ビスマスおよびビスマス化合物：主な種類と用途

ビスマスは地殻において銀とほぼ同じ深さに存在します。融点が低く、密度が高く、凝固時に膨張します。多くの重金属と比較して、ビスマスの毒性は比較的低く、自然放射能も極めて低いです。これらの理由から、ビスマスはしばしば「グリーンメタル」と呼ばれます。“

中国は世界最大のビスマス生産国であり、主要な供給国の一つです。市場に出回っているビスマス製品には、精製ビスマス、ビスマス合金、そして三酸化ビスマス、オキシ塩化ビスマス、クエン酸ビスマスカリウムなどの化合物が含まれます。これらの製品は、低融点合金、はんだ、金属添加剤、胃腸薬、顔料、化粧品、電子材料などに使用されています。.

近年、ビスマス系材料は触媒、熱電材料、検出器などにも利用されるようになり、太陽電池、3Dプリンティング、フレキシブルセンサー、医療画像処理など、多くの分野で注目を集めている。.

この記事では、ビスマス金属およびビスマス化合物の主な種類、実用的な用途、そして将来の応用について解説します。.

ビスマスの用途

ビスマスは鉛や他の多くの重金属に比べて毒性が比較的低い。そのため、鉛フリーはんだ、顔料、一部の金属部品、医薬品、化粧品などに利用されている。.

ビスマスは融点が約271.4℃と低い。スズ、インジウム、アンチモン、カドミウムなどの金属と合金を形成できる。これらの合金の多くは200℃以下で融解する。中にはさらに低い温度で融解するものもある。そのため、低温はんだ付け、耐熱部品、仮保持作業、特殊鋳造などに利用される。.

ビスマスは固体になると膨張します。体積増加は約3.3%です。ほとんどの金属は凝固時に収縮しますが、ビスマスは合金の収縮を相殺するのに役立ちます。これは活字印刷や精密鋳造において重要でした。現在でも、低融点鋳型、レンズ保持具、高精度な形状再現が必要な部品などに利用されています。.

ビスマスは密度も高く、その密度は約9.8g/cm³です。ビスマスを多く含む材料は、X線やガンマ線を遮断または低減することができます。この特性から、ビスマスを充填した遮蔽製品や、医療画像診断材料の研究が進められています。.

ビスマスの電気的および光学的特性は、新たな用途分野を切り開きます。ビスマスは金属の中でも熱伝導率が非常に低く、ホール係数も高いという特徴があります。テルル化ビスマスや関連物質は、温度差を電気エネルギーに変換することができます。また、電流を流すと冷却効果も発揮します。さらに、他のビスマス化合物は紫外線、可視光、近赤外線を吸収します。そのため、ビスマスはセンサー、太陽電池、光触媒、感光性材料などの分野で研究されています。.

ビスマス金属の種類と用途

市販のビスマス金属は、インゴット、棒状、ロッド状、顆粒状、ショット状、針状、粉末状など様々な形状で入手可能です。化学組成は同じですが、形状によって製品の用途が異なります。.

インゴットは、合金工場や金属加工業者にとって一般的な選択肢です。保管が容易で、炉への装入にも適しています。顆粒、ショット、針状は、少量を計量しやすく、表面積が大きいため溶解速度も速いという利点があります。. ビスマス粉末 きめ細かな混合やより速い反応が必要な場合に使用されます。.

純度は最終用途によって異なります。一般的な合金製造では、標準的な精製ビスマスが使用される場合があります。半導体、検出器、研究用途などでは、高純度の金属が必要です。多くの金属用途において、分析は最初のチェックにすぎません。鉛、ヒ素、アンチモン、銅、鉄、銀なども重要となる場合があります。.

低融点合金は、ビスマス金属の伝統的な用途の中で最も大きな割合を占めている。. 低温はんだには、スズ・ビスマス合金がよく用いられます。さらに低い融点範囲が必要な場合は、ビスマス・インジウム・スズ合金などの多金属合金が使用されます。これらの合金は、多くの標準的なはんだに必要な高温を用いずに、熱に弱い部品を接合することができます。電子機器分野で広く使用されていますが、具体的な選択は接合強度、濡れ性、熱サイクル特性、脆性などによって異なります。.

融解性ビスマス合金は、熱安全装置にも使用されています。この合金で作られた部品は、設定された温度で溶融します。この溶融によって、バルブが開いたり、バネが解放されたり、回路が遮断されたり、他の安全対策が開始されたりします。例としては、熱ヒューズ、安全プラグ、消火スプリンクラーリンク、熱放出装置などがあります。.

