革新的なチタン製錬の確立に向けたチタン塩化物の還元機構に関する基礎的研究

チタンの製錬プロセスの生産性を改善するため、本研究ではマグネシウムによる四塩化チタンの還元反応のメカニズムについて調査を行った。まずはマイクロフォーカスX線透視法を用いて800℃で液体四塩化チタンを溶融マグネシウム上に滴下し、その反応の様子を観察した。その結果、四塩化チタンの供給開始と共に溶融マグネシウムは容器壁面を這い上がり、四塩化チタンガスと反応することで多孔質なチタンが容器壁面に生成することが分かった。また、濡れ性に関する基礎実験を行い、チタンと溶融マグネシウムの濡れ性が良好であること、ならびに直径0.1 mmのチタン線を縒り合わせて作製した線材を溶融マグネシウムに浸漬すると毛細管作用によってマグネシウムがチタン線の隙間を吸い上げられることを確認した。これらの結果から、四塩化チタンのマグネシウム還元時に見られた容器壁面での反応は、容器壁面に生成した多孔質な金属チタンを毛細管作用によって溶融マグネシウムが這い上がったことが原因であると考えられる。なお、本研究においては容器中央部の溶融マグネシウムは副生成物である塩化マグネシウムに覆われており、四塩化チタンとマグネシウムの反応が阻害されていた。ただし、本研究で用いた反応容器は幅4.5 cm×奥行き4.6 cm×高さ11.5 cmであり、実際のプロセスで使用される直径約2 mの円筒型の反応容器と比べて小さい。大型の反応容器を用いた場合には塩化マグネシウムが容器中央部の溶融マグネシウムをほぼ一様に覆うとは考え難く、このようなサイズ差による影響について今後さらなる検討が必要である。このように本研究では四塩化チタンと溶融マグネシウムの反応の様子をX線を用いて観察することに成功した。また、反応容器のサイズ差の影響といった課題は残るものの、反応メカニズムについて部分的ながらも解明できたことは特筆すべき成果である。

チタンの製錬プロセスの生産性を改善するため、本研究ではマグネシウムによる四塩化チタンの還元反応のメカニズムについて調査を行った。まずはマイクロフォーカスX線透視法を用いて800℃で液体四塩化チタンを溶融マグネシウム上に滴下し、その反応の様子を観察した。その結果、四塩化チタンの供給開始と共に溶融マグネシウムは容器壁面を這い上がり、四塩化チタンガスと反応することで多孔質なチタンが容器壁面に生成することが分かった。また、濡れ性に関する基礎実験を行い、チタンと溶融マグネシウムの濡れ性が良好であること、ならびに直径0.1 mmのチタン線を縒り合わせて作製した線材を溶融マグネシウムに浸漬すると毛細管作用によってマグネシウムがチタン線の隙間を吸い上げられることを確認した。これらの結果から、四塩化チタンのマグネシウム還元時に見られた容器壁面での反応は、容器壁面に生成した多孔質な金属チタンを毛細管作用によって溶融マグネシウムが這い上がったことが原因であると考えられる。なお、本研究においては容器中央部の溶融マグネシウムは副生成物である塩化マグネシウムに覆われており、四塩化チタンとマグネシウムの反応が阻害されていた。ただし、本研究で用いた反応容器は幅4.5 cm×奥行き4.6 cm×高さ11.5 cmであり、実際のプロセスで使用される直径約2 mの円筒型の反応容器と比べて小さい。大型の反応容器を用いた場合には塩化マグネシウムが容器中央部の溶融マグネシウムをほぼ一様に覆うとは考え難く、このようなサイズ差による影響について今後さらなる検討が必要である。このように本研究では四塩化チタンと溶融マグネシウムの反応の様子をX線を用いて観察することに成功した。また、反応容器のサイズ差の影響といった課題は残るものの、反応メカニズムについて部分的ながらも解明できたことは特筆すべき成果である。