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第８回　金属鉱物資源

配付プリント等

• 　金属鉱物資源（Metallic Mineral Resources）とは、目的の単一の元素（Element）からなる物質〔多くは金属（Metal）〕にまで分離して利用する鉱物資源のことです。鉄（Iron）・アルミニウム（Aluminium）・銅（Copper）・亜鉛（Zinc）・鉛（Lead）のように比較的消費量の多いベースメタル（Base Metal）、およびその他の比較的消費量の少ないレアメタル（Rare Metal）に分けることができます。また、金（Gold）・銀（Silver）などは貴金属（Precious Metal、Noble Metal）として別に分けられることが普通です。これらの定義は固定されたものではないので注意が必要です。
  　枯渇性資源（Exhaustible Resource、Non-renewable Resource）については可採年数（R/P Ratio、耐用年数）によって利用できる年数の予想がされていますが、（確認可採）埋蔵量（Reserve）／（年間）生産量（Product）のような定義は静態的可採年数と呼ぶことがあります。他に、ある仮定の下で埋蔵量や生産量を変数とする方法もあります。よく使われるのは生産量を変数とするやり方です。例えば、生産量が年々増加している場合に、その増加率を加味した生産量を用いる方法です。その場合に、増加率を指数関数（Exponential Function）とすれば、指数関数的可採年数と呼べる訳です。
  　また、世界の埋蔵量（Reserve）を推定する方法も研究されてきました。１９６０年頃に米国のマッケルヴィ（MacKelvey）は米国における様々な金属鉱床の埋蔵量と、それらの金属元素の地殻存在度（Crustal Abundances）との関係を調べ、世界の埋蔵量を推定する方法を示唆しました。
  　さらに、１９８０年頃に立見（たつみ）は、元素の地殻存在度から計算できる存在量に対して濃集率を考慮することで、埋蔵量を推定する方法を示しました。濃集率は鉱化度（Mineralization Factor）と名付けられています。つまり、世界各地の金属鉱床の埋蔵量などのデータを、地殻存在度から計算できる量と比較することで、一般的な濃集率を求める方法です。彼は、地質（Geology）別（非常に古い時代と新しい時代など）および鉱種（Ore）別〔元素（Element）別〕に鉱化度を求め、最終的には全体を１つの近似式で表現できることを示しました。これを用いれば、究極埋蔵量（Ultimate Reserve）に匹敵する量も推定できます。また、鉱化度の値を求める研究過程で、地質別に埋蔵量の差はあるものの、ある範囲内にそれは収まることも明らかにしています。
• 『金属鉱物資源』。講義内容は以下について。
  �@金属鉱物資源とは
  　単一の元素からなる金属（地表の条件下で）まで分離して利用する鉱物資源である。そうでない場合は非金属鉱物資源と呼ぶ。
  （注）
  　・鉱物（Mineral）：天然産であり、結晶質の構造を持ち、単一の化学式で表わせる化学組成を持つもの。石油や石炭などの化石燃料は鉱物に含めない。
  　・金属（Metal）：塑性（延性および展性）を示し、熱と電気の良導体であり、金属光沢を示すもの。ベースメタルやレアメタルや貴金属などからなる。
  �A総鉱物資源量の見積り：
  　・MacKelveyの経験式（McKelvey, 1960）
  　　r＝A×10ⁿ
  　　ここで、rは米国で当時知られていた各鉱種の埋蔵量（ショート・トン）、
  　　Aは各元素の地殻存在度（％）、
  　　n＝6〜11であり、元素の種類によって異なる。
  　　上記式を世界全体に拡張すると、次のようになる：
  　　R＝17.3×A×10^9〜10
  　　ここで、Rは各鉱種の世界埋蔵量、
  　　17.3は世界と米国の面積比、
  　　9〜10は、nの中で最も頻度の高い数値である。
  　　この式を、次の鉱化度における式と比較し易いように単位を揃えると次のようになる：
  　　R＝1.73×A（ppm）×10^6〜7
  　・立見の鉱化度（立見、1979）
  　　（mf）i＝ri／ti
  　　ここで、mfは鉱化度と定義される量、
  　　tiは元素iがある地殻部分に存在している全量（トン）、
  　　riは元素iが鉱床として濃集している量（トン）である。
  　　もし、ある地殻部分の元素量が大陸地殻存在度で代表されるなら、次のように書ける：
  　　ti＝m×Ai×10^-6
  　　ここで、mはある地殻部分の全量（トン）、
  　　Aiは大陸地殻存在度である。
  　　従って、上記の２つの式を組合わせると次のようになる：
  　　（mf）i＝ri／（m×Ai×10^-6）
  　　この式を、一般化したものが次式である：
  

