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。

そのため、金属を取り出すには、いろいろな物と金属を分けたり不純な金属を純粋なものにしたりしなければなりません。

ここでは、金属のとりだし方について、調べてみましょう。

鉱石

鉱物が集まっていて、それを掘り出して製練した場合、採算がとれる物ならば、その鉱物の集まりを鉱石といいます。

したがって鉱物が集まっていてもそれを掘り出して製練するとそんになるような場合はその鉱物の集まりは鉱石とはいえないわけです。

つまり、金属の鉱物のなかに私たちにとって役に立つ金属の鉱石があるわけです。

選鉱

金属をとりだすには、まず鉱石を掘り出しわけですが掘り出した鉱石を、すぐ製練するのではなくそのまえによい鉱石と必要でない物とに選び分けます。

これを選鉱といいます。

選鉱には、鉱物の重さの違いを利用する方法、磁力を利用する方法必要な鉱物だけを、水銀と化合させてアマルガムにする方法などいろいろな方法があります。

たとえば、砂金の選鉱では、おもに流れる水の中で比重の違いを利用して選別する比重選鉱法が使われます。

また砂鉄は、砂金と同じ方法でも選鉱されますが磁石を使って砂鉄を選別する方法も使われます。

これを磁力選鉱法といいます。

また、銅の選鉱には、比重選鉱・浮遊選鉱などの方法が使われています。

鉱石の分析

鉱石にどのような鉱物がふくまれているかを調べる方法はいろいろありますが
鉱物試料を熱して変化を調べる方法として、開管分析と閉管分析とがあります。

開菅分析

内径が7～8ミリ、長さが8～10センチぐらいの良質の硬質ガラス管をよく洗い
右の写真のように、いっぽうのはしを、はしから約3センチのところで折り曲げます。

この曲がったところに試料を入れ、空気の通りをよくしておいてゆっくり熱すると、試料は酸化をうけます。

このとき、試料の色のかわり方、水分やガスの出方昇華物があるかどうかなどを調べます。

この結果から、この試料にどのような成分がふくまれているかをおおよそ知ることができますがよく注意しないと試料が酸化されないで揮発して出てしまうことがあります。

閉管分析

閉管分析は、開管分析より確かな方法です。
開管分析に使った硬質ガラス管と同じ大きさのものを使いそのいっぽうのはしを、細くして封じこんだものを使います。

この中に試料を入れ、管の底をゆっくり熱します。

そして、開管分析のときと同じように試料の色のかわり方、水分ので方と酸性・塩基性、ガスので方と性質、昇華物があるかどうかなどを調べます。

この結果から、試料にふくまれている成分が、だいたいわかります。