特許 7017765 金属チタン製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-01

(45)【発行日】2022-02-09

(54)【発明の名称】金属チタン製造方法

(51)【国際特許分類】

   C22B 34/12 20060101AFI20220202BHJP

   C22B 5/04 20060101ALI20220202BHJP

   C22B 9/02 20060101ALI20220202BHJP

【ＦＩ】

C22B34/12 102

C22B5/04

C22B9/02

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020523564

(86)(22)【出願日】2019-04-25

(86)【国際出願番号】 JP2019017638

(87)【国際公開番号】W WO2019235098

(87)【国際公開日】2019-12-12

【審査請求日】2020-12-04

(31)【優先権主張番号】P 2018108973

(32)【優先日】2018-06-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２８年度および平成２９年度、国立研究開発法人科学技術振興機構「戦略的創造研究推進事業」「先端的低炭素化技術開発（ＡＬＣＡ）」、「省エネルギー社会に向けた革新的軽量材料の創製」、「軽量・超耐食性社会のためのチタンの新連続製造プロセス」に係る委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】504132272

【氏名又は名称】国立大学法人京都大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】宇田 哲也

(72)【発明者】

【氏名】國友 美信

(72)【発明者】

【氏名】岸本 章宏

(72)【発明者】

【氏名】熊本 和宏

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 彰洋

(72)【発明者】

【氏名】百々 泰

(72)【発明者】

【氏名】橋本 卓也

(72)【発明者】

【氏名】吉村 昭彦

【審査官】松村 駿一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１３３９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－０８８７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭６１－０３７３３８（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２２Ｂ ３４／１２

Ｃ２２Ｂ ５／０４

Ｃ２２Ｂ ９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ビスマスとマグネシウムとの存在下で四塩化チタンを還元処理することにより、チタン及び前記ビスマスからなる液体合金を得る還元工程と、
前記液体合金を偏析処理することにより析出物を得る偏析工程と、
前記析出物を蒸留処理して金属チタンを得る蒸留工程と、
を有し、
前記蒸留工程では、前記析出物に付帯する前記ビスマスを優先的に蒸発させるように前記析出物回りの雰囲気を設定し、その後に前記析出物を形成する前記ビスマスを蒸発させるように前記雰囲気を設定する、金属チタン製造方法。

【請求項2】

前記蒸留工程では、前記偏析工程で得た前記析出物に含まれるチタンの構造を維持でき、且つ前記析出物内部からその表面に向けてビスマスが拡散することで当該表面からのビスマスの蒸発が維持されるような第１の温度で前記析出物を加熱し、その後、前記第１の温度よりも高い第２の温度で前記析出物を加熱する、請求項２に記載の金属チタン製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、金属チタン製造装置及び方法に関する。
本願は、２０１８年６月６日に日本に出願された特願２０１８－１０８９７３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、効率よくチタン合金を得ることができ、当該チタン合金を精製することで金属チタンを低コストで連続的に製造（製錬）することができるチタンの製造方法が開示されている。この製造方法は、ビスマスとマグネシウムとを含む混合物に四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）を添加してビスマスとチタンとの液体合金を得る工程１（還元工程）と、液体合金に蒸留処理を施すことによりチタン以外の成分を除去する工程２（蒸留工程）とを基本工程として含み、工程１と工程２との間に液体合金を偏析させて液体部分と、固体及び液体が共存する固液共存部分とに分離する工程（偏析工程）を補助工程として含む。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】日本国特許第６０９５３７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記蒸留工程（蒸留処理）では、多大なエネルギーを投入する必要があるので、金属チタンの製造コスト（製錬コスト）をさらに低減させるためには蒸留工程（蒸留処理）の処理効率（蒸留効率）を向上させる必要がある。

【0005】

本開示は、上述した事情に鑑みてなされ、蒸留処理における処理効率（蒸留効率）を従来よりも向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本開示の第１の態様に係る金属チタン製造装置は、ビスマスとマグネシウムとの存在下で四塩化チタンを還元処理することにより、チタン及び前記ビスマスからなる液体合金を得る還元装置と、前記液体合金を偏析処理することにより析出物を得る偏析装置と、前記析出物を蒸留処理して金属チタンを得る蒸留装置とを備え、前記蒸留装置は、前記析出物に付帯する前記ビスマスを優先的に蒸発させるように雰囲気を設定し、その後に前記析出物を形成する前記ビスマスを蒸発させるように雰囲気を設定する。

