ご飯をもっと美味しくするだけでなく、「海の牧場」も作れます。鉄には知らない驚きの事実がいっぱい！

1. 慣用句から見る鉄と生命

鉄は金属元素であるだけでなく、その拡張された意味は生命とも密接に関係しています。

1.1 非常に強い、堅固な、または決然とした何かを表すときに使用する

鉄壁の体制: 強固な政治権力や地位の比喩。

鉄と鋼の壁: 非常に強くて破壊できないものの比喩。

鉄壁の都市: 堅固な要塞を備えた都市の比喩。

岩のように固い: 非常に固く結び付けられているため、破壊できないことの比喩。

決断力と毅然とした態度: ためらったり先延ばしにしたりすることなく、言葉と行動において毅然とした態度で臨むことの比喩 (図 1)。

図 1: 決定的 (インターネットからの画像)

石の心: 鉄や石のように硬い心。心が冷たく、感情に動かされない人を表します。

1.2 誠実さと堅固さを表現するために使用される

確固たる証拠は山のように堅固です。山のように揺るがすことができないほど決定的な証拠を説明するために使用されます。

公平かつ公正: 個人的な感情を考慮せずに公平かつ厳格であることを表します (図 2)。

図2: 公平性（インターネットからの写真）

黄金律と鉄則: 従わなければならず、変更できない信条の比喩。

決まったこと: すでに決定されていて変更できないことの比喩。

1.3 強い意志を表すときに使われる

誠実な人とは、正直で、強く、屈しない人を指します。

銅の囲いと鉄の騎兵隊：堅固な陣形の比喩。

鉄硯を磨く：鉄硯を磨く。一生懸命勉強し、忍耐強くあることの比喩です。

1.4 剣や銃などの武器を指す

非武装: 手に武器を持っていない。

金剣鉄馬図: 銃を持ち馬に乗る兵士や将軍の雄大な姿勢を表現しています。

鉄を泥のように切る: 非常に鋭い武器を表します。

1.5 価値のないものを表すときに使われる

金を鉄に変える: 良い品物を悪い品物に変える比喩として使われる。また、良いものを悪いものに変えることも指します。

スクラップ銅鉄：あらゆる種類の古くて役に立たない物を指します。

2. 生活をより良くする

刺繍針であろうと巨大な船であろうと、鉄は私たちの生活に大きな影響を与えています。鉄鋼の使用は依然として拡大しています。住宅から高層ビル、数え切れないほどの橋や尖塔まで、鉄は私たちの周りにはいたるところにあります。鉄は私たちの生活をより良くします[1]。

2.1 ご飯をもっと美味しくする

鉄を使うとご飯が美味しくなるのでしょうか？このような記述を見ると、不思議に思いませんか。鉄と米に何の関係があるのでしょうか。植物の成長は肥料に関係しており、最も重要な肥料は窒素、リン、カリウムです。私たちは皆、このことによく気づいています。しかし、ケイ素肥料は窒素、リン、カリウムに次ぐ4番目に多い元素肥料とみなされており、高炉製鉄の副産物であるスラグはケイ酸塩が豊富で、米、小麦、トウモロコシなどのケイ素を好む作物の栽培に肥料として使用できることをご存知でしたか？その中でも米はケイ素肥料に最も敏感です。

米はケイ素を最も多く吸収する作物の一つです。茎や葉の乾燥物中のケイ素含有量は10%～20%に達することがあります。 100kgの米を生産するために、稲は17～18gのケイ酸塩を吸収します。ケイ素は植物の表皮の珪化を促進し、イネいもち病に対する抵抗力を高めます。ケイ素が植物の表皮組織に沈着し、稲の葉を直立させ（図4）、それによって作物の光合成効率が向上します。干ばつ、寒さ、倒伏に対する抵抗力を高め、効率的な分げつを増加させます。また、作物の病害虫に対する抵抗力を高め、病害虫を減らし、品質を向上させます。適切な量​​のシリコン肥料を施用すると、稲の病害抵抗性が高まり、結実率が向上し、収穫量が増加し、稲の品質が向上します。

