オーストラリアの最重要課題に地球科学を応用

はじめに

銅製継ぎ手の詰め合わせです。 出典 ウィキメディア・コモンズ

あなたが電気のスイッチを入れたり、家庭で電化製品を使ったり、蛇口をひねったりするたびに、電気や水を供給しているのは銅なのです。 したがって、銅は人間にとって非常に重要な金属であり、おそらく他のどの金属よりも有用な特性を兼ね備えているのです。

平均的な家庭には、電線40kg、配管30kg、建築用金具15kg、電気器具内部9kg、真鍮製品5kgと、90kg以上の銅が使われています。 ボーイング747-200型ジェット機1機には約1.8トンの銅が使われています。 ニューヨークの自由の女神像には27トン以上の銅が含まれています。

Properties

黄銅鉱です。 出典 Geoscience Australia

銅は、金以外の唯一の自然発生金属で、特徴的な色をしている。 金や銀と同様に、銅は熱と電気の優れた伝導体です。 また、非常に可鍛性、延性に富んでいます。 また、銅は腐食に強い（あまり錆びない）のも特徴です。 銅は柔らかいですが、丈夫です。 他の金属と混ぜて青銅や真鍮のような合金を作るのも簡単です。 ブロンズは錫と銅の合金、真鍮は亜鉛と銅の合金です。

として最もよく発見されます。96 g/cm3

モース硬度3

1084℃

2562℃

用途

現在の銅。 電気をよく通すので、発電機やモーターなどの電気配線、ラジオやテレビなどの電化製品に使われている。 銅は熱をよく通すので、自動車のラジエーターやエアコン、家庭用暖房器具にも使われています。

銅は腐食しにくいので、水道管にも使われています。 銅は腐食しにくいので、水道管にも使われます。銅は可鍛性に優れているので、角を曲げるのも簡単で、壊れることもありません。

硫酸銅は、植物の根が排水溝や下水道をふさぐのを防ぐために殺菌剤として使われます。 処理された木材の青緑色は、ナフタン酸銅とヒ酸クロム銅によるもので、木材を虫から守るために加圧導入されたものである。

銅は硬貨や科学機器の製造、装飾にも使われています。

携帯電話には約15グラムの銅が含まれており、最近ではアルミニウムに代わってコンピュータチップに銅が使われています。

リール状の銅線。 出典：日本経済新聞社 Geoscience Australia

銅を含むコンピュータの回路基板。 出典 Geoscience Australia

（銅70％、亜鉛30％）は特にさびにくいので、帆船の船体やその他の船舶ハードウェアに使用されています。 楽器にも真鍮が多く使われている。

歴史

エルサレムのレストランに飾られた古い銅製の食器類。 出典はこちら。 ウィキメディア・コモンズ

銅は人類が最初に使用した金属である。 約9000年前に新石器時代の人が発見し、はるかに成形しやすかったので、石の代わりに使われました。 イランの初期の銅細工師たちは、銅を加熱すると柔らかくなり、銅を叩くと硬くなることを発見しました。 こうして、銅を容器や道具など、さまざまなものに加工することができるようになり、人類は飛躍的に進歩したのです。

銅が早くから使われていた証拠に、5000年前に使われていた銅管が、エジプトのチェオプスのピラミッドから考古学者によって発掘されています。 紀元前4000年頃、銅に少量の錫を混ぜた青銅（さらに硬い合金）が発見されました。 この青銅は武器、鎧、道具、装飾品に使われ、銅・青銅器時代が始まった。 青銅器の製造は、紀元前1000年頃の鉄器時代の始まりとともにほとんど行われなくなったが、銅はそのほかの特性からも引き続き使用された。

銅を叩いて板状にすることができ、錆びにくいことから、重要な建造物の屋根材としてよく使われた。 出典 ウィキメディア・コモンズ

銅産業の成長は、電気の普及と密接に関係しています。 電気的な用途がこの金属の主要な用途であり続けていますが、これは2つの物理的特性に起因しています。 電気（および熱）伝導性に優れ、延性があるため、破断することなくワイヤーに引き抜いたり、叩いて板状にしたりすることができるのです。 銅は配管部品に広く使われており、合金の主成分でもあります。合金の多くは、個々の構成元素よりも硬く、強く、靭性があります。 1837年、チャールズ・ウィートストンとウィリアム・クックは、銅線を使った最初の電気電信の特許を取得しました。 1876年にはアレキサンダー・グラハム・ベルが初めて銅の電話線を使いました。 1878年には、トーマス・エジソンが最初の電灯を発明し、銅を使って電流を流しました。 この2つの発明の大量使用により、数年のうちに銅の採掘と生産が驚くほど増加しました。

形成

マラカイトとアズライト。 R29797 出典 Geoscience Australia

銅は他の物質と容易に反応するため、地殻の中でさまざまな形で形成されます。 銅は、鉛、亜鉛、金、銀などの他の金属と一緒に堆積していることがよくあります。

銅の量が圧倒的に多いのは、地殻の中でポーフィリー銅鉱床として知られている天体です。 これらの鉱床は、かつて溶けた岩石の大きな塊で、地殻の中で冷えて固まりました。 冷えると大きな結晶ができ、さらに冷えると小さな結晶に囲まれる。 最初は、銅は大きな溶岩の塊の中に低濃度で広がっていました。 マグマが冷えて結晶ができ始めると、溶融物の量は少なくなっていきます。 銅は溶岩の中にとどまり、どんどん濃縮されていく。 岩石がほぼ完全に固まったところで、収縮して割れ、残った銅を多く含む液体が割れ目に絞り込まれ、そこでもついに固まったのです。 何百万年もかけて、これらの鉱床を覆っていた岩石が浸食され、やがて鉱床が地表に姿を現したのである。 6095>

