「高品位」鉱石の選別方法は？CIP/CILプロセスと選鉱設備一式ソリューション
「劫金」鉱石の選鉱方法は？CIP/CILプロセスと選鉱設備一式ソリューション
炭素質金鉱石は、世界的に処理が困難な金鉱石として知られており、多くの鉱山経営者にとって最も頭を悩ませる鉱石の一種です。その根本的な問題は「金の奪取」にあります。鉱石中の炭素質物質（黒鉛、活性炭質、腐植酸など）は活性炭と同様の吸着性能を持ち、溶液に溶解した金のシアン錯体を再び固相に吸着させてしまうため、「浸出はできるが回収できない」という事態を引き起こします。従来のシアン化物浸出率は通常20～50％にとどまり、薬剤の消費量も依然として高い水準にあります。多くの鉱山経営者は設備を2回も入れ替えたにもかかわらず回収率が向上せず、その根本的な原因は設備そのものではなく、浸出前に炭素質物質が効果的に処理されていないことにあります。
本稿では、「金奪取」のメカニズムを起点として、炭素質金鉱石の選鉱アプローチ、CIP/CILプロセスと前処理の組み合わせ方、選鉱設備一式の構成、および計画実施時に注意すべき重要な課題を体系的に整理し、炭素質金鉱石の開発者が適切なプロセスを選択し、設備を組み合わせ、回収率を向上させる手助けをする。
一、「金奪取」とは一体どういうことか
適切なプロセスを採用するには、まず「金奪取」のメカニズムを理解する必要があります。
1. 炭素質物質は「天然活性炭」である。
炭素質金鉱に含まれる黒鉛、活性炭質、腐植酸などの炭素質物質は、表面に多数の活性吸着サイトを有しており、その吸着性能は活性炭に類似しています。シアン化物浸出の際、金は金シアン錯体として溶解し溶液中に入りますが、炭素質物質は活性炭が金を吸着するのと同様に、これらの溶解した金を再び固相へと「引き戻す」働きをします。その結果、金は浸出されたものの回収できず、尾鉱の品位が高くなり、浸出率が向上しない。
2. 炭素質物質の種類が「金奪取」能力を決定する。
炭素質物質によって金の奪取能力には大きな差がある。活性炭の吸着能力が最も強く、次いで黒鉛、腐植酸類は比較的弱い。炭素質物質の含有量が高く、活性が強いほど、金の奪取効果は深刻になり、前処理の必要性は高まる。これが、同じ含炭素鉱石であっても、前処理後に浸出率が90％以上に達する鉱石もあれば、低水準で推移し続ける鉱石もある理由である。
3. ヒ素や硫黄と共生することが多く、処理を困難にする要因が重なる。
炭素質金鉱石は、ヒ素を含む黄鉄鉱や毒砂などと共生することが多い。ヒ素は金を硫化物の中に包み込み、いくら細かく粉砕しても取り出せない。また、炭素は溶解した金を再び吸着してしまう。この二重の干渉により、従来のシアン化物浸出率は極めて低く、薬剤はすべて無効な反応に浪費されてしまう。
4. 直接浸出では採算が合わない。
前処理を行わずに直接シアン化処理を行うと、浸出率が低いだけでなく、シアン化物の消費量も多くなり、経済性が極めて悪くなる。炭素質金鉱石は、浸出前に炭素質物質を「不活性化」または除去し、金奪取効果を排除して初めて、その後のシアン化回収率が正常な水準に戻る。
一言でまとめると：炭素質金鉱石の選鉱が難しいのは、金が浸出しないからではなく、浸出された金が炭素質物質に「奪われて」しまうからだ。この問題を解決する鍵は、浸出前に炭素質物質に対して前処理を行うことにある。
二、「金の奪取」に対処するための前処理手法にはどのようなものがあるか
炭素質物質による「金奪取効果」に対し、業界では主に以下の種類の前処理手法が採用されている。どの手法を選択するかは、炭素質物質の含有量、種類、および存在状態によって決まり、選鉱試験による比較検証が必要である。
1. 浮選による炭素質物質の抑制。
