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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 | ラ 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(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)の計17元素の総称(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、かつて稀土類・稀土とも書き、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。
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や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]。
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。
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。
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。
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 |
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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 |
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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。
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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。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[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年分に相当するジスプロシウムがあると推定されると発表したこと、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]。 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]。
財務省貿易統計によると、HSコード2805.30と28.46をレアアースとした場合、2014年の通年ベースで日本はレアアースの輸入の6割を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、希少価値の高い重希土類は中国南部に広く分布するイオン吸着鉱と呼ばれる風化花崗岩に依存している。 重希土類(イットリウム、ジスプロシウムなど)は、2013年の時点の三菱UFJリサーチ&コンサルティングの推計によると商業生産の95%以上を中国が行っており[28]、当然輸入も中国に依存している。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。
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表・話・編・歴
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1 | H | He | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
3 | Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
4 | K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | |||||||||||||||||||||||||
5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | |||||||||||||||||||||||||
6 | Cs | Ba | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn | |||||||||||
7 | Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Uut | Fl | Uup | Lv | Uus | Uuo | |||||||||||
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