低融点合金は、一時的な保持や成形作業にも適しています。溶融した合金で部品を固定し、合金が固まった後に機械加工を行うことができます。その後、合金を溶融して除去します。同様の原理は、レンズの位置決め、チューブの曲げ加工、薄肉部品や不規則な形状の部品の支持にも用いられます。ビスマス含有合金は、再利用可能な金型やダイにも使用されています。加工温度が低いため、加熱・冷却サイクルを短縮できます。.

凝固時のビスマスの膨張は、これらの用途に役立ちます。この合金は微細な部分を埋めることができ、部品との密着性を維持できます。.

ビスマスは金属添加剤としても使用される。. 少量の添加物で、一部の鋼、アルミニウム合金、銅合金、鋳鉄の機械加工性を向上させることができます。微細なビスマス粒子は、切削屑の破砕を助け、切削工具付近の摩擦を低減します。これにより、切削速度と表面仕上げが向上します。ビスマスは、一部の快削金属における鉛の代替材料として研究されています。.

ビスマスは、原子力および放射線システムにおいても、より小さな役割を担っています。液体の鉛ビスマス合金は、一部の原子炉設計において熱を運搬する役割を果たします。これらの合金は融点が低く、沸点が高いという特徴があります。また、ビスマスは多くの重金属よりも熱中性子の吸収量が少ないという性質も持っています。これらは特殊な工学的用途であり、腐食、温度、合金組成、放射性生成物について厳格な管理が必要です。.

ビスマス化合物の種類と用途

ビスマス化合物は、比較的低い毒性と高い密度、そして有用な光学的、電気的、触媒的特性を兼ね備えています。様々なビスマス材料は、顔料、化粧品、医薬品、低融点合金、触媒、電子材料、そして研究室での研究に利用されています。また、酸化ビスマス、オキシハロゲン化ビスマス、バナジン酸塩、硫化ビスマス、セレン化ビスマス、テルル化ビスマスは、光触媒、熱電デバイス、放射線遮蔽、高度な画像処理などの用途でも開発が進められています。.

三酸化ビスマス（CAS番号 1304-76-3） ビスマス化学工業における主要な原料の一つである。. ビスマスは、化学式Bi₂O₃で表される黄色の酸化物です。他のビスマス化合物の製造に用いられるほか、ガラス、セラミック、電子セラミック、顔料、触媒などの材料に直接添加されます。.

特殊ガラスにおいて、三酸化ビスマスは密度と屈折率を高める効果があります。また、優れた光学特性と封止特性を備えた鉛フリーガラスの製造にも役立ちます。セラミック系においては、焼成温度を下げたり、必要な電気相の形成を促進したりすることができます。用途としては、セラミックコンデンサ、フェライト、バリスタ、ガラスフリット、その他の機能性セラミックなどが挙げられます。.

三酸化ビスマスは触媒製造にも用いられる。活性酸化物として、混合酸化物の一部として、あるいは触媒製造過程におけるビスマスの供給源として使用される。.

硝酸ビスマス、水酸化ビスマス、および次炭酸ビスマスは、化学原料としてよく用いられる。

• 硝酸ビスマス（CAS番号 10361-44-1）ビスマスは、酸化物、混合酸化物、触媒、その他の塩の製造においてビスマスイオンを供給することができます。水系プロセスで使用する場合、水中で加水分解するため、通常は酸性溶液中に保管されます。酸性度が低下すると、塩基性硝酸ビスマスが固体として生成する可能性があります。これによりビスマス濃度が変化し、配管やフィルターが詰まることがあります。.
• 水酸化ビスマス（CAS番号 10361-43-0） 主に中間体として作用する。特定の酸と反応して硝酸塩、クエン酸塩、サリチル酸塩、その他のビスマス化合物を生成する。水分含有量と反応活性は、バッチ計算に影響を与える可能性がある。.
• 次炭酸ビスマス (CAS 5892-10-4) 特定の医薬品に使用されている。また、他のビスマス化合物の製造や、一部のセラミックまたは触媒システムにも使用されている。.

オキシ塩化ビスマス（CAS番号 7787-59-9） は、カラー化粧品に使用される主要なビスマス製品です。. 薄い板状の粒子を形成します。これらの粒子は光を反射し、白から銀色の真珠のような効果を与えます。また、パウダーやクリームに滑らかさと滑りやすさを加えます。.