浮選段階で炭素質物質抑制剤を添加し、炭素質物質の浮上を抑制することで、精鉱への富集や浮選泡への干渉を防ぐ。あるいは、優先浮選を採用し、まず炭素質物質を浮上させてから、金硫化物を浮上させる。浮選の目的の一つは、金含有硫化物を精鉱として濃縮し、その後の前処理処理量を削減することである。つまり、全量の鉱石ではなく精鉱のみを処理することで、前処理コストを大幅に低減できる。
2. 塩素化／化学酸化による前処理。
塩素化剤（次亜塩素酸ナトリウム、塩素ガスなど）またはその他の酸化剤を用いて炭素質物質を酸化・不活性化し、その表面の活性吸着部位を破壊することで、炭素質物質が金シアン錯体を吸着する能力を失わせる。塩素化剤は強い酸化性を持ち、炭素質物質の金奪取能力を効果的に低減できる。これは炭素質金鉱石の前処理における主流の手法の一つであり、鍵となるのは薬剤の投与量と反応条件を制御し、炭素質物質を不活性化させると同時に、過度な酸化が後続の浸出に悪影響を及ぼすのを防ぐことである。
3. 焙焼前処理。
高温焙焼による酸化で炭素質物質と硫化物を除去し、金奪取効果を解消するとともに、硫化物の被覆を解く。焙焼処理は徹底的だが、エネルギー消費と環境対策への投資が高いため、炭素質物質の含有量が高く、他の方法では効果が得にくい鉱石に適している。
4. 生物酸化前処理。
微生物を利用して硫化物を酸化分解し、金を含む硫化物の被覆を解除すると同時に、炭素質物質に対しても一定の分解作用がある。生物酸化はコストが比較的低く、環境への配慮も優れているが、反応サイクルが長く、鉱石の種類や操作条件に対する要求が高い。
5. 加圧酸化前処理。
高温高圧条件下で硫化物と炭素質物質を酸化させる。処理効果が高く、反応速度も速いが、設備投資と運営コストが高いため、大規模プロジェクトや処理が困難な鉱石に適している。
強調すべき点は、万能な前処理方法は存在しないということである。炭素質金鉱石の前処理方法の選択は、炭素・ヒ素・アンチモンの含有量および存在状態によって決まるため、選鉱試験を通じて比較検証を行い、浸出率の向上幅と前処理コストの経済性を精査しなければならない。診断の結果、経済的価値がないと確認された場合は、その旨を正直に伝え、盲目的に販売を勧めてはならない。
三、CIP/CILプロセス：溶解した金を確実に回収する
前処理によって「金の流出」問題が解決されたら、次は溶解した金を回収する段階に入る。この工程の主力プロセスは、シアン化物浸出＋活性炭吸着、すなわちCIL（炭浸法）とCIP（炭スラリー法）である。
CIL（炭浸法）：浸出と吸着を同時に行い、プロセスがコンパクト。アルカリ性条件（pH 10～11）下で、シアン化物溶液が金を金シアン錯体に溶解させると同時に、同一の浸出槽に活性炭を加えて金を吸着させるため、浸出と吸着が並行して行われる。活性炭は最後の槽に投入され、逆流して前方へ移動し、鉱漿と逆方向に接触する。CILは中小規模から大規模の選鉱場に適しており、プロセスがコンパクトで槽の数が少ないため、炭素質金鉱石の前処理後に一般的に用いられる回収プロセスである。
CIP（炭スラリー法）：まず浸出を行い、その後吸着を行うため、制御がより精密である。まず浸出を完了させ、鉱漿が吸着槽に入った後に活性炭を添加する。浸出と吸着は別々の槽で行われるため、浸出時間がより十分に確保される。CIPは浸出速度が比較的速く、段階的な制御が必要な鉱石に適しており、大規模な選鉱所で一般的に用いられている。
CIPとCILの主な違い：CILは浸出と吸着を同時に行うため、槽の数が少なく、プロセスがコンパクトである。一方、CIPは浸出を先行させてから吸着を行うため、浸出時間がより十分に確保され、制御がより精密である。どちらを選択するかは、鉱石の浸出速度、処理規模、および操作制御の要件によって決まる。前処理を経た炭素質金鉱の場合、金奪取効果が排除されているため、CILのコンパクトなプロセスが経済的に有利なことが多い。一方、鉱石の浸出速度が遅い場合や、浸出時間を精密に制御する必要がある場合は、CIPがより適している。
