. 8 T o r r を下回ったため、 熱分解反 応が進行したことを示すものである。  This is a value obtained by subtracting the partial pressure of argon in the pyrolysis chamber from this value, even if the total pressure is 20 T or “, as a result of introducing argon into the pyrolysis chamber, that is, the sum of the partial pressures of the substances participating in the reaction. This indicates that the thermal decomposition reaction had progressed because it fell below 15.8 Torr.
上記例における結果は、  The result in the above example is
四塩化チタン供給量 = 23. 8 kg  Titanium tetrachloride supply = 23.8 kg
四塩化チタン回収量 = 23. 3 kg  Titanium tetrachloride recovery = 23.3 kg
四塩化チタン損失量 = 0. 5kg ( 2. 1 %)  Titanium tetrachloride loss = 0.5kg (2.1%)
精製チタン採取量 = 2. 8 7 kg  Refined titanium collection = 2.87 kg
であった。 産業上の利用性  Met. Industrial applicability
以上のように、 本発明によれば、 精製効果の高いチタン精製が容易に 実施でき、 構造簡単な単一容器内で全プロセスを実施することができ、 設備規模拡大上の制約もないので一度に大容量の精製が可能であり、 従 つて生産量当りの設備費は安価となる。 また例えば K r o I I 法のコマ 一シャルチタン製鍊用還元または分離設備を若干改造することによリ本 発明の実施に転用することもできる。 このように設備面積または容積当 りの生産量即ち設備生産性が極めて高い。 As described above, according to the present invention, titanium purification with high purification effect can be easily performed, the entire process can be performed in a single vessel having a simple structure, and there is no restriction on the expansion of equipment, so that once Thus, large-capacity refining is possible, and equipment costs per production volume are low. For example, the Kro II method By slightly modifying the reduction or separation equipment for one-chart titanium, it can be diverted to the practice of the present invention. Thus, the production volume per facility area or volume, that is, facility productivity is extremely high.
さらに温度、 圧力等の運転条件は実現容易な範囲であり設備材質等の 制約も厳しくなく、 製法の装置運転に伴う物量損失は少なく、 運転操作 は簡易で労務工数も低い。 以上の利点により高生産性、 低原価で高純度 のチタン精製を行うことができる。  Furthermore, operating conditions such as temperature and pressure are within easy-to-implement ranges, and there are no strict restrictions on equipment materials, etc., and there is little material loss due to the operation of the manufacturing process equipment, and the operation is simple and labor hours are low. Due to the above advantages, high-purity titanium can be refined at high productivity and at low cost.

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
1 . 反応関与物質即ち四塩化チタン、 三塩化チタン、 二塩化チタン及 びチタンを除くすべての気体が排除された雰囲気中、 または反応関与物 質と不活性ガスを除くすべての気体が排除された雰囲気中で原料粗チタ ンとプロセス外から供給される四塩化チタンとを高温において反応させ、 低級塩化チタンを得た後、 該低級塩化チタンを熱分解して精製チタンを 製造する方法であって、  1. In an atmosphere from which all gases except the reaction-related substances, ie, titanium tetrachloride, titanium trichloride, titanium dichloride, and titanium, have been excluded, or all gases except the reaction-related substances and the inert gas have been excluded. A method for producing purified titanium by reacting crude titanium raw material and titanium tetrachloride supplied from outside the process in an atmosphere at a high temperature to obtain lower titanium chloride, and then thermally decomposing the lower titanium chloride. ,
気密の反応容器内において、 低級塩化チタンを生成する生成工程、 低 級塩化チタンから四塩化チタンを分離する分離工程及び低級塩化チタン を熱分解する熱分解工程から成るプロセスを構成し、  In the hermetic reaction vessel, a process comprising a production step of producing lower titanium chloride, a separation step of separating titanium tetrachloride from the lower titanium chloride, and a pyrolysis step of thermally decomposing the lower titanium chloride is constituted.