【0007】

本開示の上記第１の態様に係る金属チタン製造装置は、前記析出物に付帯する前記ビスマスを前記析出物から分離することにより濃縮金属間化合物を得る濃縮装置をさらに備え、前記蒸留装置は、前記析出物に代えて前記濃縮金属間化合物を蒸留処理してもよい。

【0008】

本開示の上記第１の態様に係る金属チタン製造装置では、前記蒸留装置は、前記析出物に付帯する前記ビスマスを優先的に蒸発させるための雰囲気として前記析出物が８００℃またはその近傍の温度となるように設定してもよい。

【0009】

本開示の上記第１の態様に係る金属チタン製造装置では、前記蒸留装置は、前記析出物を形成する前記ビスマスを蒸発させるための雰囲気として前記析出物が１０００℃またはその近傍の温度となるように設定してもよい。

【0010】

本開示の上記第１の態様に係る金属チタン製造装置では、前記蒸留装置は、前記析出物を形成する前記ビスマスを蒸発させるための雰囲気として前記析出物が１１００℃またはその近傍の温度となるように設定してもよい。

【0011】

本開示の上記第１の態様に係る金属チタン製造装置では、前記蒸留装置は、前記析出物を形成する前記ビスマスを蒸発させるための雰囲気として、前記析出物が１０００℃またはその近傍の温度となるように設定し、その後、前記析出物が１１００℃またはその近傍の温度となるように設定してもよい。

【0012】

本開示の上記第１の態様に係る金属チタン製造装置では、前記蒸留装置は、前記偏析装置で得た前記析出物に含まれるチタンの構造を維持でき、且つ前記析出物内部からその表面に向けてビスマスが拡散することで当該表面からのビスマスの蒸発が維持されるような第１の温度で前記析出物を加熱し、その後、前記第１の温度よりも高い第２の温度で前記析出物を加熱してもよい。

【0013】

また、本開示の第２の態様に係る金属チタン製造方法は、ビスマスとマグネシウムとの存在下で四塩化チタンを還元処理することにより、チタン及び前記ビスマスからなる液体合金を得る還元工程と、前記液体合金を偏析処理することにより析出物を得る偏析工程と、前記析出物を蒸留処理して金属チタンを得る蒸留工程とを有し、前記蒸留工程では、前記析出物に付帯する前記ビスマスを優先的に蒸発させるように前記析出物回りの雰囲気を設定し、その後に前記析出物を形成する前記ビスマスを蒸発させるように前記雰囲気を設定する。

【0014】

本開示の上記第２の態様に係る金属チタン製造方法では、前記蒸留工程において、前記偏析工程で得た前記析出物に含まれるチタンの構造を維持でき、且つ前記析出物内部からその表面に向けてビスマスが拡散することで当該表面からのビスマスの蒸発が維持されるような第１の温度で前記析出物を加熱し、その後、前記第１の温度よりも高い第２の温度で前記析出物を加熱してもよい。

【発明の効果】

【0015】

本開示によれば、蒸留処理における処理効率（蒸留効率）を従来よりも向上させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本開示の一実施形態に係る金属チタン製造装置のシステム構成図である。

【図2】本開示の一実施形態に係る金属チタン製造装置の動作を示すフローチャートである。

【図3】本開示の一実施形態におけるＢｉ-Ｔｉ二元系状態図である。

【図4】本開示の一実施形態における多孔質状の構造体の形状を示す拡大写真である。

【図5】本開示の一実施形態における温度プロファイルとチタン含有量との相関を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照して本開示の一実施形態について説明する。本実施形態に係る金属チタン製造装置は、図１に示すように還元炉１、Ｂｉ供給装置２、ＴｉＣｌ_４供給装置３、Ｍｇ供給装置４、ＭｇＣｌ_２回収装置５、偏析装置６、濃縮装置７、蒸留装置８及び排気装置９を備えている。

