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酸化鉄を含むアルカリ土類シリケートスラグの粘度に及ぼす酸素分圧の影響

Effect of oxygen partial pressure on the viscosity of iron-bearing alkaline-earth silicate slags

助永 壮平*; 大杉 武史  ; 稲富 陽介*; 齊藤 敬高*; 中島 邦彦*

Sukenaga, Sohei*; Osugi, Takeshi; Inatomi, Yosuke*; Saito, Noritaka*; Nakashima, Kunihiko*

酸素分圧をふることにより鉄の酸化状態を変化させたRO-SiO$$_{2}$$-FexO(R=Ca, Sr, Ba)融体の粘性変化を1773Kで測定した。全てのサンプルでFe$$^{3+}$$とFe$$^{2+}$$の比は、酸素分圧の増加にしたがって増加した。一方で、粘性は、Fe$$^{2+}$$とt-Fe比の増加にしたがって減少した。これは、修飾酸化物として働くFe$$^{2+}$$が増えることで、シリケートアニオンの切断が進んだことを示している。加えて、Fe$$^{2+}$$/t-Feを同じにした場合、粘性の増加は、アルカリ土類のカチオン半径の大きさ順となった。これは、融体中のFe$$^{3+}$$の配位数が変化したためと考えられる。

Viscosity changes of RO-SiO$$_{2}$$-FexO (R = Ca, Sr, Ba) melts due to changes in the oxidation states of the iron ions by systematically varying the oxygen partial pressure were measured at 1773 K. The initial compositions of the samples were 30RO-60SiO$$_{2}$$-10Fe$$_{2}$$O$$_{3}$$(mol%), and the ratio of Fe$$^{3+}$$ toFe$$^{2+}$$ in the RO-SiO$$_{2}$$-FexO melts increased with increasing oxygen partial pressure in all samples. Meanwhile, the viscosity of all the RO-SiO$$_{2}$$-FexO melts decreased with increasing Fe$$^{2+}$$ to total-Fe ratio (Fe$$^{2+}$$/t-Fe). The data indicate that the increase in the amount of Fe$$^{2+}$$ ions, which behave as network modifiers, would result in depolymerization of the silicate anions. In addition, the viscosity of the melts increased in the order of alkaline-earth cationic radius (Ba $$>$$ Sr $$>$$ Ca) when the Fe$$^{2+}$$/t-Fe values of the melts were comparable. This would be due to the change in the coordination structure of Fe$$^{3+}$$ in the melts.

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