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[NRIMNews1973-03.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/b6ada062-0ed6-452c-b72c-b13ed250d5aa/download)

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林 弘

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[金材技研ニュース 1973 No.3](https://mdr.nims.go.jp/datasets/bb029f3a-36d8-4316-9c10-22ea44d15794)

## Fulltext

金材技研ニュース　1973　No.3七〇一．ゼEoo一一0E蜆E0．oo］100．o0＝あ○蜆oo．］o－Eo－ooo］10’0E0f000眈o〇一10－〇一眈○眈餉Eo．但≧里三…ω…Z－o○餉］0f←ニッケルの懸濁電解　銅，亜鉛，ニッヶルなどの非鉄金属は，一般に99．99％前後の高い純度が要求され，このため製錬の最終工程にて電解精製（一部は蒸留）によって純度を高める必要がある。このような電解精製は、ファラデーの電気分解（1883年）’以来，導線をつけた陽極，陰極問に電流を通して陰極板上に純金属を析出させるという原理に基づいたものであった。　製錬研究部では，電解精製を連続化し同時に電解能力を増大させ，また製錬中の公害を防止するための新しい電解法として，金属粒子を電解液中に懸濁させながら電解する方法（懸濁電解法）を開発し，さきに鋼電解についての実施例を発表した。ついで，この電解法をさらに改良し，ニッケルの電解に応用して成功した。　電解槽は，鋼電解に使用したものとほぽ同じで，内径13㎝，高さ3㎝の円盤形をなし、水平に張った隔膜により上半分が陽極室，下半分が陰極室に区分され，陽極室ではニッケル原料粒子を溶解させ，陰極室では純ニッケル種粒子を成長させる。これらの粒子は電解槽に与えられた振動およぴ揺動によって，電解中つねに電解液中に懸湖した状態に保たれる。電流密度は30A／dm2，槽電圧は18V，汀．と度80℃，電流効率99％であった。100～80メッシュの種粒ヂを繰返し電解して成長させた製品粒子（直径約1．6㎜）の断面が写真である。中心部の不規則な集合組織が種粒子であり、周囲の層状の模様は繰返し電解により生じた成長の跡であ1る。　ニッケル電解では，陰極における水素ガスの発生を抑制する必要があるために銅電解と較ぺて電解条件が厳しいが，陰極粒子の表面状態を適正に保つことによリ，30A／dm2の電流密度においても水素ガス発生を10m1／hr以下に抑えることができた。懸濁電解によるニッケル電解の成功は亜鉛，鉄などの懸濁電解が同様に可能であることを示唆’するものとして，’したがって懸濁電解法を普遍的に電解精製に応用しうることを立証したものとして意義が大きい。一1一複合材料の熱膨脹　被合材料のうちとくに繊縦強化金属の特錐すべき長所は，繊維強化樹脂に比して商湘、特性の向上が期待される点である。4して実用化にさいしては，その高汀，胴波を商めるのはもちろんであるが、それとともに熱膨脹の機徽を知ることは有意義である。　特殊材料研究部では炭素繊維とニッケルとの複含材料を取り上げ，その熱膨脹係数を測定するとともに、その機械について異種材質の熱膨脹の差が圧縮応力と勢断応力の繭方に関与しているであろうとの鰯点より考察を行なった。　図1に実1則の緒果およぴ存棚理論による計算倣を示した。単なる弾倣勺取リ扱いでは実洲値と含わず，また繊維方向のみの塑佳変形を取リ入れたK＆P法でも強化繊維含有盤が少ないところで実測値と含わない直　そこで複合材料の1本の強化繊維とそのまわ［）のマトりツクスを取り出し、全体の熱舅鋤長はそれらの含成と考え，図2のような変形が起ると考える。邸ち強化繊維はマトリックス金属によって引き伸ぱされ，マトりツクスは繊維により庄縮される。ところでマトリックスの変形を，Aなる圧縮とBなる勢断に分けて考えると，繊維とマトリックスの界面では力は釣り含っていて，圧縮変形はそOρ20磁姻い5に削O議嚢瑚浄、25委榊鮒、一木幸班1二よる蓄’1’錦1倣20 一・一Kr喧i伽r＆P舳｛i淡、 一一燃推．鉢近似法、、、　、EM：マトI」ツクスの榊惚率ヱ5 、　　、 ．．