クロール法

クロール法（チタン製造プロセス）

クロール法とは、[チタン]]の製造において広く採用されている技術であり、特に乾式冶金工業で重要な役割を果たしています。この手法は、ルクセンブルクでウィリアム・ジャスティン・クロールによって発明されました。クロール法は、チタン原料を石油コークスと反応させ、塩素ガスを用いて塩化チタン]を生成し、さらにそれを[[マグネシウムで還元することで金属チタンを得るプロセスから成り立っています。この技術は、1946年に化学メーカーであるデュポン社が工業生産を開始したことにより、チタン製造の標準的な方法となりました。

プロセス概要

[チタン]]の製造は、まず金紅石やイルメナイトといった鉱石を高温の流動層反応器で石油コークスと共に還元することから始まります。このときの温度は約1000℃で、反応によって生成される塩化チタン]は、さらに[[塩素と反応させて得られます。このプロセスにより、所望の塩化物と二酸化炭素が生成され、塩化物は連続蒸留によって分離されます。

塩化[チタン]は、その後、ステンレス鋼で作られた蒸留器を使って、液化マグネシウムを用いて800℃から850℃の温度で還元されます。このプロセスで得られる金属チタンは、反応装置に固定されるため、連続的に取り出すことができず、バッチプロセスとして実施されることになります。そのため、還元工程がクロール法のボトルネックとなり、生産効率が制限されることになります。

生産の課題とジルコニウムの開発

クロール法によるチタン生産においては、長時間の工程が求められることから、生産性の問題があります。例えば、反応を1度行うごとに得られるスポンジチタンの量は約10トンですが、全体の還元プロセスには10日以上かかることもあります。また、還元剤として用いられるマグネシウムに伴うコストやエネルギー量も無視できません。このため、製造コストは非常に高く、例えば2005年にはチタン板材のコストが1トン当たり100万円を超えることもありました。

さらに、チタンに似た性質を持つジルコニウムについても、クロール法が適用できることが発見され、1943年にクロールはジルコニウムの精製法を確立しました。当初は純度に問題がありましたが、現在では真空中で処理することにより、品質が改善されています。ジルコニウムの製造プロセスは、ほぼチタンのそれと同様ですが、ハフニウムの分離が必要となるため、追加の工法が求められます。

歴史的背景と進展

金属チタンの製造には歴史的にさまざまな手法が存在しました。19世紀にはナトリウムを使った方法が商業的に成功を収め、その後も数々の方法が提案されてきました。クロール法は1940年代に工業生産に組み込まれ、1980年代までには他の技術と競り合いながら広まりました。特に日本においても、1950年には神戸製鋼所がクロール法での小規模な精錬に成功した実績があります。これにより、国内でもチタン生産の技術が進展し、今後も新たな技術革新が期待されています。

競合する技術には、溶融塩電解法やFFCケンブリッジ法などが存在し、それぞれの手法には違った利点と課題があります。クロール法は推進されていますが、効率的な製造プロセスの改善に向けた研究開発は今後も継続されることでしょう。

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