5.3.

亜鉛・鉛製品

まず初めに、亜鉛製品や鉛製品の世界の用途別需要構成を把握することから始める。
世界の用途別亜鉛需要を図 5-3-1、日本の用途別亜鉛需要について図 5-3-2 に示す。

世界の用途別亜鉛需要（2018年）

日本の用途別亜鉛需要（2018年）

無機薬品 亜鉛板 その他
1%
3%
7%
溶融めっ
き
37%

ダイカス
ト
18%

無機薬 亜鉛板 その他
品
3%
1%
8%
ダイカスト
14%

伸銅品
13%

伸銅品
12%

一般めっき
22%

溶融
めっき
45%

一般
めっき
16%

（出典）中国有色金属工業年鑑、（出典）「鉱山」および WBMS 情報に基づき「鉱山」および WBMS 情報に基づき MERIJ 作成

MERIJ 作成

図 5-3-1

図 5-3-2

世界の用途別亜鉛需要

日本の用途別亜鉛需要（2018 年）

（2018 年）

亜鉛用途は、世界および日本ほぼ同様に溶融亜鉛めっき、電気亜鉛めっき、伸銅品、ダイカスト、化成品（無機薬品および電池材料）が主な用途となっている。
次に、鉛用途について概観するが、過去においては亜鉛同様の広範な用途があったが、鉛には生態毒性があるとして国際的に鉛フリー化に傾向していることもあり、足元の用途
は 80%が鉛バッテリー、残り 20%の用途に鉛板材、弾丸、はんだおよび無機薬品（ガラス
添加剤、顔料）に限定的に使用されている。では、亜鉛と鉛の用途詳細について紹介する。
5.3.1.

亜鉛めっき

冒頭で取り上げた、世界の用途別亜鉛需要（図 5-3-1）および日本の用途別亜鉛需要（図 5-3-2）によれば、亜鉛の主要用途は溶融亜鉛めっきと一般めっきで、全用途の約60%を占めている。なぜめっき用途に亜鉛が好まれて使用されるのか、表 5-3-1-1 に示す
酸化還元電位列で亜鉛（めっき材）と鋳鉄・炭素鋼（めっき対象物）に着目して説明する。

187
187

表 5-3-1-1
金属・合金

代表的な酸化還元電位列（電解質水溶液中）電位（V vs SCE）

異種金属接触時の性格

マグネシウム-1.50（Anode・電子放出・酸化側）

亜鉛

-1.03

腐食側

アルミニウム

-0.94

カドミウム

-0.70

鋳鉄・炭素鋼-0.61

SUS430（活性態）-0.57

SUS304（活性態）-0.53

SUS410（活性態）

-0.52

鉛

-0.50

錫

-0.42

（水素 pH7、25℃）

-0.41

銅

-0.36

SUS430（不動態）

-0.22

ニッケル

-0.20

SUS316（活性態）

-0.18

インコネル

-0.17

SUS410（不動態）

-0.15

銀

-0.13

チタン（高純度）-0.10

SUS304（不動態）-0.08

SUS316（不動態）-0.05

ジルコニウム

0.04

黒鉛

0.25

防食側

白金

0.26

（Cathode・電子受取・還元側）（注）Cathode は電池反応では陽極、電解槽では陰極を指す言葉（出典）基準電極利用実測データを MERIJ がとりまとめ作成、水素のみ計算値

めっき材として求められる能力は主に 2 つで、犠牲防蝕作用と保護皮膜作用である。犠牲防蝕作用は、保護対象物より先に溶け出して電気的に保護する作用であり、表 5-3-1-1
でいえば保護対象物よりも上位にある元素種に可能性があると言える。保護皮膜作用とは、めっき表面に空気や水を通しにくい不働態被膜を形成し、めっき材自身も錆びにくくする作用である。改めてめっき材料としての適用可能性を検討するが、基本的にはイオン化傾向によるもので表 5-3-1-1 の酸化還元電位列のマグネシウムより上位にある元素種リ
188
188

