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2014年02月13日

レニウム

レニウム (英: rhenium) は原子番号75の元素。元素記号は Re。マンガン族元素の一つ。銀白色の金属(遷移金属)で、比重は21.0、融点は3100 °C、沸点は5800 °C(融点、沸点とも異なる実験値あり)。常温、常圧で安定な結晶構造は、六方最密充填構造 (HCP)。フッ化水素酸、塩酸には不溶。酸化力のある酸(硝酸、熱濃硫酸)には溶ける。過酸化水素や臭素水にも溶ける。原子価は+2価〜+7価。単体では最も硬い金属である。

有用な金属であるが特に希少な金属であり、年間の生産量は極めて僅かである(2002年推定生産量:31トン)。ほぼチリ、ペルー、アメリカ合衆国とカザフスタンのみから生産されている。

択捉島でほぼ純粋な硫化レニウム(IV) (ReS2) の組成を持つレニウム鉱 (Rheniite) が発見されている。択捉島では火山の噴出ガスから回収されて生産されている。



目次 [非表示]
1 用途
2 歴史
3 レニウムの化合物
4 同位体
5 関連項目
6 出典
7 外部リンク


用途[編集]

フィラメント、熱電対 (タングステン・レニウム合金)、水素化触媒などに利用される。タングステン・レニウム合金は航空宇宙用に用いられる。

歴史[編集]

1925年にノダック (W.Noddack) とタッケ (I.Tacke) とベルグ (O.Berg) が発見[2]。ライン川のラテン名 Rhenus が語源[2]。二番目に遅く発見された天然元素である(最後に発見されたのはフランシウム)。

1908年(明治40年)、小川正孝は43番元素を発見、ニッポニウム (nipponium, Np、日本素という意味だ) と命名したと発表したが、後に43番元素が地球上には存在しないことが判明するとこれは取り消され、元素記号として使用する予定だった Np もネプツニウムに使用された。現在ではこの時発見されたのはレニウムであると考えられている。当時、X線分光装置が手に入らず、正しい測量ができなかったため、誤って43番元素で原子量およそ100の元素として発表した。レニウムが発見されたのちに小川正孝自身で、発見した元素の正しい測量が行われた形跡がある。研究体制さえしっかりしていればレニウムは、ニッポニウムになっていたかもしれない。ちなみに43番元素は人工的に作られたテクネチウムである。

レニウムの化合物[編集]
二ホウ化レニウム (ReB2)
過レニウム酸 (HReO4)
酸化レニウム(IV) (ReO2)
酸化レニウム(VI) (ReO3)
酸化レニウム(VII) (Re2O7)
硫化レニウム(IV) (ReS2)

同位体[編集]

詳細は「レニウムの同位体」を参照

レニウムには安定同位体レニウム185があるが、最も多いのは62.6 %を占めるレニウム187で、半減期412億年の放射性同位体である。一つ以上の安定同位体を持つ元素の中で、天然放射性同位体が安定同位体より多く存在している元素は、レニウムの他にテルルとインジウムがある。

関連項目[編集]
レニウム鉱

出典[編集]

1.^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
2.^ a b 桜井 弘 『元素111の新知識』 講談社、1998年、309頁。ISBN 4-06-257192-7。

タングステン

タングステン (英: tungsten, 羅: wolframium, 独: Wolfram) は原子番号74の元素。元素記号は W。金属元素の一つ。

原子量は183.84である。銀灰色の非常に硬く重い金属で、クロム族元素に属する。化学的に安定で、その結晶は体心立方構造 (BCC) を持つ。融点は3380 °Cで、沸点は5555 °C。比重は19.3。希少金属の一つである。



目次 [非表示]
1 用途
2 歴史
3 同位体
4 タングステンの化合物 4.1 タングステン酸塩鉱物

5 脚注
6 参考文献
7 関連項目
8 外部リンク


用途[編集]

金属のうちでは最も融点が高く、金属としては比較的大きな電気抵抗を持つので、電球のフィラメントとして利用される。また、タングステン合金や炭化タングステンは非常に硬度が高いため、高級な切削用工具に用いられる。比重が大きく高い硬度を持つため砲弾、特に対戦車、対艦船用の徹甲弾に用いられるが、この用途では後発の劣化ウランと競合する。金との比重が近いことから、金の延べ板の偽造に用いられることがある。狩猟用の散弾銃の鉛弾や、鉛の釣りのおもり(シンカー)に代わる代替品としても注目されているが、コストや加工などの問題から普及は進んでいない。タングステン鋼としても利用されている。
ダーツのバレル(持つ部分)素材の一部
電子顕微鏡や電子線描画装置の電子線(電子ビーム)発生源として
反物質生成実験 陽子や電子を衝突させて、粒子(陽子や電子)と反粒子(反陽子や陽電子)を対生成させるための的の素材として
ドリルなどの高速度鋼(タングステンと鉄の合金)
切削工具などに用いられる超硬合金(炭化タングステン)として
生体試料の微細な解剖用具(タングステン針)の材料として
X線遮蔽用の金属のひとつ
戦車等の装甲に純タングステン或いはタングステン合金が使われる
対戦車用、対艦用として強硬な装甲を持つ攻撃目標を破壊するための徹甲弾(高速徹甲弾、APDS、APFSDSなど)の弾芯として
真空蒸着による薄膜形成の際、薄膜の素材となる金属の加熱&溶融&保持に使用される
TIG溶接の非消耗電極の素材、またはプラズマアーク溶接、プラズマ切断の電極の材料として
指輪等のアクセサリーの素材として
電球のフィラメントとして
固体潤滑剤(二硫化タングステン)として
真空遮断器等のバルブ内の接触子材料、銀タングステンカーバイド (AgWC)、銅タングステン (CuW) として

