アンチモン（Sb）

アンチモン（Sb）は、金属と非金属の中間的性質を示す「半金属（metalloid）」として整理される元素であり、三酸化アンチモン（Sb2O3）を中心とする難燃助剤用途、鉛合金（鉛蓄電池・軸受・快削材）用途、III–V族化合物半導体（InSb, GaSb）用途など、材料機能の“縁の下”を支える役割が大きい元素である。一方で、鉱石（輝安鉱 Sb2S3）に由来する供給構造は地理的偏在が強く、政策・貿易・在庫の揺らぎが価格と供給安定性へ反映されやすいため、材料科学と資源・制度を同時に理解することが実務上重要である。

参考ドキュメント

• Royal Society of Chemistry（RSC）Periodic Table: Antimony（基本物性・概要） https://periodic-table.rsc.org/element/51/antimony
• USGS: Mineral Commodity Summaries 2025: Antimony（需給・鉱業統計・供給リスクの入口） https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2025/mcs2025-antimony.pdf
• JOGMEC（日本語）：鉱物資源マテリアルフロー 2024 アンチモン（Sb）（用途・国内需給・貿易統計の整理） https://mric.jogmec.go.jp/wp-content/uploads/2025/07/material_flow2024_Sb.pdf

1. 基本情報

項目	内容
元素名	アンチモン
元素記号 / 原子番号	Sb / 51
標準原子量	121.760…
族 / 周期 / ブロック	第15族 / 第5周期 / pブロック（典型元素）
電子配置	$[\mathrm{Kr}]4d^{10}5s^{2}5p^3$
常温常圧での状態	固体（半金属）
常温の結晶構造（代表）	A7型（菱面体；α-As型に類似する構造として扱われることが多い）
代表的な酸化数	$-3,+3,+5$（化合物で多様）
主要同位体（研究上重要）	${}^{121}\mathrm{Sb}$、${}^{123}\mathrm{Sb}$（ともに安定同位体）
代表的工業形態	三酸化アンチモン ${\mathrm{Sb}}_2{\mathrm{O}}_3$、金属Sb（地金・合金）、三硫化アンチモン ${\mathrm{Sb}}_2{\mathrm{S}}_3$、アンチモン化合物半導体（InSb, GaSb）

• 補足（アンチモンを元素として扱う際の要点）
  • Sbは「半導体に近い電子物性」と「合金で硬度・耐摩耗性を上げる冶金的性格」を同時に持ち、用途が化学（酸化物）と冶金（金属）に二分されやすい元素である。したがって需給・価格の議論では、Sb2O3（難燃・触媒・ガラス）と金属Sb（鉛電池・合金・材料）のどちらが支配しているかを分けて整理すると混乱が少ない。
  • 近年の相変化材料（Ge–Sb–Te 系）や化合物半導体（InSb/GaSb）により「電子材料の元素」としても語られるが、統計上のボリュームは依然として難燃助剤・合金用途が大きくなりやすい。研究用途の重要性と、産業ボリュームの大きさは一致しない場合がある点に注意が必要である。

2. 歴史

• 伝統的用途（合金・顔料・印刷金属）

  • Sbは古くから鉛や錫との合金として利用され、凝固収縮の低減や硬度向上といった“鋳造しやすさ”に価値があった。特に活字金属（type metal）の文脈では、寸法安定性と硬さを両立する合金元素として語られることが多い。
  • こうした用途は、Sbが単体として延性に乏しくても、合金元素としては機械的性質を強く動かせることを示している。材料史としては「脆い元素が、合金の中で役割を持つ」代表例である。

• 近代化学工業（酸化物としての機能材料）

  • 20世紀以降、三酸化アンチモン（Sb2O3）がハロゲン系難燃剤と組み合わせて樹脂の難燃性を高める助剤として普及し、Sbの需給構造を大きく規定してきた。ここでは元素Sbというより「酸化物粉体の機能」が市場を作っている。
  • さらにポリエステル（PET）重合触媒、ガラス清澄剤、顔料・摩擦材など、酸化物化学と粉体工学が結びつく用途が拡大し、Sbは“化学プロセスの中の必須助剤”として位置付けられるようになった。