チウム、カリウム、カルシウム、ナトリウム等も候補になり得そうであるが、あまりにも酸化反応が早すぎて溶脱するためめっき材には全く不適切である。マグネシウムは単体では上位元素同様に溶脱するため対象外となるが、合金めっき材用途があるため敢えて表中に残している。不働態被膜は亜鉛、アルミニウム、カドミウムでは形成するものの、アルミニウムは鉄系母材が露出した際に犠牲防蝕作用が発揮できないことがわかっている。よって技術的側面からめっき材候補となり得るのは亜鉛とカドミウムとなる。ただし、カド
ミウムは生態毒性が認められており、めっきが広範で使用される用途のため拡散する可能性があり環境側面から不適切とみなされ、結果唯一のめっき材候補として亜鉛が不動の地位を築いている。亜鉛がめっき材として最適であることが分かったところで本題に入る。
(1) 溶融亜鉛めっき（Hot Dip Galvanizing）
別名ドブづ けと呼ばれ るように、 高温（440℃以上が推奨される）の亜鉛の浴に対象製品を浸けて皮膜形成するため、対象製品が熱変形する可能性を承知の上で利用する必要がある。主に屋外鋼構造物に利用され、
電力鉄塔、通信鉄塔、ガードレール、道路照
明支柱、鉄道軌道部品、自動車ボディ、太陽
光支柱、手すりサポート、亜鉛めっき鉄筋等と用途の幅が極めて広い。写真 5-3-1-1 に溶
融亜鉛めっきの施工事例を示す。

（出典）ILZDA HP

写真 5-3-1-1

溶融亜鉛めっきのガードレールへの施工事例

溶融亜鉛めっきにおける耐腐食性の高さは対象物との密着性と犠牲防蝕機能を発揮できるだけの厚さが大きな要素である。図 5-3-1-1 に溶融亜鉛めっきの構造断面を示すが、溶融亜鉛めっきに対象物の鉄が反応し、全 4 層の漸移構造となっていることが密着性を高くし、表面の純亜鉛層（Eta layer）のごく表面に不動態被膜が形成され、より内側の純亜鉛層の腐食が抑制される。万一不動態被膜が物（出典）David William Evans (2014)および ILZDA ヒアリング情報

図 5-3-1-1

溶融亜鉛めっきの構造断面（鋼構造物用厚膜の事例）
189
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理的に剥がれたとしても、即座に内側の純亜鉛層表面にまた亜鉛の腐食生成物である動態被膜が再形成されるため、層が厚いほど長期耐久性に優れることが理解できる。
なお、溶融亜鉛めっき材には蒸留亜鉛（Prime Western：PW）が良く使用されている。溶融亜鉛めっき用インゴットはジャンボ塊と呼ばれ写真 5-3-1-2 に示すような形状である。

（出典）Hindustan Zinc Limited HP

写真 5-3-1-2

Prime Western (PW)

製品（ジャンボ塊）

自動車ボディ等に使用する溶融亜鉛めっき鋼板は、使用される部位によって鋼板の厚みが 0.65～1.6mm 程度の幅を持っているため、溶融亜鉛めっき層厚が同じであっても目付量
が 1.0～2.4%まで振れる。溶融亜鉛めっき厚は 8～20μm 程度が一般的で、図 5-3-1-1 で示した鉄-亜鉛漸移層（Zeta layer と Delta layer）が薄くなっていることが特徴である。
自動車ボディの構造と鋼板重量配分や製造会社での鉄と亜鉛の使用量比率など広範な情報から導かれた自動車用亜鉛めっき鋼板の平均的な目付量は表 5-3-1-2 で示す自動車構造
部（フレーム系・外板系）の一般的な構造材構成情報から約 1.4%と算出された。
表 5-3-1-2