タングステンの産出量は、中華人民共和国が52,000トンで、世界の産出量の83.7 %を占めており、次いでロシア連邦、カナダ、オーストリアなどで、多く産出される。

前記の様に産業上・軍事上非常に重要性が高い金属であるが地殻存在度が低い物質であり、産出地にも偏りがある。日本においても多くを他国からの輸入に頼っている状況であるため、万一の国際情勢の急変に対する安全保障策として国内消費量の最低60日分を国家備蓄すると定められている。

歴史[編集]

1781年、スウェーデンのカール・ヴィルヘルム・シェーレが灰重石から酸化タングステン(VI)の分離に成功し、タングステン酸と命名。1783年、スペインのファン・ホセとファウストのエルヤル兄弟が、タングステン酸を木炭で還元して初めて単体を得、ウォルフラムと命名。

タングステン (tungsten) とは、スウェーデン語、デンマーク語、ノルウェー語で「重い石」という意味である。元素記号の W はドイツ語の Wolfram にちなむ(エルヤル兄弟の命名もここから)。これは、タングステン鉱石(鉄マンガン重石)wolfart から来ており、これがスズ鉱石の中に混入すると、スラグを作ってスズの精製を阻害することから、スズを狼のようにむさぼり食べるという意味で名づけられた[3]。近年米国議会では、紛争地域のテロ活動の資金源となっている鉱物いわゆる「紛争鉱物」に指定されているので工業上の使用に制限が生じ始めている[要出典]。

同位体[編集]

詳細は「タングステンの同位体」を参照

タングステンには158Wから192Wまでの同位体が知られており、このうち180W、182W、183W、184W、186Wが天然に存在する。全ての同位体が放射性同位体と考えられているが、いずれも極めて半減期が長く、崩壊が観測されたことはない。計算上、1gのタングステンは2日に1個原子が崩壊しているはずである。

タングステンの化合物[編集]
ZrW2O8 - 負の熱膨張率を示す
タングステン酸アルミニウム (Al2(WO4)3) - Al3+ イオン伝導体
酸化タングステン(VI) (WO3) - 鉱物として産出する。
炭化タングステン (WC) - 最も沸点の高い物質。約6000℃。

タングステン酸塩鉱物[編集]

「鉱物の一覧#タングステン酸塩鉱物」も参照

鉱物学において、タングステン酸塩からなる鉱物をタングステン酸塩鉱物(タングステンさんえんこうぶつ、英: tungstate mineral)と呼ぶ。灰重石 CaWO4(タングステン酸カルシウム)、鉄重石 FeWO4(タングステン酸鉄)、マンガン重石 MnWO4(タングステン酸マンガン)などがある。

タンタル

タンタル (英: tantalum) は原子番号73の元素。元素記号は Ta。



目次 [非表示]
1 概要
2 用途 2.1 タンタルコンデンサ
2.2 フィラメント
2.3 インプラント
2.4 宝飾品

3 歴史
4 タンタルの化合物
5 同位体
6 主な産出国
7 関連項目
8 脚注
9 外部リンク


概要[編集]

バナジウム族元素の一つ。灰色の金属(遷移金属)で、比重は16.65、融点は3027 °C(異なる実験値あり)、沸点は4100 °C(5534 °Cという実験値もあり)。空気中で不動態となり耐食性がある。特にタンタルは耐酸性が強い。王水に不溶。硝酸とフッ化水素の混合溶液には可溶。展性、延性に富み加工しやすい。反射率が全金属中最も低いため、外見は純金属としては最も黒い。安定な原子価は+5価。絶対温度4.5 Kで超伝導転移を起こす。

タンタル石(コルタン)((Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6) から得られる。

いわゆるレアメタルの一つであり、産業的にきわめて重要な物質である。近年、価格高騰が著しい。

タンタルの化合物質である炭化タンタル (TaC) は、モース硬度約9 - 10と非常に硬く、融点が3985 °Cで、全物質中最も融点が高い。導電性及び熱伝導性を持ち、化学的に安定である。

用途[編集]

タンタルコンデンサ[編集]

