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第61話 現実：技術−夢の製鉄法【日本的製鉄（テルミット）法】 （アミノテルミー法・ゴルトシュミット法（独）・ゴールドサミット法（英））・テルミット溶接 と【中谷 宇吉郎】

　日本では第二次世界大戦中に、いわゆる「日本的製鉄法」と呼ぶ騒動があった。

「たたら製鉄」の事ではない、詐欺事件の事である。

　ある発明家が江戸川上流で実演した詐欺に、ある海軍工廠の材料部長が騙され、東條首相までもが議会でこれを演説し、当時の政府の政策のひとつにまでなったのだ。

　これは砂鉄ならば我が国に無尽蔵にあるので、これは大発明だということになり、それに最初にひっかかったとされるのが、海軍の某廠(ショウ)の閣下で材料部長の地位にあった人であった。

何でも江戸川の上流の某所とかで、実際にやらしてみたら、立派な鉄が出来たと言うのである。

　中谷宇吉郎は「砂鉄とアルミニュウムとを混ぜて盛り上げ、その上に土をかぶせて孔をあけ、その孔から或る薬液を注ぎ込んで火をつければ、それだけで立派に精錬が出来るので、あの厖大な鎔鉱炉などを造るのは全く馬鹿げた話だ、これで今度の戦争に勝てる」という傑いご機嫌だという話を、実際にその人に会ってきた友人から聞いたそうだ。

＊中谷 宇吉郎（なかや うきちろう）、1900年（明治33年）7月4日 - 1962年（昭和37年）4月11日）は、

日本の物理学者、随筆家。位階は正三位。

勲等は勲一等。学位は理学博士（京都帝国大学・1931年）。

北海道大学理学部教授を北海道帝国大学時代から務め、世界で初となる人工雪の製作に成功した。

業績を称えて南極の地名が中谷諸島（Nakaya Islands）、小惑星10152番がウキチロウ（Ukichiro）と名付けられた。

　なお、『吾輩は猫である』の水島寒月や『三四郎』の野々宮宗八のモデルともいわれる夏目漱石の弟子達の中でも最古参に位置する物理学者にして随筆家かつ俳人の【寺田寅彦】の弟子にして友人であった為、中谷宇吉郎は寅彦死後の1938年、朝日新聞に「天災」と題する文章を発表した。

そしてこの中で、以下のように綴った。

　天災は忘れた頃に来る。

之は寺田寅彦先生が、防災科学を説く時にいつも使われた言葉である。

そして之は名言である

　　-閑話休題-

　だが、夢の製鉄法【日本的製鉄法】とやらのその実態は以前から知られたテルミット法であり、鉄よりも大切なアルミニュウムを鉄の量の十倍くらいも使わねばならないので、

それならば全く意味が無い。

これは『一台の戦車を作るのに百台の飛行機を潰すような話』である。

　中谷宇吉郎ら学者達が必死の反対運動を行って未然に防がれたのだが、その顛末はと言うと……

- 中谷宇吉郎物語 -

　海軍の工廠（こうしょう）の中にも技術者もあることだから、そういう人たちはどうしているのかと聞いてみると、お偉方達の病状が大いに馨（かんば）しくないらしい。

　お偉方達に二、三忠言をする人があっても、「理窟などは要（い）らないのだ。要するに鉄が出来ればよいじゃないか。現に出来ているのに、学者は何をいらないことを言うのだ」と、どうにもけんもほろろな態度でまるで相手にされないらしい。

　事実その友人が、その製錬法で作ったという鉄の標本を持って来たのを見ると、立派な純鉄である。

こういう物が出来るはずはないのだが、論より証拠で出来てさえくれれば文句はない。

しかし、この論より証拠というのが曲者（くせもの）で、本当は論を覆（くつが）えし得る証拠などというものは滅多にないのである。

　そう言うとまた、その論というのが結局現在の科学の法則のことであり、現在の科学というのが西洋で出来た学問である。

「どうも日本の学者はどれもこれも欧米崇拝で困る。日本的科学をやらないで、西洋人の後ばかり追っている。そしてたまに純日本式の製鉄法などを発明する男があると、それにけちをつける」ということになる。

