| 研究概要 |
酸化銅基スラグによる銅スクラップからの不純物の除去機構の解明を目指し,以下の研究を行った。本研究では,対象スラグ系をCu_2O単味,CU_2O-CaO系,Cu_2O-SiO_2系とし,対象不純物をSn, Co, Pbとした。
(1)酸化銅基スラグと平衡する溶銅の酸素溶解度ならびにスラグから溶銅への酸素溶解速度の測定:
本プロセスでは溶銅中へ酸素が溶解することは避けられないので,不純物除去挙動を解明するためには,本系スラグと平衡する溶銅中の酸素溶解度ならびにスラグから溶銅への酸素溶解速度に関する知見も必要不可欠である。そこで,1573K, Arガス気流中で,各酸化銅基スラグと種々の組成の溶融Cu-O合金を共存させ,石英管吸い上げ-水冷法にて適時銅試料を採取し,酸素濃度を分析することにより,酸素溶解度および酸素溶解速度を求めた。
なお,上記実験により得られたCu_2O単味スラグと平衡する溶銅の酸素溶解度の測定値は過去の報告値と大きく異なる値であったので,試料採取法を変えた実験とZrO_2固体電解質を用いた起電力法による溶銅中の酸素ポテンシャルの測定実験も併せて行った。
これら酸素溶解度・溶解速度測定から,本プロセスの酸素溶解速度は,スラグーメタル界面化学反応(Cu_2O(in Slag)=2Cu(1)+O(in Cu))により支配されている可能性が高いことが分かった。
(2)酸化銅基スラグによる溶銅中不純物除去速度の測定:
(1)の酸素溶解速度の測定と同様の実験方法により,酸化銅基スラグによる溶銅中の各種不純物成分の除去速度を測定した。本実験条件では,Snの除去速度が最も速く,Pbのそれが最も遅かった。1次速度式を用いて,本プロセスにおける溶銅中不純物除去速度を解析した結果,不純物除去速度は溶銅側物質移動により支配されている可能性が高いことを明らかにした。
また,初期酸素濃度が低い場合には,反応初期段階において,酸素溶解速度および不純物除去速度共に速度が大きく低下した。これは,溶銅中の酸素量によりスラグ-メタル界面積が変化したことに起因しており,溶銅中の活性元素の存在が,本プロセスの不純物除去挙動に大きく影響を及ぼすことが分かった。
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