鉱物資源マテリアルフロー 2016

30.ケイ素 (Si)

1 需給動向1-1.世界の需給動向
ケイ素（Siliconシリコン）は、酸素に次いで2番目に多い元素で、資源量・埋蔵量は非常に多い。ケイ素はその多くが二酸化ケイ素（シリカ、SiO2）の形で存在し、古くから研磨剤や耐火材、ガラスの原料として使用されている。また、鋼材の添加剤として、製鉄工程では電気炉において鉄1tあたり約4㎏前後のケイ素が使われる。
ケイ素合金として製鉄の脱酸素剤に用いられるほか、ケイ素を混ぜた鋼板（ケイ素鋼板）は、うず電流による損失が少なくなるため変圧器などに使われている。その他に、鉛レス黄銅にも添加される。一方、重要な用途として、半導体や太陽電池などの電子材料、また種々のシリコーン（Silicone：ケイ素樹脂）の原料でもある。
ケイ素の原料は二酸化ケイ素で、自然界では石英や水晶の形で存在している。硅砂は石英を成分とする砂であり、珪石は石英が主体の鉱石である。珪石の用途としては、建材、土木用の他に、フェロシリコン等の鉄鋼材料などがある。硅砂は鋳造用、建材用、研磨用（サンドブラスト）、流動床炉用流動媒体、耐火物原料、窯業、絶縁体、製鋼用などの用途がある。日本でも各地で珪石・硅砂が得られたが、輸入鉱石に押されて多くの鉱山が閉山した。しかし、今でも愛知県、山形県などで産出されている。日本産もガラスの原料として使われているが、不純物のより少ない海外産に依存している状況となっている。
珪石に含まれるケイ素を合金材料として使うためには、珪石に炭素材、鉄源を加えて電気炉で処理し、フェロシリコンやシリコマンガンを得る必要がある。また、純度が求められる工業用原料にするために、はじめに二酸化ケイ素を還元して金属シリコン（純度4N以下）を得る必要がある。なお金属シリコンは、半導体、電子部品、太陽電池、シリコーン、アルミ合金添加剤など幅広く使用されているが、金属シリコンの原料となる珪石として、カルシウムやアルミニウムなどの不純物の少ないものが求められており、限られた地域でのみ採掘されている。加えて、珪石からフェロシリコンやシリコマンガン、また金属シリコンを得るには電気炉において大量の電力を消費すること、発生する不純物の処理なども必要であることから、現在では、ボーキサイトからのアルミの製造と同様に、電力の安価なところで還元し、フェロシリコン、シリコマンガン、金属シリコンとして輸入している。シリコマンガンは、国内でも生産されている。
金属シリコンは、硅石（SiO2）を還元、精製して、ケイ素の純度を高めたものである。純度の低い金属シリコンは、アルミ合金の添加材として使われる。半導体や太陽電池グレードのシリコンを得るには、金属シリコンを塩素化してトリクロロシラン（SiHCl3）を生成、精製したガスを水素還元して高純度金属シリコンを得る。
高純度金属シリコン（具体的には多結晶シリコン）の製造工程からガス状物質の四塩化ケイ素（Silicontetrachloride; STC）が副生される。これを蒸留精製した高純度四塩化ケイ素は、合成石英ガラスの原料となる。
合成石英ガラスは、金属不純物が少なく、光透過性が高いことから、光ファイバーや半導体製造時のフォトマスクなどに使われる。さらに、四塩化ケイ素ガスを酸水素炎中で高温加水分解させて製造（燃焼法）した微粉末が乾式シリカである。乾式シリカは、工業用材料として、ゴムの補強剤、塗料等の粘度調整剤、半導体ウエハの研磨剤（CMP、ケミカルメカニカルポリシング）、医薬品添加剤、農薬･肥料等のフィラーなどの用途がある。乾式シリカは、燃焼法の他にアーク法でも製造されている。なお、乾式シリカとは別に湿式シリカと呼ばれるものがある。湿式シリカの用途は、乾式シリカに比べて表面シラノール基が多いことを特徴として、樹脂の透明性・耐水性・補強性を改良する目的で使用される。例えば、ホワイトカーボンと呼ばれるタイヤゴムの充填剤である。
一方、ケイ素を含む有機化合物であり、潤滑油、シーラント、コーティング材、食品、化粧品などの様々な用途をもつシリコーンの基本的な製法は、金属シリコンを塩化メチルと加熱反応させ、その反応物を蒸留によって精製する。得られたシラン類（シロキサン：Si-O-Si結合（シロキサン結合）を持つもので、シランの重合体）を、加水分解あるいは重合させ、また反応精製することで、様々な形態（オイル、ゴム、樹脂等）のシリコーンが得られる。