事実この問題に関して、そういうことが度々言われたのである。

　このように偉い人に意見しても仕方なく、とうとう若い真面目な技術者たちは苦情を聞いても「ああ、あの畑製錬のことか」最早と痴呆老人達の相手をしなくなったが、そのうちにこの製錬法は一廠の問題だけではなくなり、内閣の方で国策として採り上げそうにまで発展して来た。

　意見しなくなった技術者たちが卑怯（ひきょう）と言えば、確かにその通りであるが、実際にはこの種の熱病の蔓延（まんえん）は、二人や三人の人間の力で喰い止め得るものではないのである。

　そもそも、この方法で全然鉄が出来なければ話は簡単なのであるが、実は簡単に出来るのである。

これはアルミニュウムを使うからであって、アルミニュウムと酸化鉄とを混ぜて火をつけると非常な高温になり鉄になることは、昔から知られていることなのである。

よく電車線路の鎔接などにも用いられているので、誰でも見ていることである。

　もしこの日本式製鉄法が、単にそれだけのことならば、余りに他愛ない話である。

それならば全く意味がないのであるが、ところが話がだんだん拡がってくるにつれて、今度は『アルミニュウムは初めの一回だけ使えばいいので、第二回からはその時出来たアルミの金滓を使えばいい、それでアルミニュウムは沢山は要らない』という話になったらしい。

　そういう勢力不滅の法則に牴触ていしょくする話が、政府のどのあたりまで受入れられたかは分らないが、とにかく困ったことになったものである。

　そのうちに突如として、この事件が議会で発表された。

二月五日の衆議院で、東条首相が堂々とこの新製鉄法を述べ、これで今次の大戦を賄うべき鉄には不自由しないと演述した。

議員は皆喝采し、学者たちは唖然とした。

それから十九日経った二月二十四日の新聞は、『今度は技術院の発表として、この製鉄法の外に二つの新しい製鉄法を加えて、その三つを正式に承認し、技術院として大いに援助をして大規模生産に移すという』声明が出た。

　商工大臣は「我が国技術界の最高権威たる技術院総裁の言明に間違いがあるはずはない」と付け加えた……どこかで聞いたようなはなしである。

　まあその通りであって、技術院といえば我が国の科学技術の総本山たるべき所ではある。

だが、そこからこういう声明が出るようでは問題である。

　こうなると放っては置かれない。

こういう話は景気をつけるだけならよいが、必ず悪い影響があるものである。

　その発明家が儲（もうけ）る金や、その実験に使う資材くらいは多寡（たか）が知れているが、一番困るのはこの種の病気の蔓延（まんえん）である。

真面目に戦時下の工業に精励していた会社へ色々な新発明の売込みが来る。

それがどれも国難を救うような「大発明」ばかりである。

社長や重役は勿論もちろん大乗気（おおのりき）で、会社の技術者の忠言は「君たちは西洋科学だけに頼っているから駄目だ。理窟を言っている時ではない」と一蹴（いっしゅう）されてしまう。

事実そういう実例も二、三あったのである。

　応用科学をやっている友人のH教授が、これは放っておくと大変なことになるというので、時の技術院総裁を訪ねて詳しい説明をして、その不可能な所以を説いてくることになった。

　ところが帰ってきたH教授の話では、どうもこの話には何か政治的の陰影があるらしく、承知の上でやっていることか、欺されているのかよく分からないということであった。

　しかし肝腎（かんじん）な「製鉄事業の拡張」はちっとも停とまらない。

南洋の方で鉱業関係で莫大な金を儲けた実業家と、某官庁の部長の人とがこれに加わって、火の手は揚るばかりであり、これぞ当時の火計問題である。

　そのうちに、軍の事業として大規模に製産することになったらしく、既製の大工場を三つ程強制的に買い上げることになった。

某セメント会社の工場と外二つがその候補に挙げられたのだ。

　Ｈ教授の話では、その三つの工場はどれも、水運がよく電気が廉（や）すく理想的な立地条件にある工場で、

こういう工場ばかりを狙（ねら）うところに、案外問題解決の鍵（かぎ）が潜んでいるようだということであった。

　結局その会社の方の猛運動とH教授の努力と、その他各方面からの忠言とによって、最後の場面に到って、この日本式製鉄法は中止され、闇から闇へ無事葬り去られることになったという。

