JPS6070135A - 金属ハロゲン化物の環元による金属および合金の製造方法並びにその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 狐果ｌΔ杖准ば顆 この発明は金属ハロゲン化物の還元による金属および合
金の製造法およびその方法を実行する装置に関する。

従朱辣貨− 金属ハロゲン化物から特にチタン、ジルコン、ハフニウ
ムおよびニオビウム等の金属を回収する方法が知られて
おり、また、例えばクロム、ウラン等の他の金属を回収
することが知られている。

チタンを製造するのに、米国特許第２，２０５，８５４
号により、言わゆるクロール（Ｋｒｏｌｌ）法が知られ
ており、そこでは出発物質として四塩化チタンが用いら
れるとともに例えばマグネシュウムあるいはナトリュウ
ム等の還元物質が用いられる一３一 方、四塩化チタンが液状還元金属を充満した反応場だま
りにガス状態あるいは液状態で導入される。

温度は約１１００°Ｉ（に維持される。この方法の欠点
は還元金属が高価に付くことであり、金属ハロゲン化物
からの金属の回収が複雑でありあるいは得られるチタン
がスポンジ状であり、よって数ステップの後処理が必要
となることである。

同様の方法がドイツ国公開公報第３０２４６９７号に記
載されており、そこでは約３０００°にの温度にて四塩
化チタンの還元がす）・リュウムおよび水素の共通反応
により行なわれる。この温度を維持するために要求され
る熱量は、一方では金属ナトリュウムによる四塩化チタ
ンの還元による発熱反応により得られ、他方、電気アー
ク、ミラーバーナ、レーザービーム、あるいは反応領域
に向けられたプラズマバーナにより加熱することにより
得られる。また、この方法はある欠点、高価な還元金属
ナトリュウムを使用するとか、この還元金属の蒸気化に
非常に多量のエネルギーが必要である等の欠点がある。

さらには、測定の実施が４− 各反応材料の相互拡散により供給ダクトの遮断されるの
を阻止するのに工程技術の観点から実行し難く、始動時
に種々の問題がある。

ドイツ国公開公報第１，２９５，１９４号によりタンタ
ルおよび／またはニオブ金属を製造する方法が知られて
おり、そこでは金属塩化物が濃縮された分散重金属炭化
物の存在下、重金属炭化物の粒体に沈着している還元さ
れたタンタルおよび／またはニオブと一緒に固体状態で
水素プラズマに導入されるＬしかしながら、この方法は
技術的に実行するには不都合である。

解決しようとする課題 この発明の目的は上述した種々の不都合点を解決しよう
とするもであり、還元剤としてナトリュウムあるいはマ
グネシュウム等の還元金属を用いることなく水素を用い
、それ等のハロゲン化物を還元することにより固体状態
で金属および合金を製造し、その溶融金属を即座にそこ
で鋳造できるようにすることにある。

この発明の目的は水素と一緒にプラズマガス中に気化状
態で含まれる金属ハロゲン化物によりプラズマ反応領域
を形成することにより達成され、その領域から溶融金属
を当該反応領域の下方に配置した型に鋳込まれ、所望で
あれば、そこから連続的に引き出される。

反応領域はプラズマジェット反応領域として設定するこ
とにより、公知の方法よりも非常に高い温度、例えばＩ
　Ｏ，０００°Ｋが得られ、そこでは熱力学効果が有効
に利用される。即ち、金属ハロゲン化物に対する水素の
還元力が温度の上昇につれて増大し、よって、ハロゲン
化物の還元は還元金属を付加しないことには行うことが
できない。

プラズマガスとして水素のみを用いるようにしてもよく
、好ましくは、水素と希ガス、特に、アルゴンとの混合
物を用いることができ、そこではプラズマジェット（プ
ラズマ柱）の温度が混合比によって調節される。このよ
うにして、アルゴンを付加することによって温度養高め
ることができる。

金属ハロゲン化物が固体、液体あるいは好ましくはガス
状態でプラズマジェットに導入される。

好ましい実施例によれば、反応空間から二次成形物のＴ
−Ｔ　ｅ　ｌおよび未反応金属ハロゲン化物を連れ出す
ためにプラズマジェットを包囲するイ」加水素流が導入
される。反応時に発生ずる排ガスは未反応ハロゲン化物
およびＴ（ＣＩを含む。未反応金属ハロゲン化物は冷却
により分離され、その後プラズマジェット反応領域に循
環させて戻される。

この発明によれば、反応させようとする金属ハロゲン化
物はプラズマジェット反応領域に導入される前に気化さ
れる。これ等のハロゲン化物は好ましくは予備還元され
る。例えば、四塩化チタンは最初に設置された反応チャ
ンバ内で二塩化チタンに予備還元される。

