2019 Fiscal Year Research-status Report
Mechanochemical effects for development of impurity removal processing from natural ore and in situ observation
| Project/Area Number |
18K19041
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
加納 純也 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (40271978)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
篠田 弘造 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (10311549)
石原 真吾 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40760301)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
|
| Keywords | メカノケミカル / シミュレーション |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
天然鉱石からの不純物除去を目指し、粉砕操作によるメカノケミカル効果を利用した分離プロセスの開発を行っている。
今年度は、粉砕により鉱石中に含まれているヒ素の化学状態を変化させ、主成分である銅との分離除去を行うためのプロセス開発およびメカニズム解明について検討を行った。遊星ミルでの粉砕条件としてボール径、粉砕時間、回転速度、乾式、湿式条件およびそのときの溶媒種類を操作因子とし、鉱石中からのヒ素の分離効率が最大となる粉砕条件の探索を行った。その結果、ヒ素の溶出率が最大となる回転速度が存在することが見いだされた。回転速度が小さい場合、粉砕が十分に進行せず、単体分離が十分でないことやヒ素化合物の酸化が進行しないことが要因であると考えられる。一方で、回転速度が大きく、過粉砕されると溶出率が低下した。ヒ素化合物の酸化反応が過剰に進行した場合に溶出率が低下することがわかった。粉砕時間についても同様に溶出率が最大となる粉砕時間があることがわかった。鉄はヒ素と同様の溶出挙動を示す一方で、銅は粉砕条件に関わらず、ほとんど溶出しなかった。
この結果から、ヒ素の溶出率が最大となる粉砕条件で銅との分離効率が最大となることがわかった。また、乾式粉砕と湿式粉砕では、粉砕により得られる効果が異なり、乾式粉砕では粉砕物の酸化による化学状態変化が効果的に進み、湿式粉砕では粒子径の減少が顕著であった。乾式粉砕に続けて湿式粉砕を行う組み合わせ粉砕により効果的なヒ素の除去が可能になることがわかった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
メカノケミカル効果による反応過程の解明のため、XAFSによる各元素の化学状態変化の解析を進めている。転換電子収量法と、透過法および蛍光法での測定結果を比較し、鉱石粒子の表面近傍から内部に向かってどのような時間スケールで反応が進行していくのかを明らかにするための情報を得ている。
以上のことから、研究はおおむね順調に進展していると判断される。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策として、XAFS測定で得られた表面近傍および鉱石全体の化学状態の情報から反応速度を明らかにする。一方で、DEMシミュレーションを用いて粉砕場の機械的エネルギーを推定し、粉砕による化学反応への効果および微粒子化への効果と、砕料に加えられる機械的エネルギーの関係を明らかにし、メカノケミカル反応場の数理的な記述の試みを進めていく予定である。
|
| Causes of Carryover |
既存設備および学内設備の有効活用により、当初予定していたSPring-8への旅費が節約されたことから、次年度へ繰り越した。次年度に実施予定のシミュレーションを用いた粉砕場の機械的エネルギーの推定や、その実験、分析に必要な試薬、消耗品等を購入する計画であり、その費用に充てる予定である。
|