前記生成工程では、 チタンと四塩化チタンとが反応した結果形成され る諸不均一気相平衡系のうち固相としてチタンのみが安定に存在しうる 平衡系、 即ち次の 2平衡;  In the production step, among various heterogeneous gas phase equilibrium systems formed as a result of the reaction between titanium and titanium tetrachloride, an equilibrium system in which only titanium can stably exist as a solid phase, that is, the following two equilibria:
T i (固相) + T i C I 4 (気相) 《 2 T i C I 2 (気相) T i (solid phase) + T i CI 4 (gas phase) << 2 T i CI 2 (gas phase)
T i C I 2 (気相) + T i C I 4 (気相) 《 2 T i C I , (気相) T i CI 2 (gas phase) + T i CI 4 (gas phase) << 2 T i CI, (gas phase)
により表される平衡系が形成されるべき温度及び反応関与物質の蒸気の 分圧の和として規定される圧力の領域内から選定される温度及び圧力の 下において、 Below the temperature and pressure selected from within the range of pressures defined as the sum of the temperature at which the equilibrium system represented by
前記平衡に略到達するまで充分に反応させて得られる低級塩化チタン 蒸気及び四塩化チタン蒸気から成る混合蒸気を生成させ、  Producing a mixed vapor comprising lower titanium chloride vapor and titanium tetrachloride vapor obtained by sufficiently reacting until the equilibrium is substantially reached;
前記分離工程では、 前記混合蒸気を冷却することにより、 混合蒸気中 の低級塩化チタンは固体として、 四塩化チタンは蒸気として、 相互に分 離させ、 前記四塩化チタン蒸気はプロセス外に排出し、  In the separation step, by cooling the mixed vapor, the lower titanium chloride in the mixed vapor is separated from solid as titanium tetrachloride as vapor, and the titanium tetrachloride vapor is discharged out of the process,
前記熱分解工程では前記分離工程において得られた低級塩化チタン固 体を前記固相としてチタンのみが安定に存在しうる平衡系が形成される べき温度及び圧力の領域内から選定される温度及び圧力の下に置く こと により、 In the pyrolysis step, the temperature and pressure are selected from within a temperature and pressure range in which an equilibrium system in which only titanium can be stably present is formed using the lower titanium chloride solid obtained in the separation step as the solid phase. Put under By
次の熱分解反応; The following pyrolysis reaction:
Τ ί C I 2 (固相) →T i (固相) +T i C I 4 (気相) Ί ί CI 2 (solid phase) → Ti (solid phase) + Ti CI 4 (gas phase)
4 T i C I 3 (固相) —丁 i (固相) + 3 T i C I 4 (固相) 4 T i CI 3 (solid phase) — D i (solid phase) + 3 T i CI 4 (solid phase)
を行わせ、 精製チタンを得ると共に、 この反応に随伴して不可避的に形 成される前記 2平衡; To obtain purified titanium, and the two equilibriums inevitably formed in association with this reaction;
T i (固相) + T i C I 4 (気相) 《 2 T i C I 2 (気相) T i (solid phase) + T i CI 4 (gas phase) << 2 T i CI 2 (gas phase)
T i C I 2 (気相) + Τ ί C I 4 (気相) 2 T i C I , (気相) によリ発生する低級塩化チタン蒸気及び四塩化チタン蒸気から成る混合 蒸気を前記生成工程で生成した混合蒸気同様に分離工程で再び冷却し、 低級塩化チタン固体と四塩化チタン蒸気を分離し、 前記四塩化チタンは プロセス外に排出し前記低級塩化チタン固体は熱分解工程で再び熱分解 するという操作を繰返すことにより、 両工程の総合的な物量収支として 生成工程から供給された低級塩化チタンの殆んどすベてを、 次の 2反 応 ; T i CI 2 (gas phase) + Τ ί CI 4 (gas phase) A mixed vapor composed of lower titanium chloride vapor and titanium tetrachloride vapor generated by T i CI, (gas phase) is produced in the above-mentioned production step. In the same manner as the mixed vapor, the mixture is cooled again in the separation step to separate the lower titanium chloride solid and the titanium tetrachloride vapor.The titanium tetrachloride is discharged out of the process, and the lower titanium chloride solid is pyrolyzed again in the pyrolysis step. By repeating the operation, almost all of the lower titanium chloride supplied from the production process was obtained as the total mass balance of both processes by the following two reactions;
2 T i C I 2→T i +T i C I 4 2 T i CI 2 → T i + T i CI 4
4 T i C I 3→T i +3 T i C I 4 4 T i CI 3 → T i +3 T i CI 4
にしたがって、 定量的に精製チタンと四塩化チタンとに変換し、 According to, quantitatively converted to purified titanium and titanium tetrachloride,
プロセス全体としての総合的な物量収支としてはプロセス外から生成 工程に供給された四塩化チタンに相当する量の四塩化チタンを前記分離 工程から排出し、 プロセス内では生成工程で反応消費した粗チタンに相 当する量の精製チタンを熱分解工程で得ることを特徴とするチタンの精 製方法。  The overall physical balance of the entire process is as follows: titanium tetrachloride in an amount equivalent to titanium tetrachloride supplied to the production process from outside the process is discharged from the separation process, and crude titanium reacted and consumed in the production process within the process. A method for purifying titanium, characterized in that an amount of purified titanium equivalent to the above is obtained in a pyrolysis step.