最もよく利用されるのは、コンデンサである。タンタルコンデンサ(英語版)は他種のコンデンサに比べて小型で、漏れ電流が少ない上、安定度がよいとされている。パソコンや携帯電話など、小さなエレクトロニクス製品には多数のタンタルコンデンサが使用されているが、高価なこと、逆電圧をかけると故障して導通することから利用は減少している。

フィラメント[編集]

昔はフィラメントに使用されたが、タングステンに取って代わられた。

インプラント[編集]

また、人体に無害な金属であるため、人工骨や歯のインプラント(フィクスチャー)の材料にも使われる。

宝飾品[編集]

ほか、宝飾品や高級時計に用いられることもある。

歴史[編集]

1802年、スウェーデンのアンデルス・エーケベリが発見した[3]。このときエーケベリが発見したのは性質がよく似ているニオブとの混合酸化物であったが、1846年にドイツのハインリヒ・ローゼが単体として分離した。名称はギリシャ神話のフリギアの王、タンタロスに因む。

タンタルの化合物[編集]
炭化タンタル (TaC) 炭化タンタルハフニウム (TaxHf1-xCy)

タンタル酸リチウム (LiTaO3)
タンタル酸カリウム (KTaO3)

同位体[編集]

詳細は「タンタルの同位体」を参照

天然のタンタルは、99.988%の181Taと0.012%の180m1Taで構成されている。このうちの180m1Taは、天然に存在する唯一の核異性体である。

主な産出国[編集]
オーストラリア
コンゴ民主共和国
カナダ
タイ王国
中国

関連項目[編集]
APFSDS - 対戦車砲弾、装弾筒付翼安定徹甲弾とも訳される。運動エネルギーを利用して高速で大質量の金属をぶつける事で装甲を貫徹する砲弾。タンタルが最も弾体に適しているがコストがかさむため代わりに劣化ウランやタングステンが用いられている。
コルタン

ハフニウム

ハフニウム (英: hafnium) は原子番号72の元素。元素記号は Hf。



目次 [非表示]
1 概要
2 用途
3 歴史
4 ハフニウムの化合物
5 同位体
6 出典
7 外部リンク


概要[編集]

チタン族元素の一つ。灰色の金属(遷移金属)。常温、常圧で安定な結晶構造は六方最密充填構造 (HCP) で、比重は13.31、融点は2222 °C、沸点は4450 °C(融点、沸点とも異なる実験値あり)。展性、延性に富む。酸化力のある酸に溶けるが、アルカリには溶けない。高温で酸素、水素、窒素、ハロゲンと反応する。原子価は+2価、+3価、+4価(+4価が最も安定)。化学的、物理的性質はジルコニウムに似る。

天然ではハフニウムはジルコニウムの鉱物(ジルコン)にジルコニウムを置換して存在する。知られているハフニウムの鉱物(ハフニウムがジルコニウムよりも多い鉱物)はハフノンのみである[2][3]が、ジルコンに比べ非常に珍しい。苗木石(岐阜県苗木地方で見出されたもの)は最大7%程度のハフニウムを含む。

用途[編集]

熱中性子の吸収断面積が大きく(これはジルコニウムとは逆の性質)、機械的強度、融点が高く、化学的にも安定で耐食性に優れることから、原子炉の制御棒の材料に利用される。また、酸化ハフニウムは、MOSFET のゲートからのリーク電流対策のための高誘電率 (High-k) 材料として注目されている。 その他、酸化物の沸点が、タングステンよりも高いことから、酸化環境下でのプラズマ電極やプラズマアークノズルなどにも用いられる。

歴史[編集]

1922年、デンマークのニールス・ボーアは、当時未発見だった72番元素はランタノイドではなくジルコニウムに類似したものだと予言してニールス・ボーア研究所のディルク・コスター(英語版)とゲオルク・ド・ヘヴェシーにジルコンの分析を提唱。エックス線分析と分別結晶を繰り返すことにより[4]1923年に発見。ハフニウムとジルコニウムは性質がよく似ているため、ジルコニウムとの分離が難しく発見が遅れ、天然元素としては最後から三番目に発見された (二番目はレニウム、最後はフランシウムであり、その後発見された元素は全て合成されたものである)。ニールス・ボーア研究所のある コペンハーゲンのラテン語名 hafnia が語源。

ハフニウムの化合物[編集]
炭化ハフニウム (HfC) 炭化タンタルハフニウム (TaxHf1-xCy)

ケイ酸ハフニウム(IV) (HfSiO4)
酸化ハフニウム(IV) (HfO2) - 高誘電率ゲート絶縁膜
フッ化ハフニウム(IV) (HfF4) - フッ化ガラスの材料
塩化ハフニウム(IV) (HfCl4)

同位体[編集]

詳細は「ハフニウムの同位体」を参照

出典[編集]

1.^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
2.^ Hafnon mindat
3.^ Chemical Search Hf mindat
4.^ 桜井 弘 『元素111の新知識』 講談社、1998年、299頁。ISBN 4-06-257192-7。

