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2020 年度 実績報告書

イルメナイト鉱石の酸窒化と溶融塩還元の組み合わせによる新チタン製造方法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18F18054
研究機関北海道大学

研究代表者

鈴木 亮輔  北海道大学, 工学研究院, 特任教授 (80179275)

研究分担者 AHMADI ELTEFAT  北海道大学, 工学研究院, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2018-10-12 – 2021-03-31
キーワードTitanium metal powder / sulfides / oxycarbonitride / ilmenite / molten salt electrolysis / tantalum
研究実績の概要

A new processing concept for production of Ti metal powder via TiSx (1<x<2) and TiN from ilmenite (FeTiO3) has been proposed. TiN or TiOxCyNz was synthesized by carbothermal reduction and nitridation (CTRN) of FeTiO3.
The preparation of clean TiS2 from TiN plays a key role in production of high-purity Ti powders. Either CS2 or S2 gas could be used for synthesis of titanium sulfides from TiOxCyNz or FeTiO3. However, CS2 gas stream leads to contamination of the samples. A dual-zone furnace specially manufactured gradually evaporated the sulfur and could control the partial pressure of S2 gas. The carbon contamination was remarkably suppressed using S2 gas.
TiN was thus transformed to the single phase of Ti2.45S4 and TiS2 at 1473 K for 3.6 and 10.8 ks, respectively. Nitrogen content of the sulfide was reduced to <0.005 mass% N when the sample was sulfurized at 1473 K for 10.8 ks. Then, the sulfide was reduced to Ti metal powder by the electrochemical OS process in molten CaCl2 with a small addition of CaS. The carbon impurity decreased to 0.01 mass% C for the sulfide and <0.1 mass% C for the Ti powder samples.
Sulfidation of TiC was also studied and pure TiS2 samples with carbon content of <0.025 mass% C were prepared at 1473 K for 18 ks, which is applicable for producing Ti powder. We successfully produced Ti powders with spherical morphology consisted of the foil-like Ti sheets with < 0.15 wt% O from TiN or TiC by the electrochemical reduction in molten CaCl2-0.5 mol% CaS. Using this proposal, Ta and Nb powders could be prepared via their sulfides.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] A Sustainable Approach for Producing Ti and TiS2 from TiC2020

    • 著者名/発表者名
      Ahmadi Eltefat、Suzuki Ryosuke o.、Kaneko Takumi、Kikuchi Tatsuya
    • 雑誌名

      Metallurgical and Materials Transactions B

      巻: 52 ページ: 77~87

    • DOI

      10.1007/s11663-020-01988-5

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Titanium Production via Titanium Sulfide2020

    • 著者名/発表者名
      Suzuki R. O.、Yashima Y.、Suzuki N.、Ahmadi E.、Natsui S.、Kikuchi T.
    • 雑誌名

      MATEC Web of Conferences

      巻: 321 ページ: 07003~07003

    • DOI

      10.1051/matecconf/202032107003

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Towards a sustainable technology for production of extra-pure Ti metal: Electrolysis of sulfurized Ti(C,N) in molten CaCl22020

    • 著者名/発表者名
      Ahmadi Eltefat、Suzuki Ryosuke O.、Kikuchi Tatsuya、Kaneko Takumi、Yashima Yuta
    • 雑誌名

      International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials

      巻: 27 ページ: 1635~1643

    • DOI

      10.1007/s12613-020-2162-5

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Metal Production after Sulfurization of Oxides2021

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke O. Suzuki, Takumi Kaneko, Eltefat Ahmadi, Yuta Yashima, Shungo Natsui, Tatsuya Kikuchi
    • 学会等名
      The 11th International Conference on Molten Slag, Fluxes and Salts (MOLTEN2021),
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] S2およびCS2ガスによるSc2O3の硫化2021

    • 著者名/発表者名
      山下知宏、金子拓実、鈴木亮輔、菊地竜也
    • 学会等名
      2020年度日本鉄鋼協会・日本金属学会両北海道支部合同冬季講演大会
  • [学会発表] 溶融塩を用いた錬金術2021

    • 著者名/発表者名
      鈴木亮輔
    • 学会等名
      2020年度日本鉄鋼協会・日本金属学会両北海道支部合同冬季講演大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Electrolysis of TiS2?prepared from TiN to High-Purity Ti2020

    • 著者名/発表者名
      Eltefat Ahmadi、鈴木亮輔、菊地竜也、濱岡光太
    • 学会等名
      第52回溶融塩化学討論会
  • [学会発表] CaCl2-KCl複合塩中における硫化鉛の還元2020

    • 著者名/発表者名
      濱岡光太、鈴木亮輔、菊地竜也、Eltefat Ahmadi
    • 学会等名
      第52回溶融塩化学討論会
  • [学会発表] Production of Ti Powder from TiC by Sulfidation and Reduction in Molten Salt2020

    • 著者名/発表者名
      Eltefat Ahmadi, Ryosuke O. Suzuki, Tatsuya Kikuchi
    • 学会等名
      日本金属学会2020秋期大会
  • [学会発表] High-Purity Tantalum Powder Production by Electrochemical Reduction of TaS22020

    • 著者名/発表者名
      Eltefat Ahmadi, Ryosuke O. Suzuki, Tatsuya Kikuchi
    • 学会等名
      資源素材学会 資源・素材2020
  • [図書] Extractive Metallurgy of Titanium, Conventional and Recent Advances in Extraction and Production of Titanium Metal2020

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke O. Suzuki, Shungo Natsui, Tatsuya Kikuchi,
    • 総ページ数
      436
    • 出版者
      Elsevier
    • ISBN
      978-0-1281-7200-1
  • [図書] 脱石油に向けたCO2資源化技術2020

    • 著者名/発表者名
      湯川英明
    • 総ページ数
      375
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • ISBN
      978-4-7813-1510-2

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公開日: 2021-12-27  

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