• 電子材料（III–V族、相変化材料）への接続

  • InSbやGaSbは赤外・高速デバイスなどで重要な化合物半導体であり、Sbは第15族として結晶・バンド構造設計に関与する。量としては小さくても、機能材料の中での重要度は高い。
  • さらにGe–Sb–Te（GST）系は相変化記録材料として広く知られ、Sbは「アモルファス安定性」と「高速結晶化」を両立させる設計要素の一部として語られることが多い。

3. アンチモンを理解する

• 電子構造（5p電子と半金属的性質）

  • Sbは価電子が$5s^{2}5p^3$であり、第15族元素として共有結合性と金属結合性の中間を示しやすい。結果として電気伝導は金属ほど高くないが、絶縁体でもなく、半金属として整理される。
  • この中間性は、化合物形成（Sb(III)/Sb(V)）の多様さと、合金中での機械特性変化の大きさを同時に生みやすい。材料設計では「電子材料としてのSb」と「冶金元素としてのSb」を同じ言葉で語ると目的関数がずれるため、どちらの文脈かを明示するのが有効である。

• 酸化数（+3と+5、そして-3）

  • Sbは+3（Sb(III)）と+5（Sb(V)）が代表的で、酸化物（Sb2O3, Sb2O5）やハロゲン化物、オキソ酸塩など多様な化合物を作る。環境・毒性の評価では、この価数状態と化学種が挙動を大きく左右する。
  • 一方、III–V族半導体ではSbは形式的に-3として扱われ、InSb/GaSbのような結晶では共有結合的ネットワークの一部になる。酸化物化学と半導体化学で“同じSb”の見え方が変わる点が理解の入口になる。

• 合金元素としての役割（硬度・耐摩耗性・鋳造性）

  • SbをPbやSnなどに添加すると硬度が増し、耐摩耗性が向上し、凝固収縮が小さくなる方向に働くことが知られている。これは電池用グリッド材や軸受材料など、形状安定性と機械強度が要件となる用途で意味を持つ。
  • ただしSb単体は脆く、延性加工に向かないため、実装は多くの場合「合金中の微量〜中量添加」として行われる。合金系・熱履歴・不純物により性質が変わるため、材料規格と成分管理の設計が不可欠である。

4. 小話

• Sbはなぜ「半金属」と呼ばれるのか

  • Sbは外観は金属光沢を持つが、力学的には脆く、電気的にも金属ほど導電的ではない。こうした“金属らしさ”と“非金属らしさ”の同居が、半金属という分類の直感的な根拠である。
  • 実務上は分類そのものよりも、「酸化物粉体として使われるのか」「金属・合金として使われるのか」でプロセス・品質・規制が変わる点が重要になる。半金属という言葉は、その二面性を忘れないためのラベルとして有用である。

• GST（Ge–Sb–Te）でSbが出てくる理由

  • 相変化材料の議論では、SbはGeやTeと組み合わさり、アモルファス相の安定性と結晶化速度のバランス設計に関わる要素として登場する。材料の“速さ”と“安定性”の両立は記録材料の根幹であり、Sbはそのトレードオフ制御の一部である。
  • ただし、相変化材料のSb需要は機能として重要でも、全需給の主役（量）とは限らない場合が多い。研究上の重要性と資源制約の議論を接続する際は、用途のスケール感を明示するのが安全である。

5. 地球化学・産状

5.1 主な鉱石・鉱物形態

• 輝安鉱（stibnite）${\mathrm{Sb}}_2{\mathrm{S}}_3$
  • Sbの代表的鉱石は輝安鉱（Sb2S3）であり、これが一次供給の起点になりやすい。硫化鉱物として産するため、製錬では焙焼（酸化）と還元、あるいは湿式浸出など、硫黄を扱うプロセス設計が重要になる。
  • Sbは鉛・銅製錬の副産物から回収される場合もあり、単独鉱山だけでなく他金属の操業条件がSb供給へ波及する。資源評価では「主産物か副産物か」の区別が価格弾性を左右する。

5.2 鉱床と生成環境

• 熱水鉱脈型と多金属共生
  • Sb鉱床は熱水活動に伴う鉱脈型として語られることが多く、AuやHgなどと同じく“鉱床の地球化学的条件”が賦存に強く影響する。結果として地域偏在が強くなり、供給網の多様化が難しい局面が生じうる。
  • 産状が多金属共生であるほど副産物回収の余地も生まれるが、同時に不純物・有害元素の管理が難しくなる。製錬・精製段階での環境管理がコスト要因になりやすい。