1鉱物資源マテリアルフロー 2016

30.ケイ素 (Si)1-2 国内の需給動向
ケイ素の国内需給を表 1-2 に示す。2015 年の国内供給量は前年比 92％の 684,037t であった。
国内で消費される工業用ケイ素は、ほとんどが加工された素材（金属シリコン、シリカ、フェロシリコン、シリコマンガンなど）の形で輸入されている。特に、半導体やシリコーン、アルミ合金添加剤に用いられる金属シリコン（低純度、4N 以下）は、その全量が海外から輸入されたものである。
製鋼用も含めたケイ素の需要量は、前年比 94％の 346,263t であった。
表 1-2 ケイ素の国内需給
2006
供 輸入1)
給

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

単位：純分ｔ15/14比813,634 858,442 909,060 494,948 823,896 801,744 693,086 673,051 746,457 684,037
合計

92%

813,634 858,442 909,060 494,948 823,896 801,744 693,086 673,051 746,457 684,03792%

金属シリコン※

---

-

-

-

-

-

-

-

うち高純度多結晶シリコン

6,987

7,364

7,471

8,633

6,806

12,133

10,964

8,000

7,263

8,855

122%

うちシリコーン

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

内 うちアルミ添加剤
需 需 製鋼用FeSi消費
要
製鋼用ｼﾘｺﾏﾝｶﾞﾝ消費
炭化ケイ素※
小計-

271,941 277,366 290,033 220,913 290,828 279,513 251,451 258,175 266,636 247,192
48,23948,741

49,90035,53438,60937,79938,11642,88546,61644,150----------

93%
95%
-

327,167 333,471 347,404 265,080 336,244 329,445 300,532 309,059 320,515 300,197

94%

40,17546,065100%

合計367,342 380,249 395,129 307,264 391,698 382,408 344,191 361,841 366,525 346,263
供給-需要
446,292 478,194 513,931 187,684 432,198 419,336 348,895 311,209 379,932 337,775
出典：1)財務省貿易統計
その他の統計は、経済産業省生産動態統計年報鉄鋼・非鉄金属・金属製品統計、日本フェロアロイ協会資料
なお、2014年以降の製鋼用FeSi消費量については、2013年の特殊鋼生産量に対するFeSi消費量割合を、2014年以降の特殊鋼生産量に乗じて算出している。

94%

輸出1)

46,77847,724

42,18455,454

52,96343,65952,78246,011

輸出入にはシリカ、金属シリコン（高純度金属シリコン（多結晶シリコン、単結晶シリコン）、低純度金属シリコン、合金鉄（FeSi、シリコマンガン）、炭化ケイ素が含まれる
純分換算率：金属シリコン100％、FeSi75％、シリコマンガン15％、炭化ケイ素80％※内需には、上記の表に示されたFeSiやシリコマンガンなど鉄鋼向けの合金鉄需要以外にも、金属シリコンとしての半導体・太陽電池、樹脂、アルミ添加剤としての需要と、炭化ケイ素としての耐火・研削剤としての需要がある。しかし、金属シリコン及び炭化ケイ素における国内需要に関しては公式的な統計がないため、上記の内需にはその分が計上されていない。

新金属協会によると、2015 年の多結晶シリコンの国内生産量は 8,855t（半導体向けで、太陽電池向けは除く）であり、前年比 122％となった。単結晶シリコンの国内生産量は前年比 101％の 8,114t で、半導体市場の好調に伴うシリコンウエハ市場の成長により、2 年連続で 8,000ｔ台を維持した。なお、半導体用のシリコンウエハ（製品）については、その製品形態や使われ方からウエハになった段階で重量ではなく数量（面積）で集計されている。そのため、ウエハの生産量に対して重量ベースでどのくらいのケイ素が使用されているかを算出することは極めて難しい。
金属シリコン（低純度）はアルミ合金添加剤としても使用されている。国内のアルミニウム合金用として使われる金属シリコン（低純度）は主に中国から輸入されるものが多い。
現在、国内で使用される FeSi の全量が海外から輸入されたものである。2015 年の製鋼用 FeSi 消費量は前年比 93％の 247,192t で、製鋼用シリコマンガン消費量は同比 95％の 44,150t であった。

