2018 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」として、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、窒化チタン、イルメナイトはいずれも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硫化物が生成した。これは、CS2ガスの熱分解が熱力学的平衡状態に有ることを示し、硫化チタンの化学量論組成からのずれとも対応した。とりわけ、窒化チタンは炭素汚染の懸念のあるCS2ガスではなく、イオウ単体を揮発させて硫化させることが可能になり、手法として大いに幅を広げることが出来た。
(2)「硫化物を金属に還元する溶融塩電解還元の基礎調査」として、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。(a)作製した硫化チタンを昨年度確立した還元条件で還元したところ、イオウはほぼ完全に除去された金属チタンを得ることが出来たので、当初想定した酸化物を硫化し、さらに金属に還元するという策を実験的に証明することが出来た。(b)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。(c)低温溶融塩の開発に成功したので、硫化ビスマスおよび硫化鉛の還元を準備しCa還元を実証した。続いて電解還元の準備にかかっている。
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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
もともと探索的な研究であるが、得られた成果は期待した以上のものとなった。すなわち、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。窒化チタンも硫化出来たことは望外で有り、従来法に優る成果である。しかも窒化チタンはCS2ガスのみならず、炭素のないイオウのみで硫化できることも判明した。CS2ガスでは作製した硫化チタンへの炭素汚染が懸念されたが、大きくは無かったので、硫化物を経ることで高純度品が製造できそうである。
硫化バナジウムおよび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。CaCl2にLiClを加えた溶融塩に対するCaSの溶解度は0.2mass%と大きくは無いが、還元反応が進んだことは還元機構の解析に大きな進歩があった。
これらの成果を2年間に国際会議で6回発表することができ、硫化物製錬の効果を世界にアピール出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
得られた硫化チタン、硫化バナジウムの純度の定量的な評価を行う。硫黄濃度、炭素濃度は予定している装置で対応可能であるが、硫化物中の酸素濃度分析はどの分析会社も難色をしてしており、当方で開発しなければならない。質量法、体積法、中和滴定法、を検討する。
バナジウム系、チタン系での成功に基づき、スカンジウム系、ネオジム系、イットリウム系で酸化物を硫化し、しかる後還元するという世界初の試みを準備している。これらIII族元素は熱力学上、酸化物は極めて安定で、強い還元剤であるCaを用いても還元できず、フッ素を用いてフッ化物の還元が必要であった。本研究ではフッ化物に転換するのではなく、硫化物に転換するので、環境問題の解決のみならず、我が国のイオウ資源の有効利用となりうる。スカンジウム金属の我が国における生産例はなく、ネオジム磁石のリサイクルの基幹技術になりそうである。
この分野で我が国がリーダーシップを取れる様に研究を強力に牽引していきたい。
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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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