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2019 年度 実績報告書

チタンの革新的アップグレード・リサイクル技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19H05623
研究機関東京大学

研究代表者

岡部 徹  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (00280884)

研究分担者 竹田 修  東北大学, 工学研究科, 准教授 (60447141)
研究期間 (年度) 2019-06-26 – 2024-03-31
キーワードチタン / 脱酸 / リサイクル / 乾式プロセス / 希土類元素
研究実績の概要

チタン (Ti) は無尽蔵の埋蔵量を有し、高い耐食性を示す。また Ti 合金は極めて高い比強度を有する夢の未来材料である。しかし、Ti は酸素 (O) との結合力が極めて強く、低いコストで鉱石 (TiFeOx) から直接、金属 Ti を製造する技術が存在しない。このため、Ti 製品の価格は高く、広く一般には普及していない。Ti 製品の製造工程では、O や鉄 (Fe) などの不純物を含むスクラップが多量に発生する。Ti 製品の低価格化に向けて、不純物濃度の高い Ti スクラップを高純度化する新しいプロセスが求められている。Ti は Fe や O と高い親和性を有するため、Ti 中の Fe や O を除去する工業プロセスは存在しない。本研究では、主に Ti 中の O を除去 (脱酸) する新規プロセスを開発し、Ti スクラップをバージン材 (スポンジ Ti) よりも高純度化する「アップグレード・リサイクル」を実現することを目的とする。
近年我々は、熱力学的考察に基づいて、希土類元素の強力な脱酸能を見出し、特に希土類のオキシハライド生成反応を利用すると、Ti 中の O を極低濃度まで除去できることを理論的に予想した。2019年度の研究では、金属イットリウム (Y) を脱酸剤として用いて、希土類オキシクロライドの生成反応を利用すれば、100 mass ppm O を下回る、極低 O 濃度の Ti を製造できることを実験的に明らかにした。また、金属マグネシウム (Mg) を脱酸剤として、MgCl2–HoCl3 中で電気化学的脱酸を行うことで、安定的に 1000 mass ppm O の Ti が得られることを実証し、電気化学的脱酸法の有効性を明らかにした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

希土類金属を脱酸剤とする希土類オキシハライドの生成反応による脱酸プロセスについて、その有効性を実証した。さらに、電気化学的脱酸法の有効性が明らかにした。
脱酸反応後のTiサンプルの詳細な分析を進める過程で、当初の想定を上回るレベルで、一部の希土類元素のTiサンプルへの混入が判明した。実プロセスの開発を進めるうえで、このTiサンプルへの汚染の防御が不可欠なため、汚染現象の原因解明及び防御策の開発を追加して実施する必要が生じた。そこで、繰越申請をして、汚染を抑制するための金属 Ti フィルターを介した新しい脱酸プロセスを開発した。Ti フィルターを用いることで、希土類金属の汚染を抑制しながら脱酸反応が進行することを確認した。当初は、脱酸プロセスにおける鉄などの不純物元素による Ti の汚染を2021年度以降に検討する予定であったが、この Ti フィルターを介した脱酸プロセスが適用できると考えられる。
以上に述べたように、繰越を行って、Ti中への不純物汚染の抑制方法を見出したことで、結果的に、当初の予定より研究の進展が加速した。今後も当初の予定を上回る研究成果が見込まれる。

今後の研究の推進方策

ランタン (La) 、セリウム (Ce) 、ネオジム (Nd) および、ホルミウム (Ho) を用いた脱酸反応について検証する。また、それらのプロセスを電気化学的脱酸プロセスに発展させる予定である。一連の研究を通じて、脱酸反応の学理を追求する。さらに、希土類オキシハライドの熱力学的性質や物性などの基礎的データを取得する。
また、脱酸生成物である希土類オキシクロライドから希土類塩化物を再生するプロセスについて検討する。
Feなどの不純物の挙動を解析し、Ti への汚染の低減には、Tiフィルターを用いたプロセスの有効性を評価する。
以上の要素技術をもとに、実スクラップを用いる場合や、大規模処理における課題解決にも取り組み、Ti の一次原料 (スポンジTi) よりも純度が高い Ti をスクラップから再生する革新的な新製造技術(アップグレード・リサイクル技術)の確立を目指す。

  • 研究成果

    (50件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (15件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (34件) (うち国際学会 10件、 招待講演 5件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Development of Wide-range Viscometer and the Viscosity Measurement for SiO2-Na2O-NaF System2020

    • 著者名/発表者名
      Takeda Osamu、Yamada Masaya、Kawasaki Masane、Yamamoto Mayu、Sakurai So、Lu Xin、Zhu Hongmin
    • 雑誌名

