冶金(やきん)とは?金の製造工程と製錬・精錬について解説

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冶金(やきん)とは?金の製造工程と製錬・精錬について解説

金製品はどのようにして作られるのでしょうか?砂金などそのまま金製品に加工ができるものもありますが、金鉱石には金以外の物質も含まれています。目的の金属を取り出す方法には精錬・製錬・精製などがありますが、金鉱石から金を取り出すには「冶金(やきん)」という技術が使われるのです。本記事では冶金にまつわる基礎知識や、製造工程を解説していきます。

冶金(やきん)とは?

冶金とは、金の元となる鉱石から金属を取り出し、特殊な処理を施して最適な金属材料を作ることです。冶金(やきん)という漢字に含まれる「冶」という言葉は、もともと「金属を溶かすこと」を意味します。

つまり「冶金」は、金属を鉱石から取り出し加工することと、そしてそれに関わる技術(冶金術)・学術(冶金学)を全般的に広く表す言葉でもあります。金という文字が含まれますが、様々な金属で使われる言葉で、いわゆる金(Gold)のみに使われるわけではありません。

 

冶金の歴史

「冶金」には非常に長い歴史があり、はじまりは紀元前まで遡ります。古代の冶金は紀元前5500年頃。人類が自然銅を溶融・鋳造することを知り、メソポタミア地方で銅による装飾品が造られたことが最初といわれています。

その後も人類は、錫(すず)石を木炭で被覆した溶融銅に加え、石よりも硬くて粘り強い青銅ができることを発見し、さらに紀元前3600年頃には青銅、紀元前1700~1100年頃には鉄を発見しました。様々な加工技術が発見されたことで使いやすくなった金属は日常に欠かせないさまざまなツールとして普及したのです。人類は精練・溶解・鋳造などの冶金技術を著しく発展させました。

日本では、明治時代に初めて大学に採鉱冶金科と鉱山冶金科が創設されました。その後、言葉が変化し「冶金」は「金属工学」という名称に改定されます。あまり使われなくなった言葉「冶金」は、粉末の金属を合成する「粉末冶金(ふんまつやきん)」、鉄に関わる金属工学である「鉄冶金(てつやきん)」などの言葉に、現在でもその痕跡を残しているのです。

金属を鉱石から取り出す工程は「採鉱冶金」と呼ばれており、三つの種類があります。具体的には「電解冶金」「乾式冶金」「湿式冶金」です。狭義の「冶金(術・学)」はこの3種類のみを指す場合もあります。一方、それ以外の合金の製造や、物理的加工を行い金属の性質を変えることは「製造冶金」と呼ぶのです。粉末金属を塊状にすることを粉末冶金、物理的圧力や他の成分との混合による加工を物理冶金、製造冶金に関する工学を金属工学と呼びます。いずれも金属を使いやすくするための加工です。

 

「製錬」と「精錬」の違い

読み方が同じである「製錬」と「精錬」は言葉から連想するイメージも似ており、使用される場面もよく似ています。混同されることの多いこの二つの言葉は、実際には大きな違いが存在するのです。ここではどのような違いがあるのか、化学的な側面や言葉の意味をお伝えします。

 

製錬とは

製錬とは、還元反応を利用して、鉱石から金属を取り出す工程のことをいいます。製錬の途中の金属には不純物が多く含まれている可能性が高く、そのままでは使い物にならない事も多いのです。そのため、純度を高めるために精錬(精製)が必要といわれています。製錬には主に下記の2つの手法が用いられているのです。

  • 乾式製錬:溶鉱炉で鉱石を溶かし、金属を取り出す方法
  • 湿式製錬:酸やアルカリの溶液を用いて鉱石を溶かし、金属を取り出す方法

日本でもかつては銀山や銅山から採掘された鉱石から、盛んに製錬が行われていた時代がありました。

 

精錬とは

精錬(精製)とは、不純物の多い金属から不純物を取り出し、さらに純度の高い生成物を抽出する過程のことを指す言葉です。英語では”refining(リファイニング)”と言います。製錬と読みが同じなので取り違えないよう注意が必要です。

refiningは、金属だけでなく不純物を取り除く工程一般を指し、日本語でいうところの精錬・精製と同じです。どちらもrefiningという英単語の和訳にあてられますので、冶金分野ではほぼ同じ意味と捉えて問題ありません。

 

金の錬金術

錬金術の起源は古代ギリシャの哲学者たちです。「金の作り方」と言う言葉のイメージだけだと、錬金術を思い浮かべる方も多いのではないでしょうか。錬金術とは、卑金属と呼ばれる銅、鉄、鉛などの金意外の金属類を金・銀などの価値の高い貴金属に変化させようとする技術のことを指します。

錬金術は化学に基づいているわけではなく、現実世界での実現は現状不可能です。17世紀後半に、錬金術師であった化学者ロバート・ボイルが四元素説を否定し、実現が不可能なことが示されました。しかし、錬金術を通じて創意工夫された、金属を生み出そうとする試みは、現代の化学につながっています。金こそ生み出せませんでしたが、元素周期や電子の発見などに繋がり、現代科学の基礎となりました。

 

現代における金地金の作り方

金は、古くから権威の象徴として、また財宝として金は珍重され続けました。そんな金はどのように作られるのでしょうか?

鉱物は地球の奥深いところで何百万年、何千万年、静かにゆっくり時間をかけて分離と濃縮を繰り返し生成されます。金の鉱物は「金鉄鉱」と呼ばれ地層の奥深くに眠っており、国内においても発掘が進められてきました。発掘後、精製された金は金地金(インゴットなど)に生まれ変わります。

 

金地金が作られるまで

では、金地金は鉱石からどのようにして作られるのでしょうか。具体的には、電気を用いて金や銀などの貴金属を沈殿させ、さらにその沈殿物に塩素ガスを使い、金を含む浸出液を取り出す工程を行います。金鉱石から金を取り出す過程で、いくつもの化学的な処理をいくつも行い、目的となる金属を取り出すのです。金鉱石から流通している金の形に加工するだけでも、多くの冶金技術が用いられていることが分かるでしょう。

 

まとめ

普段なにげなく目にしている金属ですが、その製錬・精錬を行う冶金はとても複雑です。金が手元にたどり着くまでには治金という複雑な工程を経ていることを知ると、金に関する愛着もより一層深まるのではないでしょうか。

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