  Ri＝M×n×Ai×10-6×MF ここで、 Riは、ある元素iが大陸地殻上部で鉱床を作って濃集している分の総量（トン） 〔その元素の大陸地殻上部での資源量（究極可採埋蔵量に近似できる量）〕、 Mは、大陸地殻全体の重量（22.5×1018トン）、 nは、大陸地殻上部が占める範囲（採掘可能な範囲）の大陸地殻全体に対する割合であり、 0.2〜0.3 （大陸地殻の平均の厚さを仮に35kmとすれば、深さ7〜10km程度の範囲）、 Aiは、各元素iの大陸地殻存在度、 MFは、大陸地殻上部の各元素に共通した平均の鉱化度であり、 10-4〜10-5である。 これらの変数に代表的な数値を入れると次のようになる： A)　Ri ＝6.8Ai×108　（トン）（M=0.3、MF＝10-4） B)　Ri ＝4.5Ai×108　（トン）（M=0.2、MF＝10-4） C)　Ri ＝6.8Ai×107　（トン）（M=0.3、MF＝10-5） D)　Ri ＝4.5Ai×107　（トン）（M=0.2、MF＝10-5） 【例】 金の場合 AAu＝0.004ppm A)RAu＝2.7×106 B)RAu＝1.8×106 C)RAu＝2.7×105 D)RAu＝1.8×105

  
  
• 配布プリント4枚�F。出席票。
  【1枚目】
  図1.1、図1.2、図1.12、図1.13、図1.15、図1.16、図1.17、図1.19、図1.20、図1.21、図1.22…『地球エネルギー論』（3,17,18,19,21,22,24,25,26,27p）
  【2枚目】
  図�V-2、図�V-3………『鉱物資源を考える（２）』（18,19p）
  図�X-1、図�X-6、表�X-1、表�X-2、表�X-3、表�X-10、表�X-12………『鉱物資源を考える（４）』（16,17,20,21,28,32,34p）
  【3枚目】
  表2.1、表2.2…『エネルギー・資源ハンドブック』（1022,1023p）
  （主要金属資源の鉱種別資源量）…『鉱業便覧平成13年版』（224-227p）
  【4枚目】
  （主要金属資源の鉱種別生産量）、（主要非鉄金属のマテリアルフロー）、（主要非鉄金属の製錬に係るプロセスの概要とエネルギーフロー）…『鉱業便覧平成13年版』（228-231,296-297,344-345p）

補足説明

全般	地球資源関連用語は『地球資源関連用語集』のページを参照。 地球科学用語は『地球科学用語集』のページを参照。

• 時間切れで説明していない内容。
  �B指数関数的可採年数（耐用年数）：
  Pt＝P0 e^at　　　　　（１）
  ここで、Ptはt年後の年間生産量（トン）、
  P0は期間の最初の年間生産量（トン）、
  aはt年間における年間生産量の平均年成長率（％、小数表示）である。
  Qt＝∫（t0〜t） Pt dt＝（Po/a）（e^at−1）　　　　　（２）
  ここで、Qtはｔ年間の累積生産量（トン）である。
  R＝∫（t0〜te） Pt dt＝（Po/a）（e^ate−1）　　　　　（３）
  ここで、Rはt0時点の埋蔵量（トン）、
  teは掘りつくされてしまうまでの年数（年）である。
  従って、teは次のように表わせる：
  te＝〔ln｛（aR/P0）＋１｝〕／a　　　　　（４）
  【例】金
  P1990＝1,818トン
  R1990＝42,000トン
  a1970-1990＝0.012とすれば、
  (R/P)1990＝23年（静態的可採年数）
  （４）式から、te＝20年（指数関数的可採年数）。
  つまり、
  1990年以降に金の埋蔵量の追加はなく、
  1990年以降の年成長率が変わらない、
  とすれば、金は2010年に掘りつくされることになる。
  もし、Rが3倍であれば、te＝50年（2040年まで）となり、
  Rが5倍であれば、te＝72年（2062年まで）となる。
  �C金属鉱物資源の主な鉱種
  �Dレアメタル
  �E消費量の推移