2. (a) 原料粗チタンと TiGしとを反応させて、 低級塩化チタン TiGlx 蒸気を生成させる工程 1 と、  2. (a) Step 1 of reacting raw crude titanium with TiG to produce lower titanium chloride TiGlx vapor;
(b) 工程 1 で発生する TiGlx 蒸気から固体 TiClx を析出させる工程 2 (c) 該固体 TiClxを熱分解して精製チタンを得る工程 3と、 (b) Step 2 of depositing solid TiClx from TiGlx vapor generated in step 1 (c) a step 3 of thermally decomposing the solid TiClx to obtain purified titanium;
を含み、 原料粗チタンと TiGI4 とを反応させて精製チタンを得るチタン の精製方法。 Hints process for purifying titanium obtaining a purified titanium is reacted with the raw material crude titanium and Tigi 4.
但し、 低級塩化チタンは、 TiGlxで表わし、 Xは 2 - 3の整数であり、 2 と 3 の混合物を含むものとし、 前記工程 1 を実施する温度 tl (°C) と 圧力 pi (Torr)はそれぞれ 750。C≤t1 および I og (p I )く 20. 158 - ( 21859/ (t1 +273) )とし、 また前記工程 2を実施する圧力(p2)と温度 (t2)はそれぞれ 0.001 Torr <p2< 1520 To 、 150°C <t2< (21859 (20.158 - log(P2)) - 273°Cとし、 前記工程 3を実施する温度 t3 (°C) と 圧力 p3 (Torr)はそれぞれ 750°C≤t3 および I og (p3) < 20. 158 - ( 21859/ (t3+273) )とする。 However, lower titanium chloride is represented by TiGlx, X is an integer of 2-3, and it is assumed that a mixture of 2 and 3 is included.The temperature tl (° C) and the pressure pi (Torr) at which the step 1 is performed are respectively 750. C≤t1 and I og (p I) 20.158-(21859 / (t1 +273)), and the pressure (p2) and temperature (t2) for performing the step 2 are 0.001 Torr <p2 <1520, respectively. To, 150 ° C <t2 <(21859 (20.158-log ( P 2))-273 ° C, and the temperature t3 (° C) and pressure p3 (Torr) for performing the step 3 are 750 ° C ≤ t3, respectively. And I og (p3) <20.158-(21859 / (t3 + 273)).
