チタン鉱石から直接金属チタン粉末を製造する方法

現在のチタンの製造プロセス(クロール法)では、酸化チタンの品位が90%以上のアップグレード鉱石(高品位鉱石)を原料として用いているが、高品位鉱石の使用はチタン製錬のコストを上げる主な要因となっている。本研究では、溶融塩(CaCl_2など)を反応媒体として利用し、低品位チタン鉱石の不純物の鉄をFeCl_3として直接除去し、続いて、得られたTiO_2+CaCl_2原料を申請者らが独自に考案・開発したプリフォーム還元法を用いて還元し、直接、金属チタンの粉末を製造する新しいタイプのプロセスの開発研究を行った。プリフォーム還元法によりTiO_2のカルシウム還元に関する一連の実験を行った結果、高純度のTiO_2原料とCaCl_2を還元助剤として用いれば、99.8%以上の純度のチタン粉末が効率良く製造できることを確認した。さらに、本研究では、現行のクロール法(塩化製錬法)からの脱却を目指し、チタン鉱石をプリフォーム原料として利用する新しいタイプのチタン製錬法の可能性を追及した。具体的には、チタン鉱石(TiO_2・Fe_2O_3)とフラックス(CaCl_2など)の混合物をTiCl_4やCl_2などの塩化剤ガスと反応させ、Fe_2O_3(in Ore)+TiCl_4(g)→TiO_2(s)+FeCl_3(g)などの反応を進行させ、鉱石中の鉄分を選択的に除去し、TiO_2とCaCl_2の混合物を製造した。選択塩化法によって製造したチタン原料を使って様々な組成・形状のTiO_2原料を含むプリフォームを作製した。これらのプリフォームを複数個まとめてCa還元剤とともにステンレス鋼製の反応容器に入れ、800〜1000℃の範囲の一定温度で数時間保持し、Ca蒸気によりチタンを還元し、還元条件の最適化を図ると同時に、不純物の挙動についても解析を行った。また、出発原料として天然の鉱石を利用する場合に得られるチタンの純度がどこまで上げられるかについて実験的に検証した。

現在のチタンの製造プロセス(クロール法)では、酸化チタンの品位が90%以上のアップグレード鉱石(高品位鉱石)を原料として用いているが、高品位鉱石の使用はチタン製錬のコストを上げる主な要因となっている。本研究では、溶融塩(CaCl_2など)を反応媒体として利用し、低品位チタン鉱石の不純物の鉄をFeCl_3として直接除去し、続いて、得られたTiO_2+CaCl_2原料を申請者らが独自に考案・開発したプリフォーム還元法を用いて還元し、直接、金属チタンの粉末を製造する新しいタイプのプロセスの開発研究を行った。プリフォーム還元法によりTiO_2のカルシウム還元に関する一連の実験を行った結果、高純度のTiO_2原料とCaCl_2を還元助剤として用いれば、99.8%以上の純度のチタン粉末が効率良く製造できることを確認した。さらに、本研究では、現行のクロール法(塩化製錬法)からの脱却を目指し、チタン鉱石をプリフォーム原料として利用する新しいタイプのチタン製錬法の可能性を追及した。具体的には、チタン鉱石(TiO_2・Fe_2O_3)とフラックス(CaCl_2など)の混合物をTiCl_4やCl_2などの塩化剤ガスと反応させ、Fe_2O_3(in Ore)+TiCl_4(g)→TiO_2(s)+FeCl_3(g)などの反応を進行させ、鉱石中の鉄分を選択的に除去し、TiO_2とCaCl_2の混合物を製造した。選択塩化法によって製造したチタン原料を使って様々な組成・形状のTiO_2原料を含むプリフォームを作製した。これらのプリフォームを複数個まとめてCa還元剤とともにステンレス鋼製の反応容器に入れ、800〜1000℃の範囲の一定温度で数時間保持し、Ca蒸気によりチタンを還元し、還元条件の最適化を図ると同時に、不純物の挙動についても解析を行った。また、出発原料として天然の鉱石を利用する場合に得られるチタンの純度がどこまで上げられるかについて実験的に検証した。