銅、鉄、硫黄の混合物は黄銅鉱（CuFeS2）または「愚か者の金」と呼ばれ、昔の探鉱者を何人もだました！

銅、鉄、硫黄の混合物は、黄銅鉱と呼ばれ、昔の探鉱者をだました。 オーストラリアの黄銅鉱は、2億5000万年以上前の岩石から発見されました。 ボーナイト（Cu5FeS4）、コベライト（CuS）、カルコサイト（Cu2S）は世界的に重要な銅の供給源であり、多くの鉱床にはマラカイト（CuCO3・Cu（OH）2）、アズライト（Cu3（CO3）2・Cu（OH）2）、キューポライト（Cu2O）、テノーライト（CuO）や天然の銅も若干含まれています。 硫化物は、世界中で産出される銅の大部分を占め、一般に風化にさらされていない鉱脈の深い部分を占めている。 地表付近では、酸化や他の化学作用によって変質し、酸化物や炭酸塩が生成される。 これらの第二銅鉱物は、多くの鉱床の上部で豊富な鉱石を形成し、その特徴的な緑色または青色のために、それらが存在する岩石の中で少量でも容易に見ることができる。 銅を含む鉱物は、金、鉛、亜鉛、銀を含む鉱物と一緒に見つかるのが一般的です。

資源

オーストラリアでは、銅の探索はヨーロッパ人の入植後すぐに始まりました。 オーストラリアで最初に銅が発見されたのは、1842年に南オーストラリアのカプンダで、フランシス・ダットンが迷子の羊を捜しているときに銅鉱石を発見したのが最初です。 1860年代には、南オーストラリアには世界最大級の銅鉱山があったため、「銅の王国」として知られていました。

オーストラリアは世界の銅のかなりの部分を保有しており、米国地質調査所（USGS）によると、2016年にはチリに次いで第2位にランクされています。 クイーンズランド州のマウント・アイザ銅・鉛・亜鉛鉱床や、世界最大級の銅含有鉱床を採掘している南オーストラリア州のオリンピック・ダム銅・ウラン・金鉱床など、世界的に重要な銅鉱山を複数有しています。 その他の重要な銅資源の例としては、南オーストラリア州のプロミネント・ヒル銅・金鉱床とカラパテナ銅・金鉱床、ニューサウスウェールズ州のノースパークス銅・金鉱床、CSA銅鉛・亜鉛鉱床、ギリランボン銅鉱床、クイーンズランド州のアーネストヘンリー、オズボーン、マンモス銅、セルウィンの銅・金鉱床、西オーストラリア州のゴールデングローブ、ニフティの銅・亜鉛鉱床があります。

オーストラリアの主要な銅鉱床・鉱山（2016年）。 出典はこちら。 Geoscience Australia

さらなる資源と生産情報

Mining

主要生産国の多くで大規模な銅鉱床は露天掘り方式で採掘されていますが、オーストラリアで生産される銅鉱石のほとんどは地下鉱山から産出されたものです。 多くの鉱山で採用されている伝統的な方法では、鉱石を砕いて地上に運び、破砕します。 その後、鉱石は細かく粉砕され、銅を含む硫化鉱物が浮遊プロセスによって濃縮され、鉱石鉱物の粒と廃棄物、つまりギャングに分離される。 鉱石中の銅含有鉱物の種類や処理方法によって、銅含有量は通常25〜30％、多いものでは60％程度になります。

Processing

いくつかのオーストラリアの鉱山では、銅は鉱石から浸出され、銅の多い溶液を作り、後で銅金属を回収するために処理されます。 鉱石はまず砕かれ、浸出パッドに置かれ、硫酸溶液で溶かされ銅が浸出される。 銅を多く含む溶液は、溶媒抽出プラントに送られ、銅を銅錯体として分離する。 これを濃縮し、溶液を電解採取設備に通して銅を回収する。 電解採取された銅カソードは99.99％の銅を含んでおり、電気用として使用できる。 このプロセス全体を溶媒抽出電解採取（SX-EW）と呼びます。

精鉱を銅の金属に変えるには、さまざまな製錬方法が用いられます。 銅は鉄と硫化銅の混合物で、通常50～70％の銅を含んでいる。 溶けたマットは、さらにフラックスを含む転炉に注がれ、約98〜99％の純度のブリスター銅に変換される。 ブリスター銅はタップされ、陽極炉でさらに精錬され、最後に電解精錬されて純粋な陰極銅になります。

オリンピックダムでは、精鉱は直接ブリスター銅にフラッシュメルトされます。 このプロセスでは、銅精鉱は酸素を豊富に含んだ空気とともに製錬所に供給される。 精鉱は瞬時に反応し、硫化銅の硫黄分が燃焼し、二酸化硫黄ガスになることで「フラッシュ」と呼ばれる。 溶けた銅とスラグが製錬炉の炉心に落ちる。 スラグは溶融したブリスターカッパーの表面に層を形成する。 この電気銅を定期的に取り出して、陽極炉で精製し、電解精製する。