No.4　銅原料

（アイル2003年5月掲載）

銅は、人類がはじめて手にした金属です。
その長い時代の流れの中、人類の発展とともにさまざまな分野で利用されてきた銅は、これからも未来に向けてさらなる活躍を続けていくでしょう。
今回は鉱石から銅地金ができるまでの製錬工程と、グローバルに流通する銅の動きについて解説します。

紀元前から人々の生活に密着していた歴史ある金属

モンちゃん

う～ん、寒くもなく暑くもなく、過ごしやすい季節がやってきましたね。

アンサー氏

そうだね、行楽シーズン到来というところかな。

モンちゃん

私もショッピングに旅行にって、遊びの予定がいっぱいありますよ。もうウキウキしちゃう！

アンサー氏

そりゃ羨ましいな。おおいに遊んで、勉強もしっかりしていこうね、モンちゃん。

モンちゃん

エヘヘ、そうでした。

アンサー氏

さあ、じゃあ今回も楽しく勉強を始めるとしようか。

モンちゃん

はぁ～い！えーっと、前回までは銅管について勉強したけど、今回は銅原料のお話でしたね。

アンサー氏

それではさっそく、銅がどのようにして製錬されるか学んでみよう。まず最初に、人類が初めて銅と出会ったのはいつ頃からだか知っているかな。

モンちゃん

たしか青銅器時代というのを歴史の時間に習ったわ。銅は人類が初めて使った金属でしょう。だから、紀元前ですよね。

アンサー氏

そうだね。正確には紀元前8,000～7,000年頃からではないかといわれているんだよ。紀元前5,000年頃の古代エジプトでは、日常生活の器具や装飾品、武器にも銅を使ってたんだ。そして紀元前4,300年には銅の製錬が行われるようになり、紀元前3,700年には錫（すず）が含まれた青銅の棒がつくられたってわけさ。

モンちゃん

歴史のある金属なんですねえ。日本では、いつ頃から使われていたんですか。

アンサー氏

日本で青銅器時代が始まったのは約2,000年前だろうといわれているんだ。708年の慶雲5年には、武蔵の国秩父から献上された銅で日本最古の貨幣「和同開珎」が鋳造され、年号も和銅と改められたんだよ。その後、749年の天平21年にはかの有名な「奈良の大仏」もつくられるようになったりして、銅の製錬や加工技術が目覚ましい進歩をとげていったんだね。

モンちゃん

銅は、そんな昔から日本人の生活になじんできたものだったんですね。それにしても、アンサー氏ったら歴史にも強いんですね、びっくりしちゃった！

全4回の工程で純度99.99％の銅が誕生！
電気分解を使って“銅”に“銅”をメッキ

アンサー氏

さて、じゃあ現在の銅生産は、どのように行われているのか見てみよう。まず、原料となる銅鉱石を輸入する。これは国内でも採れるものなんだが、今はほぼ輸入にたよっているんだ。

モンちゃん

どんな国から、運ばれてくるんですか。

アンサー氏

チリ、カナダ、オーストラリアなど、あらゆるところからだよ。そして、この鉱石を製錬していくんだね。製錬方法には2パターンあって、ひとつは乾式製錬法、もうひとつは湿式製錬法と呼ばれているんだ。でも、今は湿式はほとんど行われていないので、今回は通常に行われている乾式製錬法だけを説明するとしよう。

乾式製錬法

モンちゃん

その乾式法というのは、いつ頃から始められたんですか。

アンサー氏

いちばん最後に行う電解精製工程を除いた形では、約100年前というところだね。正式に現在のような技術が確立されたのは1930年頃からなんだよ。

モンちゃん

最初は、鉱石をドロドロに溶かしていくところから始めるんでしよ。

アンサー氏

まずその前に原料となる硫化鉱（鉱石）を選鉱するんだ。

モンちゃん

選鉱というのは。

アンサー氏

選鉱とは、つまり質の良いものと悪いものに分けるんだよ。そして粗鉱を一定のサイズに砕いてから、選別して含まれている銅成分を濃縮する。初めは0.5～2.0％くらいしか含まれていない銅分も、ここで25～40％くらいまで増えるのさ。それから、いよいよ溶かしていくわけだけれども、全部で4回の工程に分かれているんだ。