図4 シリコン肥料を与えた稲と与えなかった稲の比較（インターネットからの画像）

2.2 鉄鋼スラグが「海洋牧場」の建設に貢献

図5に示すように、「海洋牧場」とは、ある海域において、自然の海洋生態環境、大規模な漁業施設、体系的な管理システムを利用して、人工的に放出された経済的な海洋生物を採取し、陸上で牛や羊を放牧するのと同じように、海上で魚、エビ、貝類、藻類などの海洋資源を計画的かつ意図的に放出することを指します。

図5 近代化された海洋牧場（インターネットからの写真）

地球の表面の約70％は海です。中国は、養殖量が漁獲量を上回っている世界唯一の主要漁業国である。養殖に利用できる海域の面積は120万平方キロメートルを優に超えます。対応する海域が十分に活用されれば、生産される高品質タンパク質は18億ムーの耕作地の生産量に匹敵することになる。

「海洋牧場」の将来性は非常に大きいですが、それが鉄鋼とどのような関係があるのでしょうか?鉄鋼スラグで作られた人工魚礁は天然ミネラルが豊富で、海藻、魚、貝類の生息地となり、海洋生物の多様性を保護します。同時に、人工魚礁に付着した藻類は水中の二酸化炭素を吸収することもできます。

2.3 鉄は私たちの生活に喜びをもたらす

遊園地に行って、スリル満点のジェットコースター（図6）を体験したことがありますか？想像してみてください、鋼鉄がなければ、ジェットコースターの楽しさを味わうことはできないでしょう。ジェットコースターは1817年にフランスのパリで初めて登場し、すぐにアメリカで人気を博しました。 1920 年までにジェットコースターは非常に人気となり、ほとんどの遊園地で 1 台以上のジェットコースターが設置されるようになりました。その後、大恐慌などの理由により、ジェットコースターは短期間で人気を失ってしまいました。しかし、鋼管トラックのジェットコースターの登場により、消費者の支持を取り戻しました。オリジナルの木製ジェットコースターと比較すると、スチール製ジェットコースターの線路はより高く、より速く、より安全です。統計によると、世界中のジェットコースターの95％以上は鋼鉄で作られています。

図6 ジェットコースター（インターネットからの画像）

2.4 Steelはより豊かな音質をもたらします

ピアノで演奏される音楽（図 7）は人々を酔わせることができ、異なる音楽は人々に異なる感情を与えることができます。情熱的な音楽は私たちに人生への憧れを満たしてくれます。柔らかな音楽は私たちを優しい世界へと導きます。美しい音楽と鉄との関係は何でしょうか?ピアノの弦は強力な高炭素鋼で作られていることがわかりました。高炭素鋼は 900°C 以上に加熱され、その後 430 ～ 520°C の溶融鉛に浸されて焼きなましされます。最終製品は強度と弾力性が高く、ピアノ弦の製造に適しています。

図7 ピアノ（インターネットからの画像）

2.5 鉄は輸送に便利さをもたらす

私たちをある場所から別の場所へ移動させる乗り物、つまり自動車、電車、飛行機は主に鉄で作られています。自動車に使用される鋼については以前の記事[2]で議論した。鉄道はすべての人の旅に痕跡を残します。かつて緑色の車両は私たちを世界のあらゆる場所へ連れて行き、汽笛の音は喜びと希望を表現していました。現在、中国では都市間を移動する合理化されたEMU列車がますます増え、世界最大の高速鉄道網が構築されています。 2020年現在、中国の高速鉄道の総距離は39,844kmであるのに対し、世界第2位から第10位の国の総距離はわずか28,084kmである。中国の高速鉄道の総距離は世界全体の58％以上を占めています（図8）。

