鉱石からの金属の抽出
金属は私たちの日常生活において非常に重要です。輸送、建設、製造、その他多くの産業の基盤を形成しています。しかし、これらの金属はそのままでは見つかりません。多くは地球の地殻に見られる鉱物から抽出されます。この包括的なガイドでは、鉱石から金属を抽出するプロセスを探り、その過程やこれらの方法の原理に焦点を当てます。
鉱石とは？
鉱石とは、経済的かつ利益を生む方法で金属を抽出できる金属化合物を含む天然の物質または岩石のことです。鉱石には不必要な物質が含まれており、これらはまとめてガンと言われます。金属を利用するためには、鉱石を加工して金属を使用可能な形態に分離する必要があります。
鉱石から金属抽出の段階
鉱石から金属を抽出するプロセスにはいくつかの主要な段階があります：
- 地中から採掘。
- 周囲のガンから金属鉱物を解放するために粉砕と粉末化。
- 不要物質を除去するための濃縮プロセス。
- 純粋な金属を抽出するための還元プロセス。
精神的採掘技術
採掘は様々な方法で行われますが、鉱石の深さに応じて一般的には2つのタイプに分類されます：
1. 露天掘り
露天掘りは、地表の植生、土壌、および場合によっては基盤岩層を除去して埋まっている鉱石埋蔵地をアクセスする方法です。この方法は浅い埋蔵地に対して費用効果が高いです。
2. 地下採掘
地下採掘は深い鉱石埋蔵地に使用されます。これにはより多くの人手が必要であり、インフラ、換気、および安全対策が必要なため、コストも増加します。
粉砕と粉末化
鉱石が採掘されると、それはさらに粉砕と粉末化の形で処理され、鉱石を含む岩石をより小さく扱いやすいピースに分解します。これにより鉱石の表面積が増加し、内部の金属を抽出しやすくなります。
鉱石の濃縮
鉱石の濃縮には、金属鉱石から不要物質（ガン）を洗い流すことが含まれます。これは、通常、異なる物理的プロセスの組み合わせを伴います：
物理的プロセス
- 重力選別: 鉱石と廃棄物の密度差を利用します。
- 磁気選別: 適用可能であれば金属の磁気特性を利用します。
- 泡沫浮選: 有価鉱物と廃棄物の表面特性の違いを利用して分離します。
還元：純粋な金属の抽出
還元は最終ステップであり、金属化合物が実際の金属に還元されます。主に3つの技術が使用されます：
化学的還元
炭素（コークスの形で）、水素、またはアルミニウムなどの還元剤を使用して金属化合物を金属状態に還元します。この方法の古典的な例は高炉の操作です。
Fe 2 O 3 + 3C → 2Fe + 3CO
ここで、酸化鉄(III)は還元剤として炭素を使用して鉄に還元されます。
電解還元
このプロセスでは、電気を使用して還元を引き起こします。アルミニウムやナトリウムなどの金属はこの手法を使用して抽出され、2つのカテゴリに分けられます：
- 融解化合物の電解: 非常に反応性の高い金属の抽出に使用されます。
- 水溶液の電解: 水溶液から金属が沈殿可能な金属のため。
2Al 2 O 3 + 3C → 4Al + 3CO 2
アルミニウムはボーキサイト鉱石とクリソライトから電解還元で製造されます。
焙焼と焼結
これらの熱処理プロセスは、金属鉱石の化学的性質に応じて使用されます：
焙焼
適用可能な場合、酸素の存在下で鉱石を加熱し、揮発性不純物を除去します。亜鉛や鉛の硫化鉱石はしばしば焙焼プロセスを経ます。
2ZnS + 3O 2 → 2ZnO + 2SO 2
焼結
焼結は酸素の欠如または限られた供給下で鉱石を加熱し、湿気や揮発性物質を除去します。このプロセスでは炭酸塩がしばしば酸化物に変換されます。
CaCO 3 → CaO + CO 2
異なる金属に使用される冶金的方法
各金属の抽出には、その源、物理的および化学的特性、費用対効果に応じて特定の方法が採用されています。
- 鉄: 鉄鉱石からの抽出に高炉方式。
- アルミニウム: ボーキサイト鉱石の電解。
- 銅: 泡沫浮選後に焙焼とその後の電解。
金属抽出の視覚化
これらのプロセスを理解するために、鉱石の山で作業する会社を想像してください。最初は機械と労働者が表土と植生を除去し、表面の下に重い埋蔵を露出させます。大型トラックがこれらの岩石を加工施設に輸送し、そこで岩石がより小さなピースに粉砕されます。次に、粉砕された鉱石が洗浄、濾過され、最終的に熱にさらされ、純粋な金属を得ることになります。
説明したように、鉱石から金属を抽出することは、機械的、化学的、時には電気的手段を組み合わせて純粋な金属を得るための多段階プロセスです。しばしば複雑ではありますが、抽出プロセスを理解することは、原材料が現代文明に重要な金属に変換される方法を理解する上で重要です。
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