JPS6131167B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属塩化物の還元装置に関する。金属
材料のうち高融点高靭性金属材料であるチタンと
ジルコニウムは主としてその塩化物のマグネシウ
ムによる還元につて製造され、まず、金属スポン
ジの形で得られている。

このような高融点高靭性金属のスポンジの製造
は今のところ密閉され加熱できる反応室とその上
方に設けられた冷却脱気できる凝縮室からなる反
応装置を用いて、反応室内でマグネシウムと金属
塩化物（例えば四塩化チタン）を反応させ、生成
した液状の塩化マグネシウムとスポンジ状の金属
とを分離し、次いでスポンジ状の金属から減圧に
よつて塩化マグネシウムと未反応マグネシウムを
除去（真空分離）し、凝縮室において冷却によつ
て塩化マグネシウムおよびマグネシウムを回収す
る操作によつている。

このような装置は例えば特開昭47―18717号に
開示されているが、この種の装置では下方の反応
室と上方の凝縮室との連通と遮断をどうするかが
問題である。前記の装置では、反応室と凝縮室を
つなぐ中間連結部の通路を遮蔽蓋で遮断する機構
になつているが、その機構が複雑なうえ、特に遮
蔽蓋付近は高温マグネシウム蒸気、塩化マグネシ
ウム蒸気が通過するので、熱歪を受けて変形し、
次第に完全な密閉ができなくなるという欠点があ
る。

特開昭52―49922号には同様の装置であつて、
上述の欠点が部分的に改良されたものが開示され
ている。この装置では前記中間連結部に遮蔽蓋の
替わりに易融性金属、即ちマグネシウム、アルミ
ニウム、亜鉛、アンチモン等の金属板ををボルト
締めすることによつて還元反応時には中間連結部
の通路を遮断し、真空分離に際しては連結部に設
けた加熱装置で溶融し去ることによつて連結部通
路を開通する様になつている。この装置では先に
引用した装置の欠点を排除しているが、平滑に研
摩された易融金属の板を毎回新たに準備して使用
しなければならないので操作上および経済性にお
いて満足とはいいがたい。

上に引用した二つの装置は、いずれも反応室と
凝縮室が簡単に分離しにくいので、加熱室から反
応室を取り出す際に凝縮室もろともクレーンなど
で吊つて移動させなければならず、バツチの容量
の大型化しつつある情勢のもとではクレーン容量
の増大、建屋高さの増加による建設費の大巾な上
昇及び装置の解体組み立てのためにの作業空間の
増加など、その不便は増大する。

本発明は前記の高融点高靭性金属の塩化物を還
元するための反応室と凝縮室とが中間連続部で結
合されて一体化した装置において、中間連結部の
通路の遮断手段としてシールポツト構造を採用す
ることによつて、従来技術の装置の欠点を克服
し、この種の装置の機能をさらに向上させること
を目的とする。

本発明によれば、高融点高靭性金属の塩化物を
活性金属によつて還元して該金属を得るための、
加熱することのできる反応室と、生成する塩化物
を真空分離するための凝縮室と、これら両者を連
絡するための中間連結部からなる装置にいて：該
中間連結部に漏斗状体とその開口脚部を受けるポ
ツトからなる易融易蒸発物質によるシールポツト
構造の遮断手段と、該易融易蒸発物質を溶融蒸発
させるための加熱手段を設けたことを特徴とする
装置が提供される。

本明細書において使用されるシールポツトなる
語は構造的には従来の意味（液封槽）と同様であ
るが封止剤として易融易蒸発性の常温固体物質を
使用する点において従来使用されている意味とは
多少異なる。本発明において使用される封止剤は
マグネシウム、アルミニウム、亜鉛、アンチモン
等の金属または、塩化マグネシウム、塩化ナトリ
ウム、塩化カリウムおよびこれらの混合物等が可
能であるが、完壁なシール性を期待できるという
点から前記の金属が望ましく、その中でも生成す
る高融点高靭性金属（チタン、ジルコニウム等）
を汚染しない点で金属マグネシウムの使用が最も
望ましい。

