希土類元素

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21 Sc スカンジウム
39 Y イットリウム
57 La ランタン




58 Ce セリウム
59 Pr プラセオジム
60 Nd ネオジム
61 Pm プロメチウム
62 Sm サマリウム
63 Eu ユウロピウム
64 Gd ガドリニウム
65 Tb テルビウム
66 Dy ジスプロシウム
67 Ho ホルミウム
68 Er エルビウム
69 Tm ツリウム
70 Yb イッテルビウム
71 Lu ルテチウム

希土類元素(きどるいげんそ)またはレア・アース: 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。

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、: 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が含まれているものがある。強酸性の玉川温泉からはジスプロシウムユーロピウムなど十四種類のレアアースが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: light rare earth elementLREE)、重い元素 (Gd-Lu) を重希土類元素: heavy rare earth elementHREE)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)
  • 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(DVDCDBlu-ray Disc
  • 光磁気ディスクの磁性層(MOMD
    • 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]

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)。

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石油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]

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。その他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。

ここまで生産が中国に集中する事になった原因は理由は、その生産コストの安さである。これは単純に賃金水準が安いということもあるが、レアアース鉱の特性上、中国以外では管理コストが高騰してしまうという事情がある。レアアースには放射能物質トリウムが含まれているため、その取扱や後処理に多額のコストがかかるのである。この点中国は、労働者の保護や後処理を他国ほど厳密に行わない[16]ため、低コストで生産することができる。

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[17]。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[18]

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 [19] [20][21] 、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[22] 、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 [23]。 価格はピーク時の1/5に下がった[24]。 日本はインド漂砂ベトナム北部のカーボナタイトカザフスタン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[25]。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 [26][27]。 また、アメリカとの協同調査ではインド洋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 [28]

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). http://www.sankeibiz.jp/business/news/100925/bsc1009250503003-n1.htm 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. ^ 『トコトンやさしいレアアースの本』128ページのコラム「中国の環境問題」にて筆者の体験談として、見学したレアアース工場にて研究者の手が白く被曝していた、当時のレアアース工場としては当たり前だったようだ、と書いている。放射能物質の処理もずさんで、普通はドラム缶に詰めて地下に埋めるところをテーリングポンド(尾鉱貯蔵池)にそのまま保管するのが当たり前、と書いて いる。中には鉱山に直接ぶっかけてリーチングし、レアアース濃縮物を得る鉱山もあると書いている。『トコトンやさしいレアアースの本 (今日からモノ知りシリーズ)』日刊工業新聞社 2012/8/21出版。ISBN-10: 4526069280 ISBN-13: 978-4526069284 西川 有司 (著), 藤田 豊久 (著), 亀井 敬史 (著), 中村 繁夫 (著), 金田 博彰 (著), 美濃輪 武久 (著), 藤田 和男 (監修)
  17. ^ 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。
  18. ^ 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。
  19. ^ 「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。
  20. ^ 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。
  21. ^ 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。
  22. ^ 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。
  23. ^ 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
  24. ^ ピーク時は危機時の1/20
  25. ^ 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。
  26. ^ “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). http://www.nikkan.co.jp/news/nkx0720120702eaad.html?news-t0702 2012年9月4日閲覧。 
  27. ^ 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。
  28. ^ 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。

外部リンク[編集]