【0018】

これら構成要素のうち、還元炉１、Ｂｉ供給装置２、ＴｉＣｌ_４供給装置３、Ｍｇ供給装置４及びＭｇＣｌ_２回収装置５は、本開示の還元装置を構成している。すなわち、還元炉１、Ｂｉ供給装置２、ＴｉＣｌ_４供給装置３、Ｍｇ供給装置４及びＭｇＣｌ_２回収装置５は、全体的な機能として、ビスマス（Ｂｉ）Ｘ１とマグネシウム（Ｍｇ）Ｘ３との存在下で四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）Ｘ２を還元処理することにより、チタン（Ｔｉ）及びビスマス（Ｂｉ）からなる液体合金（Ｂｉ-Ｔｉ液体合金Ｘ４）を得る装置である。

【0019】

還元炉１は、ビスマスＸ１及びマグネシウムＸ３のいずれの融点よりも高い温度（還元温度）でビスマスＸ１及びマグネシウムＸ３の存在下で四塩化チタンを還元処理することにより、上記Ｂｉ-Ｔｉ液体合金Ｘ４と塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２）Ｘ５とを生成する加熱炉である。上記還元温度は例えば９００℃である。この還元温度は適宜調整してよい。このような還元温度に温度設定された還元炉１内では、液体状態のビスマスＸ１及びマグネシウムＸ３に液体状態の四塩化チタンＸ２が添加されることにより、液体状態のＢｉ-Ｔｉ液体合金Ｘ４及び液体状態の塩化マグネシウムＸ５とが生成される。このような還元炉１は、一方の生成物であるＢｉ-Ｔｉ液体合金Ｘ４を偏析装置６に供給し、他方の生成物である塩化マグネシウムＸ５をＭｇＣｌ_２回収装置５に供給する。

【0020】

Ｂｉ供給装置２は、還元炉１に上記還元処理の原料の１つであるビスマスＸ１を供給するビスマス供給源である。ＴｉＣｌ_４供給装置３は、還元炉１に上記還元処理の原料の１つである四塩化チタンＸ２を供給する四塩化チタン供給源である。Ｍｇ供給装置４は、還元炉１に上記還元処理の原料の１つであるマグネシウムＸ３を供給するマグネシウム供給源である。ＭｇＣｌ_２回収装置５は、還元炉１から生成物の１つである塩化マグネシウムＸ５を回収する装置である。

【0021】

偏析装置６は、上記Ｂｉ-Ｔｉ液体合金Ｘ４に偏析処理を施すことにより固液混合物を得る装置である。すなわち、この偏析装置６は、Ｂｉ-Ｔｉ液体合金Ｘ４を所定の偏析温度、例えば５００℃に保持することにより、Ｂｉ-Ｔｉ液体合金Ｘ４よりもチタン濃度が高いＢｉ-Ｔｉ液体合金（Ｔｉ_８Ｂｉ_９液体合金）を選択的に析出させ、Ｔｉ_８Ｂｉ_９金属間化合物（固相、析出物）とビスマス濃度の高いビスマス合金Ｘ７（液相）とからなる固液混合物を生成する。この偏析装置６は、このような固液混合物のうち、Ｔｉ_８Ｂｉ_９を比較的多く含む混合物Ｘ６を濃縮装置７に提供し、ビスマス合金Ｘ７を還元炉１に提供する。なお、この偏析装置６で得られる混合物Ｘ６においては、Ｔｉ_８Ｂｉ_９結晶（固体）間にビスマス（固体または液体）が付着または内包されている。

【0022】

濃縮装置７は、このような混合物Ｘ６から当該混合物Ｘ６に付帯するビスマスを分離することにより濃縮金属間化合物Ｘ９を得る装置である。この濃縮装置７は、図１に示すように、濃縮炉７ａ、Ａｒガス供給装置７ｂ及び駆動源７ｃを少なくとも備えている。濃縮炉７ａは、混合物Ｘ６を収容して所定雰囲気に保持する有底円筒状容器であり、その軸線が鉛直方向となる姿勢で設置されている。

【0023】

このような濃縮炉７ａは、混合物Ｘ６を収容する穴開きドラム、穴開きドラムを収容する受け容器、受け容器に設けられるヒータ、断熱部材等を備えている。濃縮炉７ａが備える穴開きドラムは、駆動源７ｃにより回転可能とされている。

