鉱石

鉄鉱石(縞状鉄鉱石
マンガン鉱石 –サイロメレン(サイズ:6.7 × 5.8 × 5.1 cm)
鉱石 -方鉛鉱および直方鉛鉱(サイズ:4.8 × 4.0 × 3.0 cm)

鉱石とは、 1種類以上の貴重な鉱物(通常は金属を含む)を含む天然の岩石または堆積物であり、背景濃度を超えて濃縮されており、採掘および処理が経済的に実行可能です。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]鉱石の品位とは、含まれる目的物質の濃度を指します。岩石に含まれる金属または鉱物の価値は、採掘する価値があるほど十分に高い品位であるかどうかを判断するために、抽出コストと比較検討する必要があります。[ 4 ]複合鉱石とは、複数の貴重な鉱物を含む鉱石です。[ 5 ]

対象となる鉱物は、一般的に酸化物硫化物ケイ酸塩、あるいはなどの天然金属です。[ 5 ]鉱体は、一般的に鉱石生成と呼ばれる様々な地質学的プロセスによって形成され、鉱床の種類に基づいて分類できます。鉱石は採掘によって地中から抽出され、多くの場合は製錬によって処理または精製され、貴重な金属や鉱物が抽出されます。[ 4 ]一部の鉱石は、その組成によっては、健康や周囲の生態系に脅威を与える可能性があります。

鉱石という言葉はアングロサクソン語に由来し、金属の塊を意味します。[ 6 ]

鉱石と鉱滓

ほとんどの場合、鉱石は単一の鉱物だけで構成されているわけではなく、他の有用な鉱物や、不要あるいは価値のない岩石や鉱物が混ざっています。鉱石のうち、経済的に望ましくなく、採掘において避けられない部分は脈石と呼ばれます。[ 2 ] [ 3 ]有用な鉱石鉱物は、フロス浮選、重力選鉱、電気または磁気法、その他総称して選鉱[ 5 ] [ 7 ]またはドレッシング[ 8 ]と呼ばれる操作によって脈石鉱物から分離されます。

鉱物処理は、鉱石を鉱石から分離する最初の分離と、そこから目的の鉱物を分離する濃縮で構成されています。[ 5 ]処理された鉱石は尾鉱として知られており、特に低品位の鉱床から大量に生成される役に立たないが潜在的に有害な物質です。[ 5 ]

鉱床

鉱床とは、母岩の中にある、経済的に重要な鉱物の集積である。[ 9 ]鉱床が鉱物資源とは異なり、経済的に採算が取れるほど高濃度で存在する鉱床である。[ 4 ]鉱床とは、特定の種類の鉱石が1つ存在することである。[ 10 ]ほとんどの鉱床は、その場所、発見者(例えば、カンバルダのニッケル採掘場は掘削者にちなんで名付けられている)にちなんで命名されている。[ 11 ]あるいは、気まぐれ、歴史上の人物、著名人、所有者の出身都市、神話(神や女神の名前など)にちなんで命名されていることもある。 [ 12 ]あるいは、それを発見した資源会社のコードネーム(例えば、MKD-5 はマウントキースのニッケル硫化物鉱床の社内名である)にちなんで命名されていることもある。[ 13 ]

分類

鉱床は、経済地質学、すなわち鉱石生成学の研究によって開発された様々な基準に従って分類されます。以下は、主要な鉱床の種類の一般的な分類です。

マグマ堆積物

マグマ堆積物はマグマから直接生じたものである

斜長石とカリ長石からなる花崗岩質ペグマタイト。大きな角閃石結晶を含む。スケールバーは5.0cm。
キンバーライトの破片。11.1 cm x 4.5 cm

変成岩鉱床

これらは変成作用の直接的な結果として形成される鉱床です。

斑岩銅鉱床

これらは銅鉱石の主な産地である。[ 27 ] [ 28 ]斑岩銅鉱床は収束境界に沿って形成され、沈み込んだ海洋プレートの部分溶融とそれに続く酸化による銅の濃縮に由来すると考えられている。[ 28 ] [ 29 ]これらは平均して重量の0.8%の銅を含む、大きくて丸い散在した鉱床である。[ 5 ]

