Development of a new upgrade recycling technology for titanium

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チタン (Ti) は無尽蔵の埋蔵量を有し、優れた耐食性を示す金属である。また、チタン合金は極めて高い比強度を有する、夢の未来材料である。しかし、チタンは鉄 (Fe) や酸素 (O) との親和性が高く、鉄との混合酸化物である鉱石から低いコストで直接、金属チタンを製造する技術が存在しない。また、チタン製品の製造工程では、酸素や鉄などの不純物を含むチタンスクラップが多量に発生する。これらの理由から、チタン製品の価格は高く、広く一般には普及していない。本研究では、チタン製品の低価格化を目指して、チタン中の酸素を除去 (脱酸) する新規プロセスを開発し、チタンスクラップを高純度化する「アップグレード・リサイクル」の実現を目的とした。これまでの研究で、イットリウム (Y)、ランタン (La) 、ホルミウム (Ho) 、セリウム (Ce)、ネオジム (Nd) などの希土類金属を脱酸剤として用い、希土類オキシクロライドの生成反応を利用することで、極低酸素濃度のチタンを製造できることを明らかにした。さらに、脱酸能力が低いマグネシウム (Mg) を脱酸剤として用いた場合も、希土類オキシクロライドの生成反応の利用により、チタン中の酸素を 500 mass ppm以下まで除去できることを、初めて提案・実証した。また、以上の手法を、酸化チタンの直接還元による金属チタン製造プロセスやチタンの焼結プロセスへと応用できる可能性を示した。最近では、サマリウム (Sm)、ツリウム (Tm)、イッテルビウム (Yb) などの蒸気圧の高い希土類金属を、気相を介してチタンに供給して脱酸する新しいプロセスを提案・実証した。さらに、希土類金属に加えてハロゲンフラックスを、気相を介して同時にチタンスクラップに供給する新しいプロセスを検証した。これらの技術はいずれも将来的にはチタン製品の価格低減につながると期待される。