【0024】

続いて、Ａｒガス供給装置７ｂは、濃縮炉７ａにＡｒガスＸ８を供給する装置である。このＡｒガス供給装置７ｂが濃縮炉７ａにＡｒガスＸ８を供給することによって、濃縮炉７ａ内はＡｒガス雰囲気（不活性ガス雰囲気）となる。駆動源７ｃは、濃縮炉７ａ内の混合物Ｘ６を回転させるための回転動力源である。すなわち、この駆動源７ｃは、濃縮炉７ａ内に収容された穴開きドラムを回転駆動することにより、当該穴開きドラムに収納された混合物Ｘ６を回転させる。

【0025】

このように構成された濃縮装置７は、穴開きドラムに収納した混合物Ｘ６をＡｒガス雰囲気下で上記ヒータによって加熱しつつ、穴開きドラムを回転させることにより混合物Ｘ６に遠心力を作用させる。このような濃縮装置７は、一種の遠心分離器として機能し、混合物Ｘ６に遠心力を作用させることにより液相のビスマスと固相のＴｉ_８Ｂｉ_９の結晶とを固液分離する。濃縮装置７は、このような遠心分離によって液相のビスマスの大部分が混合物Ｘ６から除去され、混合物Ｘ６よりもチタン濃度が高い合金つまり濃縮金属間化合物Ｘ９を得て、それを蒸留装置８に供給する。なお、上記遠心力は、周知のように慣性力の一種である。

【0026】

蒸留装置８は、濃縮金属間化合物Ｘ９に精製処理の一種である蒸留処理を施して金属チタンを得る装置である。すなわち、この蒸留装置８は、減圧雰囲気下で濃縮金属間化合物Ｘ９を所定の蒸留温度に加熱することにより、濃縮金属間化合物Ｘ９を形成するビスマスを選択的に気化させて金属チタンを得る。上記蒸留温度は、例えば１０００℃である。また、このような蒸留装置８は、精製装置の一種である。

【0027】

排気装置９は、蒸留装置８の内部ガスを外部に排気する真空ポンプである。この排気装置９は、排気装置９の排気処理によって得られたビスマスＸ１０を還元炉１に供給する。なお、排気装置９の作動によって、蒸留装置８の内部は減圧雰囲気となる。

【0028】

ここで、このように構成された金属チタン製造装置は、制御装置１０によって統括的に制御される。すなわち、上述したＢｉ供給装置２、ＴｉＣｌ_４供給装置３、Ｍｇ供給装置４、ＭｇＣｌ_２回収装置５、偏析装置６、濃縮装置７、蒸留装置８及び排気装置９は、制御装置１０によって各々の動作が適宜制御されることによって、以下に説明するような一連の製造工程を行う。本実施形態における金属チタン製造装置は、制御装置１０を備えている。
制御装置１０はコンピュータから構成されており、このコンピュータは、ＣＰＵ（中央処理装置）、記憶装置、及び入出力装置等を備える。記憶装置は、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、及びＳＳＤ（Solid State Drive）等のうちの１以上を含む。入出力装置は、有線または無線でＢｉ供給装置２、ＴｉＣｌ_４供給装置３、Ｍｇ供給装置４、ＭｇＣｌ_２回収装置５、偏析装置６、濃縮装置７、蒸留装置８及び排気装置９と信号やデータ（温度や圧力等の計測データ）のやり取りを行う。図１においては、簡略化のため制御装置１０が蒸留装置８のみに有線または無線で接続されていることを示しているが、制御装置１０は各装置に接続されている。コンピュータは、記憶装置に保存されたプログラム等に基づいて所定の機能を果たすことができる。なお、Ｂｉ供給装置２、ＴｉＣｌ_４供給装置３、Ｍｇ供給装置４、ＭｇＣｌ_２回収装置５、偏析装置６、濃縮装置７、蒸留装置８及び排気装置９に各別に設けられたコンピュータによって制御装置１０が構成されてもよい。

【0029】

次に、本実施形態に係る金属チタン製造装置の動作、つまり当該金属チタン製造装置を用いた金属チタン製造方法について、図２をも参照して詳しく説明する。

【0030】

この金属チタン製造装置は、最初に還元装置によって還元工程（還元処理）が行われる（ステップＳ１）。すなわち、還元装置では、還元炉１の雰囲気温度が所定の還元温度に設定され、またＢｉ供給装置２がビスマスＸ１を還元炉１に供給し、ＴｉＣｌ_４供給装置３が四塩化チタンＸ２を還元炉１に供給し、Ｍｇ供給装置４がマグネシウムＸ３を還元炉１に供給する。

