[发明专利]熔融盐中金属雾形成金属的除去、浓缩方法及装置、及使用这些的Ti或Ti合金的制造方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及将在含有Ca、Na等金属雾形成金属作为构成成分的熔融 盐中熔解的金属雾形成金属从其熔融盐除去，向另一方的含金属雾形成金 属熔融盐转移，提高其浓度的熔融盐中金属雾形成金属的除去及高浓度化 方法和使用于其的装置、及使用该方法，将含有TiCl₄的金属氯化物利用 Ca还原处理，制造金属Ti或Ti合金的Ti或Ti合金的制造方法、及使用 于其的制造装置。

背景技术

Ti、Zr、Ta、Hf、V等金属分别为具备优越的特性的有用的金属，但 通过通常使用的C或Al之类的还原剂难以熔炼。另外，这些金属需要与 与之共存的同系元素或杂质等分离，因此，通常经过溶剂萃取、烘焙、氯 化等多个工序来精炼后，形成为这些的氧化物或氯化物，将其用Mg或 Al、Na、Ca等还原能力强的金属还原而制造。

作为这些还原剂使用的Ca、Na、Al以及Li等的金属自身熔解于金属 的氯化物，(例如，Ca熔解于CaCl₂)，此时，具备呈被称为金属雾的雾状 的性质(将这样的金属在此称为“金属雾形成金属”)。

这些金属雾形成金属分别由原料矿石经过各种精炼处理而制造成纯 金属，包括所述作为还原剂的利用，使用于各种用途。另一方面，这些金 属的氯化物、氟化物等单独作为熔融盐，或作为含有其他盐的多元系的熔 融盐使用的情况也居多，尤其，作为工业电解槽广泛利用于熔融盐电解。

进而，关联于这些金属雾形成金属的利用，提出了制造Ti时的TiCl₄的还原剂使用Ca的技术。作为能够利用金属雾形成金属的金属Ti的工业 制法，通常为利用Mg还原TiCl₄的克洛尔法(クロ—ル法)。

在工业上制造Ti的克洛尔法中，经过还原工序—真空分离工序，制 造金属Ti。在还原工序中，利用熔融Mg还原在反应容器内从上方供给的 液态TiCl₄，生成粒状金属Ti，使其逐次向下方沉降，得到海绵状金属Ti。 在真空分离工序中，从反应容器内的海绵状金属Ti除去作为未反应的Mg 及副产物的MgCl₂。

在利用克洛尔法的金属Ti的制造中，可以制造高纯度的制品。但是， 由于是间歇式，制造成本高涨，制品价格变得非常高。制造成本高涨的原 因之一是难以提升TiCl₄的供给速度。

其理由认为如下几种，一是在TiCl₄的供给速度过大的情况下，由于 从上方向供给TiCl₄至不沉降而残留于液面的MgCl₂，因此，供给的TiCl₄作为未反应的TiCl₄气体或还原不充分的TiCl₃气体等向反应容器外排出， 导致TiCl₄的利用效率的降低。

另外，在克洛尔法中，仅在反应容器内的熔融Mg液的液面附近进行 反应，因此，散热区域狭窄。因此，以高速供给TiCl₄的情况下来不及冷 却也是TiCl₄的供给速度受限的很大的理由。

进而，由于熔融Mg的润湿性(粘着性)，生成的Ti粉以凝聚的状态 沉降，在沉降过程中也由于高温的熔融液具有的热量而烧结，并生长为粒 子，难以向反应容器外回收。因此，不能连续进行金属Ti的制造，阻碍 生产率。

关于克洛尔法以外的Ti制造方法，在美国专利第2205854号公报中， 作为TiCl₄的还原剂，除了Mg以外，还记载了例如可以使用Ca。还有， 作为使用了利用Ca的还原反应的Ti的制造方法，在美国专利第4820339 号公报中，记载了在反应容器内保持CaCl₂的熔融盐，从上方向供给金属 Ca粉末到所述熔融盐中，使Ca熔入熔融盐中，并且，从下方供给TiCl₄气体，在CaCl₂的熔融盐中使Ca和TiCl₄反应的方法。

然而，在上述美国专利第4820339号公报中记载的方法中，作为还原 剂使用的金属Ca的粉末极其高价，将其购入而使用的情况下，制造成本 比克洛尔法更高价，因此，不能作为工业上的Ti制造法使用。而且，反 应性强的Ca的操作非常难，这也成为阻碍利用Ca还原的Ti制造方法的 工业化的要因。