鉱石から金を処理するための技術と方法
鉱石からの金精錬とは、貴重な鉱物を含む岩石から金を分離・精製する一連の技術プロセスです。金は一般的に自然界では容易に入手できる「純粋な」形では存在しないため、鉱石の準備、物理的分離、浸出、そして最終的な精製に至るまで、精密な手法が求められます。本稿では、鉱石からの金精錬における一般的な技術と手法、その動作原理、利点と欠点、そして重要な安全面と環境面について解説します。
1. 金鉱石の特性と初期検査の重要性
処理方法を選択する前に、鉱石の特性を理解することが重要なステップとなります。金鉱石には以下のようなものがあります。
－酸化鉱石（一般的に加工しやすい）。
– 硫化物鉱石（金が黄鉄鉱や砒鉄鉱などの硫化物鉱物に閉じ込められているため、「難処理性」であることが多い）。
― 炭素質鉱石またはプレグロビング（天然の炭素が金錯体を吸収するため、回収率が低下する）。
―砂金／沖積金（河川の砂や砂利の中に遊離した金粒子）。
工業的な実務においては、回収率を推定し、最も効果的なプロセス経路を決定するために、金含有量分析（乾式分析）、鉱物学的試験（顕微鏡観察／X線回折）、および実験室規模の浸出試験などの冶金学的試験が実施される。
2. 鉱石処理：破砕と粉砕
処理の最初の段階は、金鉱物を不純物岩から分離するために、鉱石のサイズを小さくすることです。
1) 粉砕
鉱山から採れる鉱石は一般的にサイズが大きいため、ジョークラッシャーまたはコーンクラッシャーを使用して数センチメートル程度の大きさに粉砕されます。
2) 研削／粉砕
その後、鉱石は、分離要件に応じて、ボールミルまたはSAGミルを使用してより細かいサイズ（例えば、80%が75～150ミクロンを通過する）に粉砕されます。
目標は表面を滑らかにするだけでなく、最適な粒径を実現することである。粒径が粗すぎると金の除去が難しくなり、細かすぎると試薬の消費量が増え、固液分離が複雑になる。
3. 重力集中：比重の違いを利用する
鉱石に比較的粗粒の遊離金が含まれている場合、金は比重が高いため、重力選鉱法は非常に効果的です。
共通装備：
– 水門（小規模な発電所でよく見られる）。
– スパイラルコンセントレーター
振動テーブル。
―ネルソン濃縮機またはファルコン濃縮機（遠心濃縮機）。
重力選鉱法の利点は、比較的簡便であること、運用コストが低いこと、そして化学薬品に依存しないことである。欠点は、非常に微細な金や硫化物鉱物に結合した金には効果がないことである。
4. 浮選：金を含む鉱物の濃縮
硫化物鉱石の場合、金はしばしば黄鉄鉱、黄銅鉱、または砒鉄鉱と共存する。このような場合、浮選法を用いることで高品位の硫化物精鉱を生産でき、その後の処理に必要な原料の量を減らすことができる。
浮選の原理：
鉱物粒子は、捕集剤（例：キサントゲン酸塩）によって疎水性にされる。
空気を吹き込むことで、疎水性の鉱物が気泡に付着し、泡（濃縮液）として浮遊する。
－その他の鉱物は、鉱滓としてパルプ中に残る。
浮選生成物（精鉱）は、通常、浸出または酸化プロセスによってさらに処理されます（特に難処理鉱石の場合）。
5. 浸出：金の化学的溶解
浸出は、現代の多くの金精錬所の中心的な工程である。遊離した金は溶解性の錯体へと溶かされ、その後回収される。
a) シアン化
最も広く用いられている工業的方法はシアン化物浸出法であり、多くの鉱石に対して効果的かつ選択的に金を抽出できる。金はアルカリ性pH条件下、酸素存在下でシアン化物溶液中で可溶性錯体を形成する。
一般的な構成は2つあります。
– CIL（カーボンインリーチ）：活性炭を浸出槽に直接投入し、溶解した金を吸収させる。
– CIP（カーボンインパルプ）：最初に浸出を行い、次の段階で炭化を行う。
利点：適切な鉱石では高い回収率が得られ、大規模な実績がある。
課題：プロセスパラメータの厳格な管理と安全な廃棄物管理が求められる。
b) ヒープリーチング
低品位で透水性の高い鉱石には、ヒープリーチング法が用いられる。
鉱石は粉砕され、場合によっては凝集された後、密閉された台の上に積み重ねられる。
浸出液は上から注ぎ込まれる（散水される）。