自動車構造部（フレーム系・外板系）の一般的な構成

高張力鋼板

鋼板厚

鋼板重量

部位重量

規格

（mm）

（kg/m2）（Kg/台）

980Mpa

1.60

12.56

40

0.010

0.38

590MPa

1.30

10.21

100

0.012

1.18

440MPa

1.40

10.99

60

0.011

0.66

340MPa

0.65

5.10

60

0.024

1.41

260

0.014

3.62

合計

亜鉛目付量

亜鉛重量
（kg/台）（出典）NEDO

溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインを模式的に示すと図 5-3-1-2 のようになる。基本的にリールやロールを利用した連続式で、焼鈍炉で予熱された HOT ROLL COIL 母材を溶融亜鉛浴に漬け、その後に直上に設けられた強度が自在に変更可能な窒素ガススプレーを左右から噴射して、その強度の違いで亜鉛めっき厚を調整し溶融亜鉛めっき鋼板としている。
190
190

自動車用溶融亜鉛めっき鋼板には「プレス成形性」、「溶接性」、「塗装耐食性」が求められるが、これら全てに及第点となる鋼板製造技術にはかなりのノウハウが必要である。さらに、表 5-3-1-2 で記載のとおり、自動車用鋼板は高張力鋼板（ハイテン）化が進んでいるが、ここにもさらなる技術課題がある。ハイテン材で最も注意すべきは水素脆化対策である。
水素脆化対策としては製造過程で水素を内在化していたら新たな侵入を防止できたとしても遅れ破壊が起こる可能性が高いのであらかじめ水素侵入を防ぐ、侵入していたら追い出すなどしつつ亜鉛め（出典）新日鐵作成図をベースにっきを行うこととなる。もちろん水素のASIAN COLOUR COATED ISPAT LTD.情報で MERIJ 修正

図 5-3-1-2

侵入の可能性が高くなる電気亜鉛めっき

溶融亜鉛めっき鋼板の製造ライン模式図

ではなく溶融亜鉛めっきが最適解となると考える。

低炭素化社会推進のために車体重量の軽量化は世界的な潮流であり、炭素繊維やナノセ
ルロース等軽量材料の開発も進んでいるが、まだ再資源化性に課題がある。高い再資源化を実現している鉄と亜鉛で構成される高強度ハイテン材使用車が一般化するものと考える。
(2) 電気亜鉛めっき（Electro Galvanizing）
電気亜鉛めっきは電解溶液中で通電可能な対象物をカソード（この場合は陰極）とし、通電量に応じた亜鉛析出量コントロールにより、薄膜めっき層を形成することが可能である。
他の手法に比べると亜鉛使用量が少なく経済的でまたほぼ常温（15～35℃）での加工であるため製品の熱応力変形（歪み、反り、割れ、残留応力等）の心配がなく、自動車部品、通信機器、コンピュータ部品等の精度が必要な用途に使用される。ただし、溶融亜鉛めっきに比して薄膜であるため屋外等の厳しい腐食環境下には不向きである。電気亜鉛めっき用の亜鉛材料は LME Grade（Zn:99.995%以上）の高純度亜鉛地金 Special High Grade（SHG）
である。

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写真 5-3-1-3 および写真 5-3-1-4 で電気亜鉛めっき例を示す。

左：カーステレオ＆CD ケース、右：通信基板ケース（出典）Magnum MI Steel Pvt.Ltd.(India) 社製商品サンプル
写真 5-3-1-3

電気亜鉛めっき例

左：ドアロックロッド、右：ドアロック鍵部（注）右のドアロック鍵部は環境耐性が必要な部位のため表面はクロメート加工（出典）Automotive Components Technology India Pvt.Ltd.(India)

写真 5-3-1-4

電気亜鉛めっき例

これまで、溶融亜鉛めっきと電気亜鉛めっきについて説明したが、これらの手法以外に
亜鉛溶射や亜鉛末塗装による防錆加工法もある。コストと耐久性を検討しながらの亜鉛コート技術選定が必要となるが、表 5-3-1-3 に亜鉛の被覆方法とその用途および被覆厚みの関係についてまとめたので活用願いたい。

192
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表 5-3-1-3
方法

亜鉛の被覆方法と被覆厚みの関係

素 材
異形鉄筋

めっき厚み（μｍ）
77～166

付着量(g/m2)
550～1,200

45～70
35～75
75～100
12～35
8～20
5～25
2～8
75～12510～35

320～500
250～540
540～72080～25060～14035～18015～60
540～900
70～25075～125

構造物
溶融亜鉛めっき

電気亜鉛めっき
亜鉛溶射
亜鉛末塗装 1 コート（注）1μｍ≒7.2g/m2

5.3.2.

