Chalcopyrite
最も豊富な銅鉱石鉱物であり、青銅器時代から使用されている。
黄銅鉱は、銅と鉄からなる硫化鉱物で、化学式はCuFeS₂です。最も豊富な銅鉱石鉱物であり、青銅器時代以来、最も重要な銅の鉱石となっています。この鉱物は正方晶系に結晶し、典型的には真鍮色から黄金色を示します。モース硬度は3.5から4で、黄鉄鉱よりは柔らかいものの純金よりは硬く、ナイフで傷がつきますが、黄鉄鉱は傷つきません。重要な識別特徴は条痕で、緑色の斑点のある黒色です。空気にさらされると黄銅鉱は変色し、様々な酸化物、水酸化物、硫酸塩を形成します。関連する銅鉱物には、斑銅鉱、輝銅鉱、銅藍、ダイジェナイトなどの硫化鉱物、孔雀石や藍銅鉱などの炭酸塩鉱物、そして稀に赤銅鉱などの酸化鉱物があります。自然銅が共存することはほとんどありません。黄銅鉱は電気を通します。その名前はギリシャ語で「銅」と「火を打つ」を意味する言葉に由来し、歴史的には「黄銅」と呼ばれていました。この鉱物は、その黄色がかった色と金属光沢から黄鉄鉱や金としばしば混同されますが、硬度が低いこと、脆いこと（金は展性がある）、そして緑がかった黒色の条痕によって区別されます。化学的には、天然の黄銅鉱は他の硫化物との固溶体系列を持ちませんが、銀、金、カドミウム、コバルト、ニッケル、鉛、スズ、亜鉛などの元素が微量ながら銅や鉄を置換することがあり、セレン、ビスマス、テルル、ヒ素が硫黄を置換することもあります。その結晶構造は閃亜鉛鉱に関連しており、各金属イオンは4つの硫黄アニオンに四面体配位しています。黄銅鉱は、火山性塊状硫化物鉱床、堆積性噴気鉱床、斑岩銅鉱床、コマチアイト質ニッケル鉱床など、様々な鉱床に産出します。オンタリオ州ティミンズの巨大な塊から、アメリカ大陸コルディレラ山系やアンデス山脈の不規則な鉱脈まで、世界中の多くの地域で見られ、石炭層や炭酸塩堆積岩中にも存在します。銅の抽出は主に乾式製錬法（破砕、粉砕、浮遊選鉱、製錬、精製、電解精製を含む）または湿式製錬法（加圧酸化浸出を使用）によって行われます。
Quick Facts
- Category
- Sulfide mineral
- Formula
- CuFeS; 2
- Imasymbol
- Ccp
- Molweight
- 183.54 g/mol
- Strunz
- 2.CB.10a
- System
- Tetragonal
- Cleavage
- Indistinct on {011}
- Fracture
- Irregular to uneven
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背景と経緯
黄銅鉱は正方晶系に結晶し、その構造は閃亜鉛鉱(ZnS)と密接に関連しており、Cu⁺イオンとFe³⁺イオンがZn²⁺イオンを交互に置換するため、単位格子は2倍の大きさになる。各金属イオンは4つの硫黄アニオンに四面体配位し、各硫黄アニオンは2つの銅原子と2つの鉄原子に結合している。空気にさらされると、黄銅鉱は様々な酸化物、水酸化物、硫酸塩に変色する。黄銅鉱は、その黄色がかった色と金属光沢から黄鉄鉱や金としばしば混同されるが、硬度（黄鉄鉱より柔らかく、金より硬い）と特徴的な緑がかった黒色の条痕によって区別できる。展性のある金とは異なり、脆い。名前はギリシャ語の'chalkos'（銅）と'pyrites'（火を打つ）に由来し、歴史的には「黄銅」と呼ばれていた。黄銅鉱は、火山性塊状硫化物鉱床、堆積性噴気鉱床、斑岩銅鉱床、カンバルダ型コマチアイト質ニッケル鉱床など、多くの鉱石生成環境に産出する。主な産地としては、オンタリオ州ティミンズ、カナダのテマガミ緑色岩帯、ブロークンヒルの堆積岩母岩の鉛-亜鉛-銀鉱床、アメリカ大陸コルディレラ山系とアンデス山脈、南オーストラリアの超巨大オリンピックダムCu-Au-U鉱床などがある。
読者ガイド
黄銅鉱の重要性は、電気配線、建設、そして無数の産業用途に不可欠な金属である銅の主要な供給源としての役割にあります。銅鉱物の中で最も高い銅含有量を持つわけではありませんが、大規模で経済的に viable な鉱床に広く産出するため、最も重要な銅鉱石となっています。黄銅鉱からの銅の抽出は、乾式製錬法が主流であり、これは破砕、粉砕、浮遊選鉱、製錬、転炉処理、精製を含む商業的に実行可能な方法です。このプロセスが必要なのは、黄銅鉱が難処理鉱であり、水溶液に溶解しにくいためです。加圧酸化浸出を用いた湿式製錬法は、代替方法ですが、あまり一般的ではありません。黄銅鉱の遺産は、青銅器時代にまで遡る銅の使用の歴史と、現代の技術やインフラにおけるその継続的な重要性に結びついています。黄鉄鉱や金との識別の難しさは、採掘や探査における注意深い鉱物学的分析の必要性を浮き彫りにしています。
