採掘と精製: コバルト、残念なことに必要な金属

人類の物語は主に、資源の不均等な配分によってもたらされる紛争の物語です。 私たちが木から降りて以来、そしておそらくそれよりかなり前から、私たちの祖先は、より幸運な他の部族を犠牲にすることなく、生き残るために必要なものを手に入れるのに苦労してきました。 食べ物、水、土地、それは関係ありません。 彼らがそれを持っていて、私たちが持っていない場合、戦いが起こる可能性は十分にあります。

コバルトほど地球上に不均一に分布している資源はほとんどありません。 この金属は地殻の何パーセントかしか占めておらず、商業的に重要な濃度はほとんどなく、そのため、一部を持っている人々とそれを必要としている人々が対立することになることがよくあります。 そしてそれが必要なのです。 古代に主にガラスやセラミック用の豊かな青色の顔料として始まったものは、重要な工業用合金、高出力磁石、リチウム電池の負極などの用途に不可欠なものになりました。

限られた供給量のコバルトを入手し、それを有用な金属に精製することは簡単なプロセスではありません。残念なことに、技術社会におけるコバルトの重要性は非常に高いため、コバルトは地政学的な役割を強いられ、人類の悲惨さをさらに増大させてきました。 幸いなことに、市場原理と新技術のおかげで、かつては限界に達していた資源が利用可能になりつつあり、紛争を起こすことなく必要なコバルトを入手できるようになるかもしれません。

コバルトの化学的特性は、その不均一な分布に大きな影響を与えます。 アルミニウムと同様に、コバルト元素を自然界で見つけることは本質的に不可能であり、ほぼ同じ理由で、酸素と容易に反応して、かなり不活性な酸化物を形成します。 また、銅やニッケルなどの他の金属と密接に関連する鉱物を形成する傾向があります。 実際、現在生産されているほぼすべてのコバルト (98%) は、これら 2 つの重要な工業用金属の採掘と精製の副産物です。

コバルトはまた、硫黄や残念ながらヒ素を含む鉱物を容易に生成します。 商業的に重要な濃度のコバルトを含む鉱石は 30 種類以上あり、主要な鉱石を 1 つ特定するのは困難です。 しかし、これらの多様な鉱石を容易に入手できる地質はかなり限られており、コバルト鉱石がどのような種類の岩層で発見される可能性があるかを知ることは、なぜ実行可能な鉱床が世界中に点在しているのかを説明するのに役立ちます。

コバルト鉱石は、堆積性と火山性という 2 つの幅広い地質環境で発生する傾向があります。 今日のコバルト採掘の50%以上を占める堆積鉱床は、古代の海洋や湖の下に形成された砂岩や頁岩であり、有機堆積物が蓄積し、最終的には主に金属硫化物を鉱化してできたものです。 2 つの大きな堆積鉱床は、ヨーロッパのクプファーシーファー、または「銅頁岩」と中央アフリカの銅帯です。 これらの鉱床には両方とも、大量の硫化銅と関連する大量のコバルト鉱物が含まれています。

一方、火山鉱床は、熱水噴出孔を通過する流体から銅と硫化コバルトの鉱物が沈殿する熱水プロセスから生じます。 これらの鉱物鉱床はもともと海底に形成されますが、地殻活動やその他の地質学的プロセスにより、最終的にはこれらの鉱物が露出するか、比較的容易にアクセスできるように十分に地表近くに置かれます。 火山起源のコバルト鉱床は実際に非常にまれで、世界中にほんの一握りしか存在せず、コバルトが銅やニッケル採掘の副産物としてではなく、一次生成物として採掘される唯一の地層です。

現在生産されているコバルトの大部分は銅生産の副産物であり、この 2 つの金属の鉱石は堆積物中で非常に密接に関連しているため、どちらかを選択的に採掘することは不可能です。 したがって、鉱石からコバルトを抽出するプロセスは、このシリーズですでに説明した銅の採掘と精製と本質的に同じです。 簡単に説明すると、広大な露天掘り鉱山で採掘された粉砕された硫化鉱石は、絶え間なく降り注ぐ硫酸の雨によって岩から浸出する豊富なミネラルスープを受けるために、不浸透性の内張りを備えたピットに積み上げられます。 銅は電気分解によって溶液から引き出され、コバルトや他の金属が比較的豊富に含まれる使用済みの電解液が残ります。

一連の化学沈殿ステップと二次浸出ステップにより、電解液から他の金属が選択的に除去され、溶液中のコバルトが徐々に濃縮され、最終的には石灰を加えて水酸化コバルト(II)を生成して沈殿させることができます。 コバルトは青色と関連付けられていますが、沈殿物は美しいピンクの色合いです。 有名な「コバルト ブルー」顔料は、酸化コバルト (II) が酸化アルミニウムと混合された場合にのみ生成されます。