－ 妊娠液は下部で採取され、処理されて金が回収される。
この方法はCIL/CIPプラントよりも設備投資コストは低いが、通常は処理速度が遅く、回収率も低くなる可能性がある。
c) シアン化物以外の代替手段（実現可能性に応じて）
研究・実施された代替案にはいくつかの制限がある。
– チオ硫酸塩浸出（鉱石のプレグを奪う可能性）。
– ハロゲン化物浸出（特定の条件下での塩化物／臭化物）。
しかし、一般的にその適用にはより複雑なプロセス制御が必要であり、多くの鉱山ではシアン化処理ほど一般的ではない。
6. 難処理鉱石の処理：浸出前の酸化
難処理鉱石とは、金が硫化物鉱物に「閉じ込められている」か、特定の基質によってブロックされているため、前処理なしではシアン化物処理が効果を発揮しない鉱石のことである。前処理方法には以下のようなものがある。
1) ロースト
硫化物は高温で酸化され、金がより露出する。そのため、排出ガス制御（例えば、SO₂/As）が必要となる。
2) 加圧酸化（POX）
加圧オートクレーブ内で酸素を用いて酸化する。回収率は高いが、設備投資コストが高い。
3) 生物酸化（BIOX）
制御された条件下で細菌を用いて硫化物を酸化させる方法。焙煎よりも「低温」だが、処理時間とバイオリアクターの管理が必要となる。
前酸化処理の後、鉱石／精鉱は（通常はシアン化物を用いて）浸出され、金が溶解される。
7. 溶液からの金回収：活性炭、樹脂、沈殿法
金が溶解したら、次のステップはそれを溶液から取り除くことです。
活性炭吸着法（CIP/CIL）：活性炭が金錯体を吸着します。その後、特殊な溶液を用いて活性炭を溶出（ストリッピング）し、金を遊離させます。
– 樹脂入りパルプ（RIP）：特定の条件下では、イオン交換樹脂が活性炭の代わりに使用され、場合によっては汚染に対する耐性が向上します。
－亜鉛沈殿法（メリル・クロウ法）：濃縮溶液を清澄化および脱酸素した後、亜鉛粉末を用いて金を沈殿させる。この方法は、比較的純度の高い溶液に適している。
最終的に得られるのは通常、スラッジまたは濃縮物であり、それを溶かしてドレ（金銀合金）にした後、さらに精製される。
8. 製錬と精製
回収された生成物（例えば、溶出沈殿物またはメリル・クロウ）は乾燥され、その後フラックスを用いて溶融され、ドレバーが製造される。ドレバーはその後、精錬所で以下の方法で精製される。
– 電気分解プロセス（例：高純度金を得るためのウォールウィル法）。
―ミラー法（塩素を用いて特定の不純物を分離する方法）。
精錬によって、業界基準に準拠した高品位の金（例えば99,99%）が生産される。
9．尾鉱管理、プロセス用水、および環境面
金精錬では必ず尾鉱（残留固形物）と処理水が発生するため、これらを安全に管理する必要があります。一般的な管理方法には以下のようなものがあります。
－地盤工学的設計に基づき、尾鉱貯蔵施設（TSF）における尾鉱の濃縮および貯蔵を行う。
・工程用水をリサイクルして、水の使用量を削減する。
試薬残留物の解毒（必要に応じて、特定の酸化プロセスによるシアン化物残留物の還元など）。
－水質、鉱滓ダムの安定性、および鉱山閉鎖計画の監視。
労働安全衛生（K3）の側面も重要です。試薬の使用、粉塵対策、有害物質への曝露防止、緊急時の手順は、運用システムの一部でなければなりません。
10. ケシンプラン
鉱石から金を抽出する技術と方法は、鉱石の種類、粒度、鉱物学的特性に大きく左右されます。一般的な処理工程としては、破砕・粉砕、重力選鉱および／または浮選、浸出（多くの場合、CIL/CIP法におけるシアン化処理またはヒープリーチ）、溶液からの金回収、そして製錬・精製が挙げられます。難処理鉱石の場合、金を効率的に抽出するためには、焙焼、POX、生物酸化などの前酸化処理が必要です。何よりも、現代の金処理の成功は、厳格な工程管理、責任ある尾鉱および水管理、そして労働安全と環境保護への取り組みによって左右されます。
ご希望であれば、この記事を工業規模の状況（フローシートや一般的なパラメータを含む）に合わせて、あるいは小規模／中規模規模（重力濃縮や基本的な操作方法に重点を置く）に合わせて、お客様のニーズに合わせて調整することも可能です。