ルテチウム

ルテチウム (英: lutetium, lutecium) は原子番号71の元素。元素記号は Lu。希土類元素の一つ(ランタノイドにも属す)。ランタノイドの元素としては最も重い。4f軌道は全て占有されている。銀白色の金属で、常温、常圧で安定な結晶構造は六方最密充填構造 (HCP)。比重は9.84、融点は1652 °C、沸点は3327 °C(融点、沸点とも異なる実験値あり)。

水にゆっくりと反応して溶け、酸に易溶。常温で空気中に置かれると表面が曇る。高温で酸化物 Lu2O3 となる。ハロゲンと簡単に反応する。化学的性質はイットリウムに似る。原子価は、+3価が唯一安定である。



目次 [非表示]
1 用途
2 歴史
3 同位体
4 出典


用途[編集]

ルテチウムの地殻内の天然存在比は金や銀と比べるとずっと多いが、プロメチウムを除くランタノイド中では最も少ない。酸化ルテチウムを添加することにより、これまでのセラミックスの耐熱性を高める研究や、ベータ線を利用した放射線治療への応用などの研究もなされているが、現在のところ実用段階にはいたっていない。

歴史[編集]

カール・ヴェルスバッハが1905年にスペクトル分析で Yb2O3 内に新元素を発見。2年後に単体分離。また、ジョルジュ・ユルバンが同年に単体分離。パリの古名ルテティア (lutetia) にちなんでユルバンが命名した。但し、ヴェルスバッハはカシオペイウム (casiopeium) と名付けている。

同位体[編集]

詳細は「ルテチウムの同位体」を参照

ルテチウムは天然に2つの同位体が存在する(ルテチウム175、ルテチウム176)。ルテチウム176は半減期378億年の放射性同位元素である。学術的にはルテチウム176がハフニウム176へ放射崩壊する半減期が378億年と非常に長いため、古代の地層岩石や宇宙鉱物など、数億〜数十億年単位の古い年代測定を必要とする分野で利用され始めている。

出典[編集]

1.^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics. CRC press. (2000). ISBN 0849304814.

イッテルビウム

イッテルビウム (英: ytterbium) は原子番号70の元素。元素記号は Yb。希土類元素の一つ(ランタノイドにも属す)。



目次 [非表示]
1 概要
2 用途
3 歴史
4 イッテルビウムの化合物
5 同位体
6 出典


概要[編集]

スウェーデンの小さな町イッテルビー (en:Ytterby) にちなんで名づけられた。灰色の金属で、常温、常圧で安定な結晶構造は面心立方構造 (FCC)。比重は6.97、融点は824 °C、沸点は1193 °C(異なる実験値あり)。空気中で表面が酸化されるが、内部までは侵されない。水にゆっくりと溶け、酸、液体アンモニアにも溶ける。水素、ハロゲンとも反応する。安定な原子価は+2、+3価。ゼノタイム(燐酸塩鉱石)・ガドリン石・モナズ石・バストネス石に含まれる。

用途[編集]

用途としてはガラスの着色剤、YAGレーザーの添加物などに利用される。

同じ希土類に分類されるイットリウムとは下記の通り由来が同じため、発音、元素記号が似ているので注意が必要。銅酸化物系の高温超伝導が発見された当時、イットリウムを含む銅酸化物(YBCO 系)が超伝導を示すという情報が流れたとき、”イッテルビウム”が含まれているという誤情報(本当はイットリウム)が流れて、イッテルビウムの在庫が一時空になりかけたことがある。

歴史[編集]

スイスのド・マリニャック (J.C.G.de Marignac) が1878年に分離[2]。発見された土地イッテルビーが語源。イッテルビーからは、イッテルビウムの他、イットリウム、テルビウム、エルビウム、と合計四つの新元素が発見されている。

イッテルビウムの化合物[編集]
酸化イッテルビウム(III) (Yb2O3)
十二ホウ化イッテルビウム (YbB12)
塩化イッテルビウム (YbCl2, YbCl3)

同位体[編集]

詳細は「イッテルビウムの同位体」を参照

出典[編集]

1.^ M. Jackson "Magnetism of Rare Earth" The IRM quarterly col. 10, No. 3, p. 1, 2000
2.^ 桜井 弘 『元素111の新知識』 講談社、1998年、294頁。ISBN 4-06-257192-7。

ツリウム

ツリウム (英: thulium) は原子番号69の元素。元素記号は Tm。希土類元素の一つ(ランタノイドにも属す)。銀白色の金属で、常温、常圧で安定な結晶構造は六方最密充填構造 (HCP)。比重は9.32、融点は1545 °C、沸点は1947 °C。

空気中で表面がくもり、高温で燃えて Tm2O3 となる。加熱下でハロゲンと反応。水にゆっくりと溶け、熱水と反応。酸に易溶。安定な原子価は3価。存在量は少ない。

38 K(ケルビン)以下で強磁性を示す。



目次 [非表示]
1 用途
2 歴史
3 化合物
4 ツリウムの同位体
5 参考文献


用途[編集]