更に、この発明は一１二連した方法を実現する装置を含
み、該装置はその」二方部に還元しようとする金属ハロ
ゲン化物および水素が導入されるとともに反応空間加熱
手段が設置される反応空間を形成し、その下方部に生成
された金属が集められる冷却反応容器を備えている。

この発明の装置は、プラズマランスが反応容器の中央に
設けられ、該プラズマランスを介してプラズマガスを含
む水素と還元しようとする金属ハロゲン化物との混合物
が案内され、プラズマランスの口部と対向電極として反
応容器に存在する金属溶融池との間にプラズマジェット
が形成され、そのプラズマジェット内で水素と金属ハロ
ゲン化物との反応を行なうことを特徴とするものである
。

更に、この装置の特徴とすることは、反応容器がプラズ
マランスを含む」二方反応部を備える一方、下方鋳造部
が該」二方反応部に対して入れ子式で移動可能とされる
とともに金属溶融池に適応するようにされる。そして、
この装置において、プラズマランスが水素供給パイプに
よって同心状に包囲され、反応容器の上方部と下方部と
が二重壁構造とされかつそこに冷媒が貫流せしめられ、
反応容器のおける移動部分はアルゴン等の遮蔽ガスによ
り互いに遮蔽され、反応容器の下方部が往復開口鋳型と
して形成されていることである。

Ｋ１鯉 この発明を添付図面とともに説明する。

８− 図面において、反応容器を全体的に符号Ｉにより示す。

この反応容器は」一方反応部２と下方鋳造部３とから成
る。上記反応部２の中央にプラズマランスが設けられ、
該プラズマランスにダクト５を介してガス状の四塩化チ
タンが供給される。このガス状四塩化チタンはガス化チ
ャンバ６で形成され、該チャンバに装入ポンプ７を介し
て供給される。液状四塩化チタンのガス化あるいは蒸気
化はチャンバ６にノズル８を介して射出することにより
行なわれ、それと同時に外部から加熱される。

同時的にプラズマランスにダクト９及びＩＯを介してプ
ラズマガスが供給され、該プラズマガスは水素とアルゴ
ンとの混合物から成る。プラズマバーナを点火した後、
プラズマランスの口部にプラズマ柱あるいはプラズマジ
ェット１１を形成し、該プラズマジェットは約１０，０
００°に程度以上の高い温度を有し、そこで還元が行な
われる。溶融金属は鋳造部３に集められる。陽極を構成
する形成された溶融池１２とランス口部との間でプラズ
マジェットが燃焼する。鋳造部３は反応部２に対して相
対的に入れ子式に移動可能となっている。

ギャップはガス１３、好ましくはアルゴンのカーテンに
より遮蔽されている。更に、プラズマランスの周囲に水
素ガス供給用ダクトＩ４が設けられている。これ等のダ
クト１４およびプラズマランスは高温ガス状反応領域の
付加的に案内し、■［Ｃ１と未反応金属ハロゲン化物と
多分反応領域からの余分な水素とからなる排ガスの除去
を行うとともに排気ダクト１５から冷却コイル１７によ
り冷却される容器１６に該排ガスが圧送されるようにな
っている。冷却によりＨＣｌが未反応金属ハロゲン化物
から分離されるとともに該未反応金属／Ｓロゲン化物は
ダクトＩ８を介してプラズマランスに戻される。ＭＣＩ
はダクト１９を介して排出される。

実施例の変形例によれば、第１図に示す方法において、
ガス化チャンバ６に図示しないダクトを介して水素を導
入することが補足され、そこで四塩化チタンが二塩化チ
タンに予備還元される。この場合、又、ガス化チャンバ
とプラズマランスとの間のダクｌ−５に冷却チャンバが
設（Ｊられ、該チャンバから予備還元処理時に形成され
たＴ−Ｔ　Ｃｌが導出される。

第２図および第３図にこの発明の反応容器の構成をより
詳細に示す。プラズマランス４が冷却されるのが分かり
、そのプラズマランスは冷却ジャケラ）・２０を備え、
周囲に冷媒を案内する案内ダクト２１が設（Ｊられでい
る。更に、プラズマランスの周囲にイ」加的に水素を供
給するパイプ１４を設＋−また装置が第２図に示される
。これ等のパイプもまた冷却ジャケット２２を備える。

