| 研究課題/領域番号 |
20H02491
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26060:金属生産および資源生産関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
夏井 俊悟 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (70706879)
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| 研究分担者 |
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)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2022年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2021年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2020年度: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円)
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| キーワード | 金属融体 / マルチフィジックス / 電気化学測定 / 熱移動 / 流体 / 高温融体界面 / 電位・電流応答 / 界面移動 / 動力学解析 / 流体力学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、鉄、チタン、銅など社会にとって必須の金属をつくるプロセスにおいて、大変重要な融体界面現象の学問的理解と制御の深化を目的にしています。高温の融体(溶融塩や溶融スラグ)と液体金属との界面の電位をコントロールして電気化学反応を進行させ、従来平均化された時空間スケールでは検知出来なかった流れと界面形態を含んだ総体としての定量化に挑みます。具体的には、熱的・力学的・電気的応答を同時計測する技術を創出し、さらに数値流体力学シミュレーションをも有機的に利用することで、この現象を明示的に分解・再構築する過程で明らかにする、"高温融体界面マルチフィジックス"の確立を目指します。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、電位制御された高温の金属融体-溶融塩(溶融酸化物含む)界面を対象とし、動的な反応界面現象の理解・制御を深化する新規学理展開のための技術創出を目的としています。電位・電流応答と高速同期された高感度イメージング、数値流体シミュレーションに加え、新たに微小シース熱電対電極による電析マイクロカロリメトリを用いました。具体的には2つの課題、①微量元素を含む高温溶融塩中での溶融活性金属電析、②微量元素を含む溶鉄-溶融スラグ界面のアノード分極時挙動を対象として、高い解像度での高温融体界面マルチフィジックスモデルを提案します。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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。
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