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【NE】2011年01月24日号-レアアースショック

今日もよーそろ、じんべえです。

昨日、届いた日経エレクトロニクス(NE)では
「レアアースショック」について特集が組まれていました。

レアアースについては、
技術士試験対策としていろいろ調べていたのですが、
私の知識としては、まだまとまっていなかったり、理解できていないところがありました。

今回のNEを読んで、
ずいぶん理解が深まったので少しまとめておきたいと思います。

中国のレアアース鉱石の価値が高いことや、
レアアースと環境問題の関係などについて、特に興味深かったです。

また、これを読みながら、
iPhoneアプリの元素図鑑「The Elements」を見ると
より一層理解が深まるなー。


特集
終わらないレアアース・ショック


  20110124.jpg


レアアースとは

レアアースとは、元素周期律表の3族に属する、

 スカンジウム(Sc)、
 イットリウム(Y)、
 原子番号57~71のランタノイド

を合わせた17元素の総称である。
ランタノイドには、以下のものが含まれる。

 ランタン(La)、
 セリウム(Ce)、
 プラセオジウム(Pr)、
 ネオジウム(Nd)、
 プロメチウム(Pm)、
 サマリウム(Sm)、
 ユーロピウム(Eu)、
 ガドリニウム(Gd)、
 テルビウム(Tb)、
 ジスプロシウム(Dy)、
 ホルミニウム(Ho)、
 エルビウム(Er)、
 ツリウム(Tm)、
 イッテルビウム(Tb)、
 ウテチウム(Lu)。 


レアアースの用途

Y →超伝導材料,光学ガラス,蛍光体
La→光学ガラス,Ni水素2次電池,セラミックコンデンサ,蛍光体
Ce→ガラス研磨
Nd→ネオジウム磁石,蛍光体
Dy→ネオジウム磁石
Eu→蛍光体
Sm→サマリウム・コバルト磁石
Gd→光学ガラス


レアメタルとレアアースの違い

レアアースはレアメタルの中に含まれる。
レアメタルとは、コバルト(Co)、リチウム(Li)、マンガン(Mn)などであり、
鉄(Fe)、銅(Cu)、金(Au)といった古くから使われる金属「コモンメタル」以外の金属を表す言葉で、
日本独自の用語である。
海外では「Minor Metal(マイナーメタル)」と呼ばれる。


レアアースの特異な電子配置が新機能を生む

レアアースを使わずに同じ性能のエレクトロニクス製品を生み出すのは、現時点ではきわめて難しい。特にランタノイドの場合、他の元素には無い特異な性質を持つため、代替できない用途が多い。

ランタノイド特有の性質とは、「4f」と呼ばれる電子軌道にまつわるものである。一般的には、電子の数は原子番号が1つ増加するごとに1つ増加し、その際、最も原子核に近い軌道から原子は配置されていく。
しかしながら、ランタノイドは違う。4f軌道に電子が満充填されていない状態で、外側の軌道である5s,5pに電子が配置されていく。外側の軌道である5s,5pが先に満充填状態になることで、内側の軌道である4fは、原子同士の結合などの外界の影響を受けにくくなる。その結果、波長の広がりが少ない光を発する、高い磁力を発するといった能力を発揮するようになる。


中国だけにある奇跡の鉱山

中国南部で採掘される鉱石は、他の地域とくらべ、含有する元素が大きく異なる。
オーストラリアで採れる「モナザイト」鉱石や、米国で採れる「バストネサイト」鉱石などの一般的なレアアース鉱石には、わずかであるがトリウム(Th)やウラン(U)といった放射性物質を含んでいる。そのため、精錬する際に放射性物質を分離し、その放射性廃棄物を処理する必要がある。
それに対し、中国南部で採れる「イオン吸着鉱」と呼ばれる鉱石は、需要の多いサマリウム(Sm)やガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)を多く含み、しかもThやUといった放射性物質をほとんど含まない。


環境対策と資源枯渇と説明

中国政府は、レアアースの輸出規制を強化する狙いを「環境問題や資源枯渇への懸念」のためと説明する。
確かに、「イオン吸着鉱」の精錬の手法は環境対策は十分とは言い難い状況である。イオン吸着鉱はその名の通り、イオン化したレアアースが岩石に吸着したものであり、ゆえに鉱石を酸に溶解するだけで容易にレアアースを抽出することができる。実際、中国南部では、鉱山に硫酸アンモニウム溶液を直接浸透させて溶け出した溶液からレアアースを取り出すという極めて簡便な手法を採用している。しかしながらこの手法では、レアアースを含んだ溶液のほとんどは河川に流れ込んでいる可能性が高く、環境問題を無視できなくなってきた。


レアアースショック対策

1 中国以外での鉱山開発
2 備蓄の拡充
3 使用量低減技術の開発
4 代替技術の開発
5 リサイクルの導入


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