[发明专利]金属钛的制造方法

说明书

技术领域

本发明广义上涉及一种制造金属钛的方法。具体地说，本发明涉及一种从四氯化钛及镁的混合气体使金属钛析出成长的金属钛的制造方法。

背景技术

钛轻量、比强度大且耐腐蚀性优越，广泛应用于飞机、医疗、汽车等各种领域，其使用量正逐渐增加。钛在地壳中的储量在实用金属元素中排在铝、铁、镁之后而处于第四多的位置，作为资源而言是一种丰富的元素。但不管钛资源如何丰富，钛的价格比钢铁材料要高出一个位数以上，所以要面对供给不足的现状。

现行的金属钛的制造方法的主流是克洛尔法。所谓克洛尔法是在作为原料的钛矿石(主成分为TiO₂)中添加氯气以及焦炭(C)，制造四氯化钛(TiCl₄)，进一步经过蒸馏分离，制造高纯度四氯化钛。通过纯化了的四氯化钛和镁(Mg)的热还原反应来制造金属钛。克洛尔法的热还原工序是在不锈钢制还原反应容器内预先充满800℃以上的熔融镁，从容器上部滴下四氯化钛液，通过与容器内的镁发生反应而生成钛。生成的钛在镁液中沉淀，形成海绵状的钛。另一方面，作为反应的副生成物的四氯化钛及残留镁作为液相变成和海绵状钛的混合物。在上述反应结束后，经过1000℃以上的高温真空分离工艺，可得到多孔质的海绵饼，将该海绵饼切断、粉碎来制造海绵钛。

克洛尔法虽然可以制造实用级别的钛坯料，但热还原反应和真空分离由于必须以不同工序的方式来进行，所以制造周期长。另外，制造是间歇式的，制造效率低。为了克服克洛尔法的这些问题，提出了各种技术。

例如，文献1(JP特公昭33-3004)公开的方法是：将四氯化钛气体和镁蒸汽供应给反应容器，在将反应容器保持为800～1100℃的温度范围、且10^-4mmHg(1.3×10^-2Pa)的真空的状态下，引起气相反应，使钛在设置于反应容器内的网状回收材料上析出而将其回收的方法。

文献2(美国专利第2997385号)公开的方法是：将金属元素的卤化物蒸汽和作为还原剂的碱金属或碱土金属蒸汽导入反应容器，在使反应容器为750～1200℃的温度范围、且0.01～300mmHg(1.3Pa～40kPa)的真空减压状态下，通过气相反应，制造金属的方法。

文献2示出了通过TiCl₄气体+Mg气体来生成钛的Example II，具体地说，作为反应温度适用约850℃，作为压力适用10～200microns(1.3～26.7Pa)。

在非专利文献1(Hansen and  S.J.Gerdemann、JOM、1998年、No.11、第56页)公开了一种通过气相反应来制造钛超细微粉末的方法。该方法是将四氯化钛气体和镁气体导入反应器，在850℃以上的温度下进行反应，用设置于下部的旋风器将作为生成物的钛细微粉末和副生成物的MgCl₂粉末分离。之后，为了从得到的钛细微粉末分离镁和MgCl₂，适用真空蒸馏或者过滤。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特公昭33-3004号公报

专利文献2：美国专利第2997385号公报

非专利文献

非专利文献1：Hansen、Gerdemann(D.A.Ha nsen and S.J.Gerdemann)、JOM、1998年、No.11、第56页

根据本发明人的研究，专利文献1的方法虽然可以回收少量的钛，但为了将反应容器维持于10^-4mmHg的真空，需要限制反应物的供给速度。虽然通过真空排气泵的大型化、排气能力的增强而存在增强处理能力的可能性，但工业化大量处理是困难的。

专利文献2的方法也和文献1大致同样，虽然可以回收纯钛，但在低压状态下的制造还残留有制造速度小的问题。

由非专利文献1的方法生产的粉末是亚微米程度的粗细，无法实现镁和MgCl₂的有效分离，杂质混入量多。因此，需要真空蒸馏这样的另外的分离手段。

如上所述，为了解决上述的克洛尔法的问题而提出的现有技术文献是通过四氯化钛气体和镁气体的气相反应来制造钛的方法。但是，不管何种方法，基本上都需要适用高级别的真空状态来分离副生成物的MgCl₂或未反应物的镁，从而存在难以大量处理的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种以四氯化钛及镁作为起始原料，可高效制造金属钛的金属钛的制造方法。