| 研究課題/領域番号 |
20K05180
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 秋田大学 |
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研究代表者 |
高崎 康志 秋田大学, 国際資源学研究科, 准教授 (50282158)
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| 研究分担者 |
金児 紘征 秋田大学, 名誉教授, 名誉教授 (20006688)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 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 / 不働態化 / 周期的反転電解法 / 高不純物含有粗銅 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
銅は様々な分野で利用されている重要な金属である。近年原料となる銅鉱石中の不純物量は増加傾向にある。また、鉱石以外の原料としてリサイクル原料も利用されている。資源循環型社会の実現にはリサイクル原料の利用が望ましいが、扱う不純物量が増加する。不純物量が増加すると、銅製造の電解精製（電気分解）時に銅陽極の不働態化（不溶性の不純物が陽極表面を覆い電解反応が停止する）が生じる。そのため不純物の多い銅陽極の不動態化抑制技術は重要である。本研究では、不動態現象の要因となる反応を直接観察することと、周期反転電解法により不動態化の抑制を試み、電流印加法の違いが不働態化にどのように影響するのか調査する。
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| 研究実績の概要 |
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た。
実験の結果、例えば銅に対してカソード金属である銀、アノード金属として亜鉛を選択した場合、亜鉛の溶解は銅によって加速され、銅の溶解は銀によって加速されること、そして通電下ではその効果がさらに顕著になることが確かめられた。また、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も見出された。
さらに、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。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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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本研究では基礎的な実験については一般的なめっきを施した実験よりも優位な点が見出された。一方、応用的な実験について十分な結果を得ることができなかった。その要因として最も影響が大きかったのはコロナウィルス問題であり、学内に入構できない期間もあったため基礎実験開始が大幅に遅れ、後半に予定していた応用的な実験の時間が不十分であったことによる。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究で取り組んだ実験方法（銅線に金属線を巻き付ける）は非常に特徴的であり、銅の溶解反応に対する各種金属の影響をより明確に観察できたことから継続して実験を行っている。今後は実際の銅電解をより考慮した実験試料の選定、例えば銅合金試料を用いることを考えている。銅に対する各種金属および合金の基本的な影響が見出された後、最終的な目的である銅の不動態化を抑制する電解条件を見出す実験を行う予定である
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