オキシ塩化ビスマスは、ファンデーション、ルースパウダー、プレストパウダー、チーク、アイシャドウ、リップ製品、ネイルコーティングなどに使用されます。単独で使用すれば、柔らかなパールのような仕上がりになります。また、マイカ、二酸化チタン、酸化鉄と混ぜ合わせることもできます。これにより、さまざまな色、明るさ、カバー力が得られます（ 米国食品医薬品局（FDA） オキシ塩化ビスマスは、化粧品（目元用製品を含む）の着色料としてリストされている。この物質は、装飾用塗料やプラスチックにも使用できる。.

バナジン酸ビスマス（CAS番号 14059-33-7） 異なる顔料市場を対象としている。. 鮮やかな黄色の無機顔料です。発色性、耐熱性、耐候性に優れています。塗料、コーティング剤、プラスチックなどに使用され、鉛、クロム、カドミウムを含む一部の黄色顔料の代替として使用できます。.

医薬品のビスマス化合物は、胃機能障害の治療に用いられる。

• 次サリチル酸ビスマス（CAS番号 14882-18-9） 下痢や胃の不調の治療薬の有効成分として使用されています。.
• 次没食子酸ビスマス（CAS番号99-26-3） 体内消臭剤に使用されています。おならや便の臭いを軽減するのに役立ちます。.
• クエン酸ビスマス（CAS番号 813-93-4） クエン酸塩をベースとした医薬品の製造に用いられる。.
• クエン酸ビスマスカリウム（CAS番号 57644-54-9）は、いくつかの併用療法で使用されます。 ヘリコバクター・ピロリ.
• ビスマスアルミン酸塩（CAS番号 12284-76-3）, 次硝酸ビスマス（CAS番号 1304-85-4）, また、次炭酸ビスマスは、胃保護剤や制酸剤にも使用されている。.

フォコンシ化学工業株式会社.当社は中国のビスマス系化合物サプライヤーです。当社の代表的なビスマス製品には、三酸化ビスマス、次炭酸ビスマス、オキシ塩化ビスマス、次硝酸ビスマス、水酸化ビスマス、硝酸ビスマス、アルミン酸ビスマス、次サリチル酸ビスマス、次没食子酸ビスマス、硝酸酸化ビスマス、クエン酸カリウムビスマス、およびクエン酸ビスマスが含まれます。.

電子工学およびその他のハイテク分野におけるビスマス

熱電材料は、最も確立されたハイテク用途の一つである。. テルル化ビスマス（CAS番号 1304-82-1） そして テルル化アンチモン（CAS番号 1327-50-0） これらの合金は室温付近で機能します。固体冷却モジュールに使用され、これらのモジュールにはコンプレッサーも冷媒も必要ありません。センサー、レーザー部品、小型電子機器、実験器具、温度制御ボックスなどの冷却に使用されます。また、同じ種類の材料で廃熱を電力に変換することも可能です。.

熱電性能は純度だけでなく、結晶方位、粒径、キャリア濃度、密度、接点設計など、様々な要因に左右されます。そのため、テルル化ビスマス粉末はそのままでは熱電製品として完成しません。適切な加工を施して材料を制御可能にし、モジュールの残りの部分と接続する必要があります。.

3Dプリンティングは、熱電部品の成形方法として研究されている。研究では、テルル化ビスマスやテルル化アンチモンのインクを用いて、小型の発電構造を印刷している。この方法により、曲面形状やカスタム形状の部品を作製できる可能性がある。また、材料の無駄を減らすこともできるかもしれない。しかし、印刷速度、形状精度、密度、電気的接触に関しては、まだ改善の余地がある。.

ビスマス系光触媒も活発な研究分野です。一般的な材料としては、三酸化ビスマス、バナジン酸ビスマス、タングステン酸ビスマス、オキシ塩化ビスマスなどがあります。, オキシ臭化ビスマス, オキシヨウ化ビスマス（CAS番号 7787-63-5）, ビスマス、ビスマスサブカーボネートなど。これらの化合物は光を吸収し、表面に活性電荷を生成する。研究者たちは、汚染物質の分解、水素製造、水の酸化、および特定の有機反応にこれらを利用している。.

ビスマスは光学材料や電子材料にも含まれる。. ビスマスゲルマニウム酸塩（CAS番号 12233-56-6） 結晶は、高エネルギー放射線を吸収すると光を発するため、放射線検出器に用いられる。. ビスマスフェライト（CAS番号 12010-42-3） 電気的特性と磁気的特性の両方を持つため、特殊な電子セラミックスにおいて研究され、利用されている。. 硫化ビスマス（CAS番号 1345-07-9） 可視光および近赤外光に反応する半導体である。光検出器、太陽電池材料、センサーなどの分野で研究されている。.

