2020 Fiscal Year Annual Research Report
Effective utilization of solid phases in refining slags
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18K04798
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
長谷川 将克 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (40335203)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 固相 / 包接化合物 / 精錬スラグ / 脱硫反応 / クロム含有高合金鋼 / スピネル型化合物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
従来金属精錬スラグでは反応速度向上のため、いかに液相を生成させるかに注目されてきたが、本研究課題では積極的な固相の活用を目的に、テーマ1「固相を用いた比較的低温における脱硫反応」、テーマ2「クロム含有高合金鋼の溶製に向けた固相の熱化学的特性」、テーマ3「反応解析のための溶体モデル構築」、テーマ4「高温で使用可能な脱ハロゲン・脱硫材料の開発」の課題を行った。
テーマ1では、CaO-Al2O3系包接化合物をAr+H2+CO2+SO2混合ガス中で昇温して硫黄吸収能（サルファイドキャパシティ）と吸収速度を測定し、包接化合物が非常に高い吸収能を持つことを示した。最終年度は包接化合物を緻密な球形とし、拡散係数を高精度で求めた。Cu-Fe-S合金と平衡させてCaO-SiO2-FeO系およびCaO-Al2O3-FeO系のサルファイドキャパシティを測定し、復硫反応を解析した。最終年度は包接化合物+液相共存域を対象とし、FeOは酸素分圧を上昇させるがキャパシティを大幅に増大させることを示した。
テーマ2では、Cu-Cr合金と平衡させてCaO-SiO2-Cr2O3系のCr2O3活量を求め、活量と矛盾しない相平衡関係を示した。最終年度は温度範囲を拡張し、高温での文献値との整合性を確かめた。スピネル型化合物の組成とX線回折角の関係を評価し、(Ni,Mg)Cr2O4活量がRaoult則より負偏倚することを示した。
テーマ3では、スピネル型化合物に溶体モデルを適用し、テーマ2の測定値と文献値を再現した。最終年度は対象を拡張し、シリケート構造を考慮した液相モデルの構築および等活量線と液相線が満たすべき関係を示した。
テーマ4では、最終年度に金属微粒子を分散した包接化合物膜の作成方法を検討した。この膜は脱ハロゲン・脱硫材料の他、ガス分離膜に応用できる可能性もあり、脱炭素社会に向けて研究を継続していきたい。
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