希土類元素は、周期表第3族に属する17元素の総称で、スカンジウム（Sc、原子番号21）、イットリウム（Y、原子番号39）、およびランタン（La、原子番号57）からルテチウム（Lu、原子番号71）までのランタノイド15元素で構成されています 。
参考）希土類元素 - Wikipedia
以下が希土類元素の完全一覧です。
軽希土類元素（LREE）
重希土類元素（HREE）
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その他
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希土類元素は原子量の違いにより軽希土類元素（La-Eu）と重希土類元素（Gd-Lu）に分類され、この分類は単なる学術的区別ではなく、実際の産業応用において重要な意味を持ちます 。
ランタノイド収縮現象
ランタノイド元素では、原子番号の増加とともに4f軌道に電子が充填されますが、4f軌道の電子は化学的性質にほとんど影響しないため、15種類の元素は極めて似た性質を示します 。しかし、原子番号の増加とともに原子半径が徐々に小さくなる「ランタノイド収縮」という現象が起こり、これにより各元素間で微細な差異が生まれます 。
参考）ランタノイド - Wikipedia
4f軌道の特異性
ランタノイドの4f軌道は外側を6s6p軌道で保護されているため、他原子との相互作用を受けにくく、幅の狭い鋭い吸収スペクトルを示します 。この特性により、希土類元素は優れた蛍光特性や磁気特性を発揮し、現代の高技術産業において不可欠な材料となっています 。
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イオン価数と安定性
希土類元素のほとんどは3価のイオン状態で最も安定ですが、セリウムは4価、ユウロピウムは2価でも安定な化合物を形成することができます 。この多様な価数状態により、用途に応じた化学的調整が可能となり、幅広い産業応用が実現されています 。
参考）https://www.newglass.jp/mag/TITL/maghtml/11-pdf/+11-p037.pdf
希土類磁石は、サマリウムやネオジムなどの希土類元素を含む永久磁石で、従来のフェライト磁石の6倍以上の磁力を持つ画期的な材料です 。金属加工業界において、希土類磁石の製造技術と品質管理は重要な技術分野となっています。
参考）希土類磁石について
ネオジム磁石の製造技術
ネオジム磁石（Nd-Fe-B系）は1982年に発明され、現在最も強力な磁気エネルギーを持つ永久磁石として知られています 。製造プロセスでは粉末冶金法が採用され、精密な温度制御と雰囲気管理により結晶構造を最適化します 。ネオジムの含有量は通常18%程度で、プラセオジムによる一部置換も行われています。
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サマリウムコバルト磁石の特性
1967年に発見されたサマリウムコバルト磁石は、希土類磁石の先駆けとして重要な地位を占めます 。特に2-17系サマリウムコバルト磁石は高い磁気特性と優れた耐熱性を併せ持ち、航空宇宙産業や高温環境での使用に適しています。金属加工における焼結プロセスでは、1200℃以上の高温処理が必要で、厳密な品質管理が求められます。
耐熱性向上への技術開発
重希土類元素であるジスプロシウムやテルビウムの添加により、ネオジム磁石の耐熱性を大幅に向上させることが可能です 。しかし、これらの重希土類元素は中国のイオン吸着鉱に偏在しており、供給リスクの観点から代替技術の開発も進められています 。
参考）https://www.tdk.com/ja/tech-mag/hatena/078
希土類元素は金属加工業界において、従来材料では実現困難な特殊機能を付与する添加剤として重要な役割を果たしています 。その応用範囲は磁石製造から表面処理、合金強化まで多岐にわたります。
参考）レアアースは重要か？
鉄鋼・アルミニウム合金への添加効果
セリウムは鉄鋼およびアルミニウム合金の添加剤として使用され、機械的性質の向上と組織の微細化に寄与します 。特にマグネシウム合金では、ガドリニウムとネオジムの複合添加により、耐熱性とクリープ特性を大幅に改善できることが実証されています 。EV31A合金（Mg-3%Nd-1%Gd系）は航空機産業で実用化されており、砂型鋳造性と機械的性質の両立を実現しています。
参考）砂型鋳造したMg-Gd 系合金の組織と機械的性質に及ぼすNd…
研磨材料としての応用
酸化ランタンは光学ガラスの精密研磨に使用され、従来の研磨材では達成困難な高品質表面仕上げを可能にします 。金属加工における最終仕上げ工程では、希土類系研磨材により鏡面レベルの表面品質を実現できます。
触媒技術への応用
セリウムベースの触媒は石油精製プロセスや自動車排ガス処理において重要な役割を担っており 、金属加工業界でも表面処理や熱処理プロセスでの触媒応用が研究されています 。
参考）応用例
希土類元素の安定供給は現代産業の根幹を支える重要課題であり、特に中国への依存度が高い現状は供給リスクとして認識されています 。日本は輸入量の約6割を中国に依存しており、経済安全保障の観点からも供給源の多様化が急務となっています 。
参考）[FT]中国、レアアース備蓄に圧力 外資系企業に通知 供給規…
中国の輸出規制強化
2025年4月から中国は7種の重希土類元素（サマリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ルテチウム、スカンジウム、イットリウム）について輸出管理を強化しました 。これらの元素は安全保障に直結する先端技術分野に不可欠であり、供給制限は全世界の製造業に深刻な影響を与える可能性があります。
参考）中国、中・重希土類7種のレアアース関連品目で4月4日から輸出…
代替供給源の開発
日本は総合商社の双日とJOGMECを通じて、オーストラリアのライナス社への出資を拡大し、重希土類の安定調達を図っています 。また、フランスのカレマグ社への165億円の資金拠出により、欧州での精錬能力強化にも参画しています。これにより、将来的にジスプロシウムとテルビウムについて日本需要の20%相当の供給確保を目指しています。
参考）【SPF China Observer】中国レアアース輸出規…
海底資源開発への挑戦
日本のEEZ内に存在するレアアース泥の商業化に向けて、SIP海洋プログラムでは大水深採鉱技術の開発が進められています 。南鳥島周辺のレアアース泥は放射性物質や有害物質をほとんど含まず、環境負荷の少ない国産資源として期待されています 。2022年8月には水深2,470mでの回収システム統合試験が成功し、商業化への道筋が見えてきました。
参考）https://www8.cao.go.jp/cstp/gaiyo/sip/230216/siryo1_sanko.pdf
希土類元素の安定供給体制構築は、金属加工業界を含む製造業全体の競争力維持に直結する重要課題です。技術革新による使用量削減、リサイクル技術の向上、そして新たな供給源の開拓により、持続可能な希土類利用システムの確立が求められています 。
参考）EVに欠かせないレアアース、なぜ日本は「中国依存」に苦しむの…