黄銅鉱を似た鉱物と見分ける方法
黄銅鉱の真鍮色から黄金色の色合いと金属光沢は、鉱物界でしばしば偽物と間違えられます。黄鉄鉱も自然金も同じ温かみのある黄色の光沢を共有しており、何世紀にもわたって収集家や探鉱者を惑わせてきました。この3つを見分ける鍵は、簡単な物理的テストにあります。鋼鉄のナイフは黄銅鉱（モース硬度3.5～4）に傷をつけますが、黄鉄鉱には傷をつけられません。逆に、純金は銅貨で傷がつくほど柔らかいですが、黄銅鉱はその処理に耐え、変形する代わりに割れ、その脆い性質を示します。しかし、最も信頼できる診断法は条痕です。黄銅鉱は緑色の斑点のある黒色の条痕を残し、黄鉄鉱は無地の黒色の条痕、金は黄色の条痕を残します。時間の経過とともに、空気にさらされると黄銅鉱は酸化物、水酸化物、硫酸塩のパッチワーク状に変色し、その外観をさらに変化させます。
結晶構造と微量元素化学
黄銅鉱は正方晶系に結晶し、その内部構造は閃亜鉛鉱と顕著な類似性を示します。単位格子は閃亜鉛鉱のちょうど2倍の大きさで、これはCu+イオンとFe3+イオンが隣接するセルでZn2+が占める位置に交互に入る結果です。対になった二硫化物アニオンを含む黄鉄鉱とは異なり、黄銅鉱は単一のS2−硫化物アニオンに依存し、その鉄カチオンは黄鉄鉱に見られる反磁性の低スピンFe(II)ではありません。格子内では、各金属イオンは4つの硫黄アニオンからなる四面体の中心に位置し、各硫黄原子は2つの銅原子と2つの鉄原子に結合しています。この鉱物は他の硫化物との固溶体系列を形成しませんが、限られた亜鉛による銅の置換は起こります。微量の銀、金、カドミウム、コバルト、ニッケル、鉛、スズ、亜鉛が百万分の一レベルで存在し、セレン、ビスマス、テルル、ヒ素が時折硫黄を置換することがあります。酸化されると、黄銅鉱は孔雀石、藍銅鉱、または赤銅鉱を生成することがあります。
黄銅鉱の生成場所と産地
黄銅鉱は青銅器時代以来、主要な銅鉱石として機能してきましたが、それはどの鉱物よりも高い銅含有量を持つからではなく、非常に多様な地質学的環境に出現するからです。火山性塊状硫化物鉱床や堆積性噴気鉱床では、熱水流体が銅を輸送・濃縮し、その過程で黄銅鉱を沈殿させます。斑岩銅鉱床は、マグマの上昇と結晶化の過程で花崗岩質岩体中に銅が濃集することで形成され、ブロークンヒル、アメリカ大陸コルディレラ山系、アンデス山脈に見られる大規模な散点状鉱体を生み出します。カンバルダ型コマチアイト質ニッケル鉱床では、不混和性の硫化物メルトが超苦鉄質溶岩から銅を抽出してこの鉱物を生成します。オンタリオ州ティミンズには巨大な塊が存在し、カナダでこれまでに発見された最大のほぼ純粋な黄銅鉱体はテマガミ緑色岩帯の南端にあり、かつてカッパーフィールズ鉱山が高品位鉱石を採掘していました。南オーストラリアの超巨大オリンピックダム鉱床も、金やウランとともに多量の黄銅鉱を胚胎しています。この鉱物は、黄鉄鉱ノジュールとともに石炭層に、あるいは炭酸塩堆積物中に細かく分散して現れることさえあります。
鉱石から金属へ：黄銅鉱からの銅抽出
黄銅鉱という名前自体がその工業的用途を示唆しています。ギリシャ語のchalkosは銅を意味し、pyritesは「火を打つ」を意味し、この鉱物の歴史的な俗称「黄銅」にちなんでいます。現在、鉱石から銅を回収するには大きく分けて2つの技術があります。乾式製錬法は、特に高品位材料を扱う大規模操業において、最も商業的に実行可能な方法であり続けています。これは、黄銅鉱のようなCu-Fe-S鉱物が水に溶解しにくいためです。このプロセスは4つの段階を経ます。第一に、泡沫浮遊選鉱法は試薬を使用して銅を疎水性にし、処理可能な精鉱に濃縮します。第二に、その精鉱を製錬して高銅含有の硫化物マットを生成します。第三に、マットの酸化と転炉処理により不純な溶融銅が得られます。第四に、火法精錬と電解採取を組み合わせて金属を高純度に仕上げます。原鉱石は直接製錬されることはありません。その大部分は廃石であり、溶融するには莫大な量の炭化水素燃料が必要となるからです。湿式製錬法は、破砕、浸出、溶媒抽出、電解採取を含む代替経路を提供し、加圧酸化浸出が黄銅鉱に適用される具体的な技術です。