5.3 地球表層化学との関係

• 硫化物と酸化物の境界
  • 鉱石としては硫化物が中心だが、工業製品としては酸化物（Sb2O3）が最大用途になりやすく、資源から製品までの形態変換が大きい元素である。つまり“地球化学的な姿”と“工業材料としての姿”が離れている。
  • このギャップは、プロセス（焙焼・精製）にエネルギーと環境対策を要求するという意味でも重要である。供給安定性は鉱量だけでなく、製錬・精製能力と規制適合性に依存する。

6. 採掘・製造・精錬・リサイクル

6.1 鉱石採掘と前処理

• 採掘と選鉱
  • Sb鉱石は硫化鉱として産することが多く、選鉱で硫化物精鉱として濃縮した上で製錬へ送られる。鉱石品位と不純物（As等）の含有は、製錬の難易度と環境対策コストを強く支配する。
  • 採掘の段階から、排水・尾鉱管理・粉じん対策が重要になる。Sbは化合物形態によって毒性・溶出挙動が変わりうるため、SDSや法規に沿った管理が前提条件である。

6.2 乾式法（焙焼→還元）

• 基本反応の見取り図
  • 工業的には乾式法が中心とされ、輝安鉱を酸化焙焼して三酸化アンチモン（Sb2O3）を得て、さらにコークス等で還元して金属Sbを得る流れで整理される。概念的には「硫化物→酸化物→金属」という二段階である。
  • 実操業では不純物除去のために酸化・還元工程を繰り返して高純度化することがあり、ここがコストと品質の分岐点になる。最終用途（難燃用Sb2O3か、地金Sbか）により品質要件が変わる。

6.3 湿式法（浸出→電解採取）

• 位置づけ
  • 鉱石をアルカリ溶液などで浸出し、電解採取で金属Sbを得る湿式法も存在する。湿式法は溶液化学と電気化学の設計問題であり、鉱石の反応性や不純物挙動が成否を分けやすい。
  • 乾式・湿式の選択は、鉱石性状、エネルギー価格、環境規制、設備制約の“同時最適化”として決まる。プロセス単体の効率だけでなく、排ガス・排水・残渣の処理まで含めて比較する必要がある。

6.4 リサイクル（回収源と限界）

• 回収の実際
  • Sbは鉛蓄電池や鉛合金、電子部材など多様な形で社会中に分散しており、回収は多くの場合「主金属（Pb等）のリサイクル工程の中での副次回収」として起きやすい。したがってSb単独の回収効率は、主金属側の回収システム成熟度に制約される。
  • 難燃用途のSb2O3は樹脂中に分散しているため、元素としての回収は容易ではない。循環を議論する場合は、材料分離（樹脂のケミカルリサイクル等）とSb回収の接続可能性まで含めて評価する必要がある。

6.5 安全・環境（研究・実装の前提）

• 粉体・化合物の管理
  • Sb2O3などSb化合物は粉体として扱われることが多く、吸入曝露や粉じん管理が重要である。研究室・工場ともにSDS、局所排気、保護具、廃棄のルールを優先するべきである。
  • 規制は国・用途で変化しうるため、最新の法規（化審法、安衛法、REACH等）と顧客要求（グリーン調達）を同時に満たす管理設計が求められる。

7. 物理化学的性質・特徴

7.1 熱・力学・輸送

値は純度、結晶欠陥、温度、測定法で変化する。材料として扱う際は「金属Sb」か「Sb化合物（粉体）」かで物性の意味が変わる点を明示する必要がある。

項目	値（代表値）	備考
融点	631 ℃	低融点側で、合金・製錬プロセス設計に効く
沸点	1587 ℃	蒸発・蒸着・高温挙動に関係する
密度	6.7 g cm${}^{-3}$	金属としては中密度域
外観・機械性	金属光沢だが脆い	展性・延性が小さく、割れやすい