ボルト・ナット
取付け金具
管
線
亜鉛鉄板
一般製品
鉄板
一般
一般

540～900（出典）日本溶融亜鉛鍍金協会 HP、防錆防食技術発表大会講演情報より MERIJ 作成

伸銅品（銅・亜鉛合金）

伸銅品は書いて字の如く銅合金であるが合金の種類および用途は多種多様である。
JIS 製品種一覧表では、銅やニッケルなどの金属含有率は幅を持ちながらも決まった数
値で規定されているが、亜鉛についてはバランス量見合いの残部と表記さている。残念ながらその他の不純物質量を把握することができないため、亜鉛の含有量については JIS 製品種一覧表同様に残部の標記を踏襲した。亜鉛含有の認められる伸銅品を抽出し、一覧表としたものを表 5-3-2-1 で示す。
表 5-3-2-1
旧称

JIS 製品種

伸銅品 JIS 製品種一覧表
Cu

Zn

Pb

Fe

Ni

雷管用銅

C2051

98.0～99.0

残部

≦0.05

≦0.05

-

丹銅

C2100～C2400

78.5～96.0

残部

≦0.05

≦0.05

-

黄銅

C2600～C2801

59.0～71.5

残部≦0.05～0.1≦0.05,0.07-

ニップル用黄銅C3501

60.0～64.0

残部

0.7～1.7≦0.20-

快削鍛造用黄銅

C3560～C3771

57.0～64.0

残部

0.25～4.5≦0.1～0.8-

ネバール黄銅C4621～Ｃ4641

59.0～64.0

残部≦0.2～0.5≦0.1～0.2-

復水器用黄銅C4430,6870～6872

70.0～79.0

残部

≦0.05

≦0.05

0.2～1.0

楽器弁用黄銅C6711, C6712

58.0～65.0

残部

0.1～1.0

-

-

高力黄銅

C6782～Ｃ6783

55.0～60.5

残部

≦0.5

0.1～1.5-

洋白

C7351～C7541

60.0～75.0

残部

≦0.10

≦0.25

8.5～19.5

ばね用洋白

C7701

54.0～58.0

残部

≦0.10

≦0.25

16.5～19.5

快削洋白

C7941

60.0～64.0

残部

0.8～1.8≦0.25

16.5～19.5（出典）日本伸銅協会 HP より MERIJ 作成

193
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表 5-3-2-1 に示した製品種ごとの主要用途については、旧来の呼称である旧称を左欄に標記したことでほぼ理解ができる。旧称でもわかりにくい製品について補足すると、丹銅や黄銅については、ラジエター用、スナップボタン、カメラ用、魔法瓶、配線金具、スイッチ端子、金属雑貨、時計用文字盤、建築用、装身具用、化粧ケース、家具絞り加工用、ファスナ
ー、薬きょう等である。また、ネバール黄銅には約 1%の錫(Sn）を添加することで耐海水性を得て船舶部品やシャフトに使用される。高力黄銅は微量のアルミニウム（Al）とマンガン（Mn）を添加することで耐食性、靭性、耐摩耗性を得て主に軸受け材として使用されている。洋白についてはニッケル（Ni）を合金となる量程度を添加することで、非磁性材でありながら耐食性やばね性を得ることで、電子通信系部品である、水晶振動子、シールドケー
ス、コネクター、リレー、スイッチ、医療機器、洋食器、装飾品、建築用途などに幅広く使用される合金となっている。
5.3.3.

