| 研究課題/領域番号 |
19K15333
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
岸本 章宏 京都大学, 工学研究科, 助教 (50816600)
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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 | 亜鉛 / 電析 / その場観察 / アルカリ浴 / マンガン |
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| 研究実績の概要 |
アルカリ水溶液を用いることで亜鉛の製錬・リサイクルプロセスのさらなる省エネルギー化が期待できる。本研究ではこのようなプロセスの実現に向け、アルカリ水溶液からの亜鉛の電解採取における亜鉛の電析形態ならびに電解浴中の不純物の影響について調査を行った。
当該年度はまず、電析形態に関する調査として、昨年度までに作製したフローセルと共焦点レーザー顕微鏡を用いた亜鉛電析のその場観察に着手した。その結果、アルカリ水溶液からの亜鉛の電析形態は電流密度だけでなく電解浴の流速にも強く依存していること、また、亜鉛の析出速度と組織が電極基板の結晶方位に影響されることが見出された。
次に、亜鉛の電解採取における電解浴中のマンガン不純物の影響を調査するため、酸化マンガンを添加した電解浴を用いて亜鉛の電解採取試験を行った。電解浴にマンガン酸化物または水酸化物が浮遊する場合にはカソードで析出する亜鉛にマンガンが多量に混入するが、浴中に浮遊するこれらのマンガン化合物をろ過によって予め除去すれば亜鉛へのマンガンの混入を低減できることが分かった。また、アノードでは二酸化マンガンの析出によるIRドロップの増加や酸素発生の過電圧の増加が危惧されたが、電解を3日間続けてもアノード電位の上昇は見られなかった。以上の結果から、マンガン不純物が電解浴に混入した場合、溶解度を超えて沈殿したマンガン酸化物または水酸化物を電解前にろ過等によって除去すれば、亜鉛の電解採取への影響は無視できると考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当該年度は亜鉛電析のその場観察と電解浴中のマンガン不純物の影響について実験的に調査を行った。その結果、亜鉛電析のその場観察については、当初予定していた各電流密度や電解浴流速における析出過程の調査、および亜鉛単結晶の作製とこれを用いた電析のその場観察を達成することができた。さらに、EBSDを利用した結晶方位解析により、電極基板の結晶方位と亜鉛の析出速度や組織の関係性についても新たに見出された。また、電解浴中のマンガン不純物が亜鉛の電解採取に及ぼす影響についても実験的に明らかにし、浴中に浮遊するマンガン化合物をろ過等によって除去することが重要であることも確認出来た。このように、本研究は当初の計画以上に進展していると判断される。
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| 今後の研究の推進方策 |
亜鉛の電解採取では電解浴中に混入した不純物の影響とその除去が極めて重要であり、当該年度はマンガン不純物の影響とその有効な除去方法を明らかにした。そこで次年度は、プロセス原料に含まれる不純物として想定される銅、ニッケル、コバルトを対象とし、各不純物が亜鉛の電解採取に及ぼす影響とその除去方法について文献調査または実験的に調査を行う。実験ではまず、各不純物を溶解させた電解浴を用いて数時間から数日間の亜鉛の電解採取試験を実施する。その際、カソード上に得られる亜鉛中の不純物量や電流効率、アノード電位の変化から各不純物の除去の必要性を検討する。また、除去が必要と判断した元素については、ろ過や亜鉛末を用いたセメンテーション等による不純物の除去試験を適宜実施し、有効な浄液方法を調査する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当該年度は当初の予定よりも研究が進んだために必要な消耗品が増加したが、コロナウイルスの影響のため各地への出張が中止となったため、旅費として計上していた研究費の一部を次年度に使用することとした。次年度に予定している電解および浄液試験はセットアップを増やすことでさらなる効率化が期待できるため、次年度使用額についてはこれらの消耗品の購入に使用する予定である。
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