銅鉱山と衝撃

銅は約 9000 年前に新石器時代の人類によって発見され、成形がはるかに容易だったために石の代わりに使用されました。イランの初期の銅細工師は、銅を加熱すると柔らかくなり、ハンマーで叩くと硬くなることを発見しました。このようにして、銅を容器や食器などの貴重な品物に成形することができ、人類にとって大きな進歩となります。 [1]

Lee, J., Bazilian, M., Sovacool, B., & Greene, S. (2020). Responsible or reckless? A critical review of the environmental and climate assessments of mineral supply chains. Environmental Research Letters, 15(10), 103009. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab9f8c

銅とその用途

銅は優れた導電性、耐食性、強度、展性で知られており、次のようなさまざまな産業用途に最適です [2]。

• 電気および電子産業: 銅は、電線、ケーブル、および回路基板やコネクタなどのコンポーネントの製造に広く使用されています。
• 建設業界: 銅は、その強度、耐久性、耐食性により、建物、橋、インフラの建設に利用されています。
• 配管および衛生陶器: 銅パイプおよび継手は、腐食に強く熱伝導率が高いため、配管システムに使用されます。
• 暖房、換気、空調 (HVAC) および冷凍: 銅は、その高い熱伝達効率と耐食性により、熱交換器、凝縮器、蒸発器に使用されています。
• 自動車産業: 銅は、エンジン ブロック、排気装置、電気システムなどのさまざまな自動車部品に使用されています。
• 消費者製品: 銅は、キッチン用品、照明器具、楽器などの日用品に使用されています。
• 農業: 銅は作物を害虫や病気から守るために、殺菌剤や殺菌剤などのさまざまな農業用途に使用されています。
• 太陽光発電: 銅は、その高い導電性と耐久性により、ソーラーパネルの製造に使用されます。
• 電池: 銅は電池、特にリチウムイオン電池の正極の製造において重要な部品です。
• 抗菌用途: 銅の抗菌特性は、銅を注入した繊維などの製品に使用されており、細菌やウイルスの蔓延を防ぐのに役立ちます。

銅はどのようにして作られるのでしょうか？

銅は他の物質と容易に反応するため、地殻内でさまざまな形で形成されます。鉛、亜鉛、金、銀などの金属の鉱床でよく見られます。最も多量の銅は斑岩銅鉱床として地殻中に存在します。 [1]。

銅が形成される主な地質学的プロセスの 1 つはマグマ プロセスです。このプロセスでは、銅がマグマだまりで濃縮され、火山活動によって地表に運ばれます。世界最大の銅源である斑岩銅鉱床は、このプロセスを通じて形成されます [3]。銅が形成されるもう 1 つの方法は熱水プロセスです。このプロセスでは、高温の流体が岩石の中を循環し、銅の鉱物が堆積します。このプロセスは、火山弧、地溝帯、堆積盆地など、さまざまな地質環境で発生する可能性があります [4]。

さらに、銅は微生物プロセスを通じて形成することができ、微生物は土壌中の有機硫黄の鉱化を介して硫化銅ナノ粒子の形成を仲介します[5]。銅は、産業排水、下水処理場、地表流出、浄化槽、農業、養殖、海上輸送、銅ベースの植物保護製品、農場の肥料など、さまざまな人為起源の物質にも含まれています。 [6、7、8、9]。

銅の生産

世界の銅の生産は著しく、2016年の銅の採掘量は2,020万トンに達し、冶金工場からの生産量は同年の1,900万トンに達しました。 2016年の精錬銅の生産量は2,330万トンに増加し、そのうちリサイクルによる390万トンが含まれています。注目すべきことに、南米、特にチリとペルーでの銅生産が急速に増加しており、世界の銅生産の41％を占めています。 [10] 2022 年時点で世界の銅生産量の上位 10 か国は降順に、チリ、ペルー、コンゴ民主共和国、中国、米国、ロシア、インドネシア、オーストラリア、ザンビア、メキシコでした。世界有数の銅生産国であるチリは、2022年に推定520万トンの銅を生産した。2位はペルーとコンゴ民主共和国で、同年の推定銅鉱山生産量は220万トンだった。中国は鉱山からの銅生産量で世界第 3 位であり、鉱山からの銅の推定量は 190 万トンです。 [11]

マッキンゼーのレポートによると、東南アジアはニッケルや銅などの卑金属のトップ生産国であり、この地域では銅などの卑金属の一次産品価格の上昇が見られています[12]。さらに、ロイターの記事は、東南アジアとインドが 2023 年から 2028 年にかけて世界の精銅需要の伸びの 20% を占めると予想されることを強調しています [2]。これは、新エネルギーへの取り組みと産業の発展により、この地域で銅の需要が高まっていることを示しています。

