2021 Fiscal Year Research-status Report
周期反転電流電解法による高不純物含有粗銅の電解精製における不動態化の抑制
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20K05180
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
高崎 康志 秋田大学, 国際資源学研究科, 准教授 (50282158)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金児 紘征 秋田大学, 名誉教授, 名誉教授 (20006688)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 銅電解精製 / アノード不動態化 / ガルバニック腐食 / その場観察 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一般的な銅製錬の電解精製工程では、粗銅（アノード）中の不純物量が増加すると電解中に不溶性物質がアノード表面に蓄積し銅の溶出反応が停止する不動態化が生じる。本研究では、銅電解精製におけるアノード反応をガルバニック腐食と捉え、通電中の電気化学計測と同時に試料表面の直接観察を併用して不働態化現象を解明し、さらに不動態化を抑制する方法を見出すことを目的としている。
実験は各種金属線を巻き付けた銅電極試料上部に実体顕微鏡を設置して通電中の電気化学計測を行うとともに試料表面の変化を観察し、アノードの溶解反応で生じる現象を簡便な方法で視覚的に捉えることに重点を置いている。前年度は、カソード金属として銀、アノード金属として亜鉛を選択し基本的な電解特性を調査した。その結果、本実験方法によって電気化学測定結果には表れない電極表面の変化などを明確に観察できることが見出された。そこで本年度は、ガルバニック腐食試験において一般的なメッキを施した電極と比較検討した。対象とした金属は、カソード金属として金と銀、アノード金属は亜鉛と錫とした。銅線に異種金属を接触またはメッキさせて電位印加した際の各金属の挙動をサイクリックボルタンメトリーにより行った結果、貴金属は銅の不働態化領域では電気が流れないが、高電位で貴金属部分にて酸素が発生することを明らかにした。卑金属は銅溶出ピーク以降電流が流れ続けることが観測された。さらに、金属線を巻き付けた条件に対してメッキを施した電極の分極特性や起こる反応は類似していたが、巻き線とめっきでは巻き線の方が目視できる変化は明確であった。また、アノード分極により溶解する金属はメッキが消失するため明確な変化を観察するためには十分なメッキ厚が必要であることが見出された。
以上の結果より、本実験方法は簡便で電気化学的な挙動を測定しながらその場観察するには有効であることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、リサイクル原料を主とした高不純物含有粗銅を現行の電解精製プロセスで処理することを考慮し、不純物含有量の高い銅合金の電解精製試験を行いアノードの不動態化を抑制する要因について基礎的な調査を行うことを目的としている。
本年度の研究ではコロナ禍による影響で実験数が限られていたが、前年度に引き続き銅線に各種金属線を巻き付けた電気特性試験を継続し、対象とする元素を増やすと共にメッキを施した電極と比較をすることで本実験方法の優位性を明確に得ることができた。サイクリックボルタンメトリーを行った結果では貴な金属と卑な金属の影響について特徴的な結果を得ることができ、電気化学測定と同時にその場観察を明確に確認できた。金属線を巻き付けた条件に対してメッキを施した電極の分極特性や起こる反応は類似していたが、巻き線とめっきでは巻き線の方が目視できる変化は明確であることを見出した。また、アノード分極により溶解する金属はメッキが消失するため明確な変化を観察するためには十分なメッキ厚が必要であることが見出された。
以上の結果を、一般社団法人資源・素材学会2022年度春季大会にて「銅電解精製を考慮したガルバニック対のアノード分極特性と形態のその場観察」（講演番号 2K0301-10-10）と題して学会発表を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に引き続き銅のガルバニック腐食反応について詳細な調査を行う。具体的には貴な金属と卑な金属、さらに、標準電極電位では銅よりも卑であっても実際は貴な挙動を示すニッケルなど各種元素を選択しその影響について調査する。また、通電方法の変化、例えば電流密度を段階的に変化させるあるいは極性を周期反転することで電極反応にどのような影響が生じるのかを調査し、不動態化を抑制する方法を見出す。
研究項目としては、銅電解精製のアノード組成や電解液、通電方法に着目した研究を行う。アノードの組成については銅電解精製において含有される元素だけではなく、様々な元素を調査することで貴な元素や卑な元素がそれぞれ示す特徴的な挙動を明確にし、それらの元素が混入した場合の指針となるような情報を提供する。具体的には、カソード金属としてAg, Au, Pt, Pd, Ni、アノード金属として,Zn, Cd, Sn, Pb, Feなどで実験を行う。電解液については一般的な液組成を中心に、添加剤や溶液中不純物イオン、pH、溶存酸素の影響を調査する。特に、急激にそれらの濃度を変化させることでその影響を明確にする方法が効果的と考える。具体的には電位掃引しながら周期的に溶液を注入すると不働態直前の状況において急に電流が低下すればその溶液で不働態しやすいということになる。通電方法については電流値を段階的に変化させるあるいは極性の周期反転を行うことで硫酸銅生成による不動態化を抑制する方法を探る。例えば極性反転試験において、不純物元素が溶解し極性反転によって電析するような元素の場合には、その電流値の大小や反転時間によって電析形状などに差が生じることが考えられる。そしてその形状によって不動態化のしやすさに影響を及ぼすのかを検討する。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により一部の実験が遅れ、溶液中に各種添加剤等を注入するためのマイクロポンプを購入しなかったことが一つ目の理由である。さらに、学会がオンライン開催となり旅費が発生しなかったことが理由である。
使用計画は、マイクロポンプを購入する予定である。
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Research Products
(1 results)