エルビウムと同様に、光増幅器の添加物として光ファイバーに利用される。

歴史[編集]

ペール・テオドール・クレーベが1879年にホルミウムと同時に分離して発見[1]。スカンジナビアの古名トゥーレが語源というのが有力。これは、ラテン語での最北の地を意味する。

化合物[編集]
酸化ツリウム(III) (Tm2O3)
フッ化ツリウム(III) (TmF3)

ツリウムの同位体[編集]

詳細は「ツリウムの同位体」を参照

参考文献[編集]

1.^ 桜井 弘 『元素111の新知識』 講談社、1998年、292〜293頁。ISBN 4-06-257192-7。

エルビウム

エルビウム (英: erbium) は原子番号68の元素。元素記号は Er。希土類元素の一つ(ランタノイドにも属す)。灰色の金属で、常温、常圧で安定な結晶構造は六方最密充填構造 (HCP)。比重は9.05、融点は1497 °C (1529 °Cという実験値もあり)、沸点は2863 °C (2900 °Cという実験値もあり)。空気中で表面が酸化され、高温で燃えて Er2O3 となる。水にゆっくりと溶ける。酸に易溶。ハロゲンと反応する。常温で常磁性を示す。安定な原子価は3価。

用途[編集]

酸化エルビウム(III) Er2O3 がガラスの着色剤に使われる(きれいなピンク色になる)。光ファイバーに添加(ドープ)されたり(光信号増幅のため)、YAGレーザーにも添加して利用される(Er:YAGレーザー:医療分野で利用される)。

歴史[編集]

モサンデール (C.G.Mosander) が1843年に分離に成功。単体分離は1879年。イットリア鉱石の産地のイッテルビー (Ytterby) が語源。イッテルビーからはエルビウムの他、イットリウム、イッテルビウム、テルビウム、と合計四つの新元素が発見されている。これらの元素はいずれも、イッテルビーから名称の一部をとって命名された。

同位体[編集]

詳細は「エルビウムの同位体」を参照

ホルミウム

ホルミウム (英: holmium) は原子番号67の元素。元素記号は Ho。希土類元素の一つ(ランタノイドにも属す)。銀白色の金属で、常温、常圧での安定構造は六方最密充填構造 (HCP)。比重は8.80、融点は1461 °C、沸点は2600 °C(融点、沸点とも異なる実験値あり)。

空気中で表面が酸化され、高温下で全体が燃えて酸化物になる。水にゆっくりと溶ける。酸に易溶。ハロゲンと反応する。安定な原子価は3価。希土類金属で最大の磁気モーメントを持つ[1]。



目次 [非表示]
1 用途
2 歴史
3 同位体
4 脚注


用途[編集]

希少で高価なこともあり、あまり利用されていないが、YAGレーザーの添加物として利用される。

歴史[編集]

1878年にマーク・ドラフォンテーヌとジャック・ソレのスイス人グループが、1879年にスウェーデン人のペール・テオドール・クレーベが各々独立に発見したが、完全な単体として得られたのは1911年である。なお、命名したのはクレーべであり、ストックホルムのラテン名 holmia が語源。

同位体[編集]

詳細は「ホルミウムの同位体」を参照

脚注[編集]

1.^ “原子1個に情報は記録できるか?―従来の原子磁石の約10億倍の情報保持時間を観測―” (プレスリリース), 東京大学, (2013年11月14日)

希土類元素

希土類元素(きどるいげんそ)またはレア・アース(英: rare earth elements・REE)は、31鉱種あるレアメタルの中の1鉱種で[1]、スカンジウム 21Sc、イットリウム 39Yの2元素と、ランタン 57La からルテチウム 71Lu までの15元素(ランタノイド)の総称を指す(元素記号の左下は原子番号)。周期表の位置では、第3族のうちアクチノイドを除く第4周期から第6周期までの元素である。なお、希土類・希土は英語名の直訳であり、化学的に単元素の分離抽出が難しいことに由来している。



目次 [非表示]
1 概要
2 分類
3 用途 3.1 具体的用途
3.2 削減・リサイクル技術

4 産地 4.1 産地
4.2 中国依存から調達の分散化へ

5 脚注
6 関連項目
7 外部リンク


概要[編集]

希土類元素は化学的性質が互いによく似ている。性質を若干異にするスカンジウムおよび天然に存在しないプロメチウム以外の元素は、ゼノタイムやイオン吸着鉱などの同じ鉱石中に相伴って産出し、単体として分離することが難しい。そのため、混合物であるミッシュメタルとして利用されることも多い。金や銀などの貴金属に比べて地殻に存在する割合は高いが単独の元素を分離精製することが難しく、流通価格が貴金属並みに高価となることがある。この意味で2012年現在でも稀少(稀:まれ、英: rare)な元素[2]であり、レアメタルに分類される。アメリカ地質調査所によれば、レアアースの世界の埋蔵量はおよそ9,900万トンであり、全世界の年間消費量約15万トンから比較すれば、資源の枯渇はあまり危惧されていない。