      ISIJ International

      巻: 60 ページ: 590~596

    • DOI

      10.2355/isijinternational.ISIJINT-2019-412

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 電解還元拡散法による耐熱材料の表面改質2020

    • 著者名/発表者名
      竹田 修
    • 雑誌名

      溶融塩および高温化学

      巻: 63 ページ: 70~77

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 銅の電解精製とアノード不動態化2020

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Hideaki、Ninomiya Yuma、Okabe Toru H.
    • 雑誌名

      Journal of MMIJ

      巻: 136 ページ: 14~24

    • DOI

      10.2473/journalofmmij.136.14

    • 査読あり
  • [雑誌論文] チタンのアップグレードリサイクル2020

    • 著者名/発表者名
      岡部 徹, 竹田 修, 大内 隆成
    • 雑誌名

      金属

      巻: 90 ページ: 166~172

  • [雑誌論文] レアアースの生産に伴う環境破壊と金属のリサイクルについて2020

    • 著者名/発表者名
      岡部 徹
    • 雑誌名

      金属

      巻: 90 ページ: 93~98

  • [雑誌論文] Fundamentals of thermochemical reduction of TiCl42020

    • 著者名/発表者名
      Okabe Toru H.、Takeda Osamu
    • 雑誌名

      Extractive Metallurgy of Titanium, 1st Edition: Conventional and Recent Advances in Extraction and Production of Titanium Metal

      巻: - ページ: 65~95

    • DOI

      10.1016/B978-0-12-817200-1.00005-3

  • [雑誌論文] Metallothermic reduction of TiO22020

    • 著者名/発表者名
      Okabe Toru H.
    • 雑誌名

      Extractive Metallurgy of Titanium, 1st Edition: Conventional and Recent Advances in Extraction and Production of Titanium Metal

      巻: - ページ: 131~164

    • DOI

      10.1016/B978-0-12-817200-1.00008-9

  • [雑誌論文] Recycling of Ti2020

    • 著者名/発表者名
      Takeda Osamu、Okabe Toru H.
    • 雑誌名

      Extractive Metallurgy of Titanium, 1st Edition: Conventional and Recent Advances in Extraction and Production of Titanium Metal

      巻: - ページ: 363~387

    • DOI

      10.1016/B978-0-12-817200-1.00016-8

  • [雑誌論文] Ultimate Deoxidation Method of Titanium Utilizing Y/YOCl/YCl3 Equilibrium2019

    • 著者名/発表者名
      Iizuka Akihiro、Ouchi Takanari、Okabe Toru H.
    • 雑誌名

      Metallurgical and Materials Transactions B

      巻: 51 ページ: 433~442

    • DOI

      10.1007/s11663-019-01742-6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrochemical Deoxidation of Titanium Scrap in MgCl2-HoCl3 System2019

    • 著者名/発表者名
      Kong Lingxin、Ouchi Takanari、Zheng Chenyi、Okabe Toru H.
    • 雑誌名

      Journal of The Electrochemical Society

      巻: 166 ページ: E429~E437

    • DOI

      10.1149/2.1011913jes

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct Deoxidation of Ti by Mg in MgCl2-HoCl3 Flux2019

    • 著者名/発表者名
      Kong Lingxin、Ouchi Takanari、Okabe Toru H.
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 60 ページ: 2059~2068

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-M2019135

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermodynamic Criteria of The End-of-life Silicon Wafers Refining for Closing The Recycling Loop of Photovoltaic Panels2019

    • 著者名/発表者名
      Lu Xin、Miki Takahiro、Takeda Osamu、Zhu Hongmin、Nagasaka Tetsuya
    • 雑誌名

      Science and Technology of Advanced Materials

      巻: 20 ページ: 813~825

    • DOI

      10.1080/14686996.2019.1641429

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 高温融体の広粘度域測定技術の開発2019

    • 著者名/発表者名
      竹田 修, 盧 シン, 朱 鴻民
    • 雑誌名

      まてりあ

      巻: 58 ページ: 630~633

  • [雑誌論文] 貴金属の製錬・精錬・リサイクル2019

    • 著者名/発表者名
      岡部 徹
    • 雑誌名

      まてりあ

      巻: 58 ページ: 557~562

  • [雑誌論文] 希土類磁石からのレアアースのリサイクルプロセスの開発2019

    • 著者名/発表者名
      竹田 修, 岡部 徹
    • 雑誌名

      化学工業

      巻: 70 ページ: 490~494

  • [学会発表] Magnesiothermic Reduction of TiO2 to High Purity Ti assisted with Rare Earth Elements2020