熱水

典型的な火山性塊状硫化物(VMS)鉱床の断面

熱水鉱床は鉱石の大きな供給源です。熱水鉱床は、流体から溶解した鉱石成分が沈殿することによって形成されます。[ 1 ] [ 30 ]

  • ミシシッピ・バレー型(MVT)鉱床は、炭酸塩層中の比較的低温の基底海水から沈殿します。これらは亜鉛の硫化物鉱石の源です。[ 31 ]
  • 堆積性層状銅鉱床(SSC)は、硫化銅が塩水から赤道付近の堆積盆地に沈殿することによって形成されます。[ 27 ] [ 32 ]これらは斑岩銅鉱床に次いで2番目に多い銅鉱石の供給源であり、銀とコバルトに加えて世界の銅の20%を供給しています。[ 27 ]
  • 火山性塊状硫化物(VMS)鉱床は、海底において金属を豊富に含む溶液の沈殿によって形成され、典型的には熱水活動に伴って形成されます。一般的に、鉱染性硫化物および鉱脈の上に、硫化物に富む大きなマウンドが形成されます。VMS鉱床は、亜鉛(Zn)、(Cu)、(Pb)、(Ag)、(Au)の主要な供給源です。[ 33 ]
    鉱石(サイズ:7.5×6.1×4.1cm)
  • 堆積性噴流性硫化物鉱床(SEDEX)は、VMSと同じように金属を豊富に含む塩水から形成される銅硫化物鉱石ですが、堆積岩中に存在し、火山活動とは直接関係がありません。[ 25 ] [ 34 ]
  • 造山帯金鉱床は金の主要な供給源であり、金生産量の75%は造山帯金鉱床に由来しています。造山帯金鉱床の形成は、造山運動後期(造山運動参照)に起こり、変成作用によって金を含む流体が節理や断裂に押し込まれ、そこで沈殿します。これらの流体は石英脈と強く相関する傾向があります。[ 1 ]
  • 浅熱水性鉱脈鉱床は、地殻浅部で金属含有流体が鉱脈や堆積岩に集中し、沈殿に適した条件が整うことによって形成されます。[ 25 ] [ 19 ]これらの火山性鉱床は、主要な沈殿物である金と銀の鉱石の供給源です。[ 19 ]

堆積物

ミシガン州北部産の縞状鉄鉱石標本の拡大図。スケールバーは5.0mm。

ラテライトは、赤道付近の高度に塩基性化した岩石の風化によって形成されます。最短100万年で形成され、(Fe)、マンガン(Mn)、アルミニウム(Al)の供給源となります。[ 35 ]また、母岩にニッケルやコバルトが豊富に含まれる場合は、これらの元素の供給源となることもあります。[ 36 ]

縞状鉄鉱床(BIF)は、入手可能な金属の中で最も高い濃度を示す。[ 1 ]チャート層から構成され、鉄濃度の高い層と低い層が交互に現れる。[ 37 ]堆積は地球史の初期、大気の組成が現在とは大きく異なっていた時代に起こった。鉄を豊富に含む水が湧昇し、初期の光合成プランクトンが酸素を生成することで鉄(III)に酸化されたと考えられている。その後、この鉄が沈殿し、海底に堆積した。縞状構造は、プランクトンの個体数の変化の結果であると考えられている。[ 38 ] [ 39 ]

堆積岩中銅は、銅を豊富に含む酸化塩水が堆積岩に沈殿して形成されます。堆積岩は主に硫化銅鉱物の形で銅の供給源となります。[ 40 ] [ 41 ]

鉱床は、風化、輸送、そして水や風による貴重な鉱物の濃縮によって形成されます。砂鉱床は、典型的には金(Au)、白金族元素(PGE)、硫化鉱物、スズ(Sn)、タングステン(W)、希土類元素(REE)の供給源となります。砂鉱床は、河川によって形成された場合は沖積、重力によって形成された場合は崩積、母岩に近い場合は溶脱とみなされます。[ 42 ] [ 43 ]