▼明礬（ミョウバン）/白礬（はくばん）：

アルミニウムの鉱石である

　この鉄の溶接にも使われているテルミット反応であるが、アルミニウム粉と酸化鉄(III)との混合物がテルミットと呼ばれ、マグネシウムリボンで着火すると激しく反応し、これにより酸化アルミニウムおよび溶融鉄を生じる。

ミョウバンは鉱物や温泉の「湯の花」から作られ、媒染剤や皮なめし剤として古くから使われてきた。

　金属という形のアルミニウムが人類に使われる歴史はそれほど長いものではないが、アルミニウムの鉱石である白礬（はくばん）/明礬（ミョウバン）は紀元前5世紀には知られており、

古代から染料や都市の守備に使われていた。

　古代人にとって、明礬は媒染剤や防水剤、そして（要塞を敵の放火から守るための）木の防火塗料であり、消火剤、金属表面を化学薬品で腐食させて溝を掘るウェットエッチングにも使用した。

　特に中世ヨーロッパにおいて明礬は皮なめし剤や染料として広く使われた。

上質の井戸がない場合、質の悪い水にミョウバンを入れて不純物を沈殿させて飲用に使う沈殿剤などの用途があり、古代ローマ時代から使われてきた。

　天然のミョウバンは白礬（はくばん）とも呼ばれ、その収斂作用、殺菌作用から、洗眼、含嗽に用いられることがあった。

　ローマ帝国の歴史家ガイウス・プリニウス・セクンドゥス（大プリニウス）は、銀と同程度に明るいが遥かに軽い金属に関する物語を記録している。

この金属は皇帝ティベリウス（在位：14年 - 37年）に提出されたが、ティベリウスは自身の金銀財宝の価値が下がらないようその金属の発見者を殺害させたという。

　塩化ナトリウム、粘土、木炭と混合物を加熱するとアルミニウムの小球体が大量に生成されると証明・科学アカデミー報告にも出版されたが

ほとんど忘れ去られた。

フランスの化学者アンドレ・デュボワンは、ホウ砂・アルミナ・そして少量の二クロム酸塩とシリカの混合物をるつぼで加熱すると（混ざり物はあるが）アルミニウムが生成されることを証明した。

　イタリアではホウ酸が多いため、ホウ酸、カリ、粘土が石炭による還元反応でアルミニウムが作成される可能性がある。

酸化アルミニウム・アルミナは大量にあり、銅が存在する環境ではコークスで還元してアルミニウムと銅の合金を作成できる。

　1530年頃ルネサンス期の科学者・スイスの物理学者パラケルススは明礬を新しい土類の塩と信じており、啓蒙時代になってこの「新しい土類」とは新しい金属の酸化物と証明された。

　1825年、デンマークの物理学者ハンス・クリスティアン・エルステッドはこの新しい金属の発見を発表、続いてドイツの化学者フリードリヒ・ヴェーラーがエルステッドの発表に基づいて研究を行い、金属アルミニウムを発見した。

　酸化アルミニウムにおけるアルミニウムと酸素との結び付きは強く、

ここからアルミニウムの単体を取り出すことは難しいが、アメリカ合衆国のチャールズ・マーティン・ホール・フランスのポール・エルーらは、それぞれ共に電気分解を用いてこれに成功した（ホール・エルー法）。

