2020 Fiscal Year Annual Research Report
黄銅鉱の酸化浸出：合成鉱物の利用による反応機構の追及
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20H02494
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
谷ノ内 勇樹 九州大学, 工学研究院, 准教授 (40644521)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黒川 修 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90303859)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 黄銅鉱 / 浸出 / 鉱物合成 / バルク結晶 / 走査トンネル顕微鏡 / 表面再構成構造 / 劈開面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、「①黄銅鉱バルク結晶の作製と材料学的評価」「②浸出反応の電気化学的機構の調査」「③浸出反応界面における組織形成の微視的観察」で構成される。初年度は、当初の計画通り①と③に関する研究開発を進めた。
①の目標は、浸出反応現象の詳細な解析を可能とする試験片の作製である。本年度は、組織制御法について検討を進め、その基盤技術を得ることができた。例えば、合成黄銅鉱粉末の焼結では、通常の手法では緻密化が十分に進行しないことが課題であったが、パルス通電加圧焼結とアニール処理の組み合わせにより緻密多結晶体を作製することができた。また、単結晶体の作製については、ブリッジマン法の有用性を確認した。
③については、走査トンネル顕微鏡（STM）による組織観察の有用性を示した。超高真空中・低温環境で黄銅鉱を劈開した後、表出した面のSTM観察を行った結果、原子分解能での観察が可能であることが示された。黄銅鉱の劈開面に関しては、過去に計算機シミュレーションの結果が報告されているが、実験によって原子スケールでの構造を明らかにしたのは我々が知る限り今回が初めてとなる。また、室温で劈開した試験片や、低温で劈開したものを室温にて長時間保持した試験片についてもSTM観察を行った。その結果、劈開時の条件によって表面の微細構造が変化しうるという結果が得られた。黄銅鉱の浸出反応は、固液界面で進行する現象である。今回得られた黄銅鉱の劈開面に関する知見は、今後の浸出反応現象の解析においても重要な基礎となると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
年度途中に研究代表者の異動が生じたものの、緻密多結晶体の作製技術など鉱物合成に関する重要課題に対して一定の成果を得ることができた。また、研究分担者が主導したSTM観察では、黄銅鉱の劈開面の微細構造について新しい知見が得られた。また、STMによる浸出液中での鉱物表面のその場観察に向けて、専用機器の設計や部品・制御用プログラムの作製も本年度内にほぼ完了することができた。以上を踏まえ、本年度の進捗はおおむね順調と評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題は、「①黄銅鉱バルク結晶の作製と材料学的評価」「②浸出反応の電気化学的機構の調査」「③浸出反応界面における組織形成の微視的観察」で構成される。①については、粒界密度と結晶方位の制御に主眼をおいて、試料作製条件の最適化をはかる。パルス通電加圧焼結法による多結晶体の作製では、結晶粒径とその分布を制御する。また、ブリッジマン法による単結晶体の作製では、特定の結晶方位を有する試験片の切り出しを試みる。さらに、①の研究開発で得られた黄銅鉱試料について、②③の調査を行うことにより、浸出反応現象と粒界・結晶方位の関係を調査する。
本年度に行った超高真空STM観察によって、黄銅鉱の劈開面では従来の予想を超える大規模な表面再構成が起きうることが示された。このような情報はこれまで報告がほとんどない上に、黄銅鉱表面での反応現象機構（および黄銅鉱の難浸出性の起源）の理解の深化にも役立つと予想される。そこで、超高真空STMによる劈開面の原子分解能観察に加え、ex-situでの劈開方位の同定と、必要に応じて第一原理計算によるシミュレーションを実施し、劈開面に形成される再構成構造の決定を目指す。
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