特開昭52―49922号に開示された装置では、真
空分離をした後は、もはや装置を分解することな
く中間連結部を遮断することができない。それ
故、外気の侵入を許さずに凝縮室を脱離すること
がないから、反応炉を冷却するために凝縮室ごと
に吊り上げねばならない。特開昭47―18717号の
装置は理論的に凝縮室の脱離は可能であるが、上
述の欠点がある。本願発明の装置はこの両者の短
所を克服したものである。

以下図面を参照して本発明の装置をこれまでに
知られた好適な実施態様について詳細に説明す
る。

第１図は本発明の装置の機構を示す縦断面図で
ある。反応室は外側容器をなす反応レトルト１０
と、その内部に支持体２１に支承されて納められ
ている内部容器２０よりなつている。

レトルトはどんな形状であつてもよいが、実用
上は円筒形であり、内部容器はレトルトより一ま
わり小さい円筒であり、その底部は溶融した塩化
マグネシウムを排出できるように少くとも１個の
小孔がうがつてあり、レトルトの底部にも塩化マ
グネシウム排出用のバルブのような開閉手段１４
を有する導管１３が設けられている。このレトル
トの上端はフランジ１１が形成され、さらに後述
する加熱炉に懸架するためのつば１２が設けられ
ている。

中間連結部３０は本質的には反応室の内部容器
２０よりも小さい直径を有する円筒体３１よりな
り、その上部からは広いフランジ３２が張り出
し、下端からはつば３３が張り出しており、後者
の中程から上方に延びる、円筒体３１よりは底い
円周壁３４が形成され、その上縁からフランジ３
５が張り出している。このフランジ３５は前記の
レトルトのフランジ１１と重なるように構成され
ている。中間連結部の下端のつば３３の直径は、
レトルトの内径よりわずかに小さく、レトルト１
０内に嵌入し、その内壁に接触する程度の大きさ
である。

また前記のレトルトの内部容器２０の高さは、
その上縁が上記中間連結部の下端のつば３３の下
面に接触する程度とする。かくして、前記下端の
つば３３の周縁とレトルトの内壁、該下端のつば
３３とレトルト内部容器２０の上縁とは密接では
ないが、内部容器内の反応気体の自由な通過は妨
げられる程度にされている。

中間結合部のフランジ３５とレトルトのフラン
ジ１１とはガスケツトを間挿してボルト、または
クランプなどで脱離可能に固定される。ガスケツ
トは既知の耐熱性エラストマー製のものでよい。

凝縮室はジヤケツト構造になつたレトルトに類
以した形状の冷却室４０とその内部に納められた
凝縮筒５０よりなている。冷却室４０には排気口
４１、ジヤケツトへの冷却液（水）の導入口４
２、排出口４３が設けられ、下端はレトルト同様
のフランジ４４となつている。凝縮筒５０は冷却
室より一まわり小さい円筒状の容器であつて、天
井部には気体を通過させるため少くとも１個の孔
が穿つている。その下端部は冷却室と同様にフラ
ンジ５２となつている。冷却室４０と凝縮筒５０
とはそのフランジ４４と５２の間にガスケツトを
挾んで固定され、さらにこの両者はガスケツトを
介して中間連結部３０のフランジ３２に重ねて、
ボルトなどで離脱可能に固定される。ただし通常
冷却室４０と凝縮筒５０は凝縮室として一体に取
り扱われる。この部分のガスケツトも既知の耐熱
性エラストマーでよい。

中間連結部３０には、その円筒体３１の中央部
に低い円筒状の容器（ポツト）３６が周壁から支
持棒３７で支承されている。このポツト３６の上
方にポツトに臨むように漏斗状体３８が設けら
れ、その円すい部の上端は中間連結部の内周に密
着固定され、その管状脚部の下端はポツトの周壁
の上縁より下方に侵入している。このシールポツ
トの構造は第２図を第３図により詳細に図解され
ている。

通常この中間連結部３０には、所望金属の塩化
物と不活性気体などを導入する導管６１と、排気
用の導管６２とが設けられている。これらの導管
はレトルト１０本体に設けてもよいが、この中間
連結部に設ける方が便利であろう。

