鉱物を製造する私たちの能力は、宝石市場や医療産業を変革し、さらには空気から炭素を吸収するのにも役立つ可能性があります

Sep 14, 2023

クイーンズランド大学、地質冶金学/応用地球化学の上級研究員

クイーンズランド大学主任研究員

著者らは、この記事から利益を得るであろういかなる企業や組織で働いたり、コンサルティングしたり、株を所有したり、あるいはそこから資金提供を受けたりすることはなく、学術上の任命以外の関連する所属も明らかにしていません。

クイーンズランド大学は、The Conversation AU のメンバーとして資金を提供しています。

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先月、科学者たちはエドスコタイトと呼ばれる鉱物を発見しました。 ミネラルは、石英や赤鉄鉱など、生きていない固体の天然物質です。 この新しい鉱物は、1951 年にビクトリア州中央部で発見された金属のように見える岩、ウェダーバーン隕石の検査後に発見されました。

エドスコッタイトは鉄と炭素でできており、おそらく別の惑星の核内で形成されたと考えられます。 これは「真の」鉱物であり、自然に存在し、地球または宇宙の地質学的プロセスによって形成されたものを意味します。

しかし、ウェダーバーン隕石にはエドスコッタイトの最初の発見が含まれていましたが、採掘や鉱物加工などの人間の活動の結果として形成された物質の他の新しい鉱物が地球上で発見されました。 これらは人為起源の鉱物と呼ばれます。

真の鉱物は既知の約 5,200 種類の鉱物の大部分を占めていますが、国際鉱物学会によって鉱物として承認されている人造鉱物は約 208 種類あります。

意図的に作られたものもあれば、副産物的なものもあります。 いずれにせよ、鉱物の製造能力は、急速に増加する人口の将来に多大な影響を及ぼします。

気候変動は私たちが直面する最大の課題の 1 つです。 各国政府が石炭火力発電所の将来について議論している一方で、二酸化炭素は大気中に放出され続けている。 それを攻略するには革新的な戦略が必要です。

ネスケホナイトなどの鉱物を積極的に製造することも考えられます。 これは建築や建設に応用されており、その製造には大気から二酸化炭素を除去する必要があります。

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ネスケホナイトは、マグネシア岩がゆっくりと分解されるときに自然に生成されます。 オーストラリア首都特別地域のパディーズリバー鉱山とニューサウスウェールズ州の場所で確認されています。

しかし科学者たちは、二酸化炭素をアルカリ溶液に通し、塩化マグネシウムまたは炭酸/重炭酸ナトリウムと反応させることによっても生成できることを発見しました。

これは研究が成長している分野です。

ハイドロタルサイトなどの他の合成鉱物は、ニューサウスウェールズ州のウッドリーフアスベスト鉱山の科学者によって発見されたように、アスベスト尾鉱が大気中の二酸化炭素を受動的に吸収するときに生成されます。

これは一種の「現代の錬金術」とも言えるもので、活用すれば大規模に空気中から二酸化炭素を吸引する効果的な方法となる可能性があります。

採掘および鉱物処理は、経済的に重要な元素を含む十分な鉱物を含む天然の岩石または堆積物である鉱石から金属を回収するように設計されています。 しかし、採掘や鉱物の加工を通じて、新しい鉱物が作成されることもあります。

製錬は、鉱石を高温に加熱して純粋な金属を生成することにより、鉛、亜鉛、銅などのさまざまな商品を製造するために使用されます。

このプロセスでは、スラグと呼ばれるガラス状の廃棄物も生成され、溶岩に似た溶融液体として堆積します。

冷却されると、溶岩とスラグの組織的および鉱物学的類似点は非常に明確になります。

ミクロスケールの検査により、スラグ中の人造鉱物には、自然界では不可能な結晶格子に金属を収容する独特の能力があることが示されています。

これは、鉱山廃棄物（潜在的な二次資源）からの金属回収が、社会の増大する金属需要を補う効果的な方法となる可能性があることを意味します。 課題は、コスト効率の高いプロセスを開発することにあります。

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鉱物の製造方法に関する知識の増加は、成長する合成宝石製造業界にも大きな影響を与える可能性があります。

2010年、ケンブリッジ公爵夫人ケイト・ミドルトンに贈られた約30万ポンド（55万8,429オーストラリアドル）相当の婚約指輪に世界は驚愕した。

リングには 12 カラットのブルー サファイアがあり、14 個のソリティア ダイヤモンドに囲まれ、18 カラットのホワイト ゴールド製のセッティングが施されています。

そのレプリカは世界中の人々に購入されていますが、価格はほんの数分の一です。 どうやって？

1837 年、マーク アントワーヌ ガルダンは、金属とクロムやホウ酸などの他の物質を反応させることによってサファイア (鉱物学的にはコランダムまたは酸化アルミニウムとして知られています) が複製できることを実証しました。 これにより、一見同じ色のさまざまな石が生成されます。

よく見ると、傷や気泡の存在、石の硬さなど、いくつかの特性が異なる場合があります。 しかし、これに気づくのは宝石学者または宝石愛好家だけでしょう。

ダイヤモンドは、高圧、高温、または化学蒸着プロセスを通じて合成的に製造することもできます。

天然石の入手がますます困難になり、高価になるにつれて、合成宝石の作成はますます重要になっています。 一部の国では鉱山労働者の権利も侵害されており、これは倫理的な懸念を引き起こします。

合成宝石には産業用途もあります。 窓の製造、半導体回路、切削工具などに使用できます。

完全に製造された鉱物の一例は、レーザーとして使用できるイットリウム アルミニウム ガーネット (または YAG) と呼ばれるものです。

医学では、これらのレーザーは緑内障を矯正するために使用されます。 歯科手術では、柔らかい歯肉や組織を切除することができます。

新しい鉱物を開発する動きは、「量子材料」の作成を通じて深宇宙探査を可能にする技術も支援することになる。

量子材料には独特の特性があり、新世代の電子製品の作成に役立ち、宇宙旅行技術に大きな影響を与える可能性があります。 おそらくこれにより、いつかエドスコッタイトの発祥の地を訪れることができるでしょうか？

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今後数十年で、人造の鉱物の数は増加するでしょう。 そしてそれと同時に、それらの新しい用途を見つける機会も増えます。

鉱物の製造能力を拡大することで、既存の資源への圧力を軽減し、地球規模の課題に取り組む新たな方法を見つけることができます。