3. 単一の容器内にゾーン 3に隣接するゾーン 2に隣接して配置され たゾーン 1 で前記工程 1 を実施し、 TiClx蒸気を発生させ、  3. Perform Step 1 in Zone 1 located adjacent to Zone 2 adjacent to Zone 3 in a single vessel to generate TiClx vapor,
前記工程 1 で発生する TiGlx蒸気を、 前記単一の容器内でゾーン 1 と ゾーン 3の間に配置されたゾーン 2および前記単一の容器内にゾーン 1 に隣接するゾ一ン 2に隣接して配置されたゾーン 3に移動して前記工程 2を実施し、前記ゾーン 2および前記ゾーン 3に固体 TiGlxを析出させ、 ついで前記容器内を減圧および または昇温して、 前記ゾーン 2で前 記工程 3を実施して精製チタンを析出させると共に、 前記工程 3で副生 した T i C I X蒸気をゾ一ン 3に移動して固体 TiClxを析出させ、  The TiGlx vapor generated in Step 1 is transferred to Zone 2 located between Zone 1 and Zone 3 in the single container and to Zone 2 adjacent to Zone 1 in the single container. To the zone 3 arranged in the above-mentioned manner, the above-mentioned step 2 is carried out, and solid TiGlx is deposited in the zones 2 and 3; then, the inside of the vessel is depressurized and / or heated, and Step 3 is performed to precipitate purified titanium, and at the same time, Ti CIX vapor by-produced in step 3 is transferred to zone 3 to precipitate solid TiClx,
ついで前記ゾーン 2を初期圧力および初期温度にし、 前記ゾーン 1 で 工程 1 を実施し、 前記ゾーン 2および前記ゾーン 3に固体 TiGlxを析出 させ、  Then, the zone 2 is brought to the initial pressure and the initial temperature, the step 1 is performed in the zone 1, and the solid TiGlx is deposited in the zone 2 and the zone 3,
前記ゾーン 2および前記ゾーン 3で前記工程 3および前記固体 TiClx の析出工程を交互に繰り返し行うことにより精製チタンを製造すること を特徴とする請求項 1記載のチタンの精製方法。 Producing purified titanium by alternately repeating the step 3 and the solid TiClx precipitation step in the zone 2 and the zone 3; 2. The method for purifying titanium according to claim 1, wherein:
4. 単一の容器内にゾーン 3に隣接するゾーン 2に隣接して配置され たゾ一ン 1 で前記工程 1 を実施し、 TiGlx蒸気を発生させ、  4. Performing step 1 above in zone 1 located adjacent to zone 2 adjacent to zone 3 in a single vessel to generate TiGlx vapor,
前記工程 1 で発生する TiClx蒸気を、 前記単一の容器内でゾーン 1 と ゾーン 3の間に配置された前記ゾーン 2および前記単一の容器内にゾー ン 1 に隣接するゾーン 2に隣接して配置された前記ゾーン 3に移動して 前記工程 2を実施し、 前記ゾーン 2および前記ゾーン 3に固体 TiGlx を 析出させ、  The TiClx vapor generated in the step 1 is transferred to the zone 2 disposed between the zone 1 and the zone 3 in the single container and to the zone 2 in the single container adjacent to the zone 1. Moved to the zone 3 arranged in the above-mentioned manner, and performed the step 2, and deposited solid TiGlx in the zones 2 and 3;
ついで前記ゾーン 3を減圧および Zまたは昇温して、 前記ゾーン 3で 前記工程 3を実施し、 TiGlx 蒸気を発生させると同時に精製チタンを析 出させ、  Then, the zone 3 was depressurized and Z or heated, and the step 3 was performed in the zone 3 to generate TiGlx vapor and precipitate purified titanium at the same time.
ついで前記ゾーン 3を初期圧力および初期温度にし、 前記ゾーン 1 で 工程 1 を実施し前記ゾーン 2および前記ゾーン 3に固体 TiGlxを析出さ せ、  Then, the zone 3 is brought to the initial pressure and the initial temperature, and the step 1 is performed in the zone 1 to deposit solid TiGlx in the zones 2 and 3.
前記ゾーン 2および前記ゾーン 3で前記工程 3および前記固体 TiClx の析出工程を交互に繰り返し行うことにより精製チタンを製造すること を特徴とする請求項 1記載のチタンの精製方法。  The method for purifying titanium according to claim 1, wherein the step 3 and the step of depositing the solid TiClx are alternately and repeatedly performed in the zone 2 and the zone 3, thereby producing purified titanium.