更には、又、反応容器の鋳造部に２重ジャケット２３．
２４およびこれ等のジャケット間の空間に設けられた環
状のペイプ２５から成る冷却装置を備えている。

該冷却ジャケットにダクト２６を介して冷媒が供給され
、環状に設げられたパイプ２５を介して案内されるとと
もにダクト２７を介して連れ出される。

鋳造部３は反応部２に対し相対的に入れ子式に移動可能
とされ、即ち、引き込みおよび引き出し１１− 可能とされる。第２図は還元工程の開始時あるいはその
開始直後に引っ込めた位置を示す。第３図は当該工程の
終端に向かう液状金属２８により鋳造部を充満した後の
位置を示す。陽極を構成する当該反応容器の鋳造部は電
気的に電源のプラス端子と接続される。それ自体陰極と
されるプラズマランスは電源のマイナス端子と接続され
る。反応部２に対する鋳造部３の相対的な移動は該鋳造
部と係合する調節部材３０を介して行なわれる。反応部
２と鋳造部３間のギャップはダクト３２を介してアルゴ
ンが導入されるカラー３１により遮蔽される。

第４図の実施例によれば、反応部は二重矢印３３で示さ
れる方向に往復する開口鋳型３４により形成されかつ冷
却水を３６から入れるとともに３７から出す冷却ジャケ
ット３５が設けられる。プラズマランス４と付加水素を
供給するためにそれ等のプラズマランスの周囲に設けら
れたペイプ１４とは第２図に関して記述したと同様に設
けられる。開口鋳型３４は蛇腹型壁４０を介して固定支
＝１２＝ 持部３８に接続され、次いで鋳造プラットホーム３９と
接続される。シーリングのために、上述したと同様の方
法で支持部３８と反応領域１１（プラズマジェット）内
に形成されたストランド４２との間のギャップにダクト
４１を介してアルゴンが吹き込まれる。該ストランドは
ローラー４３によって引き出される。

−に記工程の開始時に、装置全体に希ガス、特に、アル
ゴンが浴びせられる。その後プラズマランスが点火され
、希ガスの大部分が水素で置換され、次いで金属ハロゲ
ン化物が加えられる。第２図および第３図の実施例によ
れば、溶融しようとする金属プレートが適当に鋳造部の
底部に置かれ、そこに溶融金属が溶着され、当該還元工
程が続行されるにつれて該鋳造が成長する。

第４図の実施例によれば、溶融しようとする金属のスタ
ート棒は還元工程の開始時に下方から鋳型に導入され、
当該工程の進行とともにスタート棒が下方に引き出され
る。頂部において、開口鋳型は固定プラズマランスと電
気絶縁材からなる蛇版型壁４４により遮蔽される。スタ
ート棒は陽極に接続され、プラズマランスは電源の陰極
と接続される。

この発明の方法を次の具体的な実施例とともに更に詳細
に説明する。

具体例　１ 第１図〜第３図に示す形式の反応炉に１時間当たり４．
３Ｋｇの四塩化チタンと８．９Ｎｍ３の水素とを供給し
、反応温度を４０００°Ｋに維持した。このようにして
、１時間当たり０．９Ｋｇのチタンを得た。モル比は生
成されるＴ（ＣＩガスに対する水素の４倍のモル過剰と
されるとともにチタンに対して１６倍のモル過剰とされ
た。

エネルギー消費は５６ＫＷｈであった。水素の加熱に対
して４６ＫＷｈ、四塩化チタンの加熱に対して７ＫＷｈ
、反応エネルギーは３ＫＷｂであった。

具体例　２ 第１図〜第３図に示される形式の反応炉に１時間当たり
４．３Ｋｇの四塩化チタンと５Ｎｍ３の水素とを供給し
、反応温度を４５００°Ｉ（に維持した。

このようにして、１時間当たりＩＫｇのチタンを得た。

モル比は生成されるＨ　ＣＩガスに対する水素の２倍の
モル過剰とされるとともにチタンに対して８倍のモル過
剰とされた。

エネルギー消費は４６　、４　ＫＷｈであった。水素の
加熱に対して３５．８ＫＷｈ、四塩化チタンの加熱に対
して７．６ＫＷｈ、反応エネルギーは３ＫＷ１］であっ
た。

果賃湾−や− 第１図〜第３図に示される形式の反応炉に１時間当たり
４．２Ｋｇの四塩化チタンと３Ｎｍ’の水素とを供給し
、反応温度を５０００’Ｋに維持した。

このようにして、１時間当たり０．９Ｋｇのチタンを得
た。モル比は生成されるＨ　ＣＩガスに対する水素の１
倍のモル過剰とされるとともにチタンに対して４倍のモ
ル過剰とされた。