高純度酸化ビスマスは、一部の導電性セラミックスや酸化物電解質に用いられています。ビスマス含有ガラスは、高い屈折率と優れた赤外線透過性を示すことができます。ビスマスを添加した光ファイバーやガラスは、光増幅器や光源への応用についても研究されています。.

ビスマス系太陽電池材料は、主に新興分野である。研究者たちは、鉛ペロブスカイトに代わる低毒性の材料として、ハロゲン化ビスマスやビスマス系ペロブスカイト類似材料を試験している。これらの材料は光を吸収でき、特定の条件下ではより安定している。しかし、その電力変換効率は、依然として最高の鉛系システムよりも低い。.

フレキシブルセンサーも研究対象となっている。ビスマスは高いホール係数を持つ。薄いビスマス膜は磁場の変化を検出できる。研究者たちは、指や手首に巻き付けることができるセンサーを作るため、これらの膜を柔軟なポリマー上に形成している。用途としては、モーション追跡、ウェアラブル制御、ソフトエレクトロニクス機器などが挙げられる。ただし、長期的な曲げ耐久性と安定した生産は依然として重要な課題である。.

医学研究では、ビスマスのもう一つの特性、すなわち高い原子番号が利用されている。ビスマスを主成分とする粒子は、X線やCT画像において強いコントラストを生み出すことができる。また、一部の粒子は近赤外線を吸収して熱に変換する能力も持っている。この特性は、画像診断と治療を組み合わせたシステムへの関心を高めている。.

供給と市場の見通し

ビスマスの大部分は、鉛、タングステン、亜鉛、銅などの鉱石の精錬過程で回収されます。多くの場合、副産物または共産物として得られるため、他の金属の採掘や精錬の状況が変化すると、ビスマスの供給量も変動する可能性があります。.

中国は世界最大のビスマス生産国である。 米国地質調査所（USGS）鉱物資源概要2026 2025年の世界の鉱山生産量は約1万6000トンと推定されている。中国は約1万4000トンを生産した。これは世界全体の約881トンに相当する。.

湖南省は中国におけるビスマス資源と上流生産の中心地である。江西省をはじめとする他の非鉄金属産地もサプライチェーンに関与している。下流の化学品サプライヤーはさらに多くの地域に分布している。. フォコンシ化学工業 同社は山東省に拠点を置き、加工済みのビスマス化合物を供給している。これはビスマス金属の採掘や精製とは異なる。.

中国は2025年2月より、一部のビスマス製品に対する輸出規制を開始しました。規制対象リストには、すべてのビスマス化合物が網羅されているわけではありません。輸出業者と購入者は、正確な化学組成、税関コード、製品形態、最終使用者、最終用途を確認する必要があります。この作業は、注文品の出荷準備が整う前に開始すべきです。.

需要は複数の市場から生じている。医薬品や化粧品は、品質管理されたグレードのビスマスに対する定期的な需要を生み出している。鉛含有量の制限は、低温はんだ、加工性に優れた合金、および特定の顔料におけるビスマスの需要を支えている。ガラス、セラミックス、触媒は、三酸化ビスマスやその他の無機化合物に対する需要を支えている。熱電材料やその他の電子機器用途は、需要量は少ないものの、より高い純度とより厳格な品質管理が求められる。.

ハイテク研究により、ビスマスの用途はますます広がっている。光触媒、ビスマス系太陽電池、フレキシブルセンサー、印刷型熱電部品、医療画像診断用粒子などは、それぞれ異なる開発段階にある。既に製品化されているものもあれば、依然として主に実験室レベルの材料にとどまっているものもある。.

参考文献

• ビスマスの用途と応用分野 ― 金属百科事典
• ビスマスの特殊な性質とハイテク分野における応用展望
• 米国地質調査所：鉱物資源概要2026年版 — ビスマス
• 米国地質調査所：ビスマスの統計と情報
• 米国FDA：オキシ塩化ビスマスの規制状況
• 米国デイリーメッド：次サリチル酸ビスマス医薬品情報
• 連邦規則集電子版：体内消臭剤製品中の次没食子酸ビスマス
• 米国デイリーメッド：次クエン酸ビスマスカリウム配合剤
• 中国商務省：一部ビスマス製品の輸出規制