モンちゃん

まずは溶融炉で溶かしていくんですね。

アンサー氏

第一段階目の溶融炉では、硫化鉱にケイ酸、そして酸素をどんどん入れてやって、化合物に変えていく。これは何をしているかというと、イオウと鉄をどんどん除いていって、純粋な銅だけにしようとしているんだね。

銅製錬工程

モンちゃん

つまり硫化鉱というのは銅とイオウと鉄の混合物なんですね。

アンサー氏

他にもいろいろなものが含まれているけど、それらをとりだすのはもっと後。話をもとに戻して、ちなみにこの時点の工程反応を化学式で表すとCuFe2（硫化鉱）+SiO2（ケイ酸）+O2（酸素）→Cu2S・FeS（マット）+2FeO・SiO2（スラグ）+SO2（硫化ガス）＋反応熱となる。

モンちゃん

う−ん。化学式は苦手だからよくわからないけど…とにかく化学反応をおこして発熱するということね。

アンサー氏

この反応熱を利用して、銅成分が50～75％ほど含まれるマットというものができてくるんだよ。スラグというのは酸化鉄とケイ酸からなるもの。この2つが分離されて、これで第一段階終了。

モンちゃん

今度はこのマットだけを、転炉の中に移すのね。

アンサー氏

そうだね。ただし、やることは溶融炉の時といっしょでケイ酸と酸素を入れていくんだ。これは1回だけの工程では除ききれなかった不純物を、再び取り除く作業。そうすることで、はじめて銅ができるんだね。ここでできたものが粗銅（ブリスター）と呼ばれる、銅成分が98.5％のものなんだ。

モンちゃん

ここで銅ができたのに、まだ2回も工程が残っているんですか。

アンサー氏

うん。ここでできたものは確かに銅には違いないのだけれど、今までどんどん酸化させてきたものだよね。そのために酸素が多く溶け込んでしまっていて、このままでは電解精製工程にかけられない。そこで、今度は精製炉というところへ移すんだ。

モンちゃん

つまりここで還元して酸素を除いていくということですね。

アンサー氏

うん、だからここでは還元剤となるブタンガスやアンモニアを吹き込むんだ。すると酸素が除去される。こうしてできるのが陽極板（アノード）と呼ばれる銅成分99.5％の物質なのです！

モンちゃん

ここから最後の仕上げにはいるんですね。いよいよクライマックスというところかしら。

アンサー氏

最後は電解精製をして、ごく少量の不純物までをも分離してしまうんだ。やり方は、まずもう1枚、銅成分99.99％という純度の高い薄い銅板を用意する。これを陰極板（カソード）にして、さっきの陽極板と一緒に硫酸系の電解液につけて電気分解をするんだよ。この電解液につけて電気を流すと陽極板の銅成分は溶け出してきて、きわめて純度の高い陰極板のほうに付着してくる。こうしてこの薄い銅板は、その高い純度がかわらないまま、やがて厚くなってくるというわけなんだね。

モンちゃん

すごい！純粋な銅成分だけが、高純度の銅板にくっつくのね！銅を銅でメッキしているような感じだわ。これで、できあがりなんですか。

アンサー氏

そうだよ。この板は高純度の銅が均一になっているし、いずれにしても溶かして使うものだから、あらためて球や延べ棒みたいな形にする必要もないんだ。そして、これが電気分解で精製した銅だから“電気銅”と呼ばれているものなのさ。

モンちゃん

ここまでくるのに、どのくらいの時間がかかったのかしら。

アンサー氏

鉱石から粗銅までにするのが1日。そこから電気銅にするのは2週間。このうち電解精製の時間が大部分をしめているんだけど。

まさに金銀財宝！銅のほかにもさまざまな副産物がとれる銅製錬

モンちゃん

ところで、銅成分だけをとったあとの、残った物質はどうなっちゃうんですか。

アンサー氏

よくぞ聞いてくれました。銅の製練では多くの副産物がとれるんだよ。たとえば、金、銀、白金、パラジウム、セレン、テルル、石こう、鉛、などなど・‥。こうしたものが電解液に沈殿して残されているんだ。銅の鉱石はアルミニウムのボーキサイトとは違って、あらゆる貴金属を含んでいるからね。しかもこの副産物はすべてエレクトロニクス関連、歯科医療、装身具、化学薬品、医薬品などといった分野で役立つものだから、銅製錬の重要な資金源にもなるんだよ。