これらの導管は中間連結部から遠くない位置に
バルブを有し、そのバルブの外方で親管から取り
外すことができるようにしてある。第１図では右
方の導管は金属塩化物導入用の枝管と不活性気体
等を導入する枝管に分れ、その各々にバルブが設
けられている。

中間連結部３０の前記漏斗状部３８の上側には
ポツトに封止材料の融液８０を導入するための導
管３９が設けらている。そして中間連結部３０の
外側と封止材料導入導管３９の外周には加熱手
段、便宜的には電気抵抗加熱手段７０が設けられ
ている。

上記の反応室、内部容器、冷却室、凝縮筒、中
間連結部は全部軟鋼またはステンレス鋼で製作す
ることができる。ただし内部容器はチタン製造の
場合生成チタンが固着して使い捨てとなるから軟
鋼で十分である。

レトルト１０は適当な加熱装置９０に納められ
ている。適当な加熱装置は電気抵抗形式のもので
ある。この加熱装置は、レトルト１０の塩化マグ
ネシウム排出管のための開口を有する。この加熱
装置は当業者が適宜に設計し得るものでるから詳
細には説明しない。

中間連結部の加熱手段は半円筒状、（必要なら
ば円筒の三分の一の形状）に構成された複数個の
ユニツトを両側から当てがうようにすると便利で
ある。中間連結部の形状は、もつと簡単にする、
即ち、レトルトのつば１２を省いて、フランジ１
１をつば１２の位置まで下げ、中間連結部を単な
るリール上にすることもできる。然しながら、こ
の場合には間挿されるガスケツトを冷却する手段
が必要となろう。またシールポツトの下側に間隔
をおいて適当の支持手段によつて支持された熱遮
断板を設けて反応室の熱がシールポツトに直接及
ぶことを妨げるようにするのが望ましい。

本発明の装置にいて、反応室において、反応室
の内部容器は、チタンの場合のように生成するス
ポンジ状金属の反応室側壁に付着蓄積する傾向の
多い場合にのみ必要なのであつて、ジルコニウム
の場合のようにこの傾向のない金属の製造には必
要でない。

この装置の操作法は次の通りである。レトルト
の内部容器２０にマグネシウム塊を装入してか
ら、フランジ１１と３５を固定して中間連結部を
結合し、ついで凝縮室（４０＋５０）を固定して
全装置を組み立てる。凝縮室の固定は反応室（中
間連結部を含む）を加熱装置９０内に据え付けて
からなされる。装置組み立て後、導管４１から排
気して洩れ試験を行う。

気密を確認した後、排気導管４１から排気し、
導管６１より不活性気体を全装置内に大気圧より
少々高い圧に充填する。次に導管３９より封止材
料の融液８０をポツト３６内に導入し固化させ
る。ついで加熱炉９０を操作してレトルトを加熱
して先に装入されたマグネシウムを溶融後、導管
６１より金属塩化物を導入して反応を遂行し、ス
ポンジ状金属を得、生成した塩化マグネシウムは
導管１３より排出する。

次いで導管１３の開閉手段１４を閉じた後、中
間連結部３０の加熱装置７０に通電してシールポ
ツトを加熱し、その中の封止材料を溶融し、つい
で導管４１より脱気して封止材料を蒸発させる。
しかし凝縮室は冷却室の冷却液により冷却されて
いるから実質的に全部の封止材料の蒸気は凝縮筒
５０の内面に固化する。この状態では反応室と凝
縮室は連通している。それ故、この状態で反応室
の加熱を続けると、スポンジ状金属内に取り込ま
れていた塩化マグネシウムも未反応マグネシウム
も気化して金属から分離し、凝縮筒５０に捕集さ
れる。

真空分離処理が終了したら、装置内をアルゴン
で復圧し、再び導管３９より溶融封止材料をポツ
ト３６に導入して固化させる。この際生成金属の
封止材料の蒸気による汚染を防止するために、導
管６１よりアルゴンを少量流し込みながら行なう
のが好ましい。このようにして反応室と凝縮室を
遮断した後に、凝縮室と中間連結部より脱離し、
反応室（中間連結部を含む）のみを加熱炉より取
り出して冷却し、冷却後、生成金属スポンジを取
り出す。かくして一バツチの操作を終る。