• 補足
  • Sbは単体では脆いが、合金添加で硬度や耐摩耗性を上げる方向に働くため、“単体の機械性”と“合金元素としての機能”を分けて評価するのが実務的である。
  • 熱・電気輸送は半金属として中間的であり、電気伝導だけで材料価値が決まるタイプではない。むしろ化学形態（酸化物粉体）としての機能が市場を規定することが多い。

7.2 電子物性（半金属・半導体への接続）

項目	内容（要点）	備考
分類	半金属（metalloid）	金属光沢と中間的導電性が同居
半導体材料での役割	InSb/GaSb、Siのn型ドーピングなど	デバイスでは高純度・欠陥制御が鍵

• 補足
  • 化合物半導体としてのSbは結晶成長・欠陥・界面が支配因子になり、資源統計の議論（地金・酸化物）とは最適化の次元が変わる。研究テーマとしては同一元素でも、必要な評価軸が異なる点を意識すると設計がぶれにくい。

7.3 化学的安定性と酸化（加熱で酸化物へ）

• 酸化と酸化物生成
  • 金属Sbは常温では金属光沢を示しやすい一方、空気中で加熱すると融点以上で酸化が進み、粉末状の三酸化アンチモン（Sb2O3）を生成する。ここに「金属Sb」と「Sb2O3」が相互に行き来するプロセスの入口がある。
  • Sb2O3は難燃助剤や触媒などで最大用途になりやすく、酸化という現象が“製品形態”へ直結する点が特徴である。材料化学としては、表面反応と粉体形態の制御が性能に影響しやすい。

7.4 毒性・曝露（一般的注意）

• 研究・実装の注意点
  • Sb化合物は人体・環境影響が懸念されるものがあり、粉体を扱う場面では曝露管理が不可欠である。特にSb2O3は粉じんとして吸入曝露のリスク評価が重要になりやすい。
  • 具体的な危険有害性は化学種・粒径・結晶相・不純物で変わりうるため、一般論で安全を断定せず、必ずSDSと法規に基づいて運用するべきである。

8. 研究としての面白味

• 難燃の物理化学（助剤としての“働き方”）

  • Sb2O3は単独ではなくハロゲン系化合物と併用されることが多く、燃焼時のラジカル反応や揮発種生成を介して難燃性が発現するという“反応場の材料設計”が研究対象になりやすい。樹脂の種類、添加剤分散、熱分解経路が絡むため、反応工学と材料評価が自然に接続する。
  • 規制強化や非ハロゲン化の流れの中で、Sbの位置づけは変動しうる。代替材料や新規難燃設計が進むほど、Sbの需要構造が変化する可能性があり、材料研究が需給へ波及しうる題材である。

• 相変化材料（GST）とアモルファス科学

  • Ge–Sb–Te系はアモルファス相と結晶相の可逆変化を利用する典型例であり、Sbは相安定性や結晶化速度に関わる。ここでは局所構造、配位、結合性、欠陥が性能を決め、計算（DFT/AIMD）と計測（XAFS/Raman/電気測定）が強く結びつく。
  • 「高速」と「保持」の両立は、材料設計の普遍的なテーマである。Sbを含む相変化材料は、そのトレードオフを物理・化学の両面から扱える点で研究価値が高い。

• 化合物半導体（InSb/GaSb）とバンド工学

  • InSb/GaSbは赤外・高速デバイスで重要であり、結晶欠陥・界面・ドーピングが物性を支配する。Sbは第15族としてバンド構造とスピン軌道相互作用の議論にも接続しやすい。
  • 供給リスクの高い元素を含む電子材料では、材料性能だけでなく調達・トレーサビリティ・代替性が研究設計に入り込む。研究テーマの設計段階から“社会実装の制約条件”を明示できる点が面白味になる。

9. 応用例

9.1 材料設計の軸

• 難燃（Sb2O3）

  • Sb2O3は樹脂・ゴムへ添加され、難燃助剤として用いられることが多い。分散性、粒径、樹脂との相互作用が性能と加工性を同時に左右するため、粉体工学と高分子加工の接続が設計軸になる。
  • 規制動向によりハロゲン系難燃の位置づけが変わると、Sb2O3の需要も変動しうる。用途別に代替・削減の可能性を評価することが、供給安定性の観点でも重要である。

