2017 Fiscal Year Annual Research Report
Sulferization of oxides and electrochemical reduction in molten salt
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17H03434
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
鈴木 亮輔 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80179275)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 金属生産工学 / 製造プロセス / 溶融塩 / 硫化物 / 金属粉末 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)酸化物を硫化物へ高速に安価に硫化する方法の開発
CとS2ガスの組み合わせ、およびCS2液体からの気化ガス、を高温の酸化物に作用させたところ、酸化チタンは硫化チタンに転換出来た。ガス流量や時間によらず温度のみによって生成する硫化物の結晶構造が変わったことは、CS2ガスの熱分解が2時間程度で熱力学的平衡状態に有り、硫化チタンの化学量論組成からのずれと対応する事実を反映している。硫化炉の内部の邪魔板により硫化の程度が異なること、過剰に高温で硫化すると酸化物試薬保持のアルミナが反応すること、など実験により硫化条件が分かった。
(2)硫化物を金属に還元する溶融塩電解還元の基礎調査
固体硫化物の金属Caによる還元、およびその還元反応が溶融塩中でも同様に生じること、など基礎調査を実施し還元に成功した。市販原料のTiS2を用いて溶融CaCl2浴で電気化学的に還元を行ったところ、簡単にTiを得ることができた。電解還元では排ガスはS2が主成分であった。電気量の増加とともに試料内の残留硫黄濃度は低下し、0.03%Sにまで到達した。一方、原料に酸素が2～3%Oが含まれることから、原料由来、操作由来、が重畳し、0.7%O程度までの低減に留まったので、更に最適化の余地がある。硫化バナジウムの電解還元にも取り組み、低硫黄濃度の純バナジウム金属粉末の製造に成功した。とくにCaCl2-LiCl共晶の組成で還元を試み、反応温度を250Cも低下させることに成功した。これは反応時の消費熱エネルギーを低下させるので、実用化に大きな意味があるが、さらに反応メカニズムの面からも大いに興味ある新事実である。低融点の金属であるビスマスを用いて、液体ビスマスの製造に挑戦している。これが旨く成功すると更に本研究の応用範囲を広げることになろう。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
探索的な研究であるため初年度はあまり大きな成果は当初期待していなかったが、酸化チタンの硫化に比較的簡単に成功し、さらにチタン鉱石であるイルメナイト鉱の硫化にも成功した。望外であったのは窒化チタンも硫化出来たことで従来法に優る成果である。
硫化チタンの電解還元は予定通り順調に成果を上げている。さらに、600℃を下回る低温溶融塩の利用にもLiClを含有させると効果があることが分かったので、今後の発展が大いに望める。
これらの成果を国内会議で３度、国際会議で一度発表することができ、硫化物製錬の効果をアピール出来た。これらの成果に加え、平成30年度には更に実験を追加して２つの国際会議で成果を発表予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
酸化チタンの硫化条件を極めるとともに、鉱物のイルメナイトの硫化と鉄分の除去に応用出来るよう深化させる。硫化鉄の優先的な生成条件を確立する。硫化鉄の酸浸出の方法も分かってきたので、この解決には時間はかからないであろう。試しに行った窒化チタンの硫化にも効果があったので、イルメナイト鉱の大気中での処理に路が開いた。よって、鉄分の除去に重きを置くのか、チタンの回収率に重きを置くべきか、見極めが重要となった。
電解還元の方は、還元メカニズムの追求を進めていく。高温の溶融塩であるCaCl2-CaS系ではCa還元に間違いなさそうである。しかし、とくに力を入れている低温溶融塩の開発では、硫化ビスマスや硫化亜鉛など硫化物鉱が安定な低融点金属の還元を実験することによってメカニズムの追求ができると考える。これはまた、低融点金属の微粉末製造に繋がり、新しい金属微粉末製造方法に発展しそうである。
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| Remarks |
最近行った学会発表や論文発表を研究室のホームページに載せています。また学生達の受賞なども報告しています。
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