ニッケル製錬

１．ニッケルの歴史

　ニッケル合金は2000年以上も前に中国で使用されていたが，200年ほど前に初めて金属として単離された。17世紀末頃に，ドイツでは紅砒ニッケル鉱（NiAs）をガラスの緑色着色材として用いていたが，当時これは銅の鉱石と考えていた。しかし，銅を回収することができなかったので，「Kupfernickel」（悪魔の銅）と呼ぶようになった。1751年にスウェーデンのアクセル・フレドリック・クローンステッド（Axel Fredric Cronstedt ：1722～1765）が，ヘルシングランドのコバルト鉱山から採集した新鉱石を研究中に，その表面を覆っていた緑色の結晶から，白色の硬くてもろい金属を単離した。彼はこの新金属が紅砒ニッケル鉱の主要成分であることを解明して，「Kupfernickel」からニッケルと命名した。純粋なニッケル金属試料は，同国スウェーデンのT・O・ベリマンによって1775年に初めて作られ，その後ドイツのJ・B・リヒターらによってニッケルの物理的性質が報告されている。

　日本におけるニッケルの歴史としては，第二次世界大戦中に京都府で開発された大江山ニッケル鉱山が挙げられる。日本冶金工業が採鉱して，鉱山の近くの製錬所でフェロニッケルに製錬し，さらに川崎市の工場でニッケル合金を製造していた。また，山口県の金峰鉱山などで昭和15年から20年にかけてニッケル鉱の採掘が行なわれた。この他，千葉県の房総半島など、蛇紋岩帯の存在する地域でニッケル鉱の採掘が行なわれたが，戦時体制による商業コストを度外視したものであったので，終戦とともに閉山となった。 現在，国内にはニッケル鉱山はなく，資源はすべて輸入に頼っている。

２．ニッケル資源

　ニッケルの地殻平均含有量は75ppmで，亜鉛（70ppm）や銅(55ppm)よりも若干地殻の存在量が多い。鉱床として重要なのは正マグマ性硫化物鉱床とラテライト型鉱床である。ニッケル鉱石は表１に示すように，硫黄(いおう)，ヒ素，アンチモンの化合物で，おもなものに針ニッケル鉱NiS，紅砒ニッケル鉱，安ニッケル鉱NiSb，砒ニッケル鉱NiAs2，硫砒ニッケル鉱NiAsS，硫安ニッケル鉱NiSbSなどがある。主要鉱石としては，硫化鉱物であるペントランダイト鉱と珪ニッケル鉱や含ニッケル磁硫鉄鉱からなるラテライト鉱がある。硫鉄ニッケル鉱(Ni,Fe)₉S₈は鉄との混合硫化物で，磁硫鉄鉱、黄銅鉱あるいは白金属の鉱石などとの混合鉱として，ロシア，カナダ，アメリカのノース・カロライナ州やオレゴン州で産出する。カナダのオンタリオ州にはこの型の大鉱床があり，古くから金属ニッケルが製錬されていた。

　しかし，ニッケル資源量が多いのは，風化によって二次的に生成したラテライト型や珪ニッケル鉱(Ni,Mg)₃Si₂O₅(OH)₄で，赤道近くの熱帯地域に広く分布しており，フィリピン，インドネシア及びニューカレドニア島等に賦在している。近年，ラテライト鉱中のニッケル・コバルトを硫化物（ミックスサルファイド）に濃縮する技術が開発され，主要な金属ニッケル原料となっている。

　世界の埋蔵量はNi純分で1億トン程度あるが，日本には採掘可能な鉱床は存在しておらず，製錬原料は全量輸入している。現在，日本国内で珪ニッケル鉱（ガーニエライト）を輸入してフェロニッケルを製錬しているのは，大平洋金属の八戸製造所，日本冶金工業の大江山製造所及び住友金属鉱山の日向製錬所であるが，住友金属鉱山は別途東予製錬所で硫化物（ミックスサルファイド）を輸入して，金属ニッケルとコバルトを製造している。