マンガン団塊

多金属団塊(マンガン団塊とも呼ばれる)は、海底に存在する鉱物の団塊核の周囲にマンガンの水酸化物が同心円状に層状に堆積したものです。 [ 44 ]これらは、数百万年かけて約1センチメートルの速度で堆積作用と続成作用によって形成されます。[ 45 ]金属団塊の平均直径は3~10センチメートル(1~4インチ)で、地殻や周囲の堆積物と比較して、鉄、マンガン、重金属希土類元素の含有量が豊富であることが特徴です。遠隔操作の海底トロールロボットによるこれらの団塊の採掘の提案は、多くの生態学的懸念を引き起こしています。[ 46 ]

抽出

メキシコパチューカにある鉱山歴史資料館と博物館に展示されているトロッコ
世界のいくつかの鉱床
世界のその他の鉱床

鉱床の採掘は、一般的に以下の手順で行われる。[ 4 ]段階1から3の進行に伴い、鉱床の採掘可能性に関する情報が増えるにつれて、潜在的な鉱体が不適格と判断されていく。[ 47 ]

  1. 鉱石が存在する場所を見つけるための探鉱。探鉱段階には通常、地図作成、物理探査技術(航空調査および/または地上調査)、地球化学サンプル採取、予備掘削が含まれます。[ 47 ] [ 48 ]
  2. 鉱床が発見された後、その範囲と価値を明らかにするために探査が行われます。探査は、潜在的な鉱体を横断するためのターゲットダイヤモンド掘削などのマッピングとサンプリング技術を用いて行われます。この探査段階では、鉱石の品位、鉱量、そして鉱床が経済資源として成立するかどうかが判断されます。[ 47 ] [ 48 ]
  3. 次に、フィージビリティスタディ(実行可能性調査)では、開発を進めるべきかどうかを判断するために、潜在的な採掘事業の理論的な意味合いを検討します。これには、鉱床の経済的回収可能部分、鉱石精鉱の市場性と採算性、エンジニアリング、製錬、インフラ費用、財務および資本要件、潜在的な環境影響、政治的影響、そして最初の掘削から再生に至るまでの「ゆりかごから墓場まで」の分析が含まれます。[ 47 ]プロジェクトが次の段階に進む前に、さまざまな分野の複数の専門家による調査の承認が必要です。[ 4 ]プロジェクトの規模によっては、予備的な可能性を判断し、より費用のかかる完全なフィージビリティスタディが必要かどうかを判断するために、まず予備的なフィージビリティスタディが実施されることがあります。[ 47 ]
  4. 開発は鉱体が経済的に採算が取れると確認された時点で始まり、採掘工場や設備の建設など、採掘の準備段階が含まれます。[ 4 ]
  5. その後、生産が開始され、鉱山の操業が本格的に開始されます。鉱山の操業期間は、残存埋蔵量と収益性に依存します。[ 4 ] [ 48 ]採掘方法は、鉱床の種類、形状、周囲の地質によって大きく異なります。[ 49 ]採掘方法は、一般的に露天掘りストリップマイニングなどの表面採掘と、ブロックケービング、カットアンドフィル、ストーピングなどの地下採掘に分類されます。[ 49 ] [ 50 ]
  6. 鉱山が操業を停止した後、埋め立てによって鉱山があった土地は将来の利用に適した状態になります。[ 48 ]

20世紀半ば以降、鉱石の発見率は着実に低下しており、アクセスしやすい地表層の資源のほとんどは枯渇したと考えられています。これは、徐々に品位の低い鉱床に目を向け、新たな採掘方法を開発する必要があることを意味します。[ 1 ]

危険

鉱石の中には、重金属、毒素、放射性同位元素、その他環境や健康にリスクをもたらす可能性のある化合物が含まれているものがあります。鉱石やその尾鉱が具体的にどのような影響を及ぼすかは、含まれる鉱物によって異なります。特に懸念される尾鉱は古い鉱山のもので、過去には封じ込めや修復の方法がほとんど存在せず、周囲の環境への浸出量が多い状態でした。[ 5 ]水銀ヒ素は、特に懸念される鉱石関連の元素です。[ 51 ]鉱石に含まれる、生物の健康に悪影響を与える可能性のあるその他の元素には、鉄、鉛、ウラン、亜鉛、ケイ素、チタン、硫黄、窒素、白金、クロムなどがあります。[52] これらの元素にさらされると、呼吸器系や心血管系の問題、神経系の問題を引き起こす可能性があります。[ 52 ]これらに溶けると水生生物に特に危険です。[ 5 ]硫化鉱物などの鉱石は、その周囲や水の酸性度を著しく高め、生態系に多くの長期的な影響を及ぼす可能性があります。[ 5 ] [ 53 ]水が汚染されると、これらの化合物が尾鉱現場から遠くまで運ばれ、影響範囲が大幅に拡大する可能性があります。[ 52 ]

