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

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02491
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26060:Metals production and resources production-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Shungo Natsui 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) ; 鈴木 亮輔 北海道大学, 工学研究院, 特任教授 (80179275)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 金属融体 / マルチフィジックス / 電気化学測定 / 熱移動 / 流体

Outline of Final Research Achievements

This research focused on the potential-controlled high-temperature metal melt-molten salt (or molten oxide) interface. We aim to create technology for developing new theories to deepen understanding and control of dynamic reaction interfacial phenomena. In addition to high-sensitivity imaging synchronized with high-speed potential/current response and computational fluid dynamics simulation, we newly used electrodeposition microcalorimetry using a micro-sheathed thermocouple electrode. Specifically, this study developed a high-temperature interface multiphysics model through the two systems: 1) molten active metal electrodeposition in a molten salt containing trace elements, and 2) the behavior of molten iron-molten slag interface containing trace elements during anodic polarization.

Free Research Field

金属生産および資源生産関連

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

金属生産の大部分は、環境負荷が大きい高温融体を反応場とした高温乾式製錬プロセスに依存します。長期的な所用エネルギー量削減目標達成と技術優位性保持のためには現実の高温融体反応場の非平衡状態での効率を決定付ける支配因子とは何かを明らかにした、新たな高温場の制御技術へ向けた学理展開が不可欠です。本研究では、製錬反応が進行する電位制御された金属融体界面のイメージングおよび熱挙動の同時計測を実施しました。微小な電極温度変化を追従することで、微量元素を含む系の界面における物質移動について高い解像度で理解を深め、将来的な新規プロセス設計指針を得ることができます。