銅の鉱石

銅は、自然銅として産出することもありますがふつうは、銅の鉱石として産出します。

おもな銅の鉱石には、赤銅鉱のクジャク石・輝銅鉱・黄銅鉱などがあります。

銅鉱石は、アノリカ合衆国・カナダ、南アメリカのチリアフリカのザンビア・旧ベルギー領コンゴなどで多く産出します。

日本も、量は多くありませんが、産出国としては古くから有名です。

銅の選鉱

銅のもっとも重要な鉱石は黄銅鉱です。
黄銅鉱は、ケイ酸塩からできている岩石（母岩）の中にあるのでこの母岩をくだき、鉱石と母岩を分けなければなりません。

この作業が選鉱ですが、銅の選鉱法には比重選鉱法と浮遊選鉱法とがあります。

比重選鉱法

母岩より鉱物のほうが比重が大きいので水中でよ、鉱物のほうが母岩より早く沈みます。

このことを利用して、水中で母岩をとりのぞくのが比重選鉱法です。

浮遊選鉱法

銅の鉱石を粉にして、少量の油とまぜて水に入れ空気をふきこみながらかきまぜると、油が泡になって水に浮きますがこのとき、鉱物も油と、いっしょになって、浮き上がります。

いっぽう、母岩は水に沈みます。
このことを利用して、鉱物と母岩を分ける方法を、浮遊選鉱といいます。

銅の冶金

比重選鉱や浮遊選鉱で母岩から分けられた黄銅鉱はまだヒ素・イオウなどの不純物を、かなりたくさんふくんでいます。

そこで、この黄銅鉱を、空気を通した炉の中で焼くと不純物は酸化物となって逃げ、硫化第一銅・酸化鉄・酸化ケイ素などが残ります。

これに、石灰石とコークスをまぜて、溶鉱炉の中で熱すると酸化鉄と二酸化ケイ素は、石灰石と化合して、スラグになります。

いっぽう、硫化第一銅は、溶けてスラグの下にたまります。
これを流しだして転炉に入れ、強く空気をふきこむと、銅ができます。

こうしてできた銅を粗銅といいます。
炉の中では溶けているのでこれを鋳型に流しこんでかためます。

電解精練

粗銅は、まだ金・銀・鉛・ヒ素などの不純物をふくんでいますから純銅をとりだすためには、さらにこれを精製しなければなりません。

銅の精練には、電気分解を利用するので電解精練といわれます。

電解精練には、下の図のような電解槽を使います。電解液には、硫酸銅に硫酸をくわえた水溶液を用い、この中に粗銅とうすい純銅の板を1つおきに入れ、粗銅を陽極とし、純銅を陰極として、低い電圧で電気分解します。

陽極では、銅が銅イオンになります。
また、銅よりイオンになりやすいニッケル・鉄・鉛・亜鉛などの不純物もイオンになります。

金・銀などのイオンにならない不純物は、粗銅が溶けるにつれて陽極から離れて、下にたまります。

陰極では、純銅の表面に銅が析出してを厚い純銅の板になります。ニッケルとか鉄などの不純物のイオンは析出しませんから純銅がえられるわけです。

いっぽう、陽極の下にたまった物からは金や銀が製造されます。

このように、電解精練によってできた純銅を、電気銅ともいい99.98～99.99パーセントという高い純度のものになっています。

鉄鉱石

鉄は、地球上のあらゆる場所の、岩石や砂・粘土などにふくまれていますが実際に鉄をとりだすことのできる鉱石、つまり採算のとれる鉱石の種類はそれほど多くありません。

代表的な鉄鉱石には赤鉄鉱･磁鉄鉱・かっ鉄鉱・炭酸鉄鉱（りょう鉄鉱）黄鉄鉱などがあります。

鉄鉱石は日本には少なくアメリカ・ソ連・フランス・スウェーデンなどの国にたくさん産出します。

溶鉱炉

鉄鉱石から鉄をとりだすには、溶鉱炉を使います。
溶鉱炉は、高さ15～30メートルのやや円すい形の炉で高炉ともいわれ、内側は耐火レンガではられています。

この溶鉱炉の上部から赤鉄鉱や磁鉄鋼のような鉄の酸化物からできている鉱石とコークス・石灰石をかわるがわる入れ、熱風炉で熱した空気を炉の下部（羽口）からふきこみます。

溶鉱炉の中では、まずコークスが燃えて1500℃ぐらいの高い温度になります。

温度が高いのでコークスは、二酸化炭素にはならずすべて一酸化炭素になり、それが炉の上のほうへあがっていきます。

いっぽう、上からは鉄鉱石がおりてきて、それが二酸化炭素にあうと還元されて、溶けた鉄になります。

そして、溶鎔炉の下部のほうへ流れおちます。
いっぽう、石灰石は溶鉱炉の中をおちてきて、900℃ぐらいのところまでくると分解して酸化カルシウムになります。

酸化カルシウムは、鉱石中の岩石分や二酸化ケイ素と化合してケイ酸カルシウムとなるので、やはりとけて流れおちます。

これをスラグといいます。

鉄もスラグも、溶けた状態になっていますが鉄のほうが比重が大きいので、まざりあわず鉄はスラグの下に沈んでおりてきます。

この鉄とスラグは、炉の下部からとりだされるいっぽう原抖はつぎつぎと上部から入れられて、作業がおこなわれます。

こうしてとりだした鉄を銑鉄といい、かなりの量の炭素をふくんでいます。
ふつう一基の溶鉱炉からは一昼夜に2000～4000トンぐらいの銑鉄が生産されます。

いっぽう。スラグは、高炉セメント・スラグレンガなどの製造に利用されます。
また、溶鉱炉の上部からは、窒素・一酸化炭素・二酸化炭素などの混合ガスがでますがこれは、高炉ガスとよばれ、熱風の予熱に利用されています。

銑鉄

銑鉄は鋳鉄ともよばれ、2.2～5パーセントの炭素をふくみます。
炭素のほかの元素もかなりふくまれていてケイ素を0.1～4パーセント、マンガンを0.16パーセントリンを0.01～2.5パーセント、イオウを0.01～6パーセソトぐらいふくんでいます。

ですから、ふつう使われている鉄材のなかでは銑鉄はもっとも不純な鉄といえます。

溶鉱炉からとりだしたばかりの銑鉄は、このように不純ですから軟鉄や鋼は、この銑鉄を原料としてさらにいろいろな工程をとおって、つくられます。