アルミニウム (Aluminium)

アルミニウムとは

金属元素の一つで銀白色を呈し、軽く展延性に富み、結晶系は面心立方晶である。融点660.37[℃]、密度2.70[g/cm^3]。 地殻に多く含まれる元素であるが、金属の形では自然界に存在しない。酸素、ケイ素に次いで3番目に多く地殻に含まれるが他の原子との結合が強く、単離するのは難しい物質であった。

金属アルミニウムは1800年代に分離されるが、カリウムを用いた当初の方法は非常に面倒であり半貴金属として扱われていた。 1886年にフランスとアメリカで、ボーキサイトから精製したアルミナを1000[℃]の氷晶石浴で電気分解する溶融塩電解法が発明され、工業生産が盛んになる。溶融塩電解法には大量の電気を消費し、当初はアルミニウム1トンの精錬に要する電力量は7×10^10[J]であった。

純アルミニウムの導電率は約62[%]で、引張り強さは銅の約1/2、比重が2.7で銅の約1/3である。したがってアルミニウム線に銅線と同じ導体抵抗を持たせるには直径は1.27倍となるが、重量は50[%]となる。直径が大きくなるため風雪に対する抵抗が大きくなるが、高圧送電線として使用した場合にはコロナ損が小さくなる利点がある。

アルミニウムの用途

アルミニウムは熱や電気をよく通し、高純度のアルミニウムは耐食性も高い。はじめは飛行船用に注目され、後に建築等にも使われるようになった。しかし、引張強さは70[N/mm^2]程度と低いため、合金の研究は主に強度を上げるために行われた。

加工しやすい金属で、伸展材として広く使われる。高純度アルミニウム（純度99.99%）はコンデンサの箔用として用いられる。 普通級アルミニウム（純度99.00～99.80%）の純度が高いものは、引張強さが54～94[N/mm^2]程度となり、低強度であるが伸びが大きいため、建築や化学機械用に適する。 アルミニウムは純度が下がると強度が上がり、耐食性が低下する特徴がある。

建築材料、各種合金、航空機や自動車の部品、台所用品と飲料缶、塗料の成分などの用途がある。また、アルミニウム化合物は触媒、浄水材、セラミック原料、研磨剤、皮なめし、媒染材、食品添加物、化粧品、歯磨き、胃腸薬、止血剤などに利用されている。

アルミニウムの生産量

1930年当時では世界全体で12万トンであったが、現在では年間1000万トンをはるかに超えている。日本国内の生産量は地金は輸入に頼るが、年間約350万トン程度である。

アルミニウムによる環境汚染

食品中のAl濃度含量は1～20[ppm]。また飲料水中のそれは0.01～0.2[mg/ℓ]（ppm）であり、一般人が一日に摂取するアルミニウムの総量はおよそ20[mg]とみられる。 20[mg]のうち、食品からの摂取量は飲料水からに比較すると約100倍にもなり、圧倒的に多い。

アルミニウムの精錬所やこれを含む商品の生産工場では、微粉末の吸入などによる過剰の暴露が生じる恐れがある。また、医薬品の服用によって1日に100～200[mg]を摂取することも多い。 さらに近年では、酸性雨の増加が土壌のアルミニウムを溶かしだし、河川のAl濃度を高めることが危惧されている。

アルミニウムに対する規制

可溶性の化合物に対するNIOSHの労働環境大気中許容濃度は、元素について2[mg/m^3]。アメリカでは有害飲料水汚損物質および、有害廃棄物に指定されている。