ウラン鉱石やその他の放射性元素を含む鉱石は、流出し、同位体濃度が背景レベルを超えると、重大な脅威となる可能性があります。放射線は、深刻かつ長期的な環境影響を及ぼし、生物に不可逆的な損傷を与える可能性があります。[ 54 ]

歴史

冶金学は、金、鉛、銅などの天然金属を直接加工することから始まりました。[ 55 ]例えば、砂金鉱床は天然金の最初の供給源だったと考えられます。[ 6 ]最初に採掘された鉱石は、7000年以上前にチャタル・ヒュユクで採掘されたマラカイトやアズライトなどの銅酸化物でした。[ 56 ] [ 57 ] [ 58 ]これらは、採掘量も製錬の基本要件も比較的限られており、加工が最も容易でした。[ 55 ] [ 58 ]これらは、かつては現在よりも地表に豊富に存在していたと考えられています。[ 58 ]その後、酸化物資源が枯渇し青銅器時代が進むにつれて、硫化銅が使用されるようになりました。[ 55 ] [ 59 ]方鉛鉱製錬による鉛の生産もこの頃に行われていた可能性があります。[ 6 ]

最初の青銅合金は、ヒ素と銅の硫化物の製錬によって作られたと考えられています。[ 56 ]しかし、青銅の製造の大部分には錫が必要であったため、錫の主な供給源である錫石の採掘が始まりました。[ 56 ]約3000年前、メソポタミアで鉄鉱石の製錬が始まりました。鉄酸化物は地表に豊富に存在し、様々なプロセスによって形成されます。[ 6 ]

18世紀までは、金、銅、鉛、鉄、銀、錫、ヒ素、水銀だけが採掘され使用されていました。[ 6 ]近年、希土類元素は様々なハイテク用途でますます利用されるようになっています。[ 60 ]これにより、REE鉱石の探索と、これらの元素を抽出するための新しい方法がますます増えています。[ 60 ] [ 61 ]

貿易

鉱石(金属)は国際的に取引されており、金額と量の両方で国際原材料貿易のかなりの部分を占めています。これは、鉱石の世界的な分布が不均一であり、需要のピークとなる地域や製錬インフラから乖離しているためです。

ベースメタル(銅、鉛、亜鉛、ニッケル)の大部分はロンドン金属取引所(LME)で国際的に取引されており、小規模な在庫や金属取引所は、米国のCOMEX(コモンウェルス・マーケット・エクスチェンジ)とNYMEX(ニューヨーク・マーカンタイル取引所)、中国の上海先物取引所で監視されています。クロム市場は現在、米国と中国が主導しています。[ 62 ]

鉄鉱石は顧客と生産者の間で取引されるが、四半期ごとに大手鉱山コングロマリットと大手消費者の間でさまざまなベンチマーク価格が設定され、これが小規模な参加者にとっての土台となっている。

その他の、より希少な資源には国際的な決済機関やベンチマーク価格がなく、ほとんどの価格は供給者と顧客の間で一対一で交渉されます。そのため、この種の鉱石の価格決定は一般的に不透明で困難です。このような金属には、リチウム、ニオブタンタルビスマスアンチモン希土類元素などが含まれます。これらの資源のほとんどは、世界の埋蔵量の60%以上を1社または2社の大手供給業者が独占しています。現在、中国は希土類元素の生産量で世界をリードしています。[ 63 ]

世界銀行報告によると、2005年には中国が鉱石と金属の最大の輸入国となり、次いで米国と日本となった。[ 64 ]

重要な鉱石鉱物

鉱石鉱物の詳細な岩石学的説明については、 SpryとGedlinske(1987)による「一般的な不透明鉱物の決定表」を参照してください。 [ 65 ]以下は、主要な経済的な鉱石鉱物とその鉱床を主要元素ごとに分類したものです。

