融解塩電解とは、塩や酸化物を高温で溶かした液の中で電気分解し、水溶液からは取り出せない金属を得る方法です。アルミニウムは水溶液を電気分解しても水が先に反応してしまうため、アルミナを約950℃の溶けた氷晶石に溶かし、炭素の電極で電気分解して取り出します。
工程は大きく2段階で、まず鉱石のボーキサイトからバイヤー法で純粋なアルミナ（酸化アルミニウム）を取り出し、それを融解塩電解（ホール・エルー法）でアルミニウムにします。アルミニウム1 kgをつくるのに十数kWhの電気を使うため、製錬は電力をどう確保するかの勝負でもあります。
この記事では、原料とバイヤー法、氷晶石を使う理由、陰極・陽極の反応式と電気量の計算を順に整理します。続いて、実際の製錬所の運転と電力、日本で新地金の製錬がほぼなくなった理由、再生アルミと脱炭素の動きを見ていきます。
融解塩電解の原料：アルミナとボーキサイト
カリウム・カルシウム・ナトリウム・マグネシウム・アルミニウムのようにイオン化傾向の大きい金属は、陽イオンが電子を受け取りにくく、水溶液の電気分解では単体になりません。そこで水を含まない溶けた塩の中で電気分解する、融解塩電解がこれらの金属を得る基本の方法になっています。
アルミニウムの融解塩電解の原料はアルミナ（Al2O3）です。ただし純粋なアルミナが地中にあるわけではなく、アルミニウムの水酸化物を多く含む鉱石、ボーキサイトから取り出す必要があります。
ボーキサイトには、アルミニウム分のほかに酸化鉄（Fe2O3）やケイ素の化合物などが混ざっています。多くのボーキサイトが赤茶色に見えるのは、酸化鉄、つまり赤鉄鉱と同じ成分を含んでいるためです。
鉱石を精製してアルミナにし、それを電気分解してアルミニウムにする2段階です。
※量は乾燥ボーキサイトを基準にした目安です（米国地質調査所 USGS）。鉱石の品位によって変わります。
米国地質調査所（USGS）は、乾燥したボーキサイト約4トンからアルミナ約2トンができ、そこからアルミニウム約1トンをつくれるという目安を示しています。2024年の世界のボーキサイト生産は推定約4億5,000万トンで、ギニアとオーストラリアが二大産地です。
アルミナは白い粉末で、電解の原料になるほか、硬く熱に強いので研磨材や電子部品の基板などのファインセラミックスにも使われます。原料として使う前に、鉄などの不純物を取り除く工程が欠かせません。
ボーキサイトからアルミナを取り出す（バイヤー法）
ボーキサイトから純粋なアルミナを取り出す工業的な方法が、1880年代の後半にオーストリアのバイヤーが考案したバイヤー法です。ポイントは、アルミナが濃い水酸化ナトリウム水溶液に溶け、酸化鉄は溶けないという性質の違いを使うことにあります。
アルミナは、酸とも強い塩基とも反応する両性酸化物です。一方の酸化鉄（Fe2O3）は塩基性酸化物なので、水酸化ナトリウムとは反応しません。酸化物の反応式は、まず水と反応させて水酸化物にしてから考えると組み立てやすくなります。
アルミニウムだけが錯イオンになって液に溶け出し、酸化鉄は溶けずに固体のまま残ります。この残りかすは赤い泥状なので赤泥（ボーキサイト残さ）と呼ばれ、沈降させてろ過し、液から分けて取り除きます。
次に、液から水酸化アルミニウムを取り戻します。液の中では次の溶解平衡が成り立っており、ルシャトリエの原理で考えると、水で薄めて OH− の濃度を下げれば平衡は左へ動き、水酸化アルミニウムが沈殿します。
実際の工場では、液を55〜60℃ほどに冷やし、水酸化アルミニウムの細かい結晶を種として加えて析出を進めます。種を足すことで結晶が育ちやすくなり、できた結晶の一部は次の種として戻し、残りを洗ってから焼成炉へ送ります。
溶かして不純物を分け、冷やして析出させ、焼いてアルミナにします。
※溶かすときの温度は、ボーキサイトに含まれる水酸化物の種類によって100℃台から200℃台まで変わります。
バイヤー法はエネルギーも多く使い、アルミナ1トンあたり約12 GJで、そのうち約4分の1を焼成が占めます。赤泥はアルミナ1トンあたり約1.2トンも出て、強いアルカリを含むため保管と再利用が業界の課題です。