温泉にも微量のレアアースの含まれているものがあり、強酸性の玉川温泉からはジスプロシウムやユーロピウムなど十四種類のレアアースの含まれていることが確認されている[3]。

分類[編集]

希土類元素のうちスカンジウムとイットリウム以外の 15 元素はランタノイドである。ランタノイドの中で、Gdよりも原子量が小さい元素 (La-Eu) を軽希土類元素(英: light rare earth element、LREE)、重い元素 (Gd-Lu) を重希土類元素(英: heavy rare earth element、HREE)と呼ぶ。また、中間のものを中希土類と呼ぶこともある。

元素ごとに分離されたものを分離希土、分離されていないものを混合希土(ミッシュメタル)と呼ぶ。

用途[編集]

希土類元素を含む材料は、以下の2つに分けて考えられる。
4f電子に基づく物性を利用している材料
発光材料、磁性体などイオン半径や電荷など希土類独特の化学的性質を用いる材料
触媒、固体電解質、酸化物高温超伝導体、水素吸蔵合金、発光材料の母結晶など
レア・アースは蓄電池や発光ダイオード、磁石などのエレクトロニクス製品の性能向上に必要不可欠な材料である。希土類元素、特にランタノイドは電子配置が通常の元素とは異なるために物理的に特異な性質を示す。水素吸蔵合金、二次電池原料、光学ガラス、強力な希土類磁石、蛍光体、研磨材などの材料となる。マグネシウム合金に微量添加することで機械的特性を向上する。

レア・アースの種類と用途例[2]


用途

21
Sc

39
Y

57
La

58
Ce

59
Pr

60
Nd

61
Pm

62
Sm

63
Eu

64
Gd

65
Tb

66
Dy

67
Ho

68
Er

69
Tm

70
Yb

備考

磁石・磁性体材料 ◎ ◎ ○ ○ ○ 不対電子を持つもの
光ディスク ○ ○ ○
光磁気ディスク ○
蛍光体 ○ ○ ○ ○ Eu:赤, Tb:緑, Y:赤
レーザー ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
光ファイバ増幅器 ○ ○
コンデンサ ○ ○ ○
水素吸蔵合金 ○
超伝導材料 ○
光学ガラス ○ ○ 高屈折率、低分散

具体的用途[編集]
超強力磁石の磁性体(モーター、バイブレータ、マイク、スピーカーなど) ネオジム磁石、ネオジムボンド磁石:ネオジム、ジスプロシウム(添加剤)
サマリウムコバルト磁石:サマリウム
プラセオジム磁石:プラセオジム

ガラス基板研磨剤(ディスプレイ、HDDなど) 酸化セリウム系研磨材:セリウム

蛍光体(照明、ディスプレイなど) ブラウン管、蛍光灯、水銀灯、CCFL、プラズマディスプレイ:イットリウム、テルビウム、ユウロピウム、ランタン、セリウム、ガドリニウム
メタルハライドランプ ScI3-NaI-Hg-Xe封入:スカンジウム[4]

LED YAG蛍光体:イットリウム、セリウム(付活剤)[5]
シリケ−ト系蛍光体:ユウロピウム(付活剤)[5]


光ディスク(書き換え可能タイプ)の記録層(DVD、CD、Blu-ray Disc)
光磁気ディスクの磁性層(MO、MD) テルビウム-鉄-コバルト合金:テルビウム

プリンターの印字ヘッド 鉄-ジスプロシウム-テルビウム合金:ジスプロシウム、テルビウム

石油精製触媒、自動車用排気ガス浄化触媒:セリウム
レーザー(チタンサファイアレーザーなど) YAGレーザ、YVO4レーザー、YLFレーザー:イットリウム、ネオジム(ドープ材)

原子力産業(制御棒、核燃料添加剤など):ハフニウム、ガドリニウム
発火合金(ライターの火打ち石など) アウアー合金:セリウム、ランタン、ネオジム、プラセオジムなど

光学ガラス(望遠鏡、顕微鏡、カメラ、プリズムなど):ランタン、ガドリニウム
ニッケル・水素充電池:ミッシュメタル

削減・リサイクル技術[編集]
添加剤の拡散最適化による削減
酸化セリウム系研磨剤の再利用
蛍光灯などに使われた蛍光粉の回収[6]
エアコンや洗濯機、ハイブリッド車などからのレアアース磁石回収[7][8]
ハイブリッド車のニッケル・水素充電池からのミッシュメタル回収[8]

産地[編集]

産地[編集]


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世界のレアアース産出量 1950年 - 2000年
(アメリカ合衆国内務省地質調査所のデータより作成)