銅の採掘

最も一般的な銅鉱石の 2 つは、酸化銅と硫化銅です。酸化銅は地表近くに多く存在しますが、低品位の鉱石とみなされます。一方、硫化銅は、埋蔵量は少ないですが、高級な鉱石として扱われています。 [13] 銅は複数段階のプロセスを通じて採掘されます [14]。

銅の採掘、特に低品位の鉱石の採掘は、通常、露天掘りで行われます。露天掘りでは、一連の階段状のベンチが時間をかけて地面の奥深くまで掘られていきます。ボーリング機械を使用して硬い岩石に穴をあけて鉱石を取り除き、爆薬を掘削穴に挿入して爆破して岩石を破壊します。得られた巨石は、発破現場から加工現場まで運ぶ準備が整います。大量の鉱石を運ぶために必要な設備は巨大です。ほとんどの鉱石は、通常はピットの近く、または場合によってはピット内に設置される一次破砕機を通って送られます。この一次破砕機は、鉱石のサイズを岩からゴルフボール大の岩まで縮小します。地下銅採掘では、立坑が地表下 1,000 メートルをはるかに超える深さに沈められ、トンネルが鉱体まで延長されます。掘削と発破によって砕かれた鉱石は、立坑を通して吊り上げられ、加工工場に運ばれます。 [13,15]

酸化銅と硫化銅は、化学的性質が異なるため、それぞれ湿式冶金と乾式冶金という 2 つの異なる抽出プロセスを経ます。

湿式冶金では、水（水ベース）溶液を使用して、常温で酸化銅鉱石から銅を抽出および精製します。通常、ヒープリーチング、溶媒抽出、電解採取の 3 つのステップで行われます。

• ヒープリーチング: 浸透化学溶液を使用して金属を浸出させるプロセスです [15]。粉砕された銅鉱石は不浸透性のパッドの上に積み重ねられ、浸出試薬または強酸、銅鉱石の場合は通常硫酸が上部から灌注によって追加されます。銅鉱物が抽出され、そこからの妊娠浸出溶液 (PLS) として知られる溶液が山の底に集められます。次に、PLS はさらに銅抽出処理のためにポンプで送られます。 [16]
• 溶媒抽出: 2 つの非混和液体を撹拌して分離し、銅をある液体から別の液体に移動させるプロセスです。 ＰＬＳは、銅イオンを選択する溶媒、通常は有機溶媒と激しく混合される。 PLS 中の銅イオンが抽出されると、有機溶媒からの H ⁺イオンが溶液中の銅イオンと置き換わります。この交換により、浸出酸が元の pH に戻り、ヒープ浸出プロセスでの鉱石浸出に酸溶液を再利用できるようになります。 [15、16]
• 電解採取: 電気分解の一種です。電流は不活性アノード (正極) を通過し、電解質として機能する溶媒抽出プロセスからの銅溶液を通過します。正に帯電した銅イオン (カチオン) が溶液から生じ、99.99% 純度の銅としてカソード (負極) にメッキされます。 [16] 乾式冶金では、熱を利用して硫化銅鉱石から銅を抽出および精製し、泡浮選、濃縮、精錬、電気分解の 4 つのステップで濃縮します。
• 泡浮選法: 細かく粉砕した銅鉱石を水およびコレクターなどの特定の化学物質と混合して、銅粒子を撥水性にするプロセスです。次に、混合物に空気を吹き込み、銅の鉱物を気泡に付着させて泡として表面に上昇させますが、脈石 (不要な物質) は底に沈みます。銅鉱物を含む泡は収集され、さらに処理されます。 [16]
• 増粘: 泡は増粘剤と呼ばれる大きなタンクに注がれます。泡が壊れ、泡溶液の固形物がタンクの底に沈みました。次に固体を濾過して余分な水を除去し、追加の硫化鉱石バッチの処理に再利用できます。 [16]
• 製錬: 一般的な製錬プロセスには、焙煎、製錬、濃縮、および火精製が含まれます。焙煎プロセスでは、入ってくる飼料を乾燥および加熱して「か焼」を生成します。製錬プロセスでは、か焼物が製錬炉内でケイ質フラックスとともに溶解され、銅マットが生成されます。銅マットは転炉と呼ばれる別の炉に運ばれ、残りの鉄と硫黄が燃焼されます。この製品はブリスターカッパーと呼ばれます。粗銅はさらに燃焼され、陽極鋳造ホイールと呼ばれる型に流し込まれます。冷却された陽極スラブは 99% 純度の銅です。 [15]
• 電気分解: 硫化鉱石を銅陰極に精製する最終プロセスです。銅の陽極スラブと純粋な陰極を、硫酸銅と硫酸電解液で満たされたタンクに置きます。電流が印加されると、正に帯電した銅イオンがアノード (正極) から出て、溶液中を移動して電解質溶液を通ってカソード (負極) にメッキされます。他の金属や不純物もアノードから出ます。電気分解により、99.99% の純度の銅が得られます。 [15]