次のバツチの操作に際しては、マグネシウム塊
を反応室の内部容器内に装入した後、中間連結部
の通路はすでに遮断されているからそのまま装置
を組み立て、反応室内の空気を導管６２を開き導
管６１より不活性気体を送つて置換する。このよ
うにして次のバツチ操作を行なうことができる。

実施例 本発明に従つて本発明者等が組み立てた装置の
実例は次の通りである。

反応室および凝縮室は共に外径700mm、高さ
1760mmベル型であり、中間結合部の円筒体は長さ
（高さ）370mm、内径185mmであつた。

反応室と中間結合部（シールポツト部分を含
む）は含クロム鋼で製作し、加熱される反応室と
中間結合部は肉厚25mmであり、シールポツト部分
は５mm厚の材料を使用し、シールポツト外径125
mm、高さ40mmであつた。凝縮室の冷却室と凝縮筒
は10mm厚の軟鋼で製作した。

反応室の内部容器は軟鋼で製造した。

作業例 １ 前述の操作法に従つてチタンを製造した。最初
に350Kgの固形マグネシウムを反応室の内部容器
に装入し、装置内へ不活性気体としてアルゴンを
装置内の内圧が大気圧より高くなるように導入し
た。ついで封止材料として金属マグネシウムを使
用して中間連結部の通路を遮断してから、レトル
トを800〜850℃に加熱し装入したマグネシウムを
溶融し、約1025Kgの四塩化チタンをレトルト内の
温度が上り過ぎないように滴下導入して反応させ
た。反応終了後生成した塩化マグネシウムをレト
ルトより排出し、ついでアルゴンを流しつつシー
ルポツトのマグネシウムを溶融蒸発し去つてか
ら、反応室を1000℃に加熱し真空分離処理を約30
時間継続して真空分離を完了した。

再びシールポツトをマグネシウムで充填し、固
化させて、凝縮室を脱離し、反応室（中間連結部
を含む）を加熱装置から取り出して冷却後、開放
して約250Kgのスポンジチタンを得た。

作業例 ２ 前述の操作法に従つてジルコニウムを製造し
た。反応室の内部容器は使用しなかつた。

レトルトに約50Kgのマグネシウムを装入した。
封止材料としては前記同様金属マグネシウムを使
用した。レトルトを800〜850℃に加熱し、約210
Kgの四塩化ジルコニウムをレトルトに導入した。
前記と同様にして中間連結部の通路を開放し、つ
いでレトルトを900〜950℃に加熱して真空分離処
理を約20時間継続して真空分離を完了した。以下
チタンの場合と同様に処理して約80Kgのスポンジ
ジルコニウムを得た。

本発明は高融点高靭性金属の塩化物の還元装置
として既知のものよりさらに使用に便宜なものを
提供する。今日のところ、本装置はチタンとジル
コニウムの製造に役立つものであるが、類似する
金属の製法であつて、塩化物の活性金属（マグネ
シウムのほかナトリウム、カルシウム等）による
還元による方法が開発された場合、この装置を応
用できるであろうことは当業者によつて認められ
るであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の概念を示す縦断面図で
ある。第２図と第３図は本発明の装置のシールポ
ツト部分を拡大して示す断面図と平面図である。
（第３図は第２図の部材３９の位置で切断した部
分をながめた平面図である。） これらの図において、１０＋２０……反応室、
４０＋５０……凝縮室、３０……中間連結部、３
６＋３７＋３８……シールポツト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高融点高靭性金属の塩化物を活性金属によつ
   て還元して該金属を得るための、加熱することの
   できる反応室と、生成する塩化物を真空分離する
   たの凝縮室と、これら両者を連絡するための中間
   連結部からなる装置におて：該中間連結部に漏斗
   状体とその開口脚部を受けるポツトからなる易融
   易蒸発物質によるシールポツト構造の遮断手段
   と、該易融易蒸発物質を溶融蒸発させるための加
   熱手段を設けたことを特徴とする装置。