鉱石

鉱石とは、一般的に金属を含む1つ以上の価値ある鉱物を背景レベルよりも高濃度で含み、採掘および処理が経済的に実行可能な天然の岩石または堆積物です。 ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}鉱石の品位とは、含まれる目的の物質の濃度を指します。岩石に含まれる金属または鉱物の価値は、採掘する価値があるほど十分に高品位であるかどうか、したがって鉱石とみなされるかどうかを判断するために、抽出コストと比較検討する必要があります。^{[ 4 ]}複合鉱石とは、複数の価値ある鉱物を含む鉱石のことです。^{[ 5 ]}

一般的に、関心のある鉱物は酸化物、硫化物、ケイ酸塩、または銅や金などの天然金属です。^{[ 5 ]}鉱床は、一般的に鉱床生成と呼ばれるさまざまな地質学的プロセスによって形成され、その鉱床タイプに基づいて分類できます。鉱石は採掘によって地球から抽出され、多くの場合製錬によって処理または精製され、貴重な金属や鉱物が抽出されます。^{[ 4 ]}鉱石によっては、その組成によっては、健康や周囲の生態系に脅威を与える可能性があります。

「鉱石」という言葉はアングロサクソン語に由来し、「金属の塊」を意味する。^{[ 6 ]}

ほとんどの場合、鉱石は単一の鉱物だけで構成されているわけではなく、他の有価鉱物や、不要な、または価値のない岩石や鉱物が混ざっています。鉱石のうち経済的に望ましくなく、採掘時に避けられない部分は脈石として知られています。^{[ 2 ] [ 3 ]}有価鉱石鉱物は、浮選、重力選鉱、電気または磁気法、および鉱物処理^{[ 5 ] [ 7 ]}または選鉱^{[ 8 ]}として総称されるその他の操作によって脈石鉱物から分離されます。

鉱物処理は、まず鉱石を脈石から分離する解放と、そこから目的の鉱物を分離する濃縮から成ります。^{[ 5 ]}処理された脈石は尾鉱として知られており、特に低品位鉱床から大量に発生する、役に立たないが潜在的に有害な物質です。^{[ 5 ]}

鉱床とは、母岩中に経済的に重要な鉱物が集積した状態を指します。^{[ 9 ]}これは、経済的に採算が取れるほど高濃度で存在する鉱床であるという点で、鉱物資源とは異なります。^{[ 4 ]}鉱床は、特定の種類の鉱石が1箇所に存在する状態を指します。^{[ 10 ]}ほとんどの鉱床は、その場所、または発見者（例えば、カンバルダニッケル鉱脈は掘削業者にちなんで名付けられました）^{[ 11 ]}、あるいは気まぐれ、歴史上の人物、著名人、所有者の出身都市や町、神話（神や女神の名前など）^{[ 12 ]} 、または発見した資源会社のコードネーム（例えば、マウントキースニッケル硫化物鉱床の社内名称はMKD-5でした）^{[ 13 ]にちなんで名付けられています。}

マグマ性堆積物

マグマ性堆積物は、マグマから直接発生するものです。

• ペグマタイトは非常に粗粒な火成岩です。地表から深い場所でゆっくりと結晶化するため、結晶サイズが非常に大きくなります。ほとんどは花崗岩質です。石英、長石、スポジュメン、ペタライト、希少な親石元素などの工業用鉱物の大きな供給源です。^{[ 14 ]}
• カーボナタイトは、体積の50%以上が炭酸塩鉱物で構成されている火成岩です。これらは、大陸リフト帯で典型的にはマントル由来のマグマから生成されます。他のどの火成岩よりも多くの希土類元素を含んでいるため、軽希土類元素の主要な供給源となっています。^{[ 15 ]}
• マグマ性硫化物鉱床は、上昇するマントル溶融物から形成され、地殻との相互作用によって硫黄を取り込みます。これにより、存在する硫化物鉱物は混ざり合わなくなり、溶融物が結晶化する際に沈殿します。^{[ 16 ] [ 17 ]}マグマ性硫化物鉱床は、主要な鉱石元素によって2つのグループに分類できます。
  • Ni-Cuは、コマチアイト、斜長岩複合体、洪水玄武岩で発見されている。^{[ 16 ]}また、このような鉱石の唯一の既知のアストロブレム源であるサドベリーニッケル盆地も含まれる。 ^{[ 17 ]}
  • 大規模な苦鉄質貫入岩およびソレアイト岩からの白金族元素（PGE）。^{[ 16 ]}
• 層状クロム鉱は、PGEマグマ性硫化物鉱床と強く関連しています。^{[ 18 ]}これらの非常に苦鉄質の貫入岩は、唯一のクロム鉱石であるクロム鉱の供給源です。^{[ 19 ]}それらは、層状の形状と、母岩への層状のマグマの注入による形成にちなんでそのように名付けられました。クロムは通常、貫入岩体の底部にあります。これらは通常、大陸クラトンの貫入岩体で見つかり、最も有名な例は南アフリカのブッシュフェルト複合体です。 ^{[ 18 ] [ 20 ]}
• ポッド状クロミタイトは、複雑なマグマ混合によって生じた超苦鉄質海洋岩中に見られます。^{[ 21 ]}これらは蛇紋岩やダナイトに富む層中に存在し、クロム鉄鉱のもう一つの供給源となっています。^{[ 19 ]}
• キンバーライトはダイヤモンドの主要な供給源です。キンバーライトは マントルの深さ150kmから発生し、主に地殻の異種結晶、高濃度のマグネシウム、その他の微量元素、ガス、そして場合によってはダイヤモンドで構成されています。^{[ 22 ]}