その後の回収工程： 金含有活性炭は、ふるい分けによる分離を経て、酸洗浄・脱着・電解工程に進みます。ここで金は洗浄・脱着され、電解によって金スラッジとなり、さらに溶解炉で溶解されて純金となります。尾鉱は、濃縮・密実化、圧濾による脱水を経て、乾燥排出されるか、基準を満たした状態で排出されます。プロセス全体において、活性炭スクリーンは活性炭が鉱漿とともに流失するのを防ぎ、活性炭回収装置は金含有活性炭を槽から引き上げて抽出します。これらの細部の設備は、活性炭の消費量と回収率に直接影響します。
4. 選鉱設備一式の構成案
炭素質金鉱石の「前処理＋CIP/CIL」複合プロセスにおける設備一式の構成は、工程段階ごとに以下のように整理される：
破砕・粉砕工程：
ジョークラッシャー（粗破砕）＋ コーンクラッシャー（中・細破砕）＋ ボールミル（格子型＋オーバーフロー型の2段粉砕）＋ スクリュー分級機／ハイドロサイクロン（閉回路分級）。粉砕の細度は、金含有鉱物の単体解離を確保すると同時に、過粉砕を避ける必要があります。
浮選工程：
浮選機シリーズ（SF型自吸式、XCF/KYF型エアレーション式。大型化された直流槽の配置が推奨）、粗選・掃選・精選ユニットの組み合わせ；撹拌槽、薬剤供給システムを併設。炭素含有鉱石には、この工程で炭素系抑制剤を添加する必要がある。
前処理工程：
前処理反応槽（撹拌機能付き、耐腐食性ライニング）、塩化剤／酸化剤添加装置、pH調整システム、換気および排ガス処理装置。設備の材質は、塩化・酸化環境における腐食性に対応した防食強化（防食ステンレス鋼または内張り防食コーティング）が必須である。これは多くのプロジェクトで見落とされがちな細部であるが、材質の選択を誤ると、設備の寿命が大幅に短縮される。
浸出・吸着工程（CIP/CIL）：
浸出槽（撹拌・通気機能付き）、活性炭吸着システム、金担持炭分離スクリーン（炭分離スクリーン／エアリフター）、炭回収装置、脱着電解装置（常温常圧は通常処理に適し、高温高圧は大型鉱石や脱着困難な鉱石に適する）、金溶解炉。
濃縮・脱水工程：
濃密機（精鉱および尾鉱の脱水）＋ フィルタープレス（尾鉱の乾式排出）＋ 脱水スクリーン。
補助設備：
振動フィーダー、ベルトコンベア、スラリーポンプ、炭回収ポンプ、清水ポンプ。
設備構成の重要な原則は、「在庫に合わせて設備を配置する」のではなく、「鉱石に合わせて設備を配置する」ことである。炭素含有量、金含有硫化物の浮選性、浸出速度といった鉱石特性が、浮選段数、前処理反応槽の容積、浸出槽の数、および脱着方式の選択を直接決定する。GoldProcessingPlantは自社製造拠点を保有しており、破砕機、ボールミル、浮選機、浸出槽、脱吸電解設備をすべて自社製造しています。プロセスエンジニアと機械エンジニアが同一チームで連携して作業を行い、設備はプロセス設計図面に基づいて厳格に製造されるため、「設計図と設備の寸法が合わない」といった不整合の問題を回避しています。塩化物による前処理に伴う腐食性の厳しい環境に対しては、流路部品や槽の内張りに対して、カスタマイズされた耐腐食性の強化を行うことが可能です。
五、ソリューションの実現：まずは試験を行い、その後で設備について協議する
炭素質金鉱石の複雑さゆえに、計画は安易に決定することはできません。GoldProcessingPlantの協力プロセスでは、「まず鉱石を理解し、その上で設備を選定する」ことを重視しています：
第一段階：選鉱試験とプロセス検証。