　カラムクロマトグラフィーにおいて、シリカ（二酸化ケイ素）が酸性のために充填材として用いることができないときに用いられることがある。

　ボーキサイトからアルミナを製造するには、カール・ヨーゼフ・バイヤーが開発したバイヤー法が用いられている。

▼テルミット法：

　金属アルミニウムで金属酸化物を還元する冶金法の総称である。

ギリシャ語の（therm - 熱）に由来する。

別称としてテルミット反応、アルミノテルミー法 (aluminothermy process) とも呼ばれる。

　またテルミットは、ドイツの化学者ハンス・ゴルトシュミットにより1899年に発明されたのでゴルトシュミット法とも呼ばれる。

○用途（とにかくテルミットはすごい-意訳）

・製錬法（鉱石を還元することによって金属を取り出す過程）

テルミットの原義は還元剤のことで，酸化鉄粉とアルミニウム粉との混剤である。

これに発火剤として酸化バリウムとマグネシウム粉を混ぜて加熱すると急激に酸化して 2500～3000℃の高温に達する。

クロム，モリブデンなどの製錬の最終工程で、酸化クロム，酸化モリブデンを還元するのがその例。

クロム還元の場合の化学反応は Cr2O3 ＋2Al→2Cr＋ Al2O3 で，Al2O3 は鉱滓となる。

　テルミットにはシリコン，フェロシリコンなどを添加する場合もある。

また、この方法は炭素燃料を使用しないため、生成金属に炭素が含まれないという特徴もある。

　金属だけでなくアルミニウムの粉末と氷の微粒子を混合してもテルミット反応が起きる。

アルミニウムと金属酸化物の金属のイオン化傾向の差が大きいほど、多量の熱を発生する。

・精錬法（不純物の多い金属から純度の高い金属を取り出す過程）

アルミニウムが酸化するときに、それより貴な金属の酸化物を激しく還元する現象を利用する精錬法の一として

現在では、クロム、コバルト、マンガン、バナジウムや特殊な合金鉄の冶金などに利用されている。

クロム・マンガン・コバルトなどの金属酸化物に還元剤として金属アルミニウムの粉末を混合物として混ぜて着火するとアルミニウムの酸化反応とその高温を利用することで、酸化物は金属に還元されると同時に反応熱によって溶けて遊離し、器底にたまりインゴットとして得ることができる方法。

……メルトダウンではない。

　この還元性と高熱により目的の金属融塊は下部に沈降し、純粋な金属が得られるのだ。

・溶接法（テルミット溶接）

現在はレールの溶接などに利用されている。

古くから鉄の溶接に使用され、テルミット溶接とも呼ばれた。

その際に使用する酸化鉄とアルミニウムの混合物をテルミット (thermit)と呼ぶことがある。

　複雑な設備を必要としない方法なので、鉄道の線路の敷設・改修・保守などでレールを溶接するときに多用される。

JRなどでは「ゴールドサミット溶接」と呼ばれている。

・合金鉄（フェロアロイ）の製造

フェロアロイ（合金鉄）製造法としては電気炉法と比べて建設費は低く、

少量生産が可能であり、低炭素製品が得られる。

　ただしアルミニウムが高価であるから、高価で生産量の少ない、

難還元性のフェロアロイ（低炭素フェロモリブデン、フェロバナジウム、フェロコロンビウム、金属クロム）

がこの方法で製造されている。

　フェロモリブデンは、三酸化モリブデンと鉄の合金である。

現在日本でフェロモリブデンを製造しているのは2社のみで、大半は中華人民共和国やチリから輸入している。

用途はステンレスなどの特殊鋼を作る原料である。

　冶金以外の用途として、教育分野では高等学校化学Ⅰの無機化学の分野で酸化還元反応の一例として教科書に記載されている場合があり、演示実験として酸化鉄Ⅲ-アルミニウム粉末テルミット反応が使われる場合がある。

・推進剤

粉末になったアルミニウムは可燃物であり、粉塵爆発を起こす場合がある。

アルミニウム粉は燃焼熱が大きく、燃焼するときにガスを生じないため熱が集積して高温となり、強い白色の光を発する。

　これを利用して火薬類に発熱剤として添加される。

構成する物質の毒性が低く、従来の固体燃料ロケットよりも安定性、貯蔵性に優れる為、ロケット等の推進剤としても検討される。

スペースシャトルの固体燃料補助ロケットでも燃料として使用された。

　アルミニウム粉の性質は表面積の大きさによって左右されるため、等級は粒度ではなく重量当たりの表面積を示す水面拡散面積で表示される場合が多い。

　粒度で表示されるような粒の大きい物は粒状アルミニウム粉（アトマイズドアルミニウム粉）と呼んで区別することが多い。

・火工品（かこうひん）（火薬または爆薬を利用して爆発反応の生起、伝達、その他の目的に適合するように加工した製品）

　スラリー爆薬などの水湿状態の火薬に混ぜるとアルミニウムの表面で以下のような反応が起きて発熱し水素が発生する。

このため、アルミニウム粉の火災には水をかけることは禁忌である。

　テルミット反応は高熱と光を発する特徴があるので、軍事目的においては焼夷弾に利用されている。

　テルミットに火工品を添加して焼夷目的に特化したものをサーメートと呼ぶことがある。

＊焼夷弾（しょういだん、英語: incendiary bomb、incendiary ammunition）は、焼夷剤（発火性の薬剤）を装填した、爆弾・砲弾・銃弾である。