• 鉛蓄電池・合金（地金Sb）

  • 金属Sbは鉛蓄電池用合金や特殊鋼、減摩合金などで利用され、硬度・耐摩耗性・鋳造性を動かす元素として機能する。ここでは微量添加の組成管理が性能に直結し、分析と品質保証が重要になる。
  • ただし鉛系用途は環境規制と密接であり、用途の維持・変化が需給へ波及しやすい。材料設計は規制とリサイクルシステムの成熟度を同時に前提条件として持つ。

• 電子材料（InSb/GaSb、Siドーピング、GST）

  • Sbは化合物半導体や相変化材料など、機能が市場価値を決める領域で重要である。純度・欠陥・微細構造が支配的であり、供給の“量”より“品質”がボトルネックになりやすい。
  • 研究・開発では、材料データ（相図・欠陥・界面）とデバイス要求（速度・ノイズ・耐久）を往復して最適化する必要がある。元素としてのSbは、その接続点で登場する。

9.2 具体例

• 樹脂難燃助剤（Sb2O3）
  • ハロゲン系難燃剤と併用される難燃助剤として広く使われ、家電筐体、建材、電線被覆などで議論される。設計では難燃性だけでなく煙・腐食性ガス、機械特性、リサイクル適合性が同時に問われる。
• 鉛蓄電池・鉛合金
  • 鉛グリッド合金の成分調整や耐摩耗合金でSbが使われる。循環（鉛電池回収）と結びつく用途であり、リサイクル工程の副次回収の議論と接続しやすい。
• 相変化記録（GST）
  • Ge–Sb–Te系はDVD等の記録材料として知られ、Sbは高速書換えと安定性の設計要素として位置づけられる。相変化の物理（熱・相転移）と材料化学（局所構造）が直結する。

10. 地政学・政策・規制

• 資源偏在と供給集中

  • Sbの埋蔵量・生産は国別偏在が大きく、特に中国の比重が高いことがしばしば指摘される。供給集中が強い元素では、鉱山操業だけでなく輸出管理、精製能力、物流が価格と供給の主因になりやすい。
  • 日本の調達では、地金SbやSb2O3の輸入相手国構成を把握し、在庫・代替・複数調達先の設計を組み合わせることが重要になる。材料設計だけでなくサプライ設計が技術要件になる。

• 輸出管理・貿易制約の影響

  • 重要鉱物では輸出規制や通関管理の強化が供給不確実性を増幅しうる。Sbも例外ではなく、政策動向が短期の需給・価格へ反映されやすい構造を持つ。
  • 研究・製品開発の段階でも、元素置換、使用量削減、リサイクル適合設計など“供給制約に対する設計”が求められる。供給リスクを無視した材料最適化は、実装段階で破綻しうる。

• 国内視点（日本の需給・貿易統計の読み方）

  • 日本国内の需給は輸入と在庫の影響を受けやすく、統計では地金Sb、Sb2O3、硫化物など「品目別」に動きを追う必要がある。用途（難燃・触媒・合金・電子材料）と品目（酸化物・地金・硫化物）を対応づけると、需給変化の原因が見えやすい。
  • 国内の資源外交・備蓄・調達ガイドラインの文脈では、Sbは“置換しにくい用途が残る元素”として扱われやすい。したがって材料研究は、代替・低減の実現可能性を定量化できるほど価値が上がる。

まとめと展望

アンチモンは、Sb2O3としての難燃助剤・触媒・ガラス用途と、金属Sbとしての鉛合金・特殊鋼用途、さらにInSb/GaSbやGSTなど電子材料用途を併せ持つ「二面性の強い元素」である。今後は供給集中と政策リスクの影響が続く可能性があるため、材料開発では機能最適化だけでなく、代替・使用量削減・循環適合・複数調達先の設計を含む“実装設計”が一体として重要になると見込まれる。

参考文献

• Royal Society of Chemistry（RSC）Periodic Table: Antimony https://periodic-table.rsc.org/element/51/antimony
• USGS: Mineral Commodity Summaries 2025: Antimony https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2025/mcs2025-antimony.pdf
• JOGMEC（日本語）：鉱物資源マテリアルフロー 2024 アンチモン（Sb） https://mric.jogmec.go.jp/wp-content/uploads/2025/07/material_flow2024_Sb.pdf
• WebElements: Antimony（基礎物性・同位体などの整理に有用） https://www.webelements.com/antimony/