【0031】

この結果、還元炉１では、下式（１）の化学反応（還元反応）が進行し、チタン及びビスマスからなるＢｉ-Ｔｉ液体合金Ｘ４と塩化マグネシウムＸ５とが生成される。
ＴｉＣｌ_４＋Ｂｉ＋２Ｍｇ→Ｂｉ-Ｔｉ+２ＭｇＣｌ_２ （１）

【0032】

なお、式（１）において、「Ｂｉ-Ｔｉ」は、チタン及びビスマスからなるＢｉ-Ｔｉ液体合金Ｘ４を示している。また、還元炉１に供給する各原料の供給量、つまりビスマスＸ１、四塩化チタンＸ２及びマグネシウムＸ３の還元炉１への供給量は、上式（１）に示される還元反応における各原料のモル比に基づいて適宜設定される。

【0033】

ここで、Ｂｉ-Ｔｉ液体合金Ｘ４及び塩化マグネシウムＸ５は、還元炉１において液体として存在するが、両者は比重の違いに起因して二層に分離した状態となる。すなわち、Ｂｉ-Ｔｉ液体合金Ｘ４は、比重が比較的大きいので、還元炉１において下層液体生成物となる。一方、塩化マグネシウムＸ５は、比重が比較的小さいので、還元炉１において上層液体生成物となる。下層のＢｉ-Ｔｉ液体合金Ｘ４は、還元炉１の底部から取り出されて偏析装置６に供給され、上層の塩化マグネシウムＸ５は、還元炉１の中間部から取り出されてＭｇＣｌ_２回収装置５に回収される。

【0034】

この金属チタン製造装置は、続いて偏析装置６によって偏析工程（偏析処理）が行われる（ステップＳ２）。すなわち、偏析装置６は、Ｂｉ-Ｔｉ液体合金Ｘ４に偏析処理を施す。図３の状態図に示すように、Ｂｉ-Ｔｉ液体合金Ｘ４は、偏析温度が５００℃となり、Ｂｉ-Ｔｉ液体合金Ｘ４におけるチタン濃度が４７ａｔ％以下である場合に、Ｔｉ_８Ｂｉ_９金属間化合物が析出する。なお、本実施形態の偏析工程（偏析装置６）では、析出物としてＴｉ_８Ｂｉ_９金属間化合物を得ているが、これに限定されず、他のＢｉ-Ｔｉ金属間化合物（例えばＴｉ_３Ｂｉ_２）を析出物として得るように偏析温度や原子組成百分率を調整してもよい。

【0035】

このＴｉ_８Ｂｉ_９金属間化合物は、Ｂｉ-Ｔｉ液体合金Ｘ４の析出物であり、チタン濃度がＢｉ-Ｔｉ液体合金Ｘ４よりも高い固形物である。また、このＴｉ_８Ｂｉ_９金属間化合物は、Ｂｉ-Ｔｉ液体合金Ｘ４よりも密度が低いので、Ｂｉ-Ｔｉ液体合金Ｘ４において浮上して浮体物となる。すなわち、偏析装置６では、Ｂｉ-Ｔｉ液体合金Ｘ４が所定の偏析温度に曝されることによりＴｉ_８Ｂｉ_９金属間化合物（固相）とビスマス（液相）からなる固液混合物（混合物Ｘ６）が生成される。

【0036】

濃縮装置７では、混合物Ｘ６のＴｉ_８Ｂｉ_９結晶（固体）に付帯するビスマス（固体または液体）が液体状態に維持され、遠心力の作用によって固液分離を行い、混合物Ｘ６よりもチタン濃度が高い金属間化合物、つまり混合物Ｘ６の濃縮物である濃縮金属間化合物Ｘ９が得られる。

【0037】

この金属チタン製造装置は、続いて蒸留装置８を用いて蒸留工程（蒸留処理）を行う。すなわち、蒸留装置８は、濃縮金属間化合物Ｘ９を所定の蒸留温度下かつ減圧雰囲気下に置くことにより、濃縮金属間化合物Ｘ９を形成するビスマスを選択的に気化させて金属チタンを得る。