レアアースの地上の産地は偏在しているが、2009年時点では、コストの問題から埋蔵量における割合が3割の中国(内モンゴル)が世界の産出量(12.4万t、推定)の97%以上を占め独占的な地位を確保していた[9][10]、このため、世界需要の約半分を占める日本は中国からの輸入品である風化花崗岩に依存していた。しかし2012年時点では中国以外からの調達が進んでいる(詳細後述)。
カザフスタン(住友商事、東芝)重希土類の産出と精製。2012年11月開所[11][12]、2013年から日本へ輸出予定。
インド(豊田通商) Indian RE 2013年から日本へ輸出予定。
ベトナム Dong Pao(豊田通商、双日)2013年から日本へ輸出予定。
オーストラリア Duddo 2013年から日本へ輸出予定
オーストラリア(双日) Mount Weld 2013年から日本へ輸出予定
オーストラリア Nolan's Bore 2014年生産開始予定
オーストラリアオリンピックダム
オーストラリアEneabba
南アフリカ共和国 Steenkampskraal 2012年生産開始予定
アメリカ合衆国 Mountain Pass 2012年生産開始予定
カナダ ノースウェスト準州トーア・レーク (Thor Lake) 2014年生産開始予定
カナダ サスカチュワン州ホイダス・レーク (Hoidas Lake) 2014年生産開始予定
アメリカマウンテンパス
グリーンランド Kvanefjeld 2014年生産開始予定
オーストラリア Nolan's Bore 2014年生産開始予定
ロシア ムルマンスク州ロヴォゼロ鉱床[13]

最近の研究で日本のマンガン鉱床に花崗岩を上回る割合で希土類元素が含有されていることが判明した。また、火力発電所等の集塵機で回収される石炭や石油の灰にも含まれているため、今後の利用促進が予測される。また、海底のマンガン団塊やコバルトクラスト、熱水鉱床等の海洋資源も供給源として検討されている。米国ではカリフォルニアの鉱床で希土類元素採掘が再開される見込みがある[9]。

ジスプロシウム (Dy) やテルビウム (Tb) の重希土類は、中国南部のイオン吸着型鉱床と呼ばれる特殊な風化鉱床でしか生産されていなかった[14][15]。今後、需要が増加すると見られるハイブリッドカーや電気自動車用の高出力モーターの磁石にジスプロシウム (Dy) とテルビウム (Tb) を添加することで保磁力が高まるため、重希土類の不足が懸念されていた。しかし2012年11月にカザフスタンの重希土類の精製施設が開所したことで、初の中国以外の重希土類生産場となった。

中国依存から調達の分散化へ[編集]


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中国では1980年代から貴重な外貨獲得源として希土類鉱山の採掘に力を注いできたが、希土類市場は供給過剰となり一時価格が急落した。価格下落によりコスト面で採算が釣り合わなくなった中国以外の国の希土類鉱山は次々と閉山し、中国が産地としての独占的な地位を手に入れることになった。特にテルビウムやジスプロシウムなどの重希土類の生産は、中国一国に限られることになった。これにより、2000年代後半のレアアースの産出量の95%以上は中国のバヤンオボー鉱床とイオン吸着鉱鉱床により偏在するようになり、政治的リスクを負うようになっていた。

中国政府は、2006年に国土資源部が希土類を対象とした資源保護計画を発表し、2010年7月に商務部が輸出枠大幅削減方針を発表するなど、レアアースの資源保護政策に転換した[16]。これは、先進各国が自国の埋蔵量を温存したまま、中国のレアアースを安く買っていることの中国側の対応と見られている。これに伴い希土類の価格が急激に上昇した。たとえば、ジスプロシウムの価格は2005年には1kgあたり50ドル(米国ドル)程度であったが、2010年初頭には1kgあたり160ドル、2010年6月末時点で400ドルに高騰した[17]。

そしてこの中国リスクは、2010年9月に発生した尖閣諸島中国漁船衝突事件後に、中国政府がレアアースの日本への通関を意図的に遅滞させる事で、レアアースの事実上の対日禁輸措置に踏み切ったことで顕在化した。これを契機に、特にレアアースの工業的寄与が大きい日本では、レアアースの対中依存に対する危機感が高まり、官民を挙げて「元素戦略」と銘打った対応が図られている。例えば政府系機関や民間企業は、レアアースを使用しないか削減してもレアアースを使用する製品と同等の性能が発揮できる製品の開発や [18] [19][20] 、レアアースのリサイクル技術の開発を加速させ、レアアースの備蓄を増進し[21] 、必要なレアアースについては中国以外からの分散調達を加速させた。この結果、2012年上半期には早くも日本の対中レアアース依存度が50%以下となり、中国のレアアースの輸出量と輸出価格が急落した [22]。 価格はピーク時の1/5に下がった[23]。 日本はインドの漂砂、ベトナム北部のカーボナタイト、カザフスタンのウラン鉱床残渣、オーストラリアのカーボナタイトなどの権益を確保しており、これらの代替地からの供給は2013年以降に本格化する[24]。またEEZ内の海底鉱物資源の探査も加速しており、2012年6月28日に東京大学のグループが南鳥島付近の海底5600mで日本で消費する約230年分に相当するレアアースを見つけたこと、今後は掘削技術を提供している三井海洋開発と共同で深海底からの泥の回収技術の開発を目指すことを発表した [25][26]。 また、アメリカとの協同調査ではインド洋の海底に高濃度のレアアースを含む泥が発見され、陸地では偏在しているものが海底では広範に存在する可能性が示唆された。しかし、高深度のものは商業採掘が困難であるという問題もある [27]。