モンちゃん

まるで、金銀財宝ね！

アンサー氏

これらの副産物を得るために、電解精製法を行っているといっても過言じゃないくらいなんだ。アルミとの違いはここにあるんだよ。アルミの場合はアルミを精製するためだけに電気分解を行うのでコストが高くなるってわけ。

モンちゃん

銅だけじゃなく、他の金属もとりだしてコストのバランスも良くしているのね。ムダになるものがないとは素晴らしいじゃないですか。

アンサー氏

しかし、副産物でも多くできすぎて困るものもあるんだよ。

モンちゃん

それは、いったい・‥？

アンサー氏

それはズバリ硫酸！電気分解時になんと電気銅の約4倍の硫酸が発生するのだよ。ひとことで言うと、銅の製錬というのは“硫酸との闘い”なんだね。濃硫酸は化学肥料や化学繊維、工業薬品にも使われるものなんだけれど、とにかくこの量は多すぎる。硫酸はきちんと処理をしないとね。

モンちゃん

硫酸の扱いについては、これからもいろいろ考えていかなければならない問題のようですね。

アンサー氏

そうだね。銅はこれからも我々と長く付き合っていく、重要な金属だからね。

LMEで決定される銅の相場

アンサー氏

じゃあ、ここでちょっと銅の価格がどのように決定されるか、また取引形態について話をしてみよう。

モンちゃん

経済の話ですかぁ……私、苦手なんだなぁ……。

アンサー氏

解りやすく説明してあげるから大丈夫だよ。モンちゃんはLMEっていうのを聞いたことがあるかな。

モンちゃん

えっ、LMEですか？う～ん、聞いたことあるような、ないような…。

アンサー氏

LMEとはロンドン金属取引所のことで、世界各地で生産される金属の情報を集約し、取引や価格の決定を行うマーケットなんだ。現在6種類の金属が取り扱われていて、銅もそのひとつなのさ。

モンちゃん

ふんふん、なるほど。そこで、どうやって価格が決められるんですか。

アンサー氏

基本的には需要や在庫の動向（ファンダメンタルズ）を反映しながら、価格が決定されていく。でも、近年では金融商品としての性格が強くなって、ファンド、ブローカー、中国などの買値と売値の差額によって生じる儲けを狙った売買により、ファンダメンタルズの動きが増幅され、相場が形成される傾向にある。つまり、長期国債や株式の替わりに原油、金銀、穀物などと共に資金運用の対象になっている訳さ。

モンちゃん

えっと…いわゆる投機家も参加する場にもなっているということですね。

アンサー氏

お、何となく解ってきたかね。本来は生産者と消費者を結びつけるという役割を果たし、両者間のリスク回避手段である先物市場に、利益を求める資金が大量に入り込むようになったんだね。ちなみに銅の場合、調達方法のバランスをとって価格の安定化を図ったりしていて、約7割から8割は年契約によって価格が決められるんだ。臨機応変に対応できるスポット価格で購入することもあるよ。もう少し補足すると、このLME市場における銅の仕組みを進化させた原因のひとつには、往々にして採掘国と消費国が違う場所であるというのがあげられるんだ。採掘国はチリ、インドネシア、ペルーといった環太平洋ベルト地帯やアフリカだけど、消費国は日本や中国、欧米だからね。

モンちゃん

ふぅ、ちょっと頭がこんがらがってきちゃった。銅の経済的な仕組みについては、もう一度じっくり復習しようっと。

世界中から日本へ運ばれてくる鉱石

モンちゃん

銅の国内製錬量って、どのぐらいあるんですか。

アンサー氏

前は年間約120万トンほどだったけど、最近150万トンと能力増強したんだ。しかし、消費はユーザーの海外移転やそれを追ったメーカーの海外移転、さまざまな製品の薄肉短小化、光ファイバーやラジエターのアルミ化などの他材料への転換が進むなどしたので、125万トンの国内需要と輸出になったんだ。

