チタン加工

チタン処理、その鉱石からのチタンの抽出、およびさまざまな製品で使用するチタン合金または化合物の準備。

チタン（Ti）は、柔らかくて延性のある銀色の灰色の金属で、融点は1,675°C（3,047°F）です。化学的に比較的不活性な酸化皮膜が表面に形成されているため、ほとんどの自然環境で優れた耐食性を発揮します。さらに、アルミニウムと鉄の中間の密度（立方センチメートルあたり4.51グラム）で軽量です。低密度と高強度の組み合わせにより、600°C（1,100°F）までの温度で一般的な金属の最も効率的な強度対重量比が得られます。

その原子直径はアルミニウム、鉄、スズ、バナジウムなどの多くの一般的な金属と類似しているため、チタンは容易に合金化してその特性を向上させることができます。鉄と同様に、金属は2つの結晶形態で存在する可能性があります。883°C（1,621°F）未満の六角形の最密充填（hcp）と、融点までのより高い温度での体心立方（bcc）。この同素挙動と多くの元素と合金化する能力により、幅広い機械的特性と耐食性を持つチタン合金が得られます。

チタン鉱石は豊富ですが、高温で空気中の酸素、窒素、水素と金属の反応性が高いため、複雑でコストのかかる製造および製造プロセスが必要になります。

歴史

チタン鉱石は、1791年にイギリスの聖職者、ウィリアムグレゴールによってコーニッシュの砂浜で最初に発見されました。酸化物の実際の同定は、数年後にドイツの化学者、MHクラプロスによって行われました。クラプロスは、ギリシャ神話の巨人であるタイタンズにちなんで、この酸化物の金属成分にチタンという名前を付けました。

純粋な金属チタンは、1906年または1910年にRensselaer Polytechnic Institute（米国ニューヨーク州トロイ）のMA HunterがGeneral Electric Companyと協力して最初に製造しました。これらの研究者たちは、チタンの融点は6,000°C（10,800°F）であり、したがって白熱灯フィラメントの候補であると信じていましたが、ハンターが1,800°C（3,300°F）に近い融点を持つ金属を製造したとき、努力は放棄されました。それにもかかわらず、ハンターは金属にある程度の延性があることを示し、真空下で四塩化チタン（TiCl ₄）をナトリウムと反応させることによってそれを製造する彼の方法は後に商業化され、現在ハンタープロセスとして知られています。延性の高い金属は、1925年に真空ガラス球の高温フィラメント上で四ヨウ化チタンを解離したオランダの科学者AE van ArkelとJH de Boerによって製造されました。

1932年にルクセンブルクのウィリアムJ.クロールは、TiCl ₄とカルシウムを組み合わせることにより、かなりの量の延性チタンを製造しました。1938年までに、クロールは20キログラム（50ポンド）のチタンを生産し、優れた腐食性と強度特性を持っていると確信していました。第二次世界大戦の初め、彼はヨーロッパから逃亡し、米国のユニオンカーバイドカンパニーで働き、その後は米国鉱山局で働き続けました。この時までに、彼は還元剤をカルシウムからマグネシウム金属に変えていました。現在、クロールは現代のチタン産業の父として認識されており、現在のチタン生産の基本はクロールプロセスです。

1946年に実施された米空軍の調査によると、チタン基合金は非常に重要な可能性があるエンジニアリング材料であると結論付けました。 。その結果、国防総省は1950年にチタン産業を開始するための生産インセンティブを提供しました。同様の産業能力が日本、ソ連、イギリスで設立されました。この推進力が航空宇宙産業によって提供された後、金属がすぐに利用できるようになったことで、化学処理、医療、発電、廃棄物処理など、他の市場での新しいアプリケーションの機会が生まれました。

鉱石

チタンは、地球上で4番目に豊富な構造金属であり、アルミニウム、鉄、マグネシウムだけがこれを超えています。実用的な鉱物鉱床は世界中に分散しており、オーストラリア、米国、カナダ、南アフリカ、シエラレオネ、ウクライナ、ロシア、ノルウェー、マレーシア、その他いくつかの国に拠点があります。

主な鉱物は、ルチル（約95％の二酸化チタン（TiO ₂））とイルメナイト（FeTiO ₃）（50〜65％のTiO ₂を含む）です。3つ目の鉱物であるロイコキセンは、鉄の一部が自然に浸出したイルメナイトの変質です。特定のチタン含有量はありません。チタン鉱物は沖積および火山層で発生します。鉱床には通常、3〜12％の重鉱物が含まれ、イルメナイト、ルチル、ロイコクセン、ジルコン、モナザイトで構成されます。