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冶金(やきん)とはどんなもの

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金や銀などの金属は自然の状態では不純物や酸化・硫化した状態で存在するため、通常の加工を行う事が難しいです。そこで鉱石から金属を抽出し、インゴットなどの扱いやすい状態に加工する必要があります。この技術を冶金(やきん)といい、今回はそんな金属加工に欠かせない冶金についてご紹介します。

冶金とは?

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

古代の冶金

冶金の歴史がスタートしたのは紀元前約5000年頃といわれており、中近東やバルカン半島の新石器時代の人々は自然銅を溶融・鋳造できることを知り、前約4000年から銅化合物を木炭とともに加熱すると金属銅になる事を発見しました。紀元前3000年ころになると、古代メソポタミアで錫石を木炭で被覆した溶融銅に加えると、石よりも硬くて粘り強い金属(青銅)ができることが発見され、中近東は青銅器時代に入りました。紀元前1200年以降になると東地中海地方から鉄器を造る技術が確立され青銅器にかわる武器、農・工具となっていきました。

中世の冶金

中世になると冶金技術に革命が起きました。それが水車の利用です。水車は水流の力を運動エネルギーに変換し様々な事に利用でき、冶金では送風機として活用しています。これにより、高性能な炉をつくる事が可能となり、大量生産が可能となるだけでなく、錬鉄や合金など今までの技術では不可能だった金属が造り出せるようになりました。

産業革命以降の冶金

産業革命以降にも冶金技術に革命が起きています。それは石炭コークスの活用による高炉の発明です。この高炉の送風には蒸気機関を用いたものが採用され、炉内の温度などの性能が飛躍的に上昇しました。こうして分析化学が発達していくとともに、多くの新金属が発見され、亜鉛、コバルト、白金、ニッケル、マンガン、タングステンなどの新たな金属の製錬法が開発されていきました。

近代の冶金

近代になると生産工程の機械化は自動化、科学的管理が進んだことによって高炉技術をはじめ、様々な技術が向上し、単体の金属を精練するだけでなく、アルミ合金やステンレス合金などの自然界には存在しない新たな金属を造り出す事に成功し、より扱いやすく頑丈な金属を精練するようになりました。

日本の冶金技術

日本では当時の技術としてはあり得ない完成度を誇っている日本刀に使われている高品質な鋼など、古来より冶金技術が世界でもかなり高いといわれています。これはなぜなのでしょうか。

地理的な要因

日本は海に囲まれている島国であり、諸外国に比べると外国との交流や交易が少ない中で発展していった国といえます。そのため、日本独自ともいえる技術が多数生み出され、それによって日本刀などの武具が独自の方向に進み冶金技術も発展していったと考えられます。

戦時下での経験

日本は残念ながら資源貧国といわれています。特に軍事に必要不可欠であるニッケルに至ってはほとんど採掘する事が出来ませんでした。戦時下などではそのような金属を国外から手に入れるのは不可能といえます。そんな中、なんとか金属を精錬しようと資源の豊富な国であれば見向きもされないような含有量しかない鉱石から様々な工夫や技術の向上によって無理やり、ニッケルなどの金属を精錬し、軍事利用を行っていたようです。このような経験が技術力の向上につながったのではないかといえます。実際、現在では一次ニッケル(冶金した後のニッケル)の生産量では世界トップレベルを誇っています。

金の冶金のやり方

では実際に、金鉱石の状態からどのようにして金製品としての金ができあがるのでしょうか。商業規模で操業を続けている国内唯一の金山である鹿児島県の菱刈金山、その冶金の過程を参考に金の冶金についてご紹介します。

銅の製錬と精製

意外かもしれませんが、まずは銅を製錬・精製します。かなり驚きですよね、鉱石には様々な成分が含まれており、いくつもの工程を経て各種金属が取り出されます。金などの貴金属は銅の精製工程で純銅が取り出された後に、貴金属の精製工程を経て抽出されるのです。この銅アノードの中に、金や銀も含まれています。

銅アノードを電気分解

精製された銅アノードを電気分解にかけます。すると、品位99.99%の電気銅となり、金・銀などその他の有価金属は、スライム(沈殿物)となって析出します。これで銅とそれ以外の貴金属を分ける事ができます。

塩素ガスで金を抽出

この沈殿物を塩素ガスで処理すると、銀を含む残滓が沈み、金を含んだ浸出液が得られます。この金浸出液を溶媒抽出法によって分離することによって、金を取り出す事が可能になります。

抽出した金を精製

抽出された金はさらに精製され、純度の高い金粉末となり、加工されることで約2~3mmのショット金(粒状金)から1kgを超えるインゴット(金塊)まで、さまざまな大きさの金地金になります。参考にした菱刈金山で精錬されている金は99.999%(5N)以上という高品位の金が精製され、世界でも高品質の金地金であると認められています。

まとめ

今回は冶金についてご紹介しました。普段なにげなく目にしている金属ですが、このような状態になる過程には、古来より積み重ねられてきた冶金技術があってこそといえます。金をはじめとした金属が手元にたどり着くまでに様々な工程を経ていることを知ると、金に関する興味や関心も深まるのではないでしょうか。

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