| 研究課題/領域番号 |
19K05106
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
助永 壮平 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (20432859)
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| 研究分担者 |
篠田 弘造 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (10311549)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 鉄ケイ酸塩融体 / レドックス状態 / ラマン分光分析 |
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| 研究実績の概要 |
金属製錬スラグは、酸化鉄と二酸化ケイ素、アルカリ土類酸化物を主成分とする融体である。スラグ中の鉄イオンは、Fe2+またはFe3+として存在し、その存在比 (すなわち酸化状態)は、スラグの液相線温度や粘度、精錬能などの物性に大きく影響する。高温融体中の鉄イオンの酸化状態を直接分析することができれば、金属製錬をはじめとする様々な高温工業プロセスで生成する融体(スラグ)の状態が迅速に把握でき、プロセス改善につながると期待できる。本研究では、通電加熱した金属線上で試料を溶融し、試料融体のラマンスペクトルから酸化鉄(鉄イオン)の酸化状態を決定する手法確立を目指している。一方で、酸化鉄を含有する融体は、多くの金属と反応しやすいため、適切な金属材料(コンタクトマテリアル)を選定することが不可欠である。2020年度は、高温ラマン分光分析のための基礎的知見を蓄積する目的で、鉄ケイ酸塩融体とさまざまなコンタクトマテリアルとの反応性に及ぼす酸素分圧の影響を調査した。その結果、酸素分圧の高い大気中では、白金または白金ーロジウム合金が酸化鉄含有試料の溶解に適していることが明らかになった。一方で、大気よりも酸素分圧が低いアルゴン雰囲気中では、白金中に試料中の鉄が拡散していることが見出された。同雰囲気中では、白金よりもモリブデンの方が試料との反応性は低く、モリブデンがコントタクトマテリアルの候補である。また、還元性のアルゴンー1％水素雰囲気では、鉄をコンタクトマテリアルとして用いた場合、試料の組成が変化しないことが確認された。高温ラマン分光分析における試料溶解用コンタクトマテリアルの候補が決定された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
融体を対象としたラマン分光分析では、試料溶融に使用するコンタクトマテリアルの適切な選定が重要である。2020年度の調査により、３種類の雰囲気中(酸素分圧下)での使用に適したコンタクトマテリアルの候補を決定できており、2021年度に行う測定の基盤を整えることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
2021年度は、はじめに2019年度に鉄イオンの酸化状態および局所構造を詳細に分析したガラスを対象にラマン分光分析を行う。これにより、鉄イオンの酸化状態や酸素配 位数などの構造情報が、どのようにラマンスペクトルに反映されるかを明確化する。また、2020年度の研究で明らかになった知見をもとに金属線加熱式高温ラマン測定用のシステムの試作および測定を行う。一方で、ラマンスペクトルを利用した鉄イオンの状態識別が困難であると判断した場合は、X線吸収分光法の高温下での測定についても検討する予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
情報収集の目的で国際会議への参加を予定していたが、学会が翌年度に延期となった。旅費相当分を翌年度に学会参加費として使用予定である。
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