2014年初頭現在でもレアアースの供給は中国に依存している。代替供給先を確保できたのは主に軽希土類であり、 重希土類(イットリウム、ジスプロシウムなど)はほとんどを中国に依存したままである。また軽希土類の採掘する鉱山から主に出てくるのは使用量の激減したセリウムであり、採算を維持するためには同時に採掘するネオジムやランタンの価格を上げるか採掘量全体を削減する必要がある。

脚注[編集]

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1.^ レアアースの通説 正と誤 JOGMEC
2.^ a b 日経エレクトロニクス 2007年8月27日号「レア・アース」
3.^ 温泉からレアアース採取、秋田大グループが成功 読売新聞
4.^ 水銀フリー自動車前照灯用 HID ランプ - 東芝
5.^ a b セラミックスアーカイブズ LED照明 (1996年〜現在)
6.^ 全国初!使用済み蛍光管からレアアースを回収・再資源化 福岡県 2011年9月6日
7.^ レアアース回収急げ 中国生産減 各社は家電廃棄物から“採掘” MSN産経west 2012年8月26日
8.^ a b 三菱マテ、ハイブリッド車からレアアース回収 日本経済新聞 2012年9月10日
9.^ a b 中国、レアアースの輸出禁止を検討 WIRED VISION 2009年08月27日11時19分閲覧
10.^ “中国のレアアース対日禁輸 「在庫増」「代替」 産業界は冷静”. サンケイビズ. (2010年9月25日) 2011年2月15日閲覧。[リンク切れ]
11.^ カザトムプロム:東芝、住商などとレアアース採掘-8億ドル投資も ブルームバーグ 2011年4月5日 08:53 JST更新
12.^ 住商:レアアース事業、カザフで工場開所式-輸入先多様化へ ブルームバーグ 2012年11月2日 12:15 JST更新
13.^ 「ロシアのレアメタル・レアアース戦略について」平成25年6月20日 独立行政法人 石油天然ガス・金属鉱物資源機構モスクワ事務所 大木雅文
14.^ 産業技術総合研究所 レアメタルタスクフォース編 『レアメタル技術開発で供給不安に備える』 工業調査会、2007年、65-88頁。
15.^ 足立 吟也 監修 『希土類の材料技術ハンドブック 基礎技術・合成・デバイス製作・評価から資源まで』 NTS、2008年、ISBN 978-4-86043-194-5。
16.^ 『レアアースに手を焼く中国』日経エコ・ジャパン 2010年12月3日 2010年12月9日閲覧。
17.^ 『EV用モーターにかかる中国という暗雲』日経エコ・ジャパン 2010年8月5日 2010年12月9日閲覧。
18.^ 「元素戦略プロジェクト」 文部科学省実施事業−オンライン情報例、2010年12月9日閲覧。
19.^ 経済産業省の「希少金属代替材料開発プロジェクト」について 経済産業省実施事業 2010年12月9日閲覧。
20.^ 大西孝弘『レアアース、代替技術は有望』日経ビジネス 2010年11月15日 2010年12月9日閲覧。
21.^ 『誰も知らないレアアースの現実』日経エコ・ジャパン 2010年11月15日 2010年12月9日閲覧。
22.^ レアアース:中国規制せず…日本の調達先分散で効果薄れ 毎日新聞 2012年10月3日
23.^ ピーク時は危機時の1/20
24.^ 2013年秋に双日がオーストラリアから出荷開始、豊田通商がインドで2014年度中に生産予定。住友商事のカザフスタンから輸入する計画は未出荷。
25.^ “南鳥島近海にレアアース−東大・三井海洋開発、国産化にらみ技術開発”. 日刊工業新聞. (2012年7月2日) 2012年9月4日閲覧。
26.^ 中国が領有権や採掘権を主張するか(南鳥島の島としての形態と歴史的経緯から日本の領土として認めず、周辺海域も経済水域として認めない。)、海軍力の増強により実効支配を確立する可能性がある。
27.^ 東大、レアアース含む泥を発見 インド洋東部で - 日本経済新聞 2013/5/20 23:04版

関連項目[編集]
レアメタル
白雲鉱区 - 世界最大の希土類元素鉱床・バイヤンオボ鉱床がある、中国内蒙古自治区包頭市の市轄区。
キドカラー - 日立製作所が製造・販売していたカラーテレビの商標・愛称。輝度を上げるためにブラウン管内部の蛍光体材料に希土類が用いられたことから「輝度」と「希土」をかけて「キドカラー」と名付けられた。
日本希土類学会
キリンジ - アルバム「Buoyency」に収録されている曲「都市鉱山」の歌詞でタンタル、イッテルビウム等の鉱物名がそのまま羅列されている。
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