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クロール法は、四塩化チタンから金属チタンを生産するために使用される高温冶金工業プロセスです。2001年現在、ウィリアム・ジャスティン・クロールのプロセスがハンター法に取って代わり、ほぼすべての商業生産に使用されています。[1]
プロセス
クロール法では、四塩化チタンを液体マグネシウムで還元して金属チタンを生成します。
![{\displaystyle {\ce {{TiCl4}+2{Mg}->[825~^{\circ }\mathrm {C} ]{Ti}+2{MgCl2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7d826ac7cb4b773190ee850f55d69e9986adf4ad)
還元はステンレス鋼のレトルトで800～850℃で行われる。[2] [3] TiCl 4が部分的に還元されてTiCl 2とTiCl 3という低級塩化物が生成されるため、複雑な問題が発生する。MgCl 2 はさらに精製してマグネシウムに戻すことができる。
付随プロセス
得られた多孔質の金属チタンスポンジは、浸出または真空蒸留によって精製されます。スポンジは粉砕され、圧縮された後、消耗炭素電極真空アーク炉で溶解され、「グロー放電を回避するのに十分な圧力の純粋なゲッターアルゴンで埋め戻されます」。 [4]溶解したインゴットは真空下で固化されます。介在物を除去し均一性を確保するために、再溶解されることがよくあります。これらの溶解手順により、製品のコストが増加します。チタンはステンレス鋼の約6倍高価です。ポッターは2023年に、「チタンは基本的に扱いが難しく、高価です。チタンインゴットを棒やシートにすることは、チタンの反応性のために困難です。チタンは不純物を容易に吸収し、「表面欠陥を排除するために頻繁に表面を除去してトリミングする」必要があり、「コストがかかり、大幅な収率損失を伴う」」と述べています。クロールのスポンジを有用な金属に変える付随プロセスは、「1950年代からほとんど変わっていません。」[5]
歴史とその後の発展
1887年にニルセンとペッターセンがナトリウムを用いてチタン金属を生産するという報告を皮切りに、多くの方法がチタン金属の生産に応用されてきました。この方法は、商業的なハンター法に最適化されました。このプロセス（1990年代に商業化は終了しました）では、TiCl 4がナトリウムによって金属に還元されます。[3]
1920 年代にフィリップス NVに勤務していたアントン・エドゥアルト・ファン・アルケルは、四ヨウ化チタンを熱分解して高純度のチタンを生成することを説明しました。
四塩化チタンは高温で 水素と還元され、熱処理によって純粋な金属にすることができる水素化物を与えることが分かりました。
これら3つのアイデアを背景に、ルクセンブルクのクロールは四塩化チタンを還元するための新しい還元剤と新しい装置の両方を開発した。微量の水や他の金属酸化物に対する高い反応性が課題であった。還元剤としてカルシウムを使用することで大きな成功を収めたが、結果として生じる混合物には依然としてかなりの酸化物不純物が含まれていた。[6]モリブデン被覆反応器を使用して1000℃でマグネシウムを使用する大きな成功は、オタワの電気化学協会でクロールによって報告された。 [7]クロールのチタンは、その高純度を反映して非常に延性があった。
クロール法はハンター法に取って代わり、チタン金属生産の主要技術であり続け、世界のマグネシウム金属生産の大部分を牽引しています。[要出典]
アメリカに移住した後、クロールはアルバニー研究センターでジルコニウムの製造方法をさらに開発しました。[4]
参照
- 塩化物プロセス
- FFC ケンブリッジ法 – 電気分解による金属および半金属の合成法
参考文献
- ^ Holleman, AF; Wiberg, E.「無機化学」Academic Press: サンディエゴ、2001年。ISBN 0-12-352651-5 。
- ^ Habashi, F. (編) 抽出冶金ハンドブック、Wiley-VCH、Weinheim、1997年。
- ^ ab Heinz Sibum、Volker Günther、Oskar Roidl、Fathi Habashi、Hans Uwe Wolf (2005)。「チタン、チタン合金、チタン化合物」。Ullmann 's Encyclopedia of Industrial Chemistry。Weinheim: Wiley-VCH。doi :10.1002 / 14356007.a27_095。ISBN 978-3527306732。
- ^ ab Kroll, WJ (1955). 「商業用チタンとジルコニウムの誕生」フランクリン研究所ジャーナル. 260 (3): 169–192. doi :10.1016/0016-0032(55)90727-4.
- ^ ポッター、ブライアン（2023年7月7日）。「チタンの物語」
- ^ W. Kroll "Verformbares Titan und Zirkon" (英語: Ductile Titanium and Zirconium) Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie Volume 234、p. 42-50。土井：10.1002/zaac.19372340105
- ^ WJ Kroll、「延性チタンの製造」電気化学協会誌第78巻（1940年）35-47ページ。
さらに読む
- P.Kar、「FFC プロセスへの応用を伴う相変化電極の数学的モデリング」、博士論文、カリフォルニア大学バークレー校、2007 年。