アルミナの融解塩電解
融解塩電解は名前のとおり電気分解の一種ですが、ふつうの電気分解が水溶液を分解するのに対し、固体を高温で溶かした液を電気分解する点が違います。アルミニウムでこの方法を使うのは、イオン化傾向が大きいからです。
取り出したい反応は、陰極で Al3+ が電子を受け取る Al3+＋3e−→Al です。ところが水溶液で電気分解すると、Al3+ より水のほうが電子を受け取りやすいため、陰極では水素が出るだけでアルミニウムは析出しません。
そこで水を含まないアルミナそのものを溶かしたいのですが、アルミナの融点は約2,050℃（資料によって2,030〜2,070℃）です。これほどの高温でアルミナを溶かして電解するのは、設備の面でもエネルギーの面でも現実的ではありません。
解決策が、氷晶石（Na3AlF6）を溶かした液にアルミナを溶かし込む方法です。氷晶石の融点は1,009〜1,012℃で、アルミナを溶かすとさらに下がるため、実際の電解は約950℃で行われます。
氷晶石は自分は分解されず、アルミナを電解できる状態にする「溶媒」として働きます。
図の3つ目の電気の通り道は、氷晶石とアルミナが溶けた液がナトリウムイオンやフッ化物イオン、酸化物イオンなどを含み、電流を通すことを指します。この電解浴の中で、陰極と陽極に分かれて次の反応が進みます。
融解塩電解の反応式（陰極・陽極）
陰極では Al3+ が電子を3個受け取ってアルミニウムになり、アルミニウムは陰極側に析出します。できた溶けたアルミニウムは電解浴の下にたまり、槽の底の炭素とともに陰極として働きます。
陽極には炭素を使います。水溶液の電気分解では炭素の電極はふつう反応しませんが、約950℃では酸化物イオンと結び付き、一酸化炭素や二酸化炭素になりながら電子を放出します。つまり炭素は電極であると同時に、酸素を奪う還元剤として消費されます。
上から炭素陽極を浴に浸し、底にたまったアルミニウムの層と炭素が陰極になります。
※構造を簡単にした模式図です。実際の槽には陽極が多数並び、浴の表面は固まった層（クラスト）に覆われています。
融解塩電解（ホール・エルー法）の押さえどころとよくある誤解
アルミナの融解塩電解は、1886年に米国のホールとフランスのエルーがそれぞれ独立に発明したことから、ホール・エルー法と呼ばれます。仕組みを理解するうえで押さえたいのは、両性元素としての反応、電極の半反応式、電気量とアルミニウムの量の関係の3つです。
アルミニウムは両性元素で、単体も酸化物も、塩酸のような強酸と水酸化ナトリウムのような強塩基の両方と反応します。単体が反応するときは水素が発生し、塩基との反応ではバイヤー法と同じアルミン酸イオンができます。
量の計算は、流した電気量から電子の物質量を求め、陰極の式 Al3+＋3e−→Al からアルミニウム1 molに電子3 molが必要という関係で換算します。電気量［C］は電流［A］×時間［s］、電子1 molの電気量はファラデー定数（約96,485 C/mol）です。
よくある誤解の1つ目は、炭素の陽極が「ただの電極」で減らないと考えることです。全体の式に C が入っているとおり陽極は反応して消費されるので、製錬所では陽極を定期的に交換しており、この炭素がアルミ製錬の直接のCO2の出どころになっています。
2つ目は、氷晶石も一緒に分解されると考えることで、分解されて減っていくのは溶け込んだアルミナです。3つ目は流した電気がすべてアルミニウムになるという考えで、実際には副反応などで一部が失われるため、上の例のように電流効率を掛けて考えます。
単体のアルミニウムの利用法
こうして取り出したアルミニウムは、酸化物から鉄などの金属を取り出す還元剤としても使えます。代表例がテルミット反応で、アルミニウムの粉と酸化鉄を混ぜて点火すると、アルミニウムが酸素を奪うときの大きな熱で鉄が溶けた状態で得られます。