5. 単一の容器内にゾーン 3と隣接するゾーン 2と隣接して配置され たゾ一ン 1 で前記工程 1 を実施し、 TiC Ix蒸気を発生させ、  5. Performing step 1 above in zone 1 located adjacent to zone 2 adjacent to zone 3 in a single vessel to generate TiC Ix vapor,
前記工程 1 で発生する TiGlx蒸気を単一の容器内に前記ゾーン 1 と隣 接する前記ゾーン 2と隣接して配置された前記ゾーン 3に移動して工程 2を実施し、 前記ゾーン 3に固体 TiClxを析出させ、  The TiGlx vapor generated in the step 1 is moved to the zone 3 arranged adjacent to the zone 2 adjacent to the zone 1 in a single container, and the step 2 is performed. Is precipitated,
前記工程 2と同時で連続的または間欠的に、 前記ゾーン 3に析出した 固体 TiGlxを前記ゾーン 1 と前記ゾーン 3との間に設けられた前記ゾー ン 2に機械的手段によリ移動させ、  Simultaneously or intermittently with the step 2, the solid TiGlx deposited in the zone 3 is moved by mechanical means to the zone 2 provided between the zone 1 and the zone 3,
ついで前記ゾーン 2で工程 3を実施し、 TiGlx 蒸気を発生させると同 時に精製チタンを析出させ、 Next, Step 3 is performed in Zone 2 to generate TiGlx vapor. Sometimes precipitated titanium is deposited,
前記ゾーン 2で発生する TiGlx蒸気を前記ゾーン 3に移動し、 前記ゾ ーン 3に固体 TiClxを析出させ、  The TiGlx vapor generated in the zone 2 is moved to the zone 3, and solid TiClx is deposited in the zone 3,
前記ゾーン 2で実施する前記工程 3と前記ゾーン 3で実施する前記固 体 TiGlxの析出工程とを交互に繰り返し行うことにより精製チタンを製 造することを特徴とする請求項 1記載のチタンの精製方法。  The refinement of titanium according to claim 1, wherein the refined titanium is produced by alternately repeating the step 3 performed in the zone 2 and the solid TiGlx precipitation step performed in the zone 3. Method.
6. 単一の容器内にゾーン 3に隣接するゾーン 2と隣接して配置され たゾーン 1 で前記工程 1 を実施し、 TiGlx蒸気を発生させ、  6. Perform Step 1 above in Zone 1 located adjacent to Zone 3 and Zone 1 in a single vessel to generate TiGlx vapor,
前記工程 1 で発生する TiGlx蒸気を、 前記単一の容器内でゾーン 1 と ゾーン 3との間に配置されたゾーン 2および単一の容器内にゾーン 1 に 隣接するゾーン 2と隣接して配置されたゾーン 3に移動して前記工程 2 を実施し、 前記ゾーン 2およびゾーン 3に固体 TiG を析出させ、 ついで前記ゾーン 3に析出した固体 TiGlxを機械的手段により前記ゾ ーン 2に移動させると同時に、 前記ゾーン 2を減圧およびノまたは昇温 して、前記減圧および または昇温したゾーン 2で前記工程 3を実施し、 TiClx蒸気を発生させると同時に精製チタンを析出させ、  The TiGlx vapor generated in Step 1 is placed in Zone 2 between Zone 1 and Zone 3 in the single vessel and Zone 2 adjacent to Zone 1 in a single vessel. The zone 2 is moved to the zone 3, and the step 2 is performed.Solid TiG is deposited in the zones 2 and 3.The solid TiGlx deposited in the zone 3 is moved to the zone 2 by mechanical means. At the same time, the zone 2 is depressurized and heated or heated, and the step 3 is performed in the depressurized and / or heated zone 2 to generate TiClx vapor and precipitate purified titanium at the same time.
ついで前記ゾーン 2および前記ゾーン 3を初期圧力および初期温度に し、 前記ゾーン 1 で工程 1 を実施し前記ゾーン 2および前記ゾーン 3に 固体 TiGlxを析出させ、 Then, the zone 2 and the zone 3 were brought to the initial pressure and the initial temperature, the step 1 was performed in the zone 1, and solid TiGlx was deposited in the zone 2 and the zone 3 ,
前記ゾーン 2および前記ゾ一ン 3で前記工程 3および前記固体 TiGlx の析出工程を繰り返し行うことにより精製チタンを製造することを特徴 とする請求項 1記載のチタンの精製方法。  The method for purifying titanium according to claim 1, wherein the step 3 and the step of depositing the solid TiGlx are repeatedly performed in the zone 2 and the zone 3 to produce purified titanium.