３．ニッケルの物性と特性

　ニッケルは原子番号28で，原子量58.693，存在クラーク数0.01 (第24位の元素)であり，通常のものは面心立方で，ヤング率　20.2×10^－11dyne/cm²，融点　2468℃，沸点　4930℃，密度　ｄ²⁰＝8.908，線膨張率　1.297×10^－5/deg，比熱 0.1065ca1/deg/g（20℃），電気抵抗　6.2μΩ・cm，熱伝導率　90.5　W/m/K，標準電極電位　-0.257V (25℃），磁性は立方格子のものは強磁性だが鉄よりも弱く，六方格子のものは非強磁性である。

　ニッケルは鉄，コバルトと同じ仲間で，光沢のある銀白色を示す。また，この金属は鉄と同様に展性，延性に富むことから，圧延，鍛造に適している。大気中や海水中で鉄よりも安定で，薄い酸化皮膜を形成することから，空気あるいは水に侵されにくく，保護膜として電気めっきにも用いられる。しかし，粉末状では、空気に対して反応性が顕著で，時には自然発火することもある。希薄な酸には鉄よりも溶けにくいが，希硝酸には容易に溶ける。濃硝酸には鉄と同様に不動態となるため溶けない。

２．ニッケル資源の埋蔵量及び生産量

　主要鉱石としては，硫化鉱物である硫鉄ニッケル鉱（ペントランダイト），含ニッケル磁硫鉄鉱，珪ニッケル鉱（ガーニエライト鉱）がある。その他，従来低品位鉱のため，製錬原料にならずに捨てられていたラテライト鉱が，赤道近くの熱帯地域に広く分布している。近年，ラテライト鉱を対象としたHPAL(加圧酸浸出)法によるミックスサルファイドの大規模な生産が行われるようになってきている。ラテライト鉱は多量に存在するため，ニッケルに関して原料面の供給不安は少ない。

　表２に国別の資源生産量，埋蔵量を示す。ニッケルの埋蔵量が多いのはオーストラリアとブラジルで，ロシア，ニューカレドニア，キューバ，フィリピン，インドネシアも多い。2016年に採掘したニッケル資源はフィリピンが最大で，次いでロシア，カナダ，オーストラリアの順で多い。世界全体で，ニッケルの資源生産量は年間225万トンであった。埋蔵量と比較してフィリピンの資源生産量が多いのが目立つが，住友金属鉱山がラテライト鉱からミックスサルファイドを製造する工場（HPAL)を稼働したことが，フィリピンの資源生産量が増加した一因と思われる。

　また，インドネシアが原料鉱石の輸出を禁止したことによる減少も，フィリピンの増産に寄与した可能性もある。尚，2016年に入ると，インドネシアの鉱石生産量は再び増加している。これは，ステンレス製造世界最大手の青山鋼鉄集団とインドネシアのPT Bintang Delapan Groupの合弁会社がNPI製錬工場（スラウェシ州スラウェシ島）を建設して操業を開始したことによる。インドネシアの鉱石増産の背景には，中国での露天掘り規制によるNPI向け鉱石の供給不安もあるとされている。

４．ニッケルの需給量

（１）ニッケルの用途

　ニッケルの主要用途は耐食性鉄合金（ステンレス）で、そのほか特殊鋼，めっき，鉄以外の合金材料，電池材料や磁性材料等の化学品に使われる。西側世界ではニッケルの65％がオーステナイト系ステンレス鋼として使われ，12％がインコネル600などのスーパーアロイやキュプロニッケルなどの合金である。ニッケル基合金は航空機用のタービン羽根や発電用タービンにも使われる。その他化成品として，電池や磁性材料等の炭酸ニッケル，塩化ニッケル，硫酸ニッケル等がある。

　国内のニッケル用途も同様で，表３，図２に示す通り，特殊鋼，めっき，合金鋼，触媒，電池等多岐にわたるが，消費の大部分は特殊鋼（ステンレス）用である。2016年には特殊鋼の需要が増加した結果，全ニッケルの国内需要48,200ｔの85.7％に達することになった。