銅採掘の影響

• ガス状排出と粒子状物質: 銅の生産量は世界の温室効果ガス (GHG) 排出量の約 0.2% ～ 0.3% を占めると推定されており、銅の需要の増加に伴い増加する可能性があります [17、18、19]。排出量は主に、採掘装置での燃料燃焼、電力消費、および低品位の銅鉱石の処理によって引き起こされ、生産時の炭素強度が増加します[18、20、21]。同じ量の銅を生産するためのエネルギー需要の増加は、排出量増加に寄与する注目すべき要因です。銅の需要は 2050 年までに倍増すると予想されているため、銅採掘からの GHG 排出量を削減する取り組みが重要です [18]。さまざまな研究や報告書は、銅生産の二酸化炭素排出量を測定し削減するための透明性と一貫したアプローチの開発の必要性を強調しています。 [19、20、22] さらに、銅採掘では粒子状物質に関する懸念もあります。硫化鉱石銅の採掘と、灰、スラグ、粉塵などの採掘や金属加工の副産物は、Pb、Cd、Hg、As、Al、粒子状物質などの有毒金属の発生源です[23]。 。制御されていない銅製錬プロセスでは、大量の粒子状物質、微量元素、硫黄が排出されます[24]。
• 投棄および有害固形廃棄物: 銅の浮選廃棄物、鉱山排水、採掘および金属加工の副産物など、銅採掘からの有害固形廃棄物の処分は、環境および人間の健康に重大なリスクをもたらします。これらの廃棄物には、Pb、Cd、Hg、As、Al などの有毒金属のほか、高レベルの粒子状物質が含まれています。鉱山廃棄物の地球化学分析により、これらの有害元素の濃度が上昇していることが示されており、不適切に処分すると環境や人間の健康を脅かす可能性があります。潜在的な影響には、水質と土壌の汚染、重金属の長距離輸送、スモッグの発生などが含まれます。 [23、25、26]
• 水の消費量: 銅の抽出には通常、大量の真水が必要で、2016 年には推定 5,300 ギガリットルの水が使用されました [27]。従来の銅加工プラントでは、鉱石乾燥トンあたり 0.45 ～ 0.6 m3 の水を使用します。これは、1 日あたり 50,000 トンの銅鉱石を採掘する場合、毎日約 30,000 立方メートルの淡水を使用することになります [28]。銅産業における水消費量の増加を引き起こす 2 つの主な要因は、プロセス経路の変更 (例、溶媒抽出およびイオン抽出から浮選選鉱へ) と鉱石グレードの低下です。 [29]
• 電力消費量: 生産された銅 1 トンあたりに必要な特定の電力は、濃縮装置と浸出溶媒抽出電解採取 (LS-SX-EW) プロセスの両方で銅 1 トンあたり約 12.0 GJ であり、値は全体の速度で増加しています。濃縮装置を備えたプラントの過去 10 年間の実績 [30]。さらに、銅製錬所と精錬所は年間約 200 ギガワット時 (GWh) の電力を使用します [31]。チリの銅鉱山での電力消費量は、21.1 テラワット時 (TWh) から 29.2 TWh に増加し、年間平均増加率は約 2.7% になると予測されています [32]。さらに、銅生産のあらゆる側面でエネルギーが必要であり、エネルギーの約 36.1% が電力に占められています [33]。リアダンプトラックの稼働は銅採掘で消費されるエネルギーの大部分を占め、消費されるエネルギー全体の 66% に相当します [34]。
• 土地利用と景観劣化: 銅の採掘は、土地利用と景観劣化に大きな影響を与える可能性があります。森林伐採は鉱山活動に関連する主要な問題の 1 つです。鉱山の建設と開発中に自然の生息地の広大な地域が破壊され、動物が現場から立ち去らざるを得なくなるからです。露天掘り鉱山は直径が 1 マイル近く、深さが数千フィートに達する場合があり、鉱山労働者は数千種の野生生物の生息地であるかなりの量の森林を伐採する必要があります。動物は鉱山産物や残留物によって直接中毒を起こす可能性があり、動物が食べる植物や小さな生物への生物濃縮も中毒を引き起こす可能性があります。銅鉱山の浸出液を土地施用またはその他の手段で廃棄すると、土地の劣化を引き起こす可能性があります。 [35,36]

著者: Hendra WINASTU、SOLEN プリンシパル アソシエイト – IPC パネル コーディネーター

編集者: Nguyeng Duy Hung、SOLEN ディレクター – IPC プログラム ディレクター

日付: 2024 年 1 月 15 日

記事番号: SOLEN-IPC-0031

参照:

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