7. 前記工程 1 を実施する温度 t l ( C) と圧力 p i (Torr) がそれ ぞれ 850°Cく t l く 1000°Cおよび 5Torrく p1 <970Torr であり、 前記ェ 程 2および前記固体 TiGlxの析出工程を実施する温度 t2 (°C) と圧力 P2 (Torr) がそれぞれ 200。C<t2く 900。Cおよび 5Torr<p2<970Torr で あり、 前記工程 3を実施する温度 t3 (°C) と圧力 p3 (Torr) がそれぞ れ 850°〇< 3 <1000°〇ぉょぴ5"1"0 <卩3 <9701"0 であることを特徴 とする請求項 2, 3, 4いずれか記載のチタンの精製方法。 7. The temperature tl (C) and the pressure pi (Torr) at which the step 1 is performed are 850 ° C / tl / 1000 ° C and 5 Torr / p1 <970 Torr, respectively, and the temperature of the step 2 and the solid TiGlx The temperature t2 (° C) and the pressure P 2 (Torr) for performing the deposition process are 200, respectively. C <t2 less 900. C and 5Torr <p2 <970Torr And the temperature t3 (° C) and the pressure p3 (Torr) at which the step 3 is performed are 850 ° 〇 <3 <1000 ° ぴ 5 ”1” 0 <nit3 <9701 ”0, respectively. The method for purifying titanium according to any one of claims 2, 3, and 4, wherein:
8. 前記工程 1 に前記容器外から供給される TiCし蒸気は、 前記ゾー ン I 内の原料粗チタン固体の充填層を通過しつつ前記工程 I を経て前記 工程 2および前記工程 3に供せられた後に、 容器内に存在する他の気体 から分離されて容器外に排出され、  8. The TiC vapor supplied from outside the vessel in the step 1 passes through the packed bed of the raw titanium solid material in the zone I and passes through the step I to be subjected to the steps 2 and 3 After being separated from other gases present in the container and discharged out of the container,
前記分離された TiGI4蒸気は、 再度容器内に供給されて前記工程 2お よび前記固体 TiClxの析出工程および前記工程 3の実施に用いられるこ とを特徴とする請求項 1 乃至 5いずれか記載のチタンの精製方法。 The separated TiGI 4 vapor is supplied again into the vessel and used in the step 2, the step of depositing the solid TiClx, and the step 3. Method for refining titanium.
9. 前記容器内に不活性ガスを導入して前記工程 3を実施することを 特徴とする請求項 1乃至 6いずれか記載のチタンの精製方法。  9. The method for purifying titanium according to claim 1, wherein the step 3 is performed by introducing an inert gas into the container.
1 0. 単一の管状の反応管の左右の端部に近い位置に、 原料粗チタン と TiGI4とを反応させて、 低級塩化チタン TiC Ix蒸気を生成させる工程 1 を行う左ゾーン 1 と右ゾーン 1 をそれぞれ設け、 この両ゾーン 1 に挟 まれた空間であって、 反応管の長さ方向中心の左右の部分にそれぞれ左 ゾーン 2と右ゾーン 2とを設け、 反応管の左右の端部に連結された 2つ のガス出入管と、 前記反応管の外周に配置された移動可能な加熱装置と を備え、 前記反応管内を流れる気流を、 一定期間ごとに反転させて構成 したことを特徴とするチタンの精製装置。 10 0. Left zone 1 and right where step 1 is performed to produce low-grade titanium chloride TiC Ix vapor by reacting crude titanium raw material and TiGI 4 at positions near the left and right ends of a single tubular reaction tube Zone 1 is provided, and left and right zones 2 are provided at the left and right portions of the longitudinal center of the reaction tube, respectively, in the space sandwiched between both zones 1, and the left and right ends of the reaction tube are provided. And a movable heating device arranged on the outer periphery of the reaction tube, wherein a gas flow flowing in the reaction tube is reversed at regular intervals. Titanium refining equipment.