2 輸出入動向
2-1.輸出入動向
ケイ素の輸出入数量を表 2-1、図 2-1、図 2-2 に示す。
2015 年のケイ素全体の輸入量は前年比 92％の 684,037t、同輸出量は前年並みの 46,065t であった。
輸入の内訳をみると、金属シリコンの中では単結晶シリコンが前年比 91％、多結晶シリコンは前年比 87％と減少した。また、低純度金属シリコンの輸入量も前年比 99％と減少した結果、金属シリコン全体では前年比3

鉱物資源マテリアルフロー 2016

30.ケイ素 (Si)98％を示した。
高純度シリコンの輸出は前年比 84％と低下したが、低純度金属シリコンの輸出量は前年比 202％と増加した。国内大手メーカーの海外工場立ち上げに伴い 2013 年のマレーシア向け輸出量が大幅に伸びたが、その特別なケースを除くと過去 10 年で最多の輸出量である。
なお、高純度金属シリコンには多結晶シリコンと単結晶シリコンがあるが、輸出に関しては、財務省貿易統計上ではこれらは区別されていない。
金属シリコン以外の状況を見ると、ファインセラミックス原料や、ガラス、食品添加剤、化粧品、医薬品などに幅広く用いられているシリカの 2015 年の輸入量は前年比 94％の 43,779t で、輸出量は前年比 108％の17,935tであった。シリカには湿式シリカと乾式シリカがある。湿式シリカは珪酸ソーダの水溶液を中和してシリカを析出したもので、ゴム補強やインクの増粘などで使用される。乾式シリカは四塩化ケイ素を高温の窯の中で反応させたもので、シリコーンゴムの充填剤や半導体ウエハ研磨、医薬品添加剤などとして使用される。乾式シリカについては、多結晶シリコンの原料を造る工程で原料となる四塩化ケイ素が得られるために、多結晶シリコンの生産量に影響される。
合金鉄である FeSi の輸入量は前年比 88％の 337,695t と減少、一方、輸出量は前年比 103％と微増した。
シリコマンガンの輸入量も前年比 86％の 39,424t にとどまり、製鋼用シリコマンガンの消費量（2015 年は前年比 95％の 44,150t）に応じたものである。
炭化ケイ素の輸入量は、前年比 93％の 52,844t と減少した。炭化ケイ素は、主に耐火物である炭化ケイ素
煉瓦として使用され、その需要の大部分は焼却炉や製鉄炉であるため、これらが建設されるタイミングで多く出荷されるが、建設需要が無ければ販売量も少ないなど、需要には大きな波がある。
表 2-1 ケイ素の輸出入数量
単位：純分ｔ
2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

15/14比シリカ（二酸化ケイ素)輸入40,65044,66745,38230,14545,81946,84642,75743,89646,45943,77994%

輸出21,36824,254

22,407

17,98819,995

18,672

16,672

14,34916,635

17,935108%

高純度（4N以上）

輸入

13,39515,092

17,52017,985

19,91425,175

20,976

20,614

24,84921,824

88%

輸出

5,923

6,778

8,364

8,496

12,16911,825

12,782

15,024

13,761

11,618

84%

輸入

8,641

9,501

11,55312,123

15,04819,66617,996

16,192

20,50017,854輸出－－－－－－－

－

－

－

輸入

4,755

5,591

5,967

5,863

4,866

5,509

2,980

4,423

4,349

3,970

輸出

－－－－－－－－

－

－

金
多結晶
属
シ
単結晶
リ
コ
素
低純度
ン
材
（4N以下）
小計

輸入
輸出
輸入
輸出
輸入

合 FeSi
輸出
金
鉄 シリコマンガン 輸入
輸出
炭化ケイ素

合計

202%

251,671 267,118 258,203 164,965 234,907 253,886 203,781 190,539 214,487 210,295

98%

8,442

1,177
9,540

874
9,370

646
12,815527
12,351

753
13,535

11,49026,514

1,224

99%

2,477

6,822

1,665

91%
－

238,276 252,025 240,683 146,980 214,993 228,711 182,805 169,925 189,639 188,471
899

