研究課題
本年度も課題②として設定した、銅含有溶鉄(メタル)-溶融酸化物(スラグ)界面についての検討を継続した。昨年度結果から、銅を含む炭素飽和溶融鉄-溶融スラグ相界面をアノード分極することで、メタル-スラグ界面に銅が濃縮すると考えられ、Cu希薄系について実験を実施した。MgO坩堝に銅含有鉄(Fe - 0.5 wt%Cu - 0.1 wt%C)とスラグ(FeO - CaO - Al2O3 - SiO2系) を充填し、温度1823 K、Ar雰囲気で試料を溶解した。カソードとして黒鉛丸棒をスラグに浸漬し、アノードリードとしてスラグとの接触部をMgO管で絶縁した黒鉛丸棒を銅含有溶融鉄に浸漬した。定電圧電解を1時間実施し、電解後の試料は空冷と水冷を行った後、ICP-AESにて銅濃度の分析を行った。無電解試料の銅濃度は、仕込組成の0.503 wt%から0.477 wt%まで減少した。このときの銅濃度減少率は5.24%であった。対して、10Vで1時間定電圧電解行った場合は、仕込組成0.507 wt%から0.452 wt%まで銅濃度が低下し、銅濃度減少率は10.9%に増加した。溶融スラグ-銅含有溶融鉄系の鉄および銅の酸化還元電位について、第一原理分子動力学計算(VASP)にて見積もった。すなわち、系の自由エネルギーの成分量の微分から液体金属中Fe, Cuの化学ポテンシャルが得られるので、スラグ中も同様に求め、溶融スラグ-銅含有溶融鉄系の鉄と銅の酸化還元電位を推定した。本条件では酸化鉄を含むスラグへの溶解電位は0.24Vと見積もられ、常温水溶液中での酸化還元電位差(0.96V)よりも両者の電位は近い。さらに、状態図上ではCu濃度が低いので巨視的には二相分離が生じないが、計算上ではCuの3量体などが溶鉄中に存在しており、アノード分極によってこれらが界面濃縮する可能性も示唆される。
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Journal of The Electrochemical Society
巻: 170 ページ: 023501～023501
10.1149/1945-7111/acb84f