テルミット反応は、鉄道のロングレールをつなぐテルミット溶接や、クロム・マンガンなどの金属の製造に使われています。電気分解でしか取り出せないほど酸素と結び付きやすい性質が、逆に他の金属を取り出す道具になっているわけです。
素材としてのアルミニウムは、鉄の約3分の1という軽さとさびにくさ、熱と電気の伝えやすさを生かし、輸送機器や缶・箔、建材、送電線などに広く使われます。用途に合わせて銅・マグネシウム・ケイ素・亜鉛などを加えた合金が多く、アルミ合金の番手で性質を見分けます。
車体を軽くしたい電気自動車でも、アルミは鋼に代わる材料の候補として注目されており、部品構成の変化はEVシフトで増える部品・なくなる部品で整理しています。製錬された地金は、圧延・押出・鋳造の各工場を通って部品になります。
実際のアルミ製錬所では：電解槽・炭素陽極・電力
製錬所では、多数の電解槽（ポット）を直列につないだポットラインを長い建屋に並べ、交流を整流した大きな直流電流を流し続けます。いまの大型の電解槽は電流が数十万アンペアに達し、2025年には不活性陽極の開発会社が450 kA の商業サイズの槽を動かしています。
運転は、浴の表面にできる固い層（クラスト）に穴を開けてアルミナを補給し、消耗した陽極を順番に新しいものと交換する作業のくり返しです。交換で外した陽極の残りは陽極工場へ戻して砕き、新しい陽極の原料に混ぜて再び使います。
槽の底にたまったアルミニウムは毎日、真空のるつぼに吸い出して鋳造工場へ運び、インゴットやスラブ、ビレットなどの地金にします。電解槽は浴を約950℃の液体に保ったまま電気分解を続けるため、電気を止めずに24時間動かし続けることが前提の設備です。
反応式から出る理論値に対し、実際の製錬では電気も炭素も原料も多めに必要です。
※炭素の理論値は 2Al2O3＋3C→4Al＋3CO2 から、実際の値は The Electrochemical Society Interface（2002年）、アルミナの目安は USGS によります。
消費電力は、アルミニウム1 kgあたり13〜15 kWhが一般的な水準です。オーストラリアの製錬所の平均は2025年に1トンあたり14.55 MWhで、反応に必要な理論上の電気量に加え、浴を約950℃に保つ熱や、陽極と陰極の間の電気抵抗による損失が上乗せされています。
陽極で発生するのはCO2だけではありません。浴のアルミナが不足すると陽極で浴のフッ素が反応し、パーフルオロカーボン（PFC）という温室効果の強いガスが出るため、アルミナの補給を細かく制御して発生を抑えています。
米国のアルミニウム協会によると、電力はアルミニウム製造コストの約20〜40％を占めます。このため製錬所は、水力発電の豊富なカナダやノルウェー、安い燃料で発電できる中東などに集まり、電気の安さが立地を決める産業になっています。
日本で新地金の製錬がほぼない理由
日本では1934年1月11日、昭和電工の大町工場で初めて電解製錬によるアルミニウム製品がつくられ、戦後は大手各社が製錬所を建てて国内で地金を生産していました。転機は1970年代の2度の石油危機で、燃料の値上がりが電気料金を押し上げ、製錬の採算が大きく崩れました。
政府の1981年の答弁書は、第二次石油危機以降のエネルギーコストの上昇で国内製錬業のあり方の再検討が必要になったとし、法律に基づく設備の処理で構造改善を進めたと説明しています。製錬所は次々に止まり、日本軽金属も1985年に苫小牧の電解工場を停止しました。
最後まで残ったのは、自前の水力発電所を持つ日本軽金属の蒲原（静岡県）で、同社は2014年に電解製錬の事業を終えました。それ以降、日本で使う新地金は海外の製錬所でつくられたものを輸入しています。
世界の一次地金の約6割を中国がつくり、日本は製錬をやめて輸入と加工・再生に軸足を移しました。
※世界と中国は米国地質調査所（USGS）Mineral Commodity Summaries 2025 によります。