図8 高速鉄道の走行距離で世界トップ10の国（インターネットからの画像）

中国本土の鉄道は、木材の85％、原油の80％、石炭の60％、鉄鋼などの資材の40％を輸送しています。鉄道の急速な発展により、鉄道製造の重要な原材料である鉄鋼に対する需要が高まっています。鉄道車両用熱間圧延高強度耐候性鋼は、高強度、高靭性、容易な溶接、容易な成形などの特徴を持っています。

飛行機（図9）は、人間の移動の効率を大幅に向上させ、移動距離を延長したため、出張や海外旅行の好ましい交通手段となりました。あらゆる航空機の生産のために、製鉄所は着陸装置用の特殊な高強度鋼、高温合金、チタン合金、その他の先進的な材料を提供する必要があります。航空機の「本拠地」ともいえる航空機研究開発センターの建物と生産工場では、厚い鉄板やカラー塗装板、鋼管などが活用されています。

図9 航空機（インターネットからの画像）

地下鉄を利用すると、毎日の出勤時や帰宅時に時間厳守になります。市内で最も一般的に利用されている公共通勤手段は地下鉄であり、これにより都市部の道路交通の混雑が大幅に緩和されました。忙しい現代の都市では、地下鉄のない生活を想像することは不可能です。地下鉄の車両に使用される鋼材には、高強度、耐候性、耐腐食性も求められます。地下鉄を走らせる主電動機の鉄心も高級無方向性電磁鋼板で作られています。

さらに、毎日の通勤やスポーツに出かける時など、便利な自転車があれば乗る楽しみも増えます。通常の熱間圧延鋼板と比較して、熱間圧延酸洗鋼板は表面品質が優れ、寸法精度が高く、表面仕上げが改善され、外観が向上しています。自転車部品、各種溶接パイプ、各種形状のスタンピング部品などに幅広く使用されています。

2.6 鉄は細菌を殺し、消毒する

銀と銅はどちらも細菌を殺し、消毒できることはすでに知られています。でも、鉄にもそういうことができるんです。フェライトナトリウム（Na2FeO4）は飲料水の消毒に使用できます。フェライトナトリウムの鉄元素は +6 で、高原子価鉄の酸素含有塩です。過マンガン酸カリウムよりもさらに強い酸化力を持っているため、殺菌・消毒の役割を果たします。さらに、Na2FeO4 の還元生成物は Fe3+ であり、これはコロイド状の Fe(OH)3 に加水分解され、吸着特性を持ち、水中の浮遊物質を凝縮して沈殿させることができます。したがって、飲料水をNa2FeO4で処理すると、細菌を殺すだけでなく、水を浄化することもできます。

3. 鉄は私たちの生活を支える

3.1 鉄は人体に必須の元素の一つである

私たちの体は機能するために少量ではありますが鉄を必要としますが[3]、鉄がなければ生きていくことはできません（図10）。成人の体内には約 4 ～ 5 グラムの鉄が含まれており、そのうち 72% はヘモグロビンの形で、3% はミオグロビンの形で、0.2% はその他の化合物の形で存在し、残りは貯蔵鉄です。貯蔵鉄は主に肝臓、脾臓、骨髄にフェリチンの形で蓄えられます。成人の1日の推奨鉄分摂取量は10～15 mgで、妊婦は1日30 mg必要です。

図10 鉄は人体を構成する元素の1つです（インターネットからの画像）

鉄が人体に対して果たす役割は多岐にわたります。鉄は酸素の輸送と貯蔵に関与しています。鉄は酸素の運搬体であるヘモグロビンの成分であり、人々が呼吸して酸化し、エネルギーを供給し、食物を消化し、栄養を得るために、体のあらゆる部分に酸素を運びます。人体のミオグロビンは筋肉中に存在し、鉄ヘムを含み、酸素と結合して筋肉内の「酸素貯蔵庫」として機能します。運動するとミオグロビン内の酸素が放出され、筋肉の活動に必要な酸素をいつでも供給します。心臓、肝臓、腎臓の細胞のミトコンドリアは、生理活性や生化学的機能が高く、特に大量の鉄を蓄えています。