【0038】

具体的には、金属チタン製造装置は、蒸留工程として、まず蒸留装置８内部を減圧する（ステップＳ３）。すなわち、金属チタン製造装置は、排気装置９により、濃縮金属間化合物Ｘ９の貯留される蒸留装置８内部を、例えば１０Ｐａ以下の減圧雰囲気下とする。蒸留装置８内の圧力は適宜調整してよい。

【0039】

そして、金属チタン製造装置は、蒸留工程として、蒸留装置８内部の温度を８００℃またはその近傍（第１の温度）まで上昇させる（ステップＳ４）。蒸留装置８内部の温度を８００℃またはその近傍まで上昇させることにより、濃縮金属間化合物Ｘ９は、内部の温度が徐々に上昇し、濃縮金属間化合物Ｘ９に付帯するビスマスが蒸発を開始する。すなわち、蒸留装置８は、上記析出物に付帯するビスマスを優先的に蒸発させるように雰囲気（析出物回りの雰囲気）を設定する。そして、濃縮金属間化合物Ｘ９の内部から蒸発したビスマスは、濃縮金属間化合物Ｘ９の表面より気体として放出される。このとき、濃縮金属間化合物Ｘ９の表面（液面）においては、ビスマスが蒸発し、多孔質状の構造体（図４参照）が形成される。そして、多孔質状の構造体の孔を介して、濃縮金属間化合物Ｘ９からビスマスが放出されると考えられる。
言い換えれば、本実施形態の蒸留装置８（蒸留工程）は、偏析装置６（偏析工程）で得た析出物（本実施形態ではＴｉ_８Ｂｉ_９金属間化合物）に含まれるチタンの構造を維持でき、且つ上記析出物内部からその表面に向けてビスマスが拡散することで当該表面からのビスマスの蒸発が維持されるような第１の温度（本実施形態では８００℃またはその近傍の温度）で上記析出物を加熱する。上記第１の温度による加熱では、析出物内部からその表面に向かうビスマスの拡散が維持されるため、析出物の表面からビスマスが蒸発しても当該表面でのビスマスの含有量は適切に維持される。言い換えれば、析出物の表面でチタンの含有量が高くなりチタンが膜状になることを防止できるため、析出物内部からその表面に向かうビスマスの拡散と当該表面からのビスマスの蒸発とが適切に維持される。さらに、上記第１の温度による加熱では、析出物に含まれるチタンが融解せず、その金属構造を維持できるため、析出物からビスマスが蒸発し続けることで、次第に析出物は多数の孔を備える多孔質状に変化する。これらの孔を介することで、さらに析出物内部からのビスマスの拡散及び蒸発を促進することができる。なお、蒸留装置８内の圧力等に応じて、第１の温度は適宜調整してもよい。

【0040】

さらに、金属チタン製造装置は、蒸留工程として、蒸留装置８内部の温度を１０００℃またはその近傍（第２の温度）まで上昇させる（ステップＳ５）。すなわち、蒸留装置８は、上述したように析出物に付帯するビスマスを優先的に蒸発させるように雰囲気を設定した後に、上記析出物を形成するビスマスを蒸発させるように雰囲気を設定する。このとき、ビスマスの蒸気圧はチタンの蒸気圧と比較して極めて高いことにより、濃縮金属間化合物Ｘ９におけるＴｉ_８Ｂｉ_９からビスマスの蒸発が選択的に促進されると考えられる。このために多孔質状の濃縮金属間化合物Ｘ９のチタン濃度が高まることにより融点の上昇が期待される。このため１０００℃を越えた条件下においても、構造体は溶融または崩壊せずに強度を保った状態のまま、さらに高い温度下でのビスマスの蒸留を可能とする。
言い換えれば、上記第１の温度による加熱の後に、上記第１の温度よりも高い第２の温度（本実施形態では１０００℃もしくはその近傍の温度、または１１００℃もしくはその近傍の温度）で上記析出物をさらに加熱する。上述したように、析出物からビスマスが蒸発することで、当該析出物におけるチタンの含有量は増加し、よって析出物の融点の上昇が期待される。このため、上記第１の温度よりも高い第２の温度で析出物を加熱しても、そこに含まれるチタンの金属構造を維持しつつ、析出物内部から表面に向かうビスマスの拡散及び表面からの蒸発をさらに促進することができる。よって、析出物におけるビスマスの含有量を効果的に減少させることができる。上記第２の温度は、析出物の融点の上昇に応じて適宜選択すればよい。