    • 著者名/発表者名
      Takanari Ouchi, Takara Tanaka, and Toru H. Okabe
    • 学会等名
      The 15th Workshop on Reactive Metal Processing (RMW15)
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of the Direct Reduction Process of TiO2 to High Purity Ti Using Rare Earth Elements2020

    • 著者名/発表者名
      Takara Tanaka, Takanari Ouchi, and Toru H. Okabe
    • 学会等名
      The 15th Workshop on Reactive Metal Processing (RMW15)
    • 国際学会
  • [学会発表] Study on Electronically Mediated Reaction (EMR), and What I Learned from Professor Sadoway2020

    • 著者名/発表者名
      Toru H. Okabe
    • 学会等名
      TMS 2020 Annual Meeting & Exhibition, Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a New Electrodeposition Process based on Liquid Metal Electrochemical Technologies in Molten Salt Electrolytes2020

    • 著者名/発表者名
      Takanari Ouchi, Shuang Wu, and Toru H. Okabe
    • 学会等名
      TMS 2020 Annual Meeting & Exhibition, Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] 材料調達の最新状況と課題 ~電池材料の資源・生産の状況と問題点・ボトルネック~2020

    • 著者名/発表者名
      岡部 徹
    • 学会等名
      第7 回電動車両研究会
    • 国際学会
  • [学会発表] 産学連携2020

    • 著者名/発表者名
      岡部 徹
    • 学会等名
      生産技術研究所 第三者評価委員会
  • [学会発表] 貴金属の精錬とリサイクル研究・教育の最近の話題2020

    • 著者名/発表者名
      岡部 徹
    • 学会等名
      第89回 レアメタル研究会/貴金属シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] Deoxidation of Titanium Using Rare-Earth Metals and its Applications2019

    • 著者名/発表者名
      Takanari Ouchi, Akihiro Iizuka, Chenyi Zheng, Lingxin Kong, and Toru H. Okabe
    • 学会等名
      Special lecture at Northeastern University
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] レアメタル概論 ~一般には常識と思われているデマや誤解を解説~2019

    • 著者名/発表者名
      岡部 徹
    • 学会等名
      2019年度 大上ゼミOB/OG会
    • 招待講演
  • [学会発表] 貴金属やレアメタルの現状と展望 ~一般には常識と思われているデマや誤解を解説~2019

    • 著者名/発表者名
      岡部 徹
    • 学会等名
      東北大学レアメタル・グリーンイノベーション研究開発センター(RaMGI) 第5回 フォーラム
  • [学会発表] 環境自動車とレアメタルの最新動向2019

    • 著者名/発表者名
      岡部 徹
    • 学会等名
      環境シンポジウム2019
  • [学会発表] 東京大学 生産技術研究所 JX寄付ユニットにおける産学連携とこれから2019

    • 著者名/発表者名
      岡部 徹
    • 学会等名
      素材プロセッシング分野(環境リサイクルを含む)における産学連携に関するシンポジウム
  • [学会発表] 希土類金属熱還元による TiO2からの低酸素濃度 Ti 製造2019

    • 著者名/発表者名
      田中 尚良, 大内 隆成, 岡部 徹
    • 学会等名
      第88回 レアメタル研究会/チタン関係シンポジウム
  • [学会発表] 金属Yを利用するTi粉末の新規焼結プロセスの開発に関する基礎的研究2019

    • 著者名/発表者名
      飯塚 昭博, 大内 隆成, 岡部 徹
    • 学会等名
      第88回 レアメタル研究会/チタン関係シンポジウム
  • [学会発表] チタンに関する最近の話題'2019

    • 著者名/発表者名
      岡部 徹
    • 学会等名
      第88回 レアメタル研究会/チタン関係シンポジウム
  • [学会発表] 貴金属やレアメタルの現状と展望 ~一般には常識と思われているデマや誤解を解説~2019

    • 著者名/発表者名
      岡部 徹
    • 学会等名
      新規事業研究会
  • [学会発表] レアメタルの光と影 ~ 一般には常識と思われているデマや誤解を解説 ~2019

    • 著者名/発表者名
      岡部 徹
    • 学会等名
      一橋大学 「先端科学技術とイノベーション」の講義
  • [学会発表] 未来材料:チタン・レアメタル~夢の材料チタンの将来性やレアメタルに関する問題点を解説~2019

    • 著者名/発表者名
      岡部 徹
    • 学会等名
      広島県立福山誠之館高等学校2年生に対する特別講義
  • [学会発表] レアメタルの話 (形状記憶合金など)2019

