磁石の材料について

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磁石になる前の「磁石」ってどんな形なのか知っている?
どんなモノから出来ているのか、
磁石のもとはどこからとれるのか一緒に学ぼう!!

自然にある鉱物から磁石は生まれた


磁石の原料は「磁石」という名前の通り、
「鉱石」を原料として造られています。

みんなの生活の中で使われている磁石は、
自然にある鉱物から造られたものなんです。

この鉱石の中には天然の磁石になっているものがあり、
その一つとして磁鉄鉱があります。

磁鉄鉱は磁性を持っているのが特徴で、
そのものが天然の自然磁石となることがあり、
マグネタイト」とも呼びます。

磁鉄鉱が自然磁石になるには、とても大きな電気エネルギーが必要で、
その磁鉄鉱の上に雷が落ちたりすることで、自然磁石になることがあります。

磁石が発見されてから5000年!!


昔の中国の人は磁鉄鉱から羅針盤を発明し、
羅針盤の精度が高くなったことにより、
航海を旅することができるようになりました。

大航海時代ではポルトガルのヴァスコ・ダ・ガマが
ヨーロッパからインドへの航路を発見し、
イタリアのコロンブスがアメリカ大陸にを発見しました。
大陸の発見は羅針盤がなければとてもむずかしいことでした。

この磁石が発見されたことにより、文明が発達し、
世界が広がったと言って過言ではありません。
磁石は遠い昔から、人間の生活に欠かせないものとなっています。

羅針盤はみんながしっている呼び方だと、
「方位磁針」「コンパス」と呼ばれています。
磁石の材料となる鉱石にも種類がたくさんあります。

鉄分を含むため黒い色をしています。
磁石になった天然の石は、落雷の影響で着磁し、磁化されたものです。
磁化されていない磁鉄鉱はどこにでもあります。

自然に磁石となる磁鉄鉱は、
自然環境や地域条件に限られた地域で見つかります。
アメリカのユタ州に多く発見されています。


磁石の素となる原石


左の写真の白い部分が自然鉄です。
真っ黒い玄武岩の中に小さく光る自然鉄です。
鉄は私たちのもっとも身近な金属ですが、
自然鉄は少量しか採掘されません。
理由としては、鉄の性質として多くのものと反応しやすく、
多くの場合、採掘されるときは化合物となっているからです。
自然鉄は人口精製されて鉄よりも錆びにくい性質をもっています。
自然界に天然に存在する金属銅。
鉱石としては、いろんな形で採掘され、
鉱石の表面は変化しやすい性質です。

銅なのでとても錆びやすく、黒ずんだ状態でよく採掘されて、
珍しい形状や色合いのものはコレクションとして集められています。

元素ってなんだろう?


元素という言葉を聞いたことはありますか?

元素というのは、一つの物質を分解していったとき、
それ以上分けられない物質の成分のことです。

元素のことを実験と研究を通じて、
「これ以上細かく分けられない物質」と見つけたのが、
ロバート・ボイルというアイルランドの科学者です。

現在、118種類の元素が知られていて、
その元素を原子番号と元素記号で分けたも表を「元素周期表」と呼びます。

そして元素は、それぞれの特性の違いを表すことができ、
元素の組み合わせにより様々な特性をもつ化合物を作ることができます。

磁石を作るときも、どの元素と混ぜれば強い磁石が生まれるのか、
研究と実験が繰り返されて、ネオジム磁石(Nd Fe B)ができました。

元素周期表は下記URLから見ることができます。

希土類元素


元素の仲間には「希土類元素」と呼ばれる元素があります。

希土類元素は希少金属に属し、限りある自然資源と考えられ、
「レアメタル」ともいわれ、現在のハイテク産業つまり、、
パソコンや携帯電話を作るのにかかせない元素となっています。

その希土類元素は、磁石の材料としても数多くの種類が使われてます。

この希土類元素を含んだ磁石を「希土類磁石」と呼びます。
モナズ石は、セリウム、ランタン、ネオジムを主成分とする
エン酸塩鉱物の一つになります。
モナズ石は構成される希土類元素の割合で科学組織が変わります。
ふつうのモナズ石はセリウムをもっとも多く含みますが、
ネオジムを一番多く含んでいる、ネオジムモナズ石とは、
同じモナズ石でも元素組織の表し方が違います。

鉱石名 主成分 英表記 元素組成
モナズ石 セリウム (monazite-(Ce)) (Ce,La,Nd,Th)PO4
ランタンモナズ石 ランタン (monazite-(La)) (La,Ce,Nd)PO4
ネオジムモナズ石 ネオジム (monazite-(Nd)) (Nd,La,Ce)PO4
上記のモナズ石からネオジム元素だけを
抽出精製した99.9%ネオジムの人工原石。
ネオジウムと呼ばれる事もありますが、ネオジムが正式な名称。
ゼノタイム鉱石は構成している成分から、
リン酸イットリウム鉱とも呼ばれます。
いろんな形で採掘されますが、その中でも、
菊の花のような放射線状の結晶のようになっているものを菊花石と呼びます。
ウランやトリウムなどを少量含んでいるため、
少量で微弱ながら放射能を放っています。
無色透明の柱状結晶が集合したクルナコバ石の標本です。
1970年代に採集された標本で、表面の一部が白く変質していますが、
まだ立派な結晶形を保っています。
ガドリニウムは銀白色の柔らかい金属です。
1886年サマリウムの発見者ボアボードランによって、
未知の元素であると確認されました。

元素名「ガドリニウム」は、
希土類元素を最初に発見したガドリンの功績をたたえて、
ボアボードランが命名しました。
ガドリニウムはMRI検査用の造影剤や冷蔵庫などの
磁気冷凍機としても使用されています。

希土類鉱石採掘鉱山:包頭市


希土類元素の採掘量多い中国では大切な資源を持っておくため、
外国に送る希土類元素の量を決めています。

右の写真は磁石製造に協力していただいている中国の、
希土類鉱石採掘鉱山です。

世界最大級の希土類元素鉱床の露天掘り鉱山

世界のいたるとことに希土類元素は多く眠っていますが、
世界中の希土類元素の約9割を掘り出している中国が、
外国に出す量をしぼったために、
希土類元素の価格がどんどんと高くなっています。

希土類元素のたくさん使う日本では、
希土類元素のリサイクルする方法と、
希土類元素をあまり使わない
新しい磁石の開発が進められています。 

廃棄された携帯電話などネオジム磁石が使用されている製品から
ネオジムを含む「希土類元素」を取り出す技術も開発され、
希土類元素をリサイクルする動きが大きくなっています。

それに現在最強の磁石とされるネオジム磁石よりも
強力な磁石になる可能性があり、希土類元素を使わない
「強磁性窒化鉄」の開発・研究・実用化が進められています。

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