【0041】

そして、金属チタン製造装置は、蒸留工程として、蒸留装置８内部の温度を１１００℃またはその近傍まで上昇させる（ステップＳ６）。これにより、蒸留装置８は、濃縮金属間化合物Ｘ９が含有するビスマスを完全に蒸発させ、金属チタンを得る。

【0042】

そして、排気装置９が蒸留装置８から取得したビスマス（気相）は、図１に示されているように還元炉１に供給される。また、偏析装置６の固液混合物に含まれるビスマス（液相）は、同じく図１に示されているように還元炉１に供給される。

【0043】

このように、本実施形態では、蒸留工程において、濃縮金属間化合物Ｘ９に付帯するビスマスを優先的に蒸発させることで、濃縮金属間化合物Ｘ９の表面に多孔質状の構造体を形成させ、その後にＴｉ_８Ｂｉ_９が含有するビスマスを蒸発させる。これにより、多孔質状の構造体の孔を介して内部の蒸発したビスマスを放出させることができ、蒸留処理における処理効率（蒸留効率）を従来よりも向上させることが可能である。

【0044】

なお、上述したステップＳ４～Ｓ６を実施した場合の各ステップにおけるチタン濃度を温度条件１とし、ステップＳ５を実施せずに１１００℃による蒸留を３回行った場合のチタン濃度を温度条件２としたグラフを図５に示す。この図において、温度条件１は最終的に得られる金属中のチタン濃度が９７．８０％であり、温度条件２は最終的に得られる金属中のチタン濃度が８１．７６％であった。すなわち、１０００℃において蒸留を実施するステップＳ５を行うことにより、多孔質状の構造体の崩壊を防いでビスマスの蒸発を促進させ、チタンの純度を高めることができる。

【0045】

なお、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、金属チタン製造装置は、混合物Ｘ６を固液分離することで濃縮する濃縮装置７を備えるが、本開示はこれに限定されない。金属チタン製造装置は、濃縮装置７を備えず、蒸留装置において、混合物Ｘ６を直接蒸留してもよい。

【0046】

（２）上記実施形態では、金属チタン製造装置は、Ｂｉ-Ｔｉ液体合金Ｘ４からＴｉ_８Ｂｉ_９金属間化合物（固相）とビスマス（液相）からなる混合物Ｘ６を生成する偏析装置６を備えるが、本開示はこれに限定されない。金属チタン製造装置は、偏析装置６を備えず、蒸留装置において、Ｂｉ-Ｔｉ液体合金Ｘ４を直接蒸留してもよい。

【0047】

（３）上記実施形態では、混合物Ｘ６に遠心力（慣性力）を作用させる濃縮装置７を用いたが、本開示はこれに限定されない。力学的な慣性力を混合物Ｘ６に作用させる他の装置形態として、例えば混合物Ｘ６を所定方向に所定速度で移動させた状態で制止（停止）させることが考えられる。なお、混合物Ｘ６から液相のビスマスを分離するために、フィルタを用いた濾過装置や、真空脱水機、ベルトプレス等を用いてもよい。

【0048】

（４）上記実施形態では、濃縮温度を例えば５００℃としたが、本開示はこれに限定されない。図３に示す状態図によれば、濃縮温度は、最大幅として４２５～９３０℃の範囲内であればよく、より好ましくは４２５～７００℃の範囲内が好ましい。

【0049】

（５）上記実施形態では、蒸留装置８において、一例として蒸留温度を８００℃、１０００℃、１１００℃と変化させるものとしたが、本開示はこれに限定されない。蒸留温度は、状況により変更されるものしてもよい。すなわち、ステップＳ５がステップＳ４よりも高い温度であり、ステップＳ６がステップＳ５よりも高い温度に設定されていればよい。上記実施形態の蒸留装置８（蒸留工程）では、異なる３つの温度で蒸留したが、異なる２つの温度、または異なる４つ以上の温度で蒸留してもよい。

【符号の説明】

【0050】

１ 還元炉
２ Ｂｉ供給装置
３ ＴｉＣｌ_４供給装置
４ Ｍｇ供給装置
５ ＭｇＣｌ_２回収装置
６ 偏析装置
７ 濃縮装置
７ａ 濃縮炉
７ｂ Ａｒガス供給装置
７ｃ 駆動源
８ 蒸留装置
９ 排気装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】