アルカリ金属によるチタンの還元反応メカニズムの解明と新プロセスのための学術指針

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K20356
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 宇田 哲也 京都大学, 工学研究科, 教授 (80312651)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 金属熱還元法 / チタン / クロール法 / 反応メカニズム

Outline of Annual Research Achievements

MgはMgCl2に比べ圧倒的に金属に対する濡れ性がよいことがわかっている。これに対して、MgI2とMgの濡れ性の比較を透過Ｘ線実験で行った。実験#１として、溶融Mgが上部に、MgI2が下部に来るようにステンレス容器(SUS430)に保持し、観察したところ、容器壁近傍の塩と金属の境界部分では、上部のMgが若干濡れ下がることが見受けられた。これにより、MgI2よりもMgの方が固体のステンレスには濡れやすいと言える。別の実験でチタン棒を差し込んだ実験から、MgI2がMgよりも固体のチタンに対してより濡れるということはなかった。しかしながら、実験#1ではステンレス容器上部壁のMg領域にMgI2が点在して付着する様子が確認された。これは仕込み時のMgI2が上部のMg領域に残留したためであり、MgI2が密度差に従って速やかに下部に移動しない濡れと比重差だけでは説明できないなんからの理由の存在が推察された。また、別の実験#2では、MgとMgI2の界面が水平に発達せず、あたかもMgI2がステンレスに対して部分的に1～２センチほど濡れ上がっているような挙動が見られた。これは、濡れあがったというよりも、上記の点在して残留するMgI2が連続して残留している様子とも考えられる。このようなことはMgとMgCl2の組み合わせでは観察されておらず、MgCl2に対してMgI2が粘度が高いなど、動的挙動の違いが連想された。このことが、反応様式の違いにも関係していると推察される。付記になるが、研究ではMgの研磨方法についても検討をした。クエン酸でエッチング、純水で洗浄、すぐ乾燥した場合と、Arグローブボックス中でエメリー紙で研磨した場合を比較したところ、後者の方がSTMにおいて明瞭にトンネル電流が流れやすく、少なくとも数日は大気雰囲気でその状態を保存できた。酸化被膜の除去には機械的研磨が推奨される。