• 今回の説明の内容は、立見辰雄氏による『鉱物資源を考える』のページに書かれている。これは是非読んで欲しい。
• レアメタルについては『レアメタルについて』のページを参照。
• 金については『金属鉱物資源』および『鉱床と鉱山』のページの関連部分を参照。
• フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』による説明を参照してください。
  ■Category:元素⇒カテゴリ:元素（Category:Chemical elements）／元素の番号順一覧⇒元素の一覧（List of elements by atomic number）／元素の記号順一覧⇒元素の一覧（List of elements by symbol）／元素の名前順一覧⇒元素の一覧（List of elements by name）／元素（Chemical element）／
  ■周期表（Periodic table）／元素の分類（Group (periodic table)）／Category:元素群⇒カテゴリ:元素群（Category:Chemical element groups）／元素の族（Group (periodic table)）／化学元素発見の年表（Timeline of chemical elements discoveries）／
  ■Category:金属⇒カテゴリ:金属（Category:Metals）／金属（Metal）／重金属（Heavy metals⇒Heavy metal (chemistry)）／軽金属（Light metals⇒Light metal）／
  ■非鉄金属／レアメタル／希土類元素（Rare earth element）／貴金属（Precious metal）／卑金属（Base metal）／
  ■地上資源／都市鉱山／スクラップ（Scrap）／

【金属鉱物資源と地殻存在度の関係】

• 図 2-11 究極利用可能資源量 出典：関与物質総量(TMR)による資源生産性評価 〔E-Square Inc.によるRSBSのサステナビリティの科学的基礎に関する調査の『第2部 サステナビリティの5つの側面』の『第3章　資源と廃棄物』から〕

【金属鉱物資源のマーケットシェアおよび国別埋蔵シェア】

• 〔RIETI〔（独）経済産業研究所〕による鉱物資源政策プラットフォームの中の『主要鉱物資源の供給障害が日本経済に及ぼす影響に関する調査研究』から〕

参考

【レアメタルの定義】

• 『（１）自然界における供給量ないし地殻中における賦存量が少ない場合、
  （２）対象となるある金属がかなり広く存在していても、採掘の対象となる鉱床の品位が低く、化合物の形であれ、元素の形であれ、所要の元素を少量抽出するために大量の無価値な物質を取り扱うなり、処理しなければならない場合、すなわち、経済的に望ましい品位の鉱石を含む鉱床が非常に少ない場合、
  （３）対象となる元素の化学的･物理的な性質が、純粋な元素への転換の極めて困難なものである場合、
  （４）その元素の入手が可能であるとしても、現行の他の素材に競合して新規需要を創出するに足る魅力的な特性ないし用途がない場合、などである。』
  

