高温高腐食性溶融体の構造解析に関する研究(先行基礎工学分野に関する成果報告書)

A Study on structural analysis of highly corrosive melts at high temperature

大鳥 範和; 上野 文義  

Otori, Norikazu; Ueno, Fumiyoshi

高温のナトリウムが大気中において燃焼するとき、同時に大気中の水分とも反応してNaOHが生成され、その結果NaOHを溶媒とする高温のナトリウム化合物溶融体を形成する場合が考えられる。この溶融体中に過酸化物イオン(O)が存在する場合、その高い酸化能力によって接触する鉄鋼材料などを著しく腐食してNaFe複合酸化物を生成すると考えられている。本研究は、ラマン分光法によって高温のNaOH溶媒中に溶存する腐食性化学種の検出可能性と腐食生成物の識別可能性を調べることを目的として実施した。また、本研究をさらに発展させる目的で紫外線レーザーを用いたラマン分光システムの開発も平行して行った。 その結果、腐食性溶存科学種の一つと考えられる過酸化物イオンはNaO中では873Kまで、NaOH溶媒中では823Kまである程度安定に存在することが示された。また、超酸化物イオン(O)はKO中では873Kまで、NaOH溶媒中に溶存する腐食性化学種として過酸化物イオンの可能性が示され、「溶融塩型腐食」における反応機構の基礎を証拠づけるものと結論された。一方、腐食生成物であるNaFe複合酸化物については、-NaFeO、-NaFeO, NaFeO, NaFeO、及びNaFeOの573までの特徴的なピークを観測することができ、ラマン分光分析法によって各々識別可能であることが明らかにされ、化学的同定法としての有用性が示された。

When sodium is burned at high temperature in the atmosphere, it reacts simultaneously with H0 in the atmosphere so that it can produce high temperature melt of sodium hydroxide as a solvent. If this melt includes peroxide ion (O), it will be a considerably active and corrosive for iron so that several sodium iron double oxides will be produced as corrosion products after the reaction with steel structures. The present study was carried out in order to investigate the ability of presence of peroxide ion in sodium hydroxide solvent at high temperature and that of identification of the several corrosion products using laser Raman spectroscopy. The measurement system with ultraviolet laser was developed simultaneously in the present work to improve the ability of the measurement at high temperature. As results from the measurements, the possibility of the presence of peroxide ion was shown up to 873K in sodium peroxide and 823K in the melt of sodium hydroxide mixed with sodium peroxide. As for superoxide ion, the possibility of the presence was showed up to 873K in potassium superoxide and up to 773K in the melt of sodium hydroxide mixed with potassium superoxide. As a result from consideration, it was concluded that superoxide ion will not change into peroxide ion in sodium hydroxide solvent at high temperature. On the basis of the above results, it was concluded that the possibility of presence of peroxide ion was shown as a corrosive chemical species in the molten sodium hydroxide at high temperature and this gave an evidence for the reaction mechanism of "melting salt type corrosion". As for sodium iron double oxides, Raman spectra for -NaFeO, -NaFeO, NaFeO, NaFeO, and NaFeO has been successfully measured up to 573K. The obtained spectra show the usefulness of Raman spectroscopy as a chemical identification method for these sodium iron double oxides at high temperature up to 573K.