攻撃対象を焼き払うために使用する。

そのため、発生する爆風や飛散する破片で対象物を破壊する通常の爆弾と違い、焼夷弾は中に入っているもの（焼夷剤）が燃焼することで対象物を火災に追い込む。

ナノテルミットは"スーパーテルミット"とも呼ばれ、点火後高温の発熱反応を特徴とする一部の準安定分子間複合材(MICs)の通称である。

ナノテルミットはナノメータースケールで親密に混合された酸化剤と還元剤を含む。

ナノテルミットの材料を含むMICsは反応物質として軍用の推進剤や爆薬や火工品としての使用が検討されている。

MICsと従来のテルミットと区別するものは酸化剤と還元剤が従来の物が

酸化鉄とアルミニウムが微粉であるのに対しMICｓはナノ粒子であることである。

　これによってマイクロメーターサイズの粉末テルミットに対して劇的に反応性が増加する。

燃焼速度は低下するので従来のテルミットの大量輸送のメカニズムは

このスケールでは重要ではなく、反応は力学的に制御されより早くなる。

　歴史的に火工品や爆薬の用途では

従来のテルミットはエネルギー開放速度が遅いが故に限定的に留まっていた。

　しかしナノテルミットは原子レベルに近づく反応粒子によって創造されエネルギー開放速度は増加する。

MICsまたはスーパーテルミットは全体的に推進剤や爆薬や火工品として軍用として開発される。

高い反応速度によりナノテルミット材料はアメリカ軍でより強力な新型爆弾として研究されている。

ナノエネルギー物質は従来使用されて来たエネルギー物質よりも多くのエネルギーを貯蔵できるので放出するエネルギーを調節することで革新的な用途へ用いる事ができる。

　燃料気化爆弾はナノエネルギー物質の用途として検討されている。

1990年代初頭より軍用のナノサイズの物質の研究が始まった。

　殆んどのナノテルミット材料において鍵となるナノスケールまたは超微粒の(UFG)のアルミニウム粉の製造法は

ロスアラモス研究所のWayne DanenとSteve Sonが開発したダイナミック気相濃縮法である。

　類似の方法が海軍水上戦センターのインディアンヘッド部門で使用されている。

製造の重要な点は粒子のサイズを10ナノメートルでそろえて製造する能力である。

2002年にはナノサイズのアルミ粒子の製造に相当な努力が必要で商業的に入手材料は限られていたローレンス・リバモア国立研究所のRandall Simpson, Alexander Gash達が開発したゾルゲル法による方法は実際のナノスケールのエネルギー物質の混合物を作ることに使用できる。

工程に応じて異なる密度のMICを製造できる。多孔質で均一な製品が超臨界抽出法によってできる。

　ナノスケールの混合物は従来のテルミットよりも容易に着火する。

ニクロム線が使用される。

他に点火方法にレーザーパルスもある。

ロスアラモス研究所ではスーパーテルミット電気点火器が低電流点火と摩擦抵抗、衝撃、熱、静電気放電に競合して開発されている。

MICsは雷管や電気式点火器に含まれる鉛（スチフニン酸鉛・アジ化鉛）

を置換することが検討されている。

Al-Bi2O3を基にした組成が使用される傾向にある。

PETNが選択肢として加えられるかもしれない 。

MICsは改良することで爆発性も増加できる。

アルミニウムは通常、エネルギー収率を増加させるために火薬に加えられる。

アルミニウム粉末に少量のMICsを添加する事で全体の燃焼率が増加し、燃焼率改良剤として機能する。

　テルミット混合物の点火によるテルミット反応によって通常金属酸化物と金属が生成される。

混合物の成分によって一般的に反応中の温度により生成物は固体、液体、気体になる。

　LANLによって開発されたスーパーテルミット電気式点火器は他の焼夷弾や爆発物に点火する熱を出すために単純な火花、ホットスラッグ、液滴や炎を発する。