鉄は発育を促進し、病気に対する抵抗力を高め、組織呼吸を調節し、疲労を防ぎ、ヘモグロビンを構成し、鉄欠乏症による貧血を予防・治療し、皮膚の血液の色を良くする効果もあります。

3.2 鉄欠乏症の一般的な症状と兆候

人体の鉄分が不足すると鉄欠乏症状を引き起こし、最終的には鉄欠乏性貧血につながる可能性があります。以下は鉄欠乏症の一般的な兆候と症状10種です[4]（図11）。

図11 鉄欠乏性貧血の症状（インターネットからの画像）

（１）異常な疲労感ひどい疲労感は鉄欠乏症の最も一般的な症状の一つです。この症状は、体全体に酸素を運ぶのに役立つヘモグロビンと呼ばれるタンパク質を生成するために必要な鉄分が体内に不足しているために発生します。

（２）青白い。青白い肌や下まぶたの内側の青白い色も、鉄欠乏症の一般的な兆候です。血液に赤い色を与えるのは赤血球中のヘモグロビンなので、鉄欠乏症でヘモグロビンのレベルが低下すると、血液の赤みが薄くなります。このため、鉄分が不足している人は、健康的な肌の色を失う可能性があります。鉄欠乏症の人の顔色の蒼白は、体全体に現れる場合もあれば、一部分だけに限られる場合もあります。

（３）息切れヘモグロビンは赤血球が体全体に酸素を運ぶのを助けます。鉄欠乏症でヘモグロビン濃度が低下すると、酸素濃度も低下します。これは、筋肉が通常の活動を行うのに十分な酸素を得られないことを意味し、体がより多くの酸素を得ようとするため、呼吸数が上がり、息切れを引き起こします。

（４）頭痛、めまい赤血球中のヘモグロビン含有量が低いため、十分な酸素が脳に届かず、脳内の血管が腫れて圧迫感や頭痛を引き起こす可能性があります。

（５）動悸動悸とも呼ばれる心臓の鼓動は、鉄欠乏性貧血のもう一つの症状です。酸素供給に関係があるのか​​もしれません。

（６）肌や髪が乾燥する。鉄欠乏症は血液中のヘモグロビン濃度を低下させ、髪の成長を促す細胞に供給される酸素の量を減らします。

（７）舌や口の中に腫れや痛みがある。症状には、舌の腫れ、炎症、青白さ、異常に滑らかな舌などがあります。

（８）むずむず脚症候群これは、安静時に無意識に足を動かしたいという強い衝動です。足や脚に不快で奇妙な虫が這うような感覚や痒みを引き起こします。

（９）爪がもろくなったり、スプーン状になったりする。鉄欠乏症の初期段階では、爪はもろくなり、簡単に折れてしまいます。後期になると、爪の中央が凹み、端が盛り上がり、スプーンのような丸い外観を呈することがあります。

（10）その他の潜在的な兆候鉄分が不足すると、奇妙な食べ物への欲求が生じることがあります。奇妙な食べ物や食べ物以外のものに対する渇望は異食症と呼ばれ、氷、粘土、土、チョーク、紙などに対する渇望が含まれることがよくあります。鉄欠乏性貧血は成人のうつ病と関連している可能性があり、気分が落ち込む原因となります。鉄分が不足すると、手足に運ばれる酸素が少なくなり、手足が冷たくなります。

3.3 食品中の鉄分源

食品には鉄分を多く含むものが多くあります。良質の鉄分源としては、牛肉、黒砂糖、ハマグリ、ドライフルーツ、卵黄、豚や羊の腎臓、赤身の肉、黒砂糖、卵黄、豚の腎臓、羊の腎臓、ドライフルーツ（ドライアプリコット、レーズン）、ビール酵母、海藻、黒糖蜜、オートミールなどがあります。一般的な供給源としては、魚、穀物、ほうれん草、レンズ豆、エンドウ豆、マスタードの葉、ソラマメ、メロンの種子（カボチャ、ズッキーニ、その他の種子）などがあります。微量源としては乳製品、野菜、果物などがあります。さらに、トマトやその他の酸性の食品を鋳鉄製のフライパンで調理すると、フライパンから健康に良い鉄分が食品に溶け出すため、鉄分が摂取されることもあります。

