固相変態によるスコロダイトの生成

• 研究課題/領域番号: 21K04739
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分26060:金属生産および資源生産関連
• 研究機関: 九州工業大学
• 研究代表者: 高須 登実男 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (20264129)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2023年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円); 2022年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
• キーワード: ヒ酸鉄 / スコロダイト / 固相変態 / 結晶化 / 非晶質 / 結晶性 / 処理特性 / 操作因子

研究開始時の研究の概要

銅製錬をはじめとして非鉄製錬では、しばしばヒ素が鉱石中に含まれており、製錬工程で分離されている。ヒ素は有害金属であり、厳しい環境規制が導入されているために大きな市場を持たず、通常は安定化して保管されている。結晶質のヒ酸鉄であるスコロダイト鉱物は安定であるためヒ素固定のための適切な化合物といえる。本研究ではスコロダイトを生成するための安定で安価な新規プロセスの開発を目指す。そのために、気相中にて結晶化させる方法、すなわち固相変態によるスコロダイトの生成を対象として取り上げ、結晶化の挙動と生成物の性状に及ぼす各種の結晶化条件の影響を系統的に明らかにする。

研究成果の概要

本研究では、非晶質のヒ酸鉄を経由して気相中にて結晶化させる方法、すなわち固相変態によるスコロダイトの生成を対象として取り上げ、結晶化の挙動と生成物の性状に及ぼす各種の結晶化条件の影響を系統的に明らかにした。温度や圧力を制御して結晶化が可能な方法と装置を設計・製作した。その上で、操作因子の中で温度と圧力の影響を調査した。XRD、TG/DTAを用いて、得られた試料の性状を調査した。本プロセスではスコロダイトを安定に生成できることが確認された。また、スコロダイトが生成する温度域を明らかにした。さらに、加圧力に依らずスコロダイトが生成されることも明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

世界的な銅資源の低品位化により、不純物で有害元素のヒ素が製錬工程で高濃度に排出され、その処理が問題となっている。ヒ素を溶出させない安定化処理としてスコロダイト形態での固定が、従来よりオートクレーブを用いる方法で行われている。申請者らは、気相中でのスコロダイト生成が可能であることを見出した。この知見を用いた新規プロセスの開発には、結晶化の挙動と生成物の性状を基礎的に把握することが必須である。今回の研究では、結晶化の挙動と生成物の性状に及ぼす各種の結晶化条件の影響を明らかにした。これら本研究で得られた成果を活かすことで、今後、安定で安価な新規プロセスの開発が期待される。