代表的な鉱石試料に対し、化学分析および選鉱試験を実施します。これには、浮選試験、各種前処理方法（塩化／酸化／焙焼／生物酸化）の条件比較試験、シアン化浸出試験、CIL／CIP比較試験が含まれます。試験報告書には、推奨プロセスや予想回収率だけでなく、設備選定リストや予備予算も直接添付されます。通常の検証には約3～4週間を要し、完全な提案報告書の発行には通常30～45日程度かかります。鉱石の性質が特に複雑な場合は、検証プロセスを追加する必要があり、期間もそれに応じて延長されます。
第二段階：プロセス設計および設備選定の見積もり。
試験データに基づき、前処理＋CIP/CILのプロセスルートとパラメータを確定し、プロセスフロー図、設備構成リスト、選定案および予算見積書を作成します。
第三段階：設計図面および設備製造。
工場敷地平面配置図、設備基礎図、配置図、配管図、土木条件図を作成し、図面に基づいて中核設備を製造します。非標準部品は必要に応じて特注で製作します。
第4段階：据付・試運転および要員研修。
エンジニアを現場に派遣して設置を指導し、単機試運転および原料を用いた連動試運転を主導します。前処理薬剤の配合、粉砕細度、浸出パラメータを最適化し、規格に適合した金が生み出されるまで調整を行います。また、顧客チームに対して理論および実技のトレーニングを実施し、薬剤の配合、粉砕細度、浸出パラメータを独自に調整できるよう確保します。
指標に関する約束：回収率は鉱石の固有特性（粒度分布、共生関係、賦存状態、炭素質物の種類）によって決定されるため、現実離れした絶対的な数値を約束することはありません。お約束できるのは、厳密なプロセス設計を通じて、当該鉱石の条件下で達成可能な最高回収率を実現するプロセスを設計し、設備の選定およびプロセス制御において絶えず改善を図ることであります。双方は契約において、同一の鉱源および同一の操作条件に基づく合理的な検収基準を定めるものとします。
六、柔軟なサービスモデルとプロジェクト期間
炭素質金鉱山プロジェクトは投資リスクが高いため、GoldProcessingPlantはパッケージ契約を強制せず、柔軟な段階別サービスを提供します。選鉱試験のみ（まず前処理の実現可能性と経済性を判断）、プロセス設計と設備選定の見積もりのみ、設計図面のみ、単体または一式の設備のみの調達、エンジニアによる現場での試運転のみといった選択肢に加え、EPCターンキー方式を選択することも可能です。この場合、設計、設備、据付指導、試運転・トレーニングを一括して担当し、最終的な生産開始時の指標について責任を負います。初期に支払った選鉱試験費および設計費は、後日設備またはEPC契約を締結する際、設備代金から全額相殺可能です。
プロジェクト期間については、プロセス設計の開始から最終的な操業開始まで、全体で通常8～15ヶ月程度かかります。主要な工程：プロセス設計および機種選定・見積もり 7～15日→設計図作成 20～30日→設備製造 60～120日→物流 30～60日→据付・試運転 60～150日。前処理＋CIP/CILを含む複合プロセスの試運転期間は比較的長いため、十分な試運転期間を確保する必要があります。海外プロジェクトの場合は、通関のバッファ（約30日）および移行期間の余裕（約30日）を別途確保する必要があります。
炭素質は廃棄鉱石ではなく、単に置き場所を間違えた資源に過ぎません。「金含有量が少ない」鉱石の選鉱は困難ですが、処理が難しい鉱石こそ、厳密なプロセス検証を改めて行い、突破口を見出すべき対象です。他社が選鉱に失敗しているのは、プロセスが見当違いだったり、薬剤の配合が適切でなかったりするためであり、安易に諦めてはいけません。その核心となる論理は明確です：まず選鉱試験を通じて炭素質物の種類と金含有能力を把握し、適切な前処理経路を選択して浸出前に干渉要因を除去し、CIP/CILプロセスで溶解した金を確実に回収する。設備はプロセスに合わせて選定し、材質は稼働条件に応じてグレードアップする――各ステップがデータによって裏付けられてこそ、回収率が保証されるのである。