カテゴリ:授業
銅山川の調査５ H24.6.14(木),20(水)
管理人
建設工学科では、2年生で土粒子の密度試験を実施している。密度試験には、ピクノメーター、シャーレ、蒸留水、温度計、直視天秤、ガスコンロ、鍋といった機械器具を使用する。銅山川周辺で採取してきた岩石を細かく砕き、土粒子の密度を測定する要領で粒子の密度試験を行った。密度測定の結果は次のようになった。
一般的な土に含まれる土粒子の密度はρs=2.65～2.70g/cm3であり、人吉球磨地域に多く見られるシラスでもρs=2.38g/cm3である。これらと比較しても銅山川周辺で採取してきた岩石を構成する粒子の密度は明らかに大きいことが分かる。
そこで、岩石に含まれる成分を色などから鉄や銅であると推定し、化学の先生の協力を得て岩石に含まれる成分を調べた。その結果、すべての岩石に鉄が含まれていることが判明した。さらに、せん断破壊する岩石は石灰岩であることもわかった（塩酸につけると二酸化炭素を発生）。なお、今回密度試験を行わなかったが、緑青ではないかと推定していた岩石について調べてみたところ、鉄と銅の両方が含まれていることも分かった。このことからも、銅の採掘、精錬の過程で大量に発生したカス（鉄を含む）が銅山川の採掘坑周辺（溶鉱炉があった周辺）に多く取り残され堆積しているということがわかった。
密度測定の様子
化学分析の結果
一番上の写真にある３つの石すべてを塩酸で処理し、ヘキサシアノ鉄(II)酸カリウムを加えたところ、青色に変化したので鉄(III)イオンが確認された。密度2.823g/cm3の白っぽい石に含まれる鉄は微量であり、塩酸処理の際、二酸化炭素が発生したことから石灰岩(密度2.5～2.7g/cm3)と考えられる。
黄銅鉱(CuFeS2)を、コークス、石灰石、ケイ砂と共に溶鉱炉に入れて強熱すると次の反応が起こる。
4CuFeS2 ＋ 9O2 → 2Cu2S ＋ 2Fe2O3 ＋ 6SO2
2Fe2O3 ＋ C ＋ 4SiO2 → 4FeSiO3 ＋ CO2
SiO2 ＋ CaCO3 → CaSiO3 ＋ CO2
さらに、転炉内で次の反応が起こり、不純物を1%ほど含む粗銅ができる。
2Cu2S ＋ 3O2 → 2Cu2O ＋ 2SO2
2Cu2O → 4Cu ＋ O2
今回分析した密度の大きい石２種類は、鉄を多く含んでいることなどから、銅の製錬の際に生成する銅スラグ(密度3.6g/cm3以上)と考えられる。
ρ①=3.510g/cm3（画像左）、ρ②=2.823g/cm3（画像中）、ρ③=4.195g/cm3（画像右）
一般的な土に含まれる土粒子の密度はρs=2.65～2.70g/cm3であり、人吉球磨地域に多く見られるシラスでもρs=2.38g/cm3である。これらと比較しても銅山川周辺で採取してきた岩石を構成する粒子の密度は明らかに大きいことが分かる。
そこで、岩石に含まれる成分を色などから鉄や銅であると推定し、化学の先生の協力を得て岩石に含まれる成分を調べた。その結果、すべての岩石に鉄が含まれていることが判明した。さらに、せん断破壊する岩石は石灰岩であることもわかった（塩酸につけると二酸化炭素を発生）。なお、今回密度試験を行わなかったが、緑青ではないかと推定していた岩石について調べてみたところ、鉄と銅の両方が含まれていることも分かった。このことからも、銅の採掘、精錬の過程で大量に発生したカス（鉄を含む）が銅山川の採掘坑周辺（溶鉱炉があった周辺）に多く取り残され堆積しているということがわかった。
密度測定の様子
化学分析の結果
黄銅鉱(CuFeS2)を、コークス、石灰石、ケイ砂と共に溶鉱炉に入れて強熱すると次の反応が起こる。
4CuFeS2 ＋ 9O2 → 2Cu2S ＋ 2Fe2O3 ＋ 6SO2
2Fe2O3 ＋ C ＋ 4SiO2 → 4FeSiO3 ＋ CO2
SiO2 ＋ CaCO3 → CaSiO3 ＋ CO2
さらに、転炉内で次の反応が起こり、不純物を1%ほど含む粗銅ができる。
2Cu2S ＋ 3O2 → 2Cu2O ＋ 2SO2
2Cu2O → 4Cu ＋ O2
今回分析した密度の大きい石２種類は、鉄を多く含んでいることなどから、銅の製錬の際に生成する銅スラグ(密度3.6g/cm3以上)と考えられる。