斑岩銅鉱床

これらは銅鉱石の主要な供給源です。^{[ 27 ] [ 28 ]}斑岩銅鉱床は収束境界に沿って形成され、沈み込んだ海洋プレートの部分溶融とそれに続く酸化によるCuの濃縮に由来すると考えられています。^{[ 28 ] [ 29 ]}これらは大きく丸い散在鉱床で、平均して重量比で0.8%の銅を含んでいます。^{[ 5 ]}

熱水

熱水鉱床は鉱石の大きな供給源である。これらは、溶解した鉱石成分が流体から沈殿することによって形成される。^{[ 1 ] [ 30 ]}

• ミシシッピバレー型（MVT）鉱床は、炭酸塩層内の比較的低温の基底塩水から沈殿する。これらは鉛と亜鉛の硫化物鉱石の供給源である。^{[ 31 ]}
• 堆積岩型層状銅鉱床（SSC）は、赤道付近の堆積盆地で塩水から硫化銅が沈殿して形成される。^{[ 27 ] [ 32 ]}これらは斑岩銅鉱床に次いで2番目に多い銅鉱石の供給源であり、銀やコバルトに加えて世界の銅の20%を供給している。^{[ 27 ]}
• 火山性塊状硫化物（VMS）鉱床は、熱水活動に伴う金属に富む溶液の沈殿によって海底に形成されます。一般的には、散在する硫化物や鉱脈の上に大きな硫化物に富む丘状構造を形成します。VMS鉱床は、亜鉛（Zn）、銅（Cu）、鉛（Pb）、銀（Ag）、金（Au）の主要な供給源です。^{[ 33 ]}

  

• 堆積性噴出性硫化物鉱床（SEDEX）は、金属に富む塩水からVMSと同様の方法で形成される銅硫化物鉱石ですが、堆積岩中に存在し、火山活動とは直接関係がありません。^{[ 25 ] [ 34 ]}
• 造山性金鉱床は金の主要な供給源であり、金生産量の75%は造山性金鉱床に由来する。造山性金鉱床の形成は、後期造山運動（造山運動を参照）中に起こり、変成作用によって金を含む流体が節理や亀裂に押し込まれ、そこで沈殿する。これらは石英脈と強い相関関係にある傾向がある。^{[ 1 ]}
• 浅熱水性鉱脈鉱床は、金属を含む流体が鉱脈や網状鉱脈に濃縮され、沈殿に適した条件が整うことで、浅い地殻に形成される。^{[ 25 ] [ 19 ]}これらの火山性鉱床は、主要な沈殿物である金と銀の鉱石の供給源である。^{[ 19 ]}

堆積物

ラテライトは、赤道付近の非常に苦鉄質の岩石が風化することによって形成されます。ラテライトはわずか100万年で形成され、鉄（Fe）、マンガン（Mn）、アルミニウム（Al）の供給源となります。^{[ 35 ]}また、母岩がこれらの元素に富んでいる場合は、ニッケルとコバルトの供給源となることもあります。^{[ 36 ]}

縞状鉄鉱層（BIF）は、利用可能な単一金属の中で最も高濃度です。^{[ 1 ]}これらは、鉄濃度が高い層と低い層が交互に並ぶチャート層で構成されています。^{[ 37 ]}これらの堆積は、大気組成が現在とは大きく異なっていた地球の歴史の初期に起こりました。鉄を豊富に含む水が湧昇し、初期の光合成プランクトンの存在下で酸化されてFe（III）となり、酸素を生成したと考えられています。この鉄はその後沈殿し、海底に堆積しました。縞模様は、プランクトンの個体数の変化の結果であると考えられています。^{[ 38 ] [ 39 ]}