世界ではこの間に中国が生産を急速に伸ばし、2024年の一次地金の生産は推定約7,200万トンのうち中国が約4,300万トンと約6割を占めます。インド・ロシア・カナダ・アラブ首長国連邦が続き、中国の製造業の素材面での存在感を示す分野の一つです。
一方で日本のアルミ産業は、輸入した新地金とスクラップを原料に、板・箔をつくる圧延、サッシや部品の押出、自動車部品の鋳造・ダイカスト、そして再生地金づくりで強みを持っています。製錬は海外、加工と再生は国内という分担が、鉄鋼・非鉄金属業界の構造の中でのいまのアルミの位置です。
再生アルミと脱炭素：リサイクル・不活性陽極
アルミニウムの大きな利点は、溶かし直せば何度でも使えることです。日本アルミニウム協会の調査では、スクラップを溶かして再生地金にするエネルギーは新地金をつくるときの約3％で、電気分解でアルミナから酸素を引きはがす工程をまるごと省けるためです。
回収されたアルミ缶の多くが再び地金になり、その7割強は新しい缶に戻ります。
10本のうち9本以上が再生利用（リサイクル率94.7％、2025年度）
※アルミ缶リサイクル協会による。リサイクル率は消費された缶のうち再生利用された割合、CAN to CAN 率（73.3％）は再生利用された缶のうち再び缶の材料になった割合です。
アルミ缶リサイクル協会によると、2025年度のアルミ缶のリサイクル率は94.7％でした。再生された缶のうち再び缶の材料に戻った割合を示す CAN to CAN 率は73.3％で、缶を同じ缶の材料に戻す水平リサイクルをどこまで増やせるかが次の課題です。
新地金の側では、排出の大半が電力に由来します。国際アルミニウム協会（IAI）によると、一次アルミニウムの温室効果ガスの排出は2023年の世界平均で、地金1トンあたり14.8トン（CO2換算、採掘から地金まで）でした。
内訳の例として、オーストラリアの製錬所の2025年の排出は、地金1トンあたり直接排出（PFCを含む）が1.90トン、電力由来が9.00トンで、電力の脱炭素がいちばん効くことが分かります。
直接と間接の区別は、企業の排出量算定のScope1・2・3にそのまま対応します。同じアルミ地金でも水力でつくったものと石炭火力でつくったものでは製品のカーボンフットプリントが大きく変わるため、調達では地金の産地や再生材の比率まで確かめることが、排出量を下げる手段になります。
残る直接排出をなくす技術が、消耗する炭素の代わりに酸素を出す不活性陽極で、製鉄で炭素を水素に置き換える水素還元製鉄と同じく、還元剤の炭素をやめる発想です。
Alcoa と Rio Tinto の合弁会社 ELYSIS は2025年11月、カナダ・アルマの製錬所で450 kA の不活性陽極セルを立ち上げました。Rio Tinto は同じカナダのアルビダ製錬所で、この技術を使う最初の実証プラントの建設も進めています。
規制の面では、EUの炭素国境調整措置がアルミ製品を対象にしており、輸出する企業は製品に含まれる排出量のデータを求められます。具体的な対応はEU CBAMの鉄鋼・アルミ製品への対応手順で整理しています。
融解塩電解のよくある質問
融解塩電解とホール・エルー法は同じものですか？
融解塩電解は溶かした塩で電気分解する方法全体の呼び名で、ホール・エルー法はそのうちアルミナを氷晶石に溶かしてアルミニウムを得る方法を指します。アルミニウムの工業的な製錬はほぼすべてこの方法で、「アルミの融解塩電解」とほぼ同じ意味で使われます。
アルミナとアルミニウムは何が違いますか？
アルミナは酸化アルミニウム（Al2O3）という白い粉状の化合物で、アルミニウムはそこから酸素を取り除いた金属の単体です。アルミナはそのままでも研磨材やセラミックス、触媒の担体などの材料として使われます。
ナトリウムやマグネシウムも融解塩電解でつくりますか？
ナトリウムは塩化ナトリウムを溶かした液の電気分解で工業的につくられ、マグネシウムやカルシウムも塩化物の融解塩電解で得る方法があります。いずれもイオン化傾向が大きく、アルミニウムと同じく水溶液の電気分解では単体を取り出せないためです。