ダイカスト

ここでは亜鉛合金ダイカストについて紹介する。ダイカストは金型鋳造によって高い寸法精度の鋳物を大量生産する鋳造方式のことである。これは亜鉛の融点が低いこと、寸法精度を出しやすい開削性、耐衝撃性等の利点から真鍮等の銅亜鉛合金や亜鉛アルミニウム合
金他多種多様な品種がある。用途も多種多様で、ガスレギュレータ、キャブレター、燃料ポ
ンプ、事務機用ハウジング、自動車部品、ピストン製造、冷蔵庫部品、調理器具、時計、カメラ、光学機器、航空機部品、兵器パーツ、家庭用ユーティリティ、ファッションアクセサ
リー、靴型製造他がある。
前項の伸銅品で銅亜鉛合金の特性については触れてきたので、本項では亜鉛アルミニウ
ム合金にフォーカスして説明を加えることとする。
亜鉛アルミニウム合金の成分について各国で基準があるものの、国際的に使用される
ZAMAK 系列と ZA 系列を取り上げて説明する。日本で最も広く使用されている ZDC2 という材料があるがこれは国際的には ZAMAK-3 という名称で流通しているもので、インドにおいても 85%を占めるなど国際的にもダイカスト材の大半を占める材料となっている。
表 5-3-3-1 にアルミニウム 4%合金材料を示すが、ZAMAK-2 と ZAMAK-3 を比較すると
ZAMAK-2 の銅含有量が高いことがわかる。この銅増加効果で強度と硬度が ZAMAK 合金
中では最高値となるが、再資源化を考えると銅成分の違いが顕著なため他の開削屑と分別した回収が必要である。表中の ZAMAK-5 は引張強度、ZAMAK-7 は高い延性が特徴であ
る。

194
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表 5-3-3-1

亜鉛アルミニウム合金（アルミニウム 4%合金）

ZAMAK-2

ZAMAK-3

ZAMAK-5

ZAMAK-7

Zn

92.5 – 94.0

95.3 – 96.2

94.3 – 95.7

95.3 – 96.2

Al

3.50 – 4.30

3.50 – 4.30

3.50 – 4.30

3.50 – 4.30

Cu

2.50 – 3.00

0.25

0.75 – 1.25

0.25

Mg

0.02 – 0.05

0.02 – 0.05

0.03 – 0.08

0.005 – 0.02

Fe

0.100 Max

0.100 Max

0.100 Max

0.075 MaxPb

0.005 Max

0.005 Max

0.005 Max

0.003 Max

Cd

0.004 Max

0.004 Max

0.004 Max

0.002 MaxSn

0.003 Max

0.003 Max

0.003 Max

0.001 Max

Ni

-

-

-

0.005 – 0.02
（出典）各種文献より MERIJ 作成

ZAMAK 合金は主にホットチャンバー方式（溶解炉鋳造機一体型）で使用される。その亜鉛含有量の高さにより溶湯温度が安定し、流動性が高く低圧力で圧入できるため金型への負担も少なく、鋳造サイクルの短い小型製品鋳造に向いている。
次に、表 5-3-3-2 にて特殊グレード品を示す。
具体的には、アルミニウム含有量の高い ZA 合金と銅含有量を高めた ACuZinc5 であるが、前出の ZAMAK 合金と比して高強度が特徴である。
表 5-3-3-2

亜鉛アルミニウム合金（特殊グレード）

ZA-8

ZA-12

ZA-27

ACuZinc5Zn89.8 – 91.2

87.1 – 89.0

69.4 – 73.0

90.6 – 92.2

Al

8.00 – 8.80

10.5 – 11.5

25.0 – 28.0

2.80 – 3.30

Cu

0.80 – 1.30

0.50 – 1.25

2.00 – 2.50

5.00 – 6.00

Mg

0.015 – 0.03

0.01 – 0.03

0.01 – 0.02

0.025 – 0.05

Fe

0.075 Max

0.080 Max

0.075 Max

0.075 MaxPb

0.006 Max

0.003 Max

0.006 Max

0.005 Max

Cd

0.006 Max

0.002 Max

0.006 Max

0.004 MaxSn

0.003 Max

0.002 Max

0.003 Max

0.003 Max

（出典）各種文献より MERIJ 作成

195
195

ZA-8 はこれら特殊グレード品の中で唯一ホットチャンバー・ダイカスト用亜鉛合金とできるため、強度の求められる鋳造サイクルの短い
小型製品鋳造で重用される。
ZA-12 は強度、高度、安定性全て兼ね備えた合金で通信機器、電子機器等に利用される。ZA27 は高強度で最軽量、ACuZinc5 は優れたベアリング特性に特徴がある。

