仙台高等専門学校が推進する、創造力のある実践的技術者を育成するためのチームラーニング形式の取り組みです。

目的

日本では古来から砂鉄を用いた製鉄が盛んであった。砂鉄が集積するのに好都合な自然条件（高波、台風など）が揃い、砂鉄が豊富に採取できるからである。

この実験を通し、地球環境に負荷をかけない鉄鉱資源の探査研究を行う。

実験方法

1. 各河川の砂鉄（七北田川、閖上、黒川、二本松）を採取し、洗浄、乾燥させる。
2. Ｘ線解析実験（試料は粉砕し、微細粒にする）。
3. 樹脂埋め込み作業をし、研磨（湿式研磨、ダイヤモンドスラリー）をする。
4. 樹脂に埋め込んだ試料を腐食し、光学顕微鏡組織観察。
5. 走査電子顕微鏡（SEM）による砂鉄粒子の観察（元素分析用SEM-EDXも使用）。

実験結果

それぞれの場所、地域から得られた砂鉄の光学顕微鏡組織写真

閖上海岸

仙台七北田川

宮城県黒川郡

福島県二本松

砂鉄の形状は多角形もしくは球状を呈している。大きさは福島県二本松の砂鉄は200〜300µmであるのに対し、黒川郡、七北田川の砂鉄は約200µmである。また、閖上海岸の砂鉄は約100µm程度で採取した砂鉄の中で一番小さい。この理由は採取された場所が海岸であり、絶えず波で洗われ擦られて微細化したと思われる。

一方、それぞれ２番目の写真には粒内に針状の組織が観察される。これら組織の違いと砂鉄を構成する成分を明らかにするためＸ線回折実験をおこなった。その結果を以下に示す。

Ｘ線回折実験

閖上海岸の砂鉄には磁鉄鉱（■Fe₃O₄）、酸化ケイ素（▲Si0₂）、酸化チタン（♦TiO₂）の回折線が観察された。

仙台七北田川の砂鉄の成分は閖上海岸の砂鉄と同じ結果であった。

黒川郡の砂鉄には磁鉄鉱と酸化ケイ素に加えてケイ酸鉄化合物（FeSiO₃）の回折線が観察された。

福島県二本松の砂鉄には磁鉄鉱と酸化ケイ素に加えてMgFeSi₂O₆とTi₆O₁₁の回折線が観察された。

• 実験条件：加速電圧 40kV、エミッション電流 40mA

SEM観察写真およびSEM-EDXによる元素分析結果

（組織写真中の番号は分析箇所を示す。）

閖上海岸

元素	Mg	Al	Si	Ti	Ca	Fe
wt％	-	-	-	6.25	-	93.8

元素	Mg	Al	Si	Ti	Ca	Fe
wt％	-	-	-	43.9	-	56.1

元素	Mg	Al	Si	Ti	Ca	Fe
wt％	-	-	-	3.13	-	96.9

元素	Mg	Al	Si	Ti	Ca	Fe
wt％	-	-	-	41.1	-	58.9

仙台市七北田川

元素	Mg	Al	Si	Ti	Ca	Fe
wt％	1.09	1.19	-	8.85	-	88.9

元素	Mg	Al	Si	Ti	Ca	Fe
wt％	-	-	-	31.3	-	68.7

元素	Mg	Al	Si	Ti	Ca	Fe
wt％	-	-	-	45.3	-	54.7

元素	Mg	Al	Si	Ti	Ca	Fe
wt％	3.11	1.76	1.78	1.57	-	91.8

宮城県黒川郡

元素	Mg	Al	Si	Ti	Ca	Fe
wt％	1.33	1.22	0.49	6.83	-	90.1

元素	Mg	Al	Si	Ti	Ca	Fe
wt％	2.07	1.49	0.80	5.85	-	89.8

元素	Mg	Al	Si	Ti	Ca	Fe
wt％	3.51	3.73	-	3.95	-	88.8

元素	Mg	Al	Si	Ti	Ca	Fe
wt％	3.14	1.13	0.01	28.0	-	67.7

福島県二本松

元素	Mg	Al	Si	Ti	Ca	Fe
wt％	1.90	1.65	-	-	1.23	95.2

元素	Mg	Al	Si	Ti	Ca	Fe
wt％	1.77	3.20	0.83	24.5	-	69.7

元素	Mg	Al	Si	Ti	Ca	Fe
wt％	2.14	-	-	43.8	-	54.0

元素	Mg	Al	Si	Ti	Ca	Fe
wt％	0.63	1.30	-	1.71	-	96.4