エネルギー消費は３５．２ＫＷｈであり、水素の加熱に
対して２３ＫＷｈ、四塩化チタンの加熱に対して９ＫＷ
ｈ、反応エネルギーは３．２ＫＷｈで１５− あった。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法の構成説明図、第２図は反応炉
の接続鋳造部を引き込んだ位置における部分縦断面図、
第３図は反応炉の接続鋳造部を引き出した位置における
部分縦断面図、第４図は往復解放型を備えた反応炉の一
実施例を示す図である。 １・・・反応容器、　２・・・上方反応容部、３・・・
下方鋳造部、４・・・プラズマランス、５・・・ダクト
、　６・・・ガス化チャンバ、７・・・装入ポンプ、　
８・・・ノズル、９、ＩＯ・・・ダクト、１１・・・プ
ラズマ柱又はプラズマジェット、１２・・・溶融池、１
３・・・下方鋳造部、Ｉ４・・・供給ダクト、１５・・
・排出ダクト、　１６・・・容器、１７・・・冷却コイ
ル、１８・・・ダクト、１９・・・ダクト、２０・・・
冷却ジャケット、２Ｉ・・案内ダクト、２２・・冷却ジ
ャケット、２３．２４・・二重ジャケット、２５・・パ
イプ、−１６−− ２６，２７・・・パイプ、２８・・・液状金属、３０・
・・調整部材、　３４・・・鋳型、３５・・・冷却ノヤ
ケッ）・、３９・・・鋳造プラットホーム、　４０・・
・蛇腹型壁体、 ４２・・・ストランド、４３・・・ローラ。 特許出願人　ホエストーアルピン・アクチェンゲゼルシ
ャフト 代理　人弁理士　青　山　葆　外１名 第１頁の続き ■発明者　ゲルハルト・フプヴエ　オースト−ベル　ベ
ーク リア国アーー４８９０フランケンマルクト、フェルト６
番

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）水素プラズマ中においてハロゲン化物を還元する
   ことにより金属および合金を製造するにあたり、 水素と一緒にプラズマガス中に蒸気化状態で含まれる金
   属ハロゲン化物からプラズマジェット反応領域を形成し
   、上記プラズマ反応領域から形成される溶融金属材料を
   得て当該反応領域の下方に配置した型に鋳込むことを特
   徴とする製造方法。
2. （２）プラズマジェット反応領域から溶融金属材料を連
   続的に引き出す特許請求の範囲第１項に記載の製造方法
   。
3. （３）プラズマジェット反応領域を包囲する付加的な水
   素流を導入して該反応領域からトｒ　Ｃ＋の２次成形物
   と未反応金属ハロゲン化物とを導出する特許請求の範囲
   第１項または第２項に記載の製造方法。
4. （４）導出したガス混合物を冷却して金属ハロゲン化物
   を分離するとともに該ガス混合物をプラズマジェット反
   応領域に戻す特許請求の範囲第３項に記載の製造方法。
5. （５）プラズマガスにアルゴン等の希ガスを添加して反
   応温度を高める特許請求の範囲第１項乃至第４項のいず
   れかに記載の製造方法。
6. （６）プラズマジェット反応領域に導入する以前に反応
   させようとする金属ハロゲン化物を特徴とする特許請求
   の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載の製造方法。
7. （７）上方部に還元しようとする金属ハロゲン化物およ
   び水素が導入されるとともに反応空間加熱手段が設置さ
   れる反応空間を形成し、下方部に形成された金属を集め
   るようにした冷却反応容器を備え、水素プラズマ中にお
   いて上記金属ハロゲン化物を還元することにより金属お
   よび合金を製造する装置において、 上記反応容器の中央に水素含有プラズマガスと還元しよ
   うとする金属ハロゲン化物蒸気との混合物を案内するプ
   ラズマランスを配置し、該プラズマランスの口部と当該
   反応空間中に存在する対抗電極としての金属溶融池との
   間にプラズマジェットを形成し、該プラズマジェット内
   で水素と金属ハロゲン化物との反応を行わしめるように
   したことを特徴とする装置。
8. （８）反応容器がプラズマランスを含む」二方反応部と
   、該上方反応部に相対的に入れ子式に移動可能とされか
   つ金属溶融池に適合するようにされた下方鋳造部とから
   構成された特許請求の範囲第７項に記載の装置。
9. （９）複数の水素供給パイプによりプラズマランスを同
   心状に包囲せしめる特許請求の範囲第７項あるいは第８
   項に記載の装置。
10. （１０）反応容器の」二方部と下方部とが二重壁構造と
    されるとともにそこに冷媒が流通せしめられる特許請求
    の範囲第７項乃至第９項のいずれかに記載の装置。
11. （１１）反応容器の移動可能な部分がアルゴン等の遮蔽
    ガスにより互いに遮蔽される特許請求の範囲第８項乃至
    第９項のいずれかに記載の装置。
12. （１２）反応容器の下方部が往復開口型を形成する特許
    請求の範囲第７項乃至１１項のいずれかに記載の装置。