タイプミネラル記号/用途出典参照
金属鉱石鉱物アルミニウムアル合金、導電性材料、軽量用途ギブサイト(Al(OH) 3)と酸化アルミニウムはラテライト中に存在し、ボーキサイト重晶石にも含まれる。[ 5 ] '
アンチモンSB合金、難燃性輝安鉱(Sb 2 S 3[ 5 ]
ベリリウムなれ金属合金、原子力産業電子機器緑柱石(Be 3 Al 2 Si 6 O 18)、花崗岩ペグマタイト中に発見される[ 5 ]
ビスマスバイ合金、医薬品天然ビスマスおよびビスマスナイト(Bi 2 S 3)と硫化鉱[ 5 ]
セシウムCs光電、医薬品ペグマタイト由来のレピドライト(K(Li, Al) 3 (Si, Al) 4 O 10 (OH,F) 2[ 5 ]
クロムCr合金、電気めっき、着色剤層状およびポディフォーム状のクロミタイトから得られるクロマイト(FeCr 2 O 4 )[ 5 ] [ 19 ] [ 21 ]
コバルト共同合金、化学触媒超硬合金コバルタイト、ニッケル方解石を含む鉱脈中のスマルタイト(CoAs 2 ) 、スマルタイト、銀、ニッケル、方解石を含む鉱脈中のコバルタイト(CoAsS)、銅鉱石の成分としてのカロライト(CuCo 2 S 4)とリンネ石(Co 3 S 4)、リンネ石
合金、高導電性、耐腐食性硫化鉱物には、硫化鉱床または斑岩銅鉱床中の黄銅鉱(CuFeS 2、一次鉱石鉱物)、銅鉱床および赤銅鉱床中の銅鉱 Cu 2 S、他の硫化鉱物と二次的に生成)、銅鉱(Cu 5 FeS 4、他の硫化鉱物と二次的に生成)含まれます。酸化鉱物には、銅鉱床の酸化帯中の孔雀石(Cu 2 CO 3 (OH) 2 )、赤銅鉱(Cu 2 O、二次鉱物)、および藍銅鉱(Cu 3 (CO 3 ) 2 (OH) 2、二次的に生成)が含まれます。[ 5 ] [ 6 ] [ 28 ] [ 55 ]
オー電子機器、宝飾品歯科砂鉱床石英粒子[ 5 ] [ 42 ] [ 1 ] [ 66 ] [ 33 ] [ 43 ]
産業用途、建設鉄鋼縞状鉄鉱層鉱脈火成岩中のヘマタイト(Fe 2 O 3、主成分);火成岩および変成岩中の磁鉄鉱(Fe 3 O 4 ) 、針鉄鉱(FeO(OH)、ヘマタイトの二次生成)、褐鉄鉱(FeO(OH)nH 2 O、ヘマタイトの二次生成)[ 5 ] [ 1 ] [ 67 ]
合金、着色、電池、耐腐食性、放射線遮蔽方鉛鉱(PbS)は他の硫化物とともに鉱脈やペグマタイト中に存在し、白鉛鉱(PbCO 3)は方鉛鉱とともに酸化鉛帯中に存在しています。[ 5 ] [ 6 ] [ 31 ]
リチウム金属生産、電池、セラミックペグマタイト中のスポジュメン(LiAlSi 2 O 6)リチウムも地下の塩水から商業的に回収可能な量抽出されます。[ 5 ] [ 68 ]
マンガンマン鉄鋼合金、化学製造ラテライトスカルンのような酸化マンガン帯に含まれる軟マンガン(MnO 2 ) ;軟マンガン鉱を含むマンガン鉱(MnO(OH))およびブラウナイト(3Mn 2 O 3 MnSiO 3[ 5 ] [ 23 ] [ 35 ]
水銀水銀科学機器、電気用途、塗料溶剤、医薬品他の硫化鉱物とともに堆積性亀裂中に存在する辰砂(HgS)[ 5 ] [ 6 ]
モリブデン合金、電子機器、産業斑岩鉱床中のモリブデナイト(MoS 2)、熱水鉱床中のパウエル石(CaMoO 4[ 5 ]
ニッケル合金、食品および医薬品用途、耐食性ペントランダイト(Fe,Ni)9S8他の硫化鉱物と共存し、ガーニエライト(NiMg)はクロム鉄鉱およびラテライトと共存し、ニッコライト(NiAs)はマグマ性硫化物鉱床と共存する。[ 5 ] [ 16 ]