堆積物中の銅は、銅を豊富に含む酸化塩水が堆積岩に沈殿することによって形成されます。これらは主に硫化銅鉱物の形で銅の供給源となります。^{[ 40 ] [ 41 ]}

漂砂鉱床は、水や風による貴重な鉱物の風化、運搬、およびその後の濃縮の結果です。これらは通常、金（Au）、白金族元素（PGE）、硫化物鉱物、スズ（Sn）、タングステン（W）、および希土類元素（REE）の供給源です。漂砂鉱床は、河川によって形成された場合は沖積鉱床、重力によって形成された場合は崩積鉱床、母岩に近い場合は溶脱鉱床とみなされます。^{[ 42 ] [ 43 ]}

鉱床の採掘は一般的にこれらの手順に従います。^{[ 4 ]}ステージ1～3の進行では、鉱床の実現可能性に関する情報が増えるにつれて、潜在的な鉱床が継続的に除外されます。^{[ 47 ]}

1. 鉱石の位置を探すための探査。探査段階には、一般的に地図作成、地球物理探査技術（航空および/または地上調査）、地球化学サンプリング、および予備掘削が含まれます。^{[ 47 ] [ 48 ]}
2. 鉱床が発見された後、探査が行われ、潜在的な鉱床を貫通するためのターゲットダイヤモンド掘削などのマッピングおよびサンプリング技術によって、その規模と価値が決定されます。この探査段階では、鉱石の品位、トン数、および鉱床が経済的に実行可能な資源であるかどうかが決定されます。^{[ 47 ] [ 48 ]}
3. 実現可能性調査では、潜在的な採掘事業の理論的な影響を検討し、開発を進めるべきかどうかを判断します。これには、鉱床の経済的に回収可能な部分、鉱石精鉱の市場性および収益性、エンジニアリング、製粉およびインフラのコスト、資金調達および自己資本要件、潜在的な環境影響、政治的影響、および最初の掘削から埋め立てまでのゆりかごから墓場までの分析の評価が含まれます。^{[ 47 ]}プロジェクトが次の段階に進む前に、さまざまな分野の複数の専門家が調査を承認する必要があります。^{[ 4 ]}プロジェクトの規模によっては、予備的な可能性を判断し、はるかに費用のかかる本格的な実現可能性調査がそもそも正当化されるかどうかを判断するために、最初に事前実現可能性調査が行われることがあります。^{[ 47 ]}
4. 鉱床が経済的に採算が取れると確認された時点で開発が開始され、鉱山プラントや設備の建設など、採掘の準備段階が含まれます。^{[ 4 ]}
5. その後、生産が開始され、鉱山の操業が活発に行われる。鉱山の稼働期間は、残存埋蔵量と収益性によって決まる。^{[ 4 ] [ 48 ]}使用される採掘方法は、鉱床の種類、形状、および周囲の地質に完全に依存する。^{[ 49 ]}方法は一般的に、露天掘りやストリップマイニングなどの表面採掘と、ブロックケービング、カットアンドフィル、ストーピングなどの地下採掘に分類できる。^{[ 49 ] [ 50 ]}
6. 鉱山が操業を停止した後、埋め戻しによって、鉱山があった土地は将来の利用に適した状態になる。^{[ 48 ]}

20世紀半ば以降、鉱石の発見率は着実に低下しており、地表付近の容易にアクセスできる資源のほとんどは枯渇したと考えられている。これは、次第に低品位の鉱床に目を向け、新しい採掘方法を開発する必要があることを意味する。^{[ 1 ]}

鉱石の中には、重金属、毒素、放射性同位体、その他環境や健康にリスクをもたらす可能性のある有害な化合物が含まれているものがあります。鉱石とその尾鉱が及ぼす正確な影響は、含まれる鉱物によって異なります。特に懸念されるのは古い鉱山の尾鉱です。過去には封じ込めや修復方法がほとんど存在しなかったため、周囲の環境に大量の浸出が起こっています。^{[ 5 ]}水銀とヒ素は、鉱石に関連する特に懸念される2つの元素です。^{[ 51 ]}鉱石に含まれるその他の元素で、生物に悪影響を及ぼす可能性のあるものには、鉄、鉛、ウラン、亜鉛、ケイ素、チタン、硫黄、窒素、白金、クロムなどがあります。^{[ 52 ]}これらの元素に曝露すると、呼吸器系や循環器系の問題、神経系の問題を引き起こす可能性があります。^{[ 52 ]}これらは水に溶けると水生生物にとって特に危険です。^{[ 5 ]}硫化物鉱物などの鉱石は、周囲の酸性度や水の酸性度を著しく上昇させ、生態系に数多くの長期的な影響を与える可能性があります。^{[ 5 ] [ 53 ]}水が汚染されると、これらの化合物が鉱滓堆積場から遠くまで運ばれ、影響を受ける範囲が大幅に拡大する可能性があります。^{[ 52 ]}

