重力選別と選鉱技術を組み合わせた酸化・硫化鉱石からの銅回収最適化

この銅の話が重要な理由

銅は電気自動車やスマートフォンから送電網やデータセンターに至るまで、現代社会のほぼすべての電力関連機器に組み込まれています。しかし、採掘しやすい銅鉱床は既に多くが掘り尽くされ、業界はより品位が低く、処理が複雑で高コストとなる鉱石に頼らざるを得なくなっています。本研究は、イランのこうした難鉱床の一つから、二つの古典的な選別法を賢く組み合わせ、銅粒子を気泡に付ける化学条件を細かく調整することで、より効率的に銅を取り出す方法を探っています。

微粒の有価鉱物を含む手ごわい岩石

研究者たちはAli Goodarz銅鉱床のボーリングコア試料を扱いましたが、全体で銅含有量は約0.5％程度しかありませんでした。顕微鏡観察では複雑な混合が見られ、銅は硫化鉱（黄銅鉱）と酸化鉱（孔雀石）の両方で存在し、粘土や鉄酸化物ときわめて緊密に連結していました。銅粒子は非常に細かく、ほとんどが74マイクロメートル以下で、水中では泥のように振る舞いやすいサイズです。こうした微粒、粘着性の高い粘土、鉱物種類の混合は、標準的な処理法で周囲の岩石から銅を分離するのを難しくします。

粒子ごとに鉱石を見通す

最適な処理法を理解するため、チームはまず鉱物組成を詳細にマッピングしました。X線回折とX線蛍光を用いて石英、長石、炭酸塩類、複数の粘土鉱物など主要鉱物を同定し、全体の化学組成を測定しました。原子吸光分析では銅は低品位で部分的にのみ酸化していることが示され、金は微量しか含まれていませんでした。高分解能電子顕微鏡と元素マップにより、銅鉱物が鉄酸化物や粘土にどのように付着しているかが明らかになり、多くの黄銅鉱粒子が目標の粉砕粒径では既に孤立していることも確認されました。この粒子ごとの鉱物学的視点が、処理工程と操作条件の選定を導きました。

まずは重力で一次選別

一部の粒子は他よりもかなり密度が高かったため、研究者たちはまず湿式シェーキングテーブル（斜面を振動させ流水で密度分離する装置）を試しました。異なる粒度範囲を試し、約120マイクロメートルまでの比較的細かい物質が銅品位と回収率の最良の妥協点を与えることを見出しました。この段階で重力選別だけで鉱石中の銅の約3分の2をやや濃縮した製品中に回収できましたが、銅の含有率は最終用途にはまだ低過ぎました。したがって重力ステップは明らかな廃石を除去して、次工程により小さく濃い流れを供給する前濃縮工程として有効でした。

銅粒子を気泡に乗せる

第二段階はフローテーションに依拠しました。ここでは薬剤により銅含有粒子を疎水化して気泡に付着させ上昇させ、廃鉱物は沈降させます。孔雀石などの酸化銅鉱物は通常のコレクターに反応しにくいため、チームはまず水素硫化ナトリウムで表面を「硫化化」しました。この処理により酸化鉱粒子は薄い硫化様の被膜で覆われ、通常のザンテート系コレクターが捕捉できるようになります。多数の試験を通じて、スラリーの酸度（pH）、コレクターの種類と量、硫化化剤の用量と種類を調整しました。その結果、わずかにアルカリ側のpH9.5、比較的高めの総合コレクター投与量、および硫化化剤として硫化ナトリウムではなく水素硫化ナトリウムを用いることで、より強く制御可能な反応が得られ、高い銅品位と回収率が達成されることが示されました。

より純度の高い金属へ向けた微調整

最適な大まかな条件が分かった後、チームはさらに追い込みをかけました。総コレクター濃度を増すことで回収率は500 g/tの鉱石まで安定して向上し、それを超えると効果は平坦化するか、不純物の増加を招く可能性がありました。硫化化については、水素硫化ナトリウム500 g/tが妥当な線であることが分かりました。少なすぎると酸化銅の活性化が不十分で、多すぎると表面の過剥離でフローテーションを妨げるためです。これら最適化条件下では、直接フローテーションで粗鉱濃縮品中の銅品位は約22.5%、銅の94％超が回収されました。

低品位鉱石の有効利用のための手法の組合せ

シェーキングテーブルで容易な廃石を除去した後、精密に調整した硫化化–フローテーションを適用することで、研究者たちは最終的な精製（クリーナー）濃縮品で約27%の銅品位を得つつ、原鉱に含まれる金属の約70%を保持しました。こうした低品位で粘土が多く、酸化・硫化が混在する鉱床としては優れた成果です。簡潔に言えば、本研究は、鉱石の微視的構造を理解し、物理的選別と化学処理を慎重に組み合わせれば、難鉱石でも製錬所向けの有用な原料に変えられることを示しています。高品位鉱床が減少するなかで、このような戦略はコストや環境負荷を劇的に高めずに銅供給を維持するための重要な道筋となるでしょう。

引用: Sobouti, A., Rezai, B. Optimization of copper recovery from oxide-sulfide ores through gravity separation and flotation techniques. Sci Rep 16, 11970 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42015-y

キーワード: 銅鉱石処理, フローテーション, 重力選別, 硫化処理, 低品位鉱石