モンちゃん

消費傾向もどんどん変化してきているのね。じゃあ、輸入地金はどのぐらいあるんですか。

アンサー氏

輸入地金量はかつての半減以下の20万トン前後となっている一方で、国内の余剰能力は急成長を続ける中国向けの輸出に振り向けられているんだよ。そこで、この2,3年で日本は地金のNET輸入国から輸出国へ大きく転換したんだよ。

モンちゃん

ここでも中国は注目すべき国なのね。ホント、あらためて中国経済の成長ぶりが解るわ。

アンサー氏

まったくその通りだね。中国市場は急成長を続けて、ついに日本を抜いて米国に次ぐ大消費国へとなったものなぁ。中国の地金生産は年137万トンだけど、消費は193万トンだからね。しかもインフラが未整備の状態だから、今後も更なる発展が期待されている市場なんだよ。そのため、鉱石輸入では間に合わず、東南アジアなどから大量の屑が中国へ流れて、原料バランスが崩れる原因になってるいるんだ。日本からも20万トン以上出ているよ。

モンちゃん

経済成長とともに、そういう新たな問題もでてきたんですね…。でも、世界中にはまだたくさんの銅が埋蔵されているのでは。

アンサー氏

わかっているだけでも総埋蔵量は6.5億トンだけど、鉱石使用量は約1400万トンだから、このまま消費を続けるとあと数十年しかもたないことになる。しかし、まだ眠っている鉱脈が世界にはいっぱいあるから、それを見つける資源探索が重要な課題だよ。

モンちゃん

これから新しい鉱山が発見される可能性も高いですよね。

アンサー氏

実際のところ新しい鉱脈の発見技術、人工衛星を使った探査技術が発達してきて、鉱石の生産が増えたんだ。

モンちゃん

鉱石の生産が大きく伸びたのはそのためだったんですね。

アンサー氏

低コストの製錬方法が普及したことも理由のひとつだね。すでに製錬方法に乾式製錬法と湿式製錬法があることは解説したね。湿式はほとんど行われなくなったと言ったけれど、このところ注目を浴びるようになり、生産量も増えてきたんだ。

モンちゃん

乾式と湿式はどうちがうんですか。

アンサー氏

おおまかにいうと硫化鉱は乾式で、酸化鉱は湿式で製錬される。湿式は、銅の酸化物である鉱石を、酸によって抽出した液を電解して電気銅を採り出す方法だよ。

モンちゃん

湿式が注目されるようになった特別な理由があるの？

アンサー氏

1980年代の中頃に溶媒抽出用の抽出剤が改良されてから、急速に伸びてきた。SXEWと呼ばる方法だよ。SXEWは、酸化鉱や酸化鉱と硫化鉱の低品位混合鉱など今まで技術的、経済的に回収できなかった原料にも使用することができるんだ。

純度を高めて、リサイクルを徹底化

モンちゃん

ところで、銅のリサイクル事情ってどうなっているのかしら。

アンサー氏

自然の恵みである銅は、当然のことながら限りある資源なんだ。さっきも説明したように、大量の埋蔵量があるといっても、いつかは必ず尽きてしまう。

モンちゃん

銅にとってもリサイクルは、非常に大切な問題ですよね。

アンサー氏

幸いにも銅のリサイクルシステムは、かなり順調に展開されているんだよ。貴重な金属である銅は、スクラップの価値も高く早くからシステムが確立されてきたんだ。素材としての銅製品をつくる製造所でも、徹底して合金の種類や材料の形状を管理し、リターンスクラップとして少しの無駄もないように使用されている。

モンちゃん

種類の違う合金や異物が混じったりしたら大変ですよね。

アンサー氏

それは一番気を使うところでしょう。使用済の製品を解体する場合、部品が大きく材料の使用がはっきりしていれば、回収も比較的かんたんだけどね。家電製品からのリサイクル、特にエレクトロニクス関連の製品などは、軽薄短小化や材料の複合化が進んでいるからそれだけ選別も難しくなってしまうんだ。

モンちゃん

純度の高い銅を回収するためには、まだまだ課題が残されているってことでしょうね。

アンサー氏

そうだね。そして、今後はさらに自動車、廃家電を中心としたリサイクルの取組みの推進が必要となってくるんだろうな。

モンちゃん

限りある資源のために、私たち一人ひとりができることもキチンと考えていかなくちゃですね！それでは、次回の「やさしい技術」も楽しみにしていまーす。