    • 著者名/発表者名
      岡部 徹
    • 学会等名
      佐賀県立武雄中学校で講演
  • [学会発表] TiO2の直接還元に対するLaの還元剤としての可能性2019

    • 著者名/発表者名
      田中 尚良, 大内 隆成, 岡部 徹
    • 学会等名
      資源・素材2019 (京都) -2019年度 資源・素材関係学協会合同秋季大会
  • [学会発表] Development of a New Sintering Process of Ti Powder with Deoxidation Reaction Using Yttrium Metal in Molten Salt2019

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Iizuka, Takanari Ouchi, and Toru H. Okabe
    • 学会等名
      Powder Metallurgy and Additive Manufacturing of Titanium 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Novel Sintering Process for Titanium Powder with Simultaneous Deoxidation using Yttrium2019

    • 著者名/発表者名
      Takanari Ouchi, Akihiro Iizuka, and Toru H. Okabe
    • 学会等名
      Powder Metallurgy and Additive Manufacturing of Titanium 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Recycling Precious Metals and Rare Metals from Scraps2019

    • 著者名/発表者名
      Toru H. Okabe
    • 学会等名
      MCARE 2019 Symposium 8
    • 招待講演
  • [学会発表] 【EV・次世代車、先端技術に必須のレアメタルの光と影】自動車用レアメタルの現状と展望~日本では知ることが出来ないデマや誤解、サプライチェーン全体のボトルネックを徹底解説~2019

    • 著者名/発表者名
      岡部 徹
    • 学会等名
      ブロードバンド&グローバル戦略特別セミナー
  • [学会発表] クリティカルメタルの資源循環の現状と課題2019

    • 著者名/発表者名
      岡部 徹
    • 学会等名
      日本学術会議公開シンポジウム, SDGsのための資源・材料の循環使用に関するシンポジウム
  • [学会発表] Feasibility of Electrochemical/Thermochemical Reduction of Titanium Oxide Using Lanthanum as the Reducing Agent2019

    • 著者名/発表者名
      Takara Tanaka, Takanari Ouchi, and Toru H. Okabe
    • 学会等名
      70th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrochemical Deoxidation of Titanium in Molten Mixtures of Magnesium Chloride and Rare-Earth Chlorides2019

    • 著者名/発表者名
      Takanari Ouchi, Chenyi Zheng, Lingxin Kong, and Toru H. Okabe
    • 学会等名
      The 70th Annual Meeting of International Society of Electrochemistry
    • 国際学会
  • [学会発表] Laを還元剤として用いたTiO2の直接還元に関する基礎的な研究2019

    • 著者名/発表者名
      田中 尚良, 大内 隆成, 岡部 徹
    • 学会等名
      資源・素材学会 関東支部 第16回「資源・素材・環境」技術と研究の交流会
  • [学会発表] Electrodeposition of Gold in Molten Mixture of Sodium Chloride and Sodium Iodide2019

    • 著者名/発表者名
      Shuang Wu, Takanari Ouchi, Toru H. Okabe
    • 学会等名
      資源・素材学会 関東支部 第16回「資源・素材・環境」技術と研究の交流会
  • [学会発表] Development of a New Recycling Process of Gold from Electronic Waste by Utilizing FeCl2 Vapor Treatment2019

    • 著者名/発表者名
      Er Li, Takanari Ouchi, and Toru H. Okabe
    • 学会等名
      資源・素材学会 関東支部 第16回「資源・素材・環境」技術と研究の交流会
  • [学会発表] 無電解ニッケルめっきと磁力選別を用いた自動車触媒からのパラジウム濃縮2019

    • 著者名/発表者名
      Kang Sukho, 大内 隆成, 岡部 徹
    • 学会等名
      資源・素材学会 関東支部 第16回「資源・素材・環境」技術と研究の交流会
  • [学会発表] 金属 Y の脱酸能力を利用する Ti 粉末の新規焼結プロセスの開発2019

    • 著者名/発表者名
      飯塚 昭博, 大内 隆成, 岡部 徹
    • 学会等名
      資源・素材学会 関東支部 第16回「資源・素材・環境」技術と研究の交流会
  • [学会発表] レアメタルに関する最近の話題2019

    • 著者名/発表者名
      岡部 徹
    • 学会等名
      第86回 レアメタル研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 貴金属・レアメタルのリサイクルの現状と意義 ~ 一般には常識と思われているデマや誤解を解説~2019

    • 著者名/発表者名
      岡部 徹
    • 学会等名
      名古屋大学オムニバス授業
  • [備考] 研究室ホームページ

    • URL

      https://www.okabe.iis.u-tokyo.ac.jp/japanese/index_j.html

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公開日: 2021-12-27  

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