ニオブ注記合金、耐食性 花崗岩ペグマタイト中のパイロクロアNa , Ca 2Nb2O6 OH, FコロンバイトFeIIMnII Nb2O6 [ 5 ]
プラチナグループPt歯科、宝飾品、化学応用、耐腐食性、電子機器砂鉱床ではクロム鉄鉱鉱石、硫化鉱床と金鉱脈ではスペリライト(PtAs 2 )[ 5 ] [ 69 ]
希土類元素LaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLuScY永久磁石、電池、ガラス処理、石油産業マイクロエレクトロニクス、合金、原子力用途、腐食防止(LaとCeが最も広く適用可能)カーボナタイト中のバストネサイト(REECO 3 F; Ce、La、Pr、Nd を表す)、砂鉱床中のモナザイト(REEPO 4 ; La、Ce、Pr、Nd を表す) 、ペグマタイト中のゼノタイム(YPO 4 ; Y を表す) 、火成岩中のユーディアライト(Na 15 Ca 6 (Fe、Mn) 3 Zr 3 SiO(O、OH、H 2 O) 3 (Si 3 O 9 ) 2 (Si 9 O 27 ) 2 (OH、Cl) 2)、ペグマタイトおよびカーボナタイト中の褐鉄鉱((REE、Ca、Y) 2 (Al、Fe 2+、Fe 3+ ) 3 (SiO4)3(OH))[ 5 ] [ 15 ] [ 60 ] [ 70 ] [ 63 ]
レニウム触媒、温度アプリケーション斑岩鉱床中のモリブデナイト(MoS 2 )[ 5 ] [ 71 ]
農業宝飾品、ガラス、光電応用、電池硫化物鉱床;銀鉱(Ag 2 S;銅、鉛、亜鉛鉱石の二次生成)[ 5 ] [ 72 ]
スンはんだ青銅ピューター砂鉱床およびマグマ鉱床中の錫石(SnO 2 )[ 5 ] [ 56 ]
チタンティ航空宇宙、工業用チューブイルメナイト(FeTiO 3)とルチル(TiO 2 )は、希土類元素を含む砂鉱床から経済的に産出されます。[ 5 ] [ 73 ]
タングステンWフィラメント、電子機器、照明スカルンおよび斑岩中の鉄マンガン重石((Fe,Mn)WO 4)および灰重石(CaWO 4)および硫化鉱物[ 5 ] [ 74 ]
ウランあなた核燃料弾薬、放射線遮蔽ウラン鉱砂鉱床中のピッチブレンド(UO 2);砂鉱床中のカルノータイト(K 2 (UO 2 ) 2 (VO 4 ) 2 3H 2 O)[ 5 ] [ 75 ]
バナジウムV合金、触媒、ガラス着色剤、電池硫化鉱物を含むパトロナイト(VS 4);熱水性金鉱床中のロスコエライト(K(V、Al、Mg)2 AlSi 3 O 10(OH)2 )[ 5 ] [ 76 ]
亜鉛亜鉛腐食防止、合金、各種工業用化合物鉱脈中の閃亜鉛((Zn,Fe)S)とその他の硫化鉱物、亜鉛を含む硫化鉱床の酸化帯中のスミソナイト(ZnCO 3 )[ 5 ] [ 6 ] [ 31 ]
ジルコニウムZr合金、原子炉、耐食性火成岩および砂岩中のジルコン(ZrSiO 4 )[ 5 ] [ 77 ]
非金属鉱石鉱物蛍石CaF 2製鋼、光学機器熱水鉱脈とペグマタイト[ 5 ] [ 78 ]
黒鉛C潤滑剤、工業用金型、塗料ペグマタイトと変成岩[ 5 ]
石膏CaSO 4 2H 2 O肥料、充填剤、セメント、医薬品、繊維蒸発岩; VMS[ 5 ] [ 79 ]
ダイヤモンドCジュエリーのカッティングキンバーライト[ 5 ] [ 22 ]
長石Fsp陶芸、ガラス製造、釉薬正長石(KAlSi 3 O 8)とアルバイト(NaAlSi 3 O 8)は地球の地殻全体に広く分布している。[ 5 ]

参照

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