3.4 鉄の吸収を促進する要素

食品に含まれる鉄は、主にヘモグロビン鉄（動物由来）と非ヘモグロビン鉄（植物由来）に分けられます。ヘモグロビン鉄は人体に吸収されやすいですが、非ヘモグロビン鉄は吸収されにくいです。鉄の吸収率を高めるには、ヘモグロビンを多く含む魚、肉、鶏肉などの食品を食べることに加え、鉄の吸収を促進する物質を摂取することもできます。

（１）ビタミンCは還元剤です。抗酸化作用に加え、三価鉄を二価鉄に還元し、人体に吸収され利用されやすくなります。同時に、ビタミン C は鉄と複合体を形成して不安定なアスコルビン酸第一鉄を形成し、他の複合体から鉄を放出することができるため、鉄以外のヘモグロビン鉄の吸収を促進し、体の病気に対する抵抗力を高めます。

（２）ビタミンAは体の抵抗力を高めるほか、鉄分の吸収や輸送を改善する働きもあります。

（３）ビタミンBビタミンB2は腸からの鉄の吸収を促進し、ビタミンB6は骨髄による鉄の利用を改善します。さらに、ビタミンBは食欲を刺激します。

（4）銅は鉄の吸収を促進する。銅が不足すると、小腸で吸収される鉄の量が減少し、ヘモグロビンの合成も減少し、人体に鉄欠乏性貧血を直接引き起こします。

4. 鉄鋼に関するその他の知識と興味深い事実

4.1 100年以上の耐用年数を持つ環境に優しい消費財

一般的に、鉄鋼業は石炭を使用し、汚染を排出する産業であると考えられています。しかし、原材料の抽出から加工までのライフサイクル全体を考慮すると、鉄鋼は実はあらゆる建築材料の中で単位当たりの排出量が最も少ないのです。鉄は100年以上の耐用年数を持つ唯一の建築材料です。さらに、鉄は90％リサイクル可能ですが、これは他の素材では難しいことです。 1トンの鉄は40回リサイクルできるため、累計実使用量は10トン以上となる[5]。

鉄は環境に優しい消費財でもあります。例えば、自動車の鋼板や自動車の燃料タンク用の亜鉛メッキ鋼板に使われる環境に優しい高強度鋼板は、通常の鋼板よりも薄いため、自動車の重量を軽減し、燃費を向上させ、有害な排出物を減らすことができます。

4.2 レンガやタイルが青と赤に分かれているのはなぜか

レンガやタイル（図12）は焼成粘土で作られています。粘土に含まれる鉄は焼成後に赤色酸化鉄（Fe2O3）に変化します。自然に冷めると、赤レンガやタイルが出来上がります。焼成が終わりに近づいたときに温度を下げるために窯の上から水を撒くと、窯の中に大量のCOとH2が発生し、窯の中が還元雰囲気になります。赤色の酸化鉄は黒色の酸化第一鉄 (FeO) と酸化第二鉄 (Fe3O4) に変換され、結果として得られるレンガやタイルは青色になります。

図12 赤レンガと緑のタイル（インターネットからの画像）

4.3 青黒インクで書いた文字がだんだん黒くなってしまうのはなぜですか?