モロッコのブー・アッゼル鉱山や新しいアイダホ・コバルト・オペレーションズ（ICO）プロジェクトなど、商業的に実行可能な数少ない火山性コバルト資源では、主に岩石中のコバルト濃度が通常かなり低いため、回収プロセスはかなり異なります。 。 米国で唯一のコバルト鉱山であり、数十年ぶりに開山されるこのICOプロジェクトの計画は、これらの鉱床から一次製品としてコバルトを回収することに何が関係しているかを示している。

ICO プロジェクトは、アイダホ州サーモン市郊外、サーモン・チャリス国有林の真ん中に位置しています。 この場所は、アイダホ コバルト ベルトとして知られる 16 億年前の地層に位置しています。このベルトは、第二次世界大戦後、国内のコバルト源の必要性が明らかになり、1940 年代に初めて開発されました。 ここでは 1980 年代初頭まで露天掘り鉱山が操業していましたが、安価な外国産コバルトのせいで鉱山の存続が困難になりました。

もちろん、原始的な森林の真ん中にある露天掘り鉱山は、今では売りにくいだろう。そのため、鉱山の新し​​い所有者であるオーストラリアのジャーヴォワ・マイニングは、主にコバルタイトである鉱石にアクセスするための深坑採掘に投資する予定である。 、コバルト、ヒ素、硫黄の化合物 (CoAsS) です。 彼らが特定した鉱脈には、最大 1% のコバルトが含まれており、これは火山性鉱床としてはかなり豊富で、かなり豊富な黄銅鉱銅鉱石とかなりの量の金と一緒に産出されます。

ICO プロジェクトは始まったばかりで、鉱山の作業と現場で鉱石を処理する精鉱プラントの作業が始まっています。 プロジェクトが本格化すると、鉱石は鉱山の切羽から地表まで輸送され、ジョークラッシャープラントに供給される前に備蓄されます。 粉砕された鉱石はボールミルに送られて粉末になり、水を加えてスラリーとなります。 次に、アミルキサントゲン酸カリウム (PAX) と呼ばれる界面活性剤が添加されてから、スラリーは一連の泡浮選タンクに送られます。 ここで、空気がスラリーに注入され、PAX のおかげで大きな泡が形成されます。 金属硫化物は上部に浮いてすくい取られ、重い岩石の破片はタンクの底に落ちます。 真空濾過で濃縮した後、濃縮物は乾燥され、袋に詰められ、上記の電解採取法を使用してさらに精製するためにオフサイトに輸送されます。

この ICO プロジェクトでは、2030 年頃までに敷地修復のために閉鎖されるまでに、約 4,500 万ポンド (20,400 トン) のコバルトと 1 億 7,500 万ポンド (80,000 トン) の銅が生産されると予想されています。毎年約 116,000 トンを生産する世界市場では、アイダホ州プロジェクトは小さなジャガイモのように見えるかもしれないが、新たなコバルト源が開発されているという事実は朗報である。なぜなら、主に問題のあるコバルト源の一部を相殺できるからである。

2021年時点で、世界のコバルト供給量の約60％はコンゴ民主共和国（DRC）から供給されている。コンゴ民主共和国（DRC）は中央アフリカの銅地帯の大部分の上に位置しており、コバルトを巡る紛争には珍しくない。 その大部分は伝統的な鉱山で採掘され、上で説明したように精製されますが、大部分は婉曲的に「職人の鉱山労働者」として知られている人々によるものです。 これらは通常、伝統的な鉱山の外に高品位のコバルト鉱床を見つけ、手作業で鉱石を集めている極度の貧しい人々です。 この作業は、どの鉱山でも見られる通常の危険という点で非常に危険ですが、個人用保護具の欠如、有毒物質の存在、他の鉱山労働者からの暴力の脅威によってさらに危険が増します。 子供たちは労働力として使われ、鉱山労働者は 1 日わずか 1 ペニーしか稼げないこともあります。

困難にもかかわらず、職人鉱山労働者は信じられないほど生産性が高く、2021年にはロシアの2倍以上のコバルトを生産しました。 アイダホ州コバルトベルトのような以前は採算が取れなかった鉱床を生産に移すことで、この需要の一部を相殺できる可能性があるが、コバルトは多くの零細鉱山労働者にとって唯一の収入源であるため、これはもちろん諸刃の剣である。 しかし、世界のコバルト需要は2025年までに年間ほぼ25万トンに増加すると予測されており、コバルト争奪戦は激化するばかりであることを示唆しているため、すべては学術的なものかもしれない。