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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Development of Multiphysics at High-temperature Melt Interface with Electrodeposition Microcalorimetry

Research Project

Project/Area Number 20H02491
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

夏井 俊悟  東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (70706879)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 植田 滋  東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (80359497)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords高温融体界面 / 電位・電流応答 / 界面移動 / 動力学解析
Outline of Annual Research Achievements

本年度も課題②として設定した、銅含有溶鉄(メタル)-溶融酸化物(スラグ)界面についての検討を継続した。昨年度結果から、銅を含む炭素飽和溶融鉄-溶融スラグ相界面をアノード分極することで、メタル-スラグ界面に銅が濃縮すると考えられ、Cu希薄系について実験を実施した。
MgO坩堝に銅含有鉄(Fe - 0.5 wt%Cu - 0.1 wt%C)とスラグ(FeO - CaO - Al2O3 - SiO2系) を充填し、温度1823 K、Ar雰囲気で試料を溶解した。カソードとして黒鉛丸棒をスラグに浸漬し、アノードリードとしてスラグとの接触部をMgO管で絶縁した黒鉛丸棒を銅含有溶融鉄に浸漬した。定電圧電解を1時間実施し、電解後の試料は空冷と水冷を行った後、ICP-AESにて銅濃度の分析を行った。
無電解試料の銅濃度は、仕込組成の0.503 wt%から0.477 wt%まで減少した。このときの銅濃度減少率は5.24%であった。対して、10Vで1時間定電圧電解行った場合は、仕込組成0.507 wt%から0.452 wt%まで銅濃度が低下し、銅濃度減少率は10.9%に増加した。溶融スラグ-銅含有溶融鉄系の鉄および銅の酸化還元電位について、第一原理分子動力学計算(VASP)にて見積もった。すなわち、系の自由エネルギーの成分量の微分から液体金属中Fe, Cuの化学ポテンシャルが得られるので、スラグ中も同様に求め、溶融スラグ-銅含有溶融鉄系の鉄と銅の酸化還元電位を推定した。本条件では酸化鉄を含むスラグへの溶解電位は0.24Vと見積もられ、常温水溶液中での酸化還元電位差(0.96V)よりも両者の電位は近い。さらに、状態図上ではCu濃度が低いので巨視的には二相分離が生じないが、計算上ではCuの3量体などが溶鉄中に存在しており、アノード分極によってこれらが界面濃縮する可能性も示唆される。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (5 results)

All 2023 2022

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (4 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Molten Oxide Electrolysis Using Copper-Containing Carbon-Saturated Molten Iron Anode2023

    • Author(s)
      Natsui Shungo、Sato Takahiro、Ito Akihisa、Hayasaka Miho、Iwama Takayuki、Mori Kota、Ueda Shigeru、Nogami Hiroshi
    • Journal Title

      Journal of The Electrochemical Society

      Volume: 170 Pages: 023501~023501

    • DOI

      10.1149/1945-7111/acb84f

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 銅含有溶融鉄-溶融スラグ界面におけるアノード反応による銅のスラグへの移行促進2022

    • Author(s)
      守光太, 夏井俊悟, 埜上洋
    • Organizer
      第184回日本鉄鋼協会春季講演大会
  • [Presentation] 溶融CaCl2-CaO 中TiO2 電解還元に及ぼすカソード電極への振動・回転印加の影響2022

    • Author(s)
      山本玲維, 夏井俊悟, 埜上 洋
    • Organizer
      第54回溶融塩化学討論会 2022年9月30日
  • [Presentation] 溶融酸化物電解による溶融鉄中トランプエレメントの電気化学的分離の試み2022

    • Author(s)
      夏井俊悟
    • Organizer
      電気化学会北海道支部50周年記念シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] 最近のマルチフィジックスおよびデータ解析の視点による動的な高温融体界面の追跡2022

    • Author(s)
      夏井俊悟
    • Organizer
      日本学術振興会第69委員会
    • Invited

URL: 

Published: 2023-12-25  

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