E丘：’燃蜘蛇の粥榊…至、．、、、 、、、、 、1O 、 、、、、、馬｛　、、、5．、on’，n40，60．800．20，40，608　　炭談繊余畦の体キ貞索有率図1　炭誰繊維一二・ソケル系被含材料の　　穿冬膨，脹｛系’数　（…蓬沽圭一600’C）の勢断カで漱次外方へ伝えられる〉コによっで起る。マトリックスの全変形に要する力は，繊維の仰ぴに要する力と釣丘）含う。そして熱膨脹した複含材料の全寸法はマトりツクスの撮外閥部の大いさとして求められる。　以上に関し実際の解析では，靱断による変形が繊維よりの距雛によらないとして討算し，その繍果が図1申の実線である。繊維含有最が極めて少ない場合は勢断変形分が主な変形であるため，マトリックスのみの膨脹係数に近いが，繊維の増加に伴い，急激に繊縦の影響が大きく表われる。20～30vo1．％以．i二もの繊維を含むと、螂断変形の影響が少なくな1〕、圧締変形が主となる。この方法によると，繊維含有卒の小さい場含、および繊維長と繊縦径の比の小さい場含を良く表わしている。　この方法は複含材料を商漱で使用する場含の基礎データとして有効であると考えられる。芋，：汁。dI｛M 口一・・⊥・・Hト・山 1ラ、。，ら ・∴二才f：繊維M：マトリ・ソクスA：庄納による変形B：勢断による変形C：繊雛方陶の巾一叙近傍では勢断による変形は小さい。d1：繊雛径d2：マトリックスの工芹瑳派竪’　：TピCにおける字刀期言式＊；1・授’キ上4：Tl’Cにおける紗距糸11…長1＋ム十12＋ムキ＾：T1’Cにおけるマトりツクス・長1。：マトりツクスからの芯力による繊維の変彩ムヰ；空：姦戦寿帳からの応；力によるマトーjツクスの，変形1空十らキね：複禽材料の箆掛け熱膨鮫図2　複含材料巾の1本の繊暑帷のまわりのマトリックスの　　婁黎膨坦疑による盃一2一金属中の水素定量について　金属巾の水素は，遅れ破壊，脆性破壊，水素の吸収など金属に対し物理的，化学的影響をおよぽすことから材料学的な重要性はもとより，金屈物理，金楓化学の立場からも典昧があつ，近年はさらにこれらに関する研究の重要性が認識され，活発な研究討論がなされている。したがって各種金属材料の水素定最法の重要性が坤してきている。金属化学研究部では水素定量法の精度向上、迅速性の検討を行なっている。水素定量法としては真空法，不活佳ガス法，同位休希釈法、質量分析法などがあげられるが，一般には真空または不活性ガス雰囲気中で試料を融解するか，1000℃内外で加熱し抽出する方法が行なわれている。真空融解法の場合は，酸素も同時に定量できる半而，全拙出ガスから水素を求めるため測定誤差が入りやすく，またるつぽの脱ガスに長時間を要し，’操作も煩雑である，真空加熱ミクロオルザット法は外国にさきがけて戦前わが国で学振法として決定された歴史的な方法であるが，現在でも作業現場の標準分析法として実用されている。この方法は精度はよいが，摘出に長時間を要し，試料によっては1時間以上もかかり，また分析に当って約100gもの試料が必要であるなど種々の問題点がある。　最近不活性ガス送気法が用いられ，ガスクロマトグラプの進歩によリ、不活性ガス雰囲気中で試料を融解し，ガスクロマトグラフと細介せた装肚（写真）が開発され，迅速分析法として有効であ糺これは真空技術を必要とせず，試料も約1gまたはそれ以下の少＾で分析可能である．，lllがすぐれている。　　　　　　　　　　　　1　一方金属中の水素は逸出しやすいので比較的逸出の少ないオーステナイト系ステンレス鋼を用い，不活性ガス法，真空加熱法により検討を行なった結果表にみられるように他の方法による値と差は認められず好結果を示した。不活性ガス融解ガスクロマトグラフ法で検討した絨果0．5pp㎜の水素が精度10～15％で定量可能となり，試料の鮒処理などを除けぱ分析所要時r閉は5～7分で，分析精度もよく迅速な方法として良好であることがわかった。しかし微量水素（1ppm以下）を定最する場合にはとくに表面処理の影響、プランク値の問題に注意すぺきである。またこの方法は窒素含有最の多い試料には柳L腿れにより窒素と水素の分離が完全でない場含があつ，これらの点について検検を行なっている。そのほか不活性ガス送気法は歴史も浅く，すぺての金属に適用できるとはかぎらず，一適用金風適用範囲などにつき種々の問題があるのでこれらについて研究を行なっている。表　水素定最方法別実験緒果定量方法（装置原理別）ステンレス鋼 ステンレス鋼SUS316 SUS321真空加熱ミクロオルザット法3．1pP㎜ 12．