ウラン鉱石やその他の放射性元素を含む鉱石は、流出が発生して同位体濃度がバックグラウンドレベルを超えると、重大な脅威となる可能性がある。放射線は深刻で長期にわたる環境影響をもたらし、生物に不可逆的な損傷を与える可能性がある。^{[ 54 ]}

冶金は、金、鉛、銅などの天然金属を直接加工することから始まった。^{[ 55 ]}例えば、砂鉱床は天然金の最初の供給源であっただろう。^{[ 6 ]}最初に採掘された鉱石は、7000年以上前のチャタルヒュユクでマラカイトやアズライトなどの銅酸化物であった。^{[ 56 ] [ 57 ] [ 58 ]}これらは採掘が比較的少なく、製錬に必要な条件も基本的なものであったため、最も扱いやすかった。^{[ 55 ] [ 58 ]}これらはかつて、現在よりも地表にずっと豊富に存在していたと考えられている。^{[ 58 ]}その後、酸化銅資源が枯渇し、青銅器時代が進むにつれて、硫化銅が用いられるようになった。^{[ 55 ] [ 59 ]}方鉛鉱の製錬による鉛の生産もこの時期に行われていた可能性がある。^{[ 6 ]}

ヒ素銅硫化物の精錬によって最初の青銅合金が作られた。^{[ 56 ]}しかし、青銅の製造の大部分には錫が必要であったため、錫の主要供給源である錫石の採掘が始まった。^{[ 56 ]}約3000年前、メソポタミアで鉄鉱石の精錬が始まった。酸化鉄は地表に豊富に存在し、さまざまなプロセスで形成される。^{[ 6 ]}

18世紀までは、金、銅、鉛、鉄、銀、錫、ヒ素、水銀だけが採掘され使用されていた金属でした。^{[ 6 ]}近年では、希土類元素がさまざまなハイテク用途でますます利用されるようになっています。^{[ 60 ]}これにより、希土類元素鉱石の探索と、これらの元素を抽出する新しい方法がますます増えています。^{[ 60 ] [ 61 ]}

鉱石（金属）は国際的に取引されており、金額と量の両面で原材料の国際貿易のかなりの部分を占めている。これは、鉱石の世界的な分布が不均一であり、需要のピーク地域や製錬インフラから離れた場所に分布しているためである。

ほとんどの卑金属（銅、鉛、亜鉛、ニッケル）はロンドン金属取引所で国際的に取引されており、小規模な備蓄や金属取引所は米国のCOMEXとNYMEX、中国の上海先物取引所によって監視されている。世界のクロム市場は現在、米国と中国が支配的である。^{[ 62 ]}

鉄鉱石は顧客と生産者の間で取引されるが、主要な鉱業コングロマリットと主要な消費者の間で四半期ごとに様々な基準価格が設定され、これが小規模な参加者にとっての足がかりとなる。

その他の、より小規模な商品には国際的な清算機関やベンチマーク価格がなく、ほとんどの価格は供給者と顧客の間で個別に交渉されます。そのため、このような性質の鉱石の価格決定は一般的に不透明で困難です。このような金属には、リチウム、ニオブ・タンタル、ビスマス、アンチモン、希土類元素などがあります。これらの商品のほとんどは、世界の埋蔵量の60%以上を占める1社または2社の主要供給業者によって支配されています。中国は現在、希土類元素の世界生産でトップです。^{[ 63 ]}

世界銀行の報告によると、2005年の鉱石と金属の輸入国は中国が最大で、次いで米国と日本が続いた。^{[ 64 ]}

鉱石鉱物の詳細な岩石学的記述については、 Spry と Gedlinske (1987) による一般的な不透明鉱物の判定表を参照してください。 ^{[ 65 ]}以下に、主要な経済的鉱石鉱物とその鉱床を、主要元素ごとに分類して示します。

• 経済地質学
• 抽出冶金（鉱石処理）
• 泡浮選
• 鉱物資源の分類
• 鉱石生成
• 岩石学
• 多金属鉱石

• DILL, HG (2010)鉱床の「チェス盤」分類スキーム：アルミニウムからジルコニウムまでの鉱物学と地質学、 Earth-Science Reviews、第100巻、第1-4号、2010年6月、1-420ページ。Wayback Machineに2013年12月12日にアーカイブ済み。

• ウィキメディア・コモンズにある鉱石関連のメディア