イオン化傾向が大きいのに、アルミニウムはなぜさびにくいのですか？
アルミニウムの表面は空気に触れるとすぐに薄く緻密な酸化皮膜で覆われ、それ以上の酸化を防ぐためです。この皮膜を電気分解で人工的に厚くしたのがアルマイト（陽極酸化）で、耐食性や硬さ、着色のために部品の表面処理として使われます。
まとめ
- 融解塩電解は、溶かした塩の中で電気分解し、水溶液では取り出せないアルミニウムなどの金属を得る方法
- ボーキサイトはバイヤー法で精製し、アルミナだけを水酸化ナトリウムに溶かして酸化鉄（赤泥）と分ける
- アルミナは融点が約2,050℃と高いので、氷晶石に溶かして約950℃で電解する
- 陰極は Al3+＋3e−→Al、陽極は炭素が消費されて CO・CO2 になり、全体は 2Al2O3＋3C→4Al＋3CO2
- 製錬は1 kgに13〜15 kWhの電力を使い、日本は2014年に製錬を終え、再生アルミと不活性陽極が脱炭素の鍵になる
アルミニウムの製錬は、イオン化傾向や両性、電気量の計算といった化学の基本が、そのまま工場の設備と電力、立地に表れる分野です。素材産業の全体の動きは鉄鋼・非鉄金属業界の市場動向で、排出削減の考え方は脱炭素・カーボンニュートラルの基本で整理しています。
出典
出典・参考資料（19件）を開く出典・参考資料を閉じる
- 世界の生産：U.S. Geological Survey「Mineral Commodity Summaries 2025: Aluminum」
- ボーキサイト・アルミナ：U.S. Geological Survey「Mineral Commodity Summaries 2025: Bauxite and Alumina」
- バイヤー法の条件：European Commission CORDIS（プロジェクト BRPR980728）
- 赤泥：International Aluminium Institute「Bauxite Residue」
- 融点：PubChem「Aluminum oxide」、PubChem「Cryolite」
- ファラデー定数：NIST「Faraday constant」（CODATA）
- 電解槽・電力・陽極消費：The Electrochemical Society Interface（2002年冬号）
- ホールとエルーの発明・バイヤー法：The Electrochemical Society Interface（2014年夏号）「Hall and Héroult and the Discovery of Aluminum Electrolysis」
- 歴史と製錬所の運転：The Electrochemical Society「Electrochemistry Encyclopedia: Aluminum production」
- 製錬の電力原単位・排出：Australian Aluminium Council「Sustainability」
- 電力と製造コスト：The Aluminum Association「Primary Production 101」
- 一次アルミの排出原単位：International Aluminium Institute（2024年12月）
- 国内初の電解製錬：日本アルミニウム協会「アルミの日」
- 国内製錬業の構造改善：参議院「アルミ産業の位置づけに関する質問に対する答弁書」（1981年5月29日）
- 日本軽金属の製錬の終了：日本軽金属ホールディングス「沿革」
- 輸入新地金・再生のエネルギー：日本アルミニウム協会 LCI データ（輸入新地金）、同（再生地金）
- アルミ缶のリサイクル率：アルミ缶リサイクル協会「リサイクル率」
- 不活性陽極：Rio Tinto（2025年11月13日）、ELYSIS「What is ELYSIS」
- テルミット法：コトバンク「テルミット法」（日本大百科全書・化学辞典 第2版ほか）
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