87%－14,985

14,095407,569 418,358 459,225 239,578 417,252 379,657 361,400 349,232 382,821 337,695

94%
88%

3,913

5,762

6,881

5,186

8,488

7,269

6,611

6,276

6,588

6,761

103%

41,09352,59552,994

22,13540,08838,011

37,24942,492

45,622

39,424

86%

4.7

3.6

61.7

6.5

8.1

12.0

7.5

9.9

12.5

8.3

66%

輸入

72,65075,70593,25638,12585,83083,34447,90046,891

57,06852,84493%

輸出8,0678,316

8,834

9,634

14,147

14,659

6,833

5,633

7,791

7,266

93%

輸入

813,634 858,442 909,060 494,948 823,896 801,744 693,086 673,051 746,457 684,037

92%

輸出

40,17546,065100%

輸入－輸出 773,459 811,665 861,336 452,764 768,442 748,782 649,427 620,269 700,446 637,972

91%

46,77847,72442,18455,45452,96343,65952,78246,011

出典：財務省貿易統計
純分換算率：シリカ(二酸化ケイ素)47％、金属シリコン100％、FeSi75％、シリコマンガン15％、炭化ケイ素80％※素材はシリカ(二酸化ケイ素)、金属シリコン(多結晶シリコン、単結晶シリコン、低純度４N以下シリコン)、FeSi、シリコマンガン、炭化ケイ素による。

4鉱物資源マテリアルフロー 2016

30.ケイ素 (Si)

3.リサイクル
ケイ素のリサイクル率を以下のように定義し、表 3 に示す。
2015 年のケイ素のリサイクル率は 0％であった。国内のケイ素のリサイクル量は限定的であり、そのほとんどが工程内リサイクルである。例えば、太陽電池シリコンウエハの場合、加工工程で発生したスクラップは基本的に全量シリコンウエハの製造工程で再利用されている。また、半導体メーカーの製造工程で発生するシリコンウエハのスクラップは、太陽光発電用の原料またはアルミ合金添加剤としてごく少量がリサイクルされている。また、一部セメント原料として利用されている部分がある。
一方、ケイ素は最終製品からケイ素成分を回収し再利用するシステムはまだ確立されていない。例えば、半導体や太陽電池、シリコン樹脂などにおいては、技術的な問題ではなく、コスト的に合わないため最終製品からのリサイクルは行われていない。アルミ地金、鉄鋼用に使われたケイ素は基本的に屑（鉄、アルミスクラップ）として回収されているが、この回収スクラップに含まれるケイ素成分は普通鋼材の製造では不純物としてみなされるため、リサイクルには至っていない。さらに、炭化ケイ素から作られる炉材・機械部品等の使用済製品からの回収も、その効率性の問題からリサイクルはほとんど行われていない。
例外的に回収・リサイクルが行われているのが、半導体ウエハを生産する際の位置決めに使用されるダミーウエハである。ダミーウエハの生産量・回収量は統計数字などがなく、詳細は不明である。半導体工場ではウエハサイズを変更するタイミングで全てのラインで位置決めをやり直すため、大量のダミーウエハが使用されるが、サイズ変更が無ければダミーウエハの使用は少量である。ダミーウエハの需要はウエハサイズの変化に合わせて波がある。
リサイクル率＝（使用済み製品からのリサイクル量）/（見掛消費）

見掛消費＝（国内生産）＋（素材の輸入）－（素材の輸出）※素材はシリカ（二酸化ケイ素）、金属シリコン（単結晶シリコン、多結晶シリコン、低純度4N以下シリコン）、フェロシリコン、シリコマンガン、炭化ケイ素の合計値※国内生産には使用済製品のリサイクル（マテリアルリサイクル）を含む

表 3 ケイ素のリサイクル率

生産
回収
見掛消費
輸入(素材)－輸出(素材)
合計①リサイクル量 回収②
リサイクル率 ②／①
出典：財務省貿易統計
国内生産

2011

2012

2013

00748,782
748,78200%00649,427
649,42700%00620,269
620,26900%

15

単位：純分ｔ2015
0000700,446 637,972
700,446 637,972
0
00%
0%
2014

鉱物資源マテリアルフロー 2016

30.ケイ素 (Si)17