1 1 . 単一の反応容器内に、 前記工程 1 を行なうゾーン 1 と、 前記ェ 程 1 で発生する TiGlx蒸気から固体 TiGlxを析出させる工程 2および前 記固体 TiClxを熱分解して精製チタンを得る工程 3を行なうゾーン 2と、 前記工程 2を行なうゾーン 3を有し、  1 1. In a single reaction vessel, zone 1 in which step 1 is performed, step 2 in which solid TiGlx is precipitated from the TiGlx vapor generated in step 1, and solid titanium chloride is thermally decomposed to produce purified titanium. Zone 2 for performing the step 3 for obtaining, and zone 3 for performing the step 2
前記ゾ一ン 2とゾーン 3との間には、 ゾーン 2で発生する TiClx蒸気 と TiCし蒸気の混合蒸気および固体 TiGlxが互いに移送可能な開口が形 成され、 An opening is formed between the zone 2 and the zone 3 so that a mixed vapor of TiClx vapor and TiC vapor generated in the zone 2 and solid TiGlx can be transferred to each other. Is formed,
反応管に連結された 2つのガス出入管と、 前記反応管の外周に配置さ れた移動可能な加熱装置とを備えることを特徴とするチタンの精製装置 c A titanium purifying apparatus c comprising: two gas inlet / outlet pipes connected to a reaction tube; and a movable heating device disposed on an outer periphery of the reaction tube.
1 2. 単一の反応容器内に、 前記工程 1 を行なうゾーン 1 と、 前記ェ 程 3を行なうゾーン 2と、 前記工程 2を行なうゾーン 3を有し、 1 2. Within a single reaction vessel, there is a zone 1 for performing the step 1, a zone 2 for performing the step 3, and a zone 3 for performing the step 2.
前記ゾーン 1 と前記ゾーン 3との間にゾーン 1 で発生する混合蒸気を ゾーン 1 からゾーン 3へ移送するための連絡路を形成し、  Forming a communication path between the zone 1 and the zone 3 for transferring the mixed steam generated in the zone 1 from the zone 1 to the zone 3;
前記ゾ一ン 2とゾーン 3との間には、 ゾーン 2で発生する TiGlx蒸気 と TiCし蒸気の混合蒸気および固体 TiGlxが互いに移送可能な開口が形 成され、  An opening is formed between the zone 2 and the zone 3 so that a mixed vapor of TiGlx vapor and TiC vapor generated in the zone 2 and solid TiGlx can be transferred to each other,
反応管に連結された 2つのガス出入管を有し、 前記ゾーン 3には前記 ゾーン 3に固化析出した固体 TiC Ixをかきとリ、 ゾーン 2側へ移送させ るための機械的手段を具備することを特徴とするチタンの精製装置。 It has two gas inlet / outlet pipes connected to the reaction tube, and the zone 3 is provided with mechanical means for transferring solid TiC Ix solidified and deposited in the zone 3 to the zone 2 side. An apparatus for refining titanium.
1 3. 単一の反応容器内に、 前記工程 1 を行なうゾーン 1 と、 前記ェ 程 2および前記工程 3を行なうゾーン 2と、 前記工程 2を行なうゾーン1 3. In a single reaction vessel, zone 1 for performing step 1 above, zone 2 for performing steps 2 and 3 above, and zone for performing step 2 above
3を有し、 Has 3,
前記ゾーン 2とゾーン 3との間には、 ゾーン 2で発生する TiG 蒸気 と TiCI4蒸気の混合蒸気および固体 TiClxが互いに移送可能な開口が形 成され、 An opening is formed between the zone 2 and the zone 3 so that the mixed vapor of the TiG vapor and the TiCI 4 vapor generated in the zone 2 and the solid TiClx can be transferred to each other,
反応管に連結された 2つのガス出入管を有し、 前記ゾーン 3には前記 ゾーン 3に固化析出した固体 TiGlxをかきとり、 ゾーン 2側へ移送させ るための機械的手段を具備することを特徴とするチタンの精製装置。  It has two gas inlet / outlet pipes connected to a reaction tube, and the zone 3 is provided with mechanical means for scraping solid TiGlx solidified and precipitated in the zone 3 and transferring it to the zone 2 side. Titanium refining equipment.
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