アルカリパイロメタラジーによるリサイクル技術へ向けた溶融炭酸塩中の物理化学の解明

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H01682
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 安田 幸司 京都大学, 工学研究科, 特定准教授 (20533665)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 竹田 修 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60447141)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 炭酸塩 / 溶融塩 / 物理化学 / 銅

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、超硬工具の成分元素ならびに酸化剤として利用する元素について、炭酸溶融塩中における酸化／還元ならびに酸／塩基の反応の物理化学過程を解明することを目的とした研究を行った。当該年度においては、酸化還元電位を測定するための参照極の構築、Cu+/Cuの酸化還元電位の測定、溶融塩の密度測定などを行った。
(1) 炭酸溶融塩中で使用できる参照極として、CSZならびにYSZ中へNiとNiOの混合粉末を充填したNi/NiO参照極を作製し、900℃の溶融Na2CO3中における安定性の評価を行った。
(2) 900℃のAr-600ppmCO2雰囲気中において、溶融Na2CO3+Cu2O中へ金属Cuを作用極として浸漬し、参照極にNi/NiOを用いることで、Cu+/Cu電位の測定を行った。
(3) 900℃の溶融Na2CO3+Cu2Oを急冷した際に、白い炭酸塩部分と赤い部分とに相分離していることが確認され、Cu2Oの溶解度が添加量よりも低いことが示唆された。過去文献からも溶解度の低いことが示唆されており、一致した傾向が得られた。
(4) 最大泡圧法によって900℃の溶融Na2CO3-0.5mol%Cu2Oの密度を測定した結果、純Na2CO3の密度の不確かさの範囲内に入ることが分かった。よって、同混合塩の密度として、純Na2CO3の密度の値を代用しても大きな誤差が生じないことがわかった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究において酸化／還元を定量評価するために最も重要となる参照極の構築が達成され、初年度で完了した。Cu2Oなどの酸化物の溶解度が高くないことが示唆されたのは当初の予想とは異なるが、ICP分析などにより溶解度を測定することで、当初の目標である酸化／還元ならびに酸／塩基の反応の解析には支障がない。

Strategy for Future Research Activity

Na2CO3溶融塩へのCu2Oの溶解度が低く、初年度に行われた測定におけるCu+イオン濃度が不明であるため、まずは分離した炭酸溶融塩相のICP分析により溶解度の評価を行う。これにより、Cu+/Cuの酸化還元電位の再評価を実施する。続いて、同溶融塩のアノードリミットであるO2/O2-電位を測定することで、Cu+イオンの化学ポテンシャルの導出を行う。同様の測定を、Cu2O以外の酸化剤候補となる酸化物を構成する金属(Feなど)について実施する。