（３）世界のニッケルの需給動向

　ニッケルの資源生産量，一次ニッケル生産量及び一次ニッケル消費量を表４に示す。資源生産量はWorld Bureau of Metal Statistics「World Bureau of Metal Statistics」　NICKEL　World Mine Productionを記載しているが，表２に示したU. S. Geological Survey,Mineral Commodiyty Summaries 2017の資源生産量と数値が多少異なっている。両者の差はフィリピンでは大きかったが，集計方法の違いにより差がでたのではないかと思われる。

　2016年の一次ニッケル生産量については，中国が最大で573千トン，欧州全体で434千トン，北南米全体で303千トン，オセアニア212千トン，日本192千トンとなっている。一方，一次ニッケル消費量については，中国が1,090千トン，欧州全体で345千トン，北南米全体で179千トン，日本146千トン，インド58千トンとなっている。ニッケルの生産も消費も中国が巨大で，中国の消費は全世界の５４％を占めており，ニッケルの需給バランスに大きな影響を及ぼしている。

５．ニッケルの価格動向

　ニッケルの国際価格はロンドンの金属取引所（ＬＭＥ）にて決まる取引価格がベースとなって決定する。1980～1987年には5,000＄前後の価格であったが，1988～1989年には13,000まで価格が上昇し，その後2002年まで6,000～8,000＄で推移していた。

　2003年よりニッケル価格が急上昇し，2011年まで20,000＄を越える価格で推移した。尚，ニッケルの月平均価格の最高値は2007年5月の52,179＄であった。その後， 価格は緩やかに低下し，2019年には12,000＄前後の価格で安定して推移している。

７．ニッケルの製錬法

　ニッケルの鉱石には酸化鉱と硫化鉱があり，製造方法も鉱石によって大別される。19世紀の終わりにニューカレドニアの酸化鉱からニッケルを回収したのが最初であったが，20世紀に入ってカナダのサドベリー地区で硫化鉱の大鉱床が発見され，硫化鉱の乾式製錬が主流となった。しかし，最近はラテライト鉱よりミックスサルファイドを湿式処理によって製造することが盛んになり，元々資源量は酸化ニッケル鉱の方が多いこともあって，酸化鉱出のニッケル量が硫化鉱出のニッケル量を越えている。

　硫化鉱の製錬の場合、鉱石を選鉱、溶錬してマットにするのは銅と同じであるが，ニッケルの場合銅と同じように粗金属アノードから電解精製で電気ニッケルを作る方法はあるが，多くはマットをアノードとして電解精製したり，塩酸，硫酸あるいはアンモニア浴に溶解後，電解採取又は水素還元する方法がとられている。これはマットを金属に精製するのに銅と違ってコストが多くかかるためである。

　ガーニエライト鉱などの酸化ニッケル鉱は多くの鉄分を含むが，還元すればFe-Niメタル（フェロニッケル）になるため、ステンレス原料として多く生産されている。その他、還元後加硫してマットにする方法（マット処理は硫化鉱出マットと同じ）、鉱石を還元後、あるいはそのまま浸出し、電解採取あるいは水素還元する方法が行われている。

（３）　ラテライト鉱からミックスサルファイドを作る製錬の例

    最近ラテライト鉱からニッケル・コバルト混合硫化物(Mixed Sulfide：MS)を作る製錬法が活発に実施されるようになってきている。混合硫化物(MS)は住友金属鉱山等で実施しているニッケルの湿式製錬の主要原料である。ラテライト鉱から混合硫化物を作るプラント（タガニート工場のHPAL）では，まず鉱石の予備処理を行い，１mm アンダーの鉱石をスラリー化する。その後，シックニングを行い40％以上のスラリー濃度とし，オートクレーブに入れて硫酸浸出し，残渣はCCDにおいて残渣洗浄する。プレグナンソリーションは７g/リットルのニッケルを含んでいるため，含有する不純物の中和，また鉄やアルミの除去を行う。その後亜鉛を除去し，最終的にミックスサルファイドを生産する。硫化後液は中和処理工程に送って中和する。中和処理で生成した残渣は最終的に排滓ダムに送られ，貯蔵される。