（出典）ILZDA HP

このように亜鉛アルミニウム合金はその混合比と他成分の混入率でさまざまな特性を引き出

写真 5-3-3-1

インドでのダイカスト品の一例

して使用することができる。ダイカスト製品が廃棄されるときには、含有成分が明らかに乖離している合金の混入がなければ、足りない成分の添加によって合金成分調整が可能なため、非常にリサイクル性にも優れた製品と言える。
5.3.4.

無機薬品

前項まで、めっき、伸銅品、ダイカストについてまとめたが、亜鉛のみが対象であった。無機薬品については、鉛もごくわずかではあるがガラス添加剤、顔料としての用途があるため後段で扱うこととする。
(1) 亜鉛化成品
無機薬品の中での主力用途は、亜鉛化成品である。亜鉛化成品の代表格は写真 5-3-4-1に示すような酸化亜鉛であり白色の粉末状結晶で、亜鉛の蒸気を酸素と反応させることにより製造される。一般的な用途は、顔料、塗料、ゴム加硫促進助剤、ガラス添加剤、陶磁器、医薬品、化粧品、電子材料、バリスタなどである。
（出典）三井金属鉱業 HP

写真 5-3-4-1

亜鉛化成品の一例

酸化亜鉛の主要用途は、顔料や塗料である。酸化亜鉛塗料には防錆皮膜効果があり、ジン
クリッチペイント等の呼称で、溶融亜鉛めっき不めっき部や補修用での使用が多い。特にインドでは溶融亜鉛めっき鋼板自体が普及していないため、自動車ボディ用の酸化亜鉛塗料
196196

は重要な防錆手段となっている。また酸化亜鉛は医薬品分野での用途もある。亜鉛は細胞分裂に欠かせない元素であることは一般常識化しているが、傷の組織を収縮させたり炎症を和らげたり、傷を保護し腐敗するのを防いだりとさまざまな医薬効果が確認されている。このような知見から、擦り傷等でよく使われる皮膚外用薬軟膏の主成分は酸化亜鉛であり医薬品で最も使用量が多い。その他、ポラプレジンクのように胃潰瘍の治療薬などの内服薬の構成材料や医薬品ではないもののサプリメントとなるケース等様々な用途がある。
(2) 鉛化成品
鉛化成品は顔料やガラスの添加剤にわずかに用途が残る程度である。顔料は油絵具の白
色用鉛白（塩基性炭酸鉛）、ガラスの添加剤はクリスタルガラス用である。かつてはブラウ
ン管ガラス用途が大半を占めたが、薄型 TV 化や RoHS 指令による鉛使用忌避の動きで激減しており、顔料用途、ガラス添加剤用途共に、酸化亜鉛、酸化チタン、バリウム化合物等への代替が進んでおり、近い将来鉛化成品の使用量がゼロとなる可能性が高い。
5.3.5.