青黒インクは、青色が時間の経過とともに色あせる溶解性青色染料である混合物です。もう一つの主成分はタンニン酸と硫酸第一鉄の反応で生成される薄緑色のタンニン酸第一鉄で、色はあまりはっきりしていません。青黒インクで紙に書くと、文字は青くなります。次に、青黒インク中のタンニン酸鉄が空気中の酸素と反応してタンニン酸鉄を形成します。タンニン酸鉄は水に溶けない黒い沈殿物です。そのため、青黒インクで書かれた文字は徐々に青から黒に変化していきます。青黒インクが誤って衣服に付いてしまった場合は、還元剤を使用して汚れを落としてください。たとえば、質量比 2% のシュウ酸溶液を使用すると、不溶性の黒色のタンニン酸鉄 (III) が可溶性のタンニン酸鉄 (III) に還元され、水に溶かして汚れを洗い流すことができます。

4.4 搾りたてのリンゴジュースは空気中で茶色に変色する

リンゴジュースは人々に好まれる飲み物ですが、リンゴジュースには Fe2+ が含まれているため、空気中で Fe2+ が Fe3+ に酸化され、色が茶色に変わります。ジュースを作るときにビタミン C を加えると、この現象を効果的に防ぐことができます。

5. 結論

最後に、「鉄」の要約として七字詩が用いられている。

長く続く歴史を持つ

数十億トンの生産量。

還元と脱酸により鉄を調製し、

鋼は酸化と炭素の制御によって作られます。

炭素、マンガン、クロム、ニッケルを多く含んでいます。

クエンチングリターンを処理中です。

生産や生活に欠かせないもの。

美しく、健康で、士気も高い。

参考文献:
[1] 張英.鉄は私たちの生活をより良くします。中国冶金ニュース、2019–07–05 (2)

[2] 賈成昌最も使用されている金属：鉄に関する興味深い事実（1）。メタルワールド、2023(4):22

[3] スチールヘッドライン。驚きの発見：鉄は実は私たちの生活を支えている！ (2017–06–13) [2023–10–20]。

[4] CNC栄養コーチ。人体における鉄欠乏症の10の兆候と症状。 (2020–10–29) [2023–10–20]。

[5] 溶射と再生人生における鋼鉄の美しさを発見してください。 (2017–06–11) [2023–10–20]。

著者プロフィール: 賈成昌、北京科技大学教授、博士課程指導者。 1982年、北京鋼鉄学院金属材料学科を卒業し、学士号を取得。 1987年に東北大学で修士号を取得。 1990年に博士号を取得した。東北大学卒業。 1990-1994年、神奈川文化学術研究都市の博士研究員および主任エンジニア。彼は30件以上の国家発明特許を取得しています。国内外の学術誌に300本以上の論文を発表しており、そのうち100本以上がSCIに索引付けされ、200本近くがEIに索引付けされている。編集した学術論文は20冊近くあり、「複合材料入門」、「セラミックマトリックス複合材料入門」、「焼結金属含油ベアリング」、「金属マトリックス複合材料入門」、「超硬質材料とツール」、「金属粉末ゲル射出成形」、「焼結の実践と科学的根拠」、「韓鳳林教授論文集」などがある。教育部科学技術進歩二等賞、中国冶金教育協会優秀教科書一等賞、全国高等教育教育功績一等賞（参加）、北京市教育教育功績一等賞、中国非鉄金属学会優秀雑誌二等賞、中国金属学会優秀労働者、「チャレンジカップ」全国大学生科学技術コンテスト優秀講師、複合材料学会「複合材料ジャーナル」優秀編集委員などを受賞。材料学会、北京科技大学「私は先生を愛している - 心の中の最高の先生」、教師倫理の先進者、優秀党員、先進労働者、教育業績一等賞、SCI科学論文包括賞などの栄誉。主な社会的なアルバイト：中国複合材料学会名誉理事、中国金属学会粉末冶金支部名誉理事、中国機械工学学会粉末冶金支部事務局長、中国非鉄金属学会粉末冶金・セラミックス支部部長、中国鋼構造協会粉末冶金支部名誉理事、中国非鉄金属加工協会著名専門家、中国建築材料工業協会粉末支部部長、中国機械協会粉末冶金支部著名専門家、複合材料ジャーナル編集委員、粉末冶金技術コンサルタント、粉末冶金工業編集委員、中国モリブデン工業編集委員、粉末冶金材料科学・工学編集委員、中国材料科学・設備編集委員、金属界編集委員、ゲスト寄稿者