1pPm真、空加熱熱伝導度法 2．9　〃 11．3〃真空加熱パラジウム透過法3，5〃 12．7〃真空加熱定容測圧法 2．7〃 11．8〃不活性ガス加熱パラジゥム透過法3．王〃 11．8・不活性ガス融解ガスクロマトグラフ法2．8〃 11．7〃枕流アー一ク紬解法 3．0〃’試料形状：5弘φ，黒皮つき 写真　不活性ガス水素定二量装遺一3一【特許紹介】　　　　　　　アルカリ性溶液中のタングステンの分離，精製方法　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　特許出願公告　昭垂7－35680　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　公　告　　日　昭和47年9月7日　この発明は，タングステン濃度が低＜，さらにケイ酸などのアルカりに可溶な不純物を含んだアルカリ性溶液からタングステンを正タングステン酸カルシウムとして分離，回収する方法を提供するむのである鉋　タングステンは鉄マンガン重石等から精製されるが，わが国は原料鉱石の資源に恵まれず，その過半を輸入に頼っている。このような現状にありながらも，従来の精錬技術すなわち常圧あるいは力旺下のアルカリ浸出法または鉱酸による溶解法では，設備，薬屍に要する費用が鴬むためタングステン品位の高い鉄マンガン璽石等が使用されている。とくにアルカリ浸出法に供されるアルカり性溶液中のタングステン濃度はW03として約60g／／以上の高濃度のもののみが対象であって，低漉度でしかもアルカリに可溶な多くの不純物を含むものは対象外とされていた。この発明はこのような不純物の多いアルカリ性溶液のpHを調整し，沈澱剤に塩化カルシウムを使用して，溶液中の低濃度タングステンを正タングステン酸カルシウムとして経済的に，かつ高い信頼性をもって分離，精製することを特徴としている。　この発明における分離，精製の工程老要約すると以下のとおりである。（王脇漉度のタングステンを含むアルカリ佐溶液にカセイアルカりまたは酸を添加して適些な遊離アルカり渡度に調整する唖（2）調整されたアルカリ性溶液に塩化カルシウム溶液を添加してヶイ酸，リン酸，鉛等を不溶性のカルシウム塩として沈澱させ，二れを除去する。（3眈澱物を除去したアルカリ性溶液に塩酸などの鉱酸を添加して，これを一度酸性にした後アンモニアを用いてpHを調整する。この踏，沈澱する不純物を除去する。（4）不純物を除去し終ったアルカり性溶液申に再び塩化カルシウムを添加して正タングステン酸カルシゥムを沈澱させ，これを分離して洗浄，乾燥する。　（2）の工穫においてタングステンの共沈を防ぎながらヶイ酸塩をケイ酸カルシウムの形で沈澱させるために，アルカり性溶液中の遊離アルカり漉度を遡当な値に保つことが璽要である。表にはケイ酸の除去％におよぽすアルカリ漉度の影響を添したがこの表から明らかなようにアルカり漉度は3規定以下とすることが必要である。　ヶイ酸カルシウムを主成分とする沈澱物はタングステンに有害なリン，鉛，その他多くの不純物をともなってこれをきわめて有効に除去する。（3）の工穫で溶液のpHを下げるのがとくに重要であつ，これによって残存不純物の除去と炭酸カルシウムの製晶への混入を極少におさえて掃質の低下をふせぐ。　このように本発明は低漉度のタングステンを含むアルカリ性溶液から効率よくタングステンを分離，糟製することを可能としたもので，資源に恵まれないわが国のタングステン精錬の現状に即したものとして優れている。　　　　　　　　　　嚢　アルカリ漉度（規定）　O．4　　　　0．9　　　　王．9　3．9洲 13．0～13．3　　且3．4山13．8　　＞王4　　）’14SiO！除去　　％　　　92，6　　　　　98，4 93，9　　88．9◇短　信◆⑧受　澱’ 目本鉄鋼協会　西山婁己念災銚鍬材料桝究郷長，灘谷和努はl1召和48年垂月5賓「欽鍬の組繊と機械O勺性質に閑する研地に対し、日本鉄鍬脇会より上蕎己の賀を受けることとなった。　　　　　　　1遜・雅第亘71脅編錐兼発行人　　　　　　　林　　　　　　　弘印　　　刷　株式会社ユニオンプリント　　　　　　東凍都大独区印央8－30－2　　　　　　篭謡　東京（03）753－6969（代）発行所科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　　　來寮都目黒欧1］目黒2丁嘗3番12号　　　　　　　珊諮束京（03）719－2271（代表）　　　　　　　郷　便　番　母　（王53）一4一