電池(1) 亜鉛
亜鉛は電池材料として 100 年以上にわたり使用し続けられており、亜鉛マンガン電池からはじまり、亜鉛銀電池、塩化亜鉛電池、カーボン亜鉛電池、ニッケル亜鉛電池、空気亜鉛電池等多岐にわたる。実際には、乾電池、マンガン電池、アルカリ電池などで主に負極材料として使用される。ただし、これら亜鉛を負極材とした電池は充電すると負極から正極に向けてフラクタルの原理で成長する樹枝状結晶（デンドライト）が生じ短絡することがあるため適さないとされ、主に一次電池用として使用されることが多く、リサイクル対象とすべき短命な亜鉛用途となっている。
世界的にも電池材料向けでの亜鉛用途は非常に低い状況となっているのは前述のよ
うに二次電池に亜鉛が向かないためであるが、最近になりリチウムイオン二次電池の使用金属につき資源制約問題等が顕在化してきたことで、かつて二次電池には向かないと諦めていた亜鉛の二次電池利用の課題解決に取り組む動きがある。具体的にはデンドラ
イト抑制技術や充放電に耐える触媒開発等である。これらの解決課題がクリアできれば、
足元最も効率の良いリチウムイオン電池の理論限界値の約 2 倍に相当する高い重量エ
ネルギー密度（約 1,370Wh/kg：理論値）を持つ空気亜鉛二次電池が実現できる。実用レベルでも LIB：250 Wh/kg に対し、空気亜鉛二次電池：500 Wh/kg（NEDO）と約 2倍と予測される。仮に、空気亜鉛電池が普及するようなこととなると、写真 5-3-5-1 に示すような亜鉛原料が負極材料として使用され（正極材はなく空気中の酸素が担う）、亜鉛
197
197

消費量が増大する可能性もあるため技術動向の注視が必要である。

（出典）三井金属鉱業 HP

写真 5-3-5-1

電池用亜鉛粉 MF ジンセル®（左）、電解亜鉛箔（右）(2) 鉛
鉛の主要用途は全用途の約 80%を占める鉛バッテリーである。鉛自体の毒性を除けば、極めて安全で安定した反応で充放電が可能で、端子部の添加材料のアンチモン（Sb）を含め、鉛製錬におけるリサイクルではほぼ 100%の再生が可能な電池材料である。
少々脱線するが、鉛バッテリーのリサイクル性の高さは、鉛バッテリーの構造や電池反応を理解するとわかるので、少々お付き合い願う。
鉛バッテリーは、陽極：二酸化鉛板（PbO2）、陰極：鉛板（Pb）、電解液：希硫酸（H2SO4）という極めて単純な構成である。
バッテリーを使用する放電時の化学反応を示すと、
正極側：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e

→ PbSO4 + 2H2O（+1.685V）

負極側（積極的酸化反応）：Pb + SO42-→ PbSO4 + 2e-（-0.420V）

要するに、陽極（PbO2）には放電時に硫酸鉛が付着し、陰極（Pb）も同様に放電時に硫酸鉛が付着するという単純な化学反応である。
反対に、バッテリーに蓄電する充電時の化学反応を総括的に示すと、正極側 PbSO4 + 負極側 PbSO4 + 2H2O

→

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正極 PbO2 + 負極 Pb + 電解液 2H2 SO4

要するに、充電時には硫酸鉛が溶解して陽極（PbO2）と陰極（Pb）に戻る反応となる。また電解質に着目すれば、硫酸は放電時に水になり、充電時に希硫酸に戻る反応である。これらの反応は他の二次電池反応と異なり、放電しきらない状態で再充電を行ってもメモリー効果は表れない。むしろ過放電でサルフェーションを起こす（付着した硫酸鉛が充電時に溶解しきらない）ことが充電量低下の主原因なのでむしろこまめに充電する方が良い。
鉛バッテリーの言及すべき重要な特徴は、陽極の二酸化鉛の電気伝導性が極めて良好なことである。電気伝導率の逆数である電気抵抗率で示すと二酸化鉛は 40～50×10－6 Ω cm
であり、水銀 96.1×10－6 Ω cm や黒鉛 1,375×10－6 Ω cm より電気伝導性が良いのである。
大抵の金属は酸化物となると電気抵抗が高くなると共に発熱しやすくなり、電気伝導率が低くなるのが一般的である。二酸化鉛はいくつかの結晶構造を持つことができるが、電池製造時に鉛金属結晶と同じ結晶構造 Fm3m [225]とできるため、自由電子が動きやすい形態が維持され、電気伝導性が極めて良好なのである。
冒頭の化学反応式の右端に電圧を付したが、これは電極電位でありこの差分が単セル当たりの起電力となる。理解しやすいように、鉛バッテリーの単セルイメージを図 5-3-5-1に示す。

