チタンはなぜそんなに高価なのでしょうか?

チタンが高価であることは誰もが知っていますが、なぜ高価なのでしょうか?原材料が高価、つまりスポンジチタンは高価です。チタンおよびチタン合金といえばスポンジチタンです。スポンジチタンは、チタンおよびチタン合金を製造するための原料です。スポンジチタンがなければチタンやチタン合金は存在しません。

スポンジチタンは主に2種類の鉱物からできています。

1) ルチルは黄色から赤褐色の鉱物で、TiO2 を主成分とし、鉄、ニオブ、タンタルを一定量含みます。

2) イルメナイト。理論的な分子式は FeTiO3 で、理論上の TiO2 含有量は 52.63% です。イルメナイトは、自然界では、FeO-TiO2 およびその他の不純物酸化物から構成される固溶体とみなすことができます。

1940 年、ルクセンブルクの科学者 WJKroll はマグネシウムを使用して TiCl4 を還元し、純チタンを製造しました。以来、マグネシウム還元法（別名クロール法）とナトリウム還元法（別名ハンター法）が工業的なスポンジチタンの製造方法の主流となっています。こちらで製作しているのは「多孔質チタン」とも呼ばれる「スポンジチタン」です​​のでご注意ください。スポンジチタンの製造プロセスは主に次のステップで構成されます: イルメナイト - 採掘 - 選鉱 - チタン精鉱 - 濃縮 - チタンリッチ材料 - 塩素化 - 粗 TiC1 - 精製 - 純粋 TiC1 - マグネシウム還元 -粉砕→分級→混合→チタンスポンジ。

以下の他の 4 つのプロセスが重要なプロセスです。

1) 塩素化プロセス: これは四塩化チタンの製造における主要なステップです。具体的な方法としては、沸騰塩素化、溶融塩塩素化、縦型炉塩素化などが挙げられる。現在、沸騰塩素処理が最も一般的に使用されている方法です。高温と塩素ガスの作用により、チタンを豊富に含む材料が固体の炭素質還元剤と反応して四塩化チタンが生成されます。溶融塩塩素化と縦型炉塩素化は、塩素化反応にそれぞれ溶融塩媒体と縦型塩素化炉を使用します。

2) 精製プロセス: 四塩化チタンは、高沸点および低沸点の不純物を除去するために精製および精製する必要があります。一般的に使用される精製方法には、蒸留法と化学的方法が含まれます。蒸留法は効率の良いフローティングバルブ蒸留塔を使用し、化学法はアルミニウム粉末を使用してバナジウムを除去するなどの方法があります。

3) 還元蒸留法：精製四塩化チタンと溶融マグネシウム金属を高温で反応させ、スポンジ状の金属チタンと溶融塩化マグネシウムを生成します。次に、スポンジチタン中の塩化マグネシウムと余剰のマグネシウムを減圧蒸留により除去し、純チタンを得る。

4) 電解マグネシウムプロセス: 電解マグネシウムはスポンジチタンの製造における重要なステップの 1 つです。海外では多極電解槽や隔壁のないマグネシウム電解槽が広く使われていますが、国内の技術は比較的遅れており、電力消費と塩素消費量が高くなります。近年、国内の新設工場では先進的な大型電解槽が順次導入され、生産技術の向上とコスト削減が進んでいます。

原料スポンジチタンの価格は、2005 年と 2006 年に 2,700 米ドル/トンに達しました。その後、スポンジチタン生産の原料、塩素化、精製、電解における技術的ボトルネックが克服されました。 2017年頃、スポンジチタンの価格は1,100ドル/トンに調整されました。スポンジチタンの価格は2024年までは「高値で始まり、安値になる」傾向を示しました。スポンジチタンの価格は年初こそ高値でしたが、市場の需給変化により徐々に価格は下落してきました。これまでのところ、スポンジチタンの価格はトン当たり約7ドル000下落し、史上最低値に達している。

スポンジチタンの価格は、最も低い時点でも依然として 6 ドル/kg です。スポンジチタンは高価であるため、チタンやチタン合金も高価になります。スポンジチタンの製造・精製工程は非常に複雑です。製造プロセスには、高温、高エネルギー消費の装置と真空環境も必要です。エネルギーコストの上昇も価格の高さに直接影響します。このため、チタン合金の価格は依然として高止まりしています。

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