研究課題
基盤研究(A)
酸化チタン原料から直接金属チタンを製造するプロセスを開発した。四塩化チタン等の中間化合物を経ずに溶融塩に溶けているカルシウムによって直接金属チタンに還元する(A)と共に、電気分解で副生成物の酸化カルシウムを再生する(B)という、二つの反応機構からなる。さらに(A)と(B)を一体化する方法を実現して工業化を図るため、実験で技術的問題点を検討し解決した。二つの基礎実験、(A)溶融塩中に溶解している金属CaによるTiO_2の熱還元の大型槽での実証、(B)炭素電極を用いCaOをCaに再生する溶融塩電解の実証、を個別に行った。重要であるが小規模実験では判断できない収率と不純物の検討の他、カルシウムイオンの移動と熱対流効果、反応容器材料と電極材料の選択、電極の空間的配置を検討した。さらに、上記(A)(B)のプロセスを結合し、連続的金属Ti製造のプラント設計と確認実験を大型の実験装置を用い大規模で行った。溶融塩中での塩と粉末Tiの流動、反応容器からの生成物引抜方法と熱バランスを検討した。全ての実験で金属チタンを得ることに成功し、特に実験(A)では平衡酸素濃度である500ppm酸素に達した。(A)(B)を一体化したOS法によって炭素濃度も低い高純度のチタンを製造するためには陽極から発生するCO/CO2ガスの完全分離が必要であることを見いだした。このためにはジルコニア固体電解質を用いることが有効であった。チタンのみならず、ニオブ、タンタル、バナジウム、ジルコニウム、クロムなどの酸化物還元に適用でき、合金の製造も可能であることを実証したので、省エネルギーの生産方法として工業化を提案している。
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