（出典）MERIJ 作成

図 5-3-5-1

鉛バッテリーの単セルイメージ（出典）古河電池 HP

写真 5-3-5-2

自動車用

鉛蓄電池の一例
鉛バッテリー単セルあたりの公称電圧：2.105V は写真 5-3-5-2 に示す通り正極側起電力:+1.685V と負極側起電力:-0.420V の電極電位差の和である。
写真 5-3-5-1 に自動車用鉛バッテリーを例示するが、直列に 6 セル繋いだ約 12.6V の仕様となっている。蛇足ながら、充電装置オルタネーターの IC レギュレーターの調整電圧は鉛バッテリー起電力（約 12.6V）を超える 13.6～14.4V が適正範囲である。
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鉛バッテリーは質量エネルギー密度が低いというデメリットはあるが、体積エネルギー
密度は高く場所を取らないというメリットがある。これは定置型ではまだまだ活用余地があることを意味する。また鉛バッテリーの重要なポイントは、単一元素種で正極と負極双方を担うことができる極めて安全な二次電池であるということである。これが再資源化性の高さの根源であり、鉛バッテリーを今後も社会が利用し続けて欲しいものである。
5.3.6.

はんだ

はんだは主に電子基板に実装する電子部品類の接合用に使用されるが、鉛には生態毒性があるとして欧州圏を中心に国際的に鉛フリー化に傾向している。しかしながら、はんだに求められる性能面では鉛はんだを凌駕する鉛フリーはんだは未だに開発できておらず、航空、宇宙、軍事、身近なところでは電車等の高度な信頼性が求められる分野では鉛はんだが現在でも使用されている。
はんだには鉛はんだと鉛フリーはんだがあるが、まず鉛フリーはんだについて述べる。
JIS 規格で 30 種（2019 年 12 月現在）あるが、錫（Sn）をベースにしたものがほとんどであり、亜鉛を含むものは 2 種（Sn91Zn9 および Sn89Zn8Bi3）のみである。また、主流となっているのは Sn-Cu 系であり、亜鉛の用途としてはんだを取り上げることはほぼ無意味な状況であるため、鉛はんだについてのみ本項目では取り扱うこととする。
鉛はんだは別名共晶はんだと呼ばれ、JIS 規格では 19 種（今後増える可能性は低い）あり、鉛含有率は 3～97%まで幅広いラインナップとなっている。共晶はんだが鉛フリーはんだに対して優位な点はいくつもある。例えば、融点が約 183℃であり、鉛フリーはんだ
融点の平均値 217℃より 30℃以上低温で扱えるため基板や部品を傷めないことや濡れ性に優れ密着性が高く、振動や腐食に耐性があることが代表的な点である。前項の鉛バッテリ
ーの所で触れた酸化物となっても電気伝導率の低下が限定的であることも、例えはんだが酸化したとしても導電性が維持されることとなるので重要な要素と言える。
今後、鉛フリーはんだ化は一段と進展するものと考えるが、前述のような高度な信頼性を求める分野で必要な性能特性が代替できるはんだ材料が開発されるまでは用途限定ではあるものの継続使用されるものと考える。
［まとめ］
日本においては、銅、鉛、亜鉛の製錬プロセスが有機的に結ばれており、例え電子基板
類に鉛はんだが使用され続けたとしても回収が可能なネットワークがある。前項の鉛バッ
テリーを含め用途を限定して使用され始めているが、再資源化の観点ではむしろありがたい流れである。また、さまざまな機能性を有する鉛が、限定的な用途範囲であっても継続

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的に使用する方が、代替材の資源調達等で新たな環境破壊を起こす可能性を低減できると考えることもできる。
鉛用途はリサイクル製錬対象物全体から見れば数量的にはごくわずかではあるが、かつての広範な用途のために、各種有用金属回収後に鉛回収は必ず行わねばならない状況にある。
日本における銅、鉛、亜鉛の製錬プロセスネットワークは、日本の強みであるリサイク
ル製錬を継続させる最後の砦なので、将来的にも存続できるよう国を挙げて取り組んでいかねばならない。

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