  表-1　レアメタル対象としての金属群

  元素名	レアメタル金属群	元素名	レアメタル金属群
  亜鉛〔Zn〕* アンチモン〔Sb〕* イッテルビウム〔Yb〕* イットリウム〔Y〕* インジウム〔In〕* エルビウム〔Er〕* カドミウム〔Cd〕* ガドリニウム〔Gd〕* ガリウム〔Ga〕* 金〔Au〕* クロム〔Cr〕* ケイ素〔Si〕* ゲルマニウム〔Ge〕* コバルト〔Co〕* サマリウム〔Sm〕* ジスプロシウム〔Dy〕* ジルコニウム〔Zr〕* スカンジウム〔Sc〕* ストロンチウム〔Sr〕* セシウム〔Cs〕* セリウム〔Ce〕* セレン〔Se〕* タリウム〔Tl〕* タングステン〔W〕* 炭素〔C〕* タンタル〔Ta〕* チタン〔Ti〕*	○ ◎△ ○◆■▲△★◇ ○◆■▲△★◇ ◎◆▲△★ ○◆■▲△★◇ ◎★ ○◆■▲△★◇□ ○◆△★◇□ ◎■▲ ○◆■▲△*★■ ●◆★◇ ○◆△★◇ ○◆■▲△*★◇□ ○◆■▲△★◇□ ○◆■▲△★◇□ ○◆■▲△★◇□ ○■▲△★◇ ○△★◇ ○△★ ○◆■▲△★◇ ◎▲△★◇ ◎△★ ○◆■△*★◇□ ○◆■▲ ○◆■▲△★◇ ●◆■▲△★◇□	ツリウム〔Tm〕* テルビウム〔Tb〕* テルル〔Te〕* ニオブ〔Nb〕* ニッケル〔Ni〕* ネオジム〔Nd〕* 白金〔Pt〕* バナジウム〔V〕* ハフニウム〔Hf〕* パラジウム〔Pd〕* バリウム〔Ba〕* ビスマス〔Bi〕* ヒ素〔As〕* プラセオジム〔Pr〕* プロメチウム〔Pm〕* ヘリウム〔He〕* ベリリウム〔Be〕* ホウ素〔B〕* ホルミウム〔Ho〕* マンガン〔Mn〕* モリブデン〔Mo〕* ユーロピウム〔Eu〕* ランタン〔La〕* リチウム〔Li〕* リン〔P〕* ルテチウム〔Lu〕* ルビジウム〔Rb〕* レニウム〔Re〕*	◎◆■▲△★◇ ◎◆■▲△★◇□ ◎◆▲△★◇ ○◆■▲△★◇□ ○◆■△*◇ ○◆■▲△★◇□ ◎◆■▲△★ ○◆■▲△*★◇ ○◆■▲△★◇ ◎◆■▲△★ ○◆△★◇ ◎▲△★◇ ○◆■▲□ ○◆■▲△★◇ ◎◆■▲△★◇ ◎◆■▲ ○■▲△★◇ ○◆■▲△★□ ○◆■▲△★◇ ○◆■▲△*★◇ ○◆■▲△*★◇□ ○◆■▲△★◇ ○◆■▲△★◇□ ○■▲△★◇ ● ◎◆■▲△★◇ ○△★ ◎△★
  *：本節対象金属 ◎：超希少元素（元素の存在度1ppm以下、科学技術庁資源調査会報告第100号） ○：希少元素（元素の存在度1〜1,000ppm、科学技術庁資源調査会報告第100号） ●：豊富元素（元素の存在度1,000ppm以上、科学技術庁資源調査会報告第100号） ◆：先端科学技術からみた希少元素の種類（科学技術庁資源調査会報告第100号） ■：埋蔵量の偏在している希少元素の種類（科学技術庁資源調査会報告第100号） ▲：生産量の偏在している希少元素の種類（科学技術庁資源調査会報告第100号） △*：備蓄対象希少金属（鉱業審議会レアメタル総合対策特別小委員会） △：備蓄対象外希少金属（鉱業審議会レアメタル総合対策特別小委員会） ★：1961版 Rare Metals Handbook（C. A. Hampel）の対象希少金属 ◇：希少金属と先端技術（通商産業省通商政策局国際経済部編）の対象希少金属 □：レアメタルの高純度化等による新機能創製のための基盤技術（科学技術庁）の対象希少金属
  （株）フジ･テクノシステム･（社）日本工業技術振興協会（編）（1991）による〔『レアメタル事典*』（4-6p）から〕

【金属鉱物資源（主にレアメタル）の埋蔵量】

• 図6 レアメタルの埋蔵量（国別・鉱種別） 〔JOGMECの金属資源情報センターの『金属資源部門について』の『希少金属備蓄グループ』の『21世紀の日本経済を支えるハイテク産業への素材（レアメタル）の安定供給は？』から〕

【金属鉱物資源の消費量】

• 金属資源の世界の消費量と日本の消費割合（2004年） 〔JOGMECによる『金属資源について』から〕

【金属鉱物資源の主な輸入先】

• 非鉄金属資源の主要対日輸出国 〔JOGMECによる『金属資源について』から〕

【新幹線と乗用車の金属鉱物資源構成】

• 新幹線および乗用車に使われている非鉄金属（重量比） 〔JOGMECによる『資源についてよくある質問』から〕

【レアメタル諸量】

• （独）物質・材料研究機構（2007）による『元素戦略アウトルック　材料と全面代替戦略〜NIMSにおける取り組みからその可能性を探る〜』から【見る→】 『第１章　全面代替に向けた材料戦略の視点』の『2.　元素戦略研究の必要性−データで見る元素リスクの現状−』（原田幸明氏による）の中の図： 2.1　宇宙存在度／2.2　地殻存在度／2.3　年間生産量／2.4　価格／2.5　市場規模／2.6　既存埋蔵量可採年／2.7　資源疲弊加速係数／2.8　年間総資源疲弊加速度／2.9　関与物質総量（エコロジカルリュックサック）／2.10　年間総関与物質総量／2.11　年間総資源疲弊加速度と年間総関与物質総量からみた各元素の位置／2.12　資源の偏在度