ボーキサイト (1318-16-7) の物理的および化学的性質
ボーキサイト
主にアルミナ生産原料として用いられる主要なアルミニウム鉱石であり、工業用途のコモディティ鉱物；調達に際しては、加工および取扱いのために等級、含水率、不純物プロファイルが重視される。
| CAS番号 | 1318-16-7 |
| ファミリー | アルミニウム鉱石／鉱物粉塵 |
| 標準形状 | 顆粒状または粉末固体 |
| 一般的な等級 | EP |
ボーキサイトは水和アルミニウム酸化物および酸水酸化物を主成分とする不均質な鉱石・工業鉱物の混合物であり、構造クラスは酸化物／水酸化物鉱物集合体に属する。代表的な一次鉱物相はギブサイト、ベーミライトおよびジアスポアで、いずれもアルミニウム酸化物・水酸化物の多形体または水和状態である。これらの相は層状および/または骨格構造を形成し、アルミニウムは酸素および水酸基配位子により配位されている；この集合体は両性酸化物／水酸化物群として機能し、中性条件下では水溶性が限定的だが、産業的精錬に用いられる強酸性または強アルカリ性（苛性）条件下では化学反応性を示す。
主要な電子的・構造的特徴には、水和状態の変動、特定鉱床中の鉄不純物による混合価数寄与、および微結晶・非晶質成分に起因する大きな比表面積と反応性が含まれる。材料は一般に非揮発性で電気絶縁性が高く、常温常圧の水には難溶だが、濃苛性溶液（苛性浸出プロセスの基盤）およびアルミナと珪酸不純物を溶解する強酸やフッ化物により化学的に攻撃される。採掘段階では砕けやすい岩石または地殻状で存在し、粉塵の発生や粒径分布管理が吸入曝露リスク、取扱いおよび加工挙動に大きく影響する。
ボーキサイトは加工アルミナ（\(\ce{Al2O3}\)）および最終的に金属アルミニウムの主要工業原料であり、商業的には苛性浸出（バイヤー型処理）によって精錬されてアルミナを産出し、続いて電解法により金属アルミニウムに還元される。材料は鉱山採掘、大量物資の取扱い、石油産業の油圧破砕作業などいくつかの文脈でも目にされる。報告される一般的な商業規格にはEPが含まれる。
概要および組成
定性的組成
ボーキサイトは単一の化学量論化合物ではなく、複数鉱物混在（ポリミクリティック）な水和アルミニウム酸化物・酸水酸化物と共伴鉱物の混合物である。典型的な構成相および化学的特徴は以下の通り： - 水和アルミニウム水酸化物／酸水酸化物鉱物：ギブサイト（\(\ce{Al(OH)3}\)）、ベーミライトおよびジアスポア（両者は一般に\(\ce{AlO(OH)}\)で表される）。 - コランダム様材料として存在するアルミナおよび関連酸化物成分：\(\ce{Al2O3}\)。 - 伴う不純物および共伴鉱物：珪質物質（非晶質および結晶性\(\ce{SiO2}\)）、酸化鉄（\(\ce{Fe2O3}\)）、および微量のチタンほか金属含有酸化物。
一部の記述セットで記載される理想化された化学量論的表現は\(\ce{Al2H2O4}\)であり、これは工業グレードのばらつきのあるバルク組成ではなく、小規模な水和アルミナ単位を表す。組成文脈で特定される成分化合物には水（\(\ce{H2O}\)）およびコランダム型アルミナ（\(\ce{Al2O3}\)）が含まれる。報告される不純物情報には一部の材料流で10–30％の非晶質溶融ケイ酸塩の存在が含まれ、この珪質含有は精錬挙動および呼吸性健康リスクに実質的な影響を与える。
外観および標準形状
ボーキサイトは通常、暗褐色から赤褐色の無臭で、土状から小球状（ピソライト状）の岩石または地殻として出現する。商業材料は採掘および粉砕加工により脆い塊状から微粉末まで様々である。一般に固体バルク鉱物として説明され、安全データシートには暗褐色無臭固体と記載される。鉱石の粒度分布、選別および粉砕により呼吸性粉塵が形成され、これは作業場での曝露管理上の主要な懸念項目となっている。
化学的性質
反応性および腐食挙動
ボーキサイトに含まれるアルミニウム相は両性酸化物／水酸化物化学を示し、常温水中では比較的難溶だが、強アルカリ条件下で可溶性アルミン酸塩種を形成し、強酸条件下では溶解アルミニウムイオンおよび錯体種を生成する。産業的な苛性浸出プロセスは濃縮水酸化ナトリウムの溶解能を利用してアルミナを抽出する。強酸およびフッ素含有試薬はアルミナおよび珪質共伴鉱物をより激しく浸食し、水酸化物成分は加熱により脱水水酸化反応を経てアルミナ様相へと移行する。
ボーキサイトは一般に腐食性液体や気体とはみなされず、バルク固体としての腐食性は主要な属性ではない。しかし、粉塵は反応性表面や微量の酸性・アルカリ性残留物を含み、加工条件下で機器の腐食や特定材料の劣化促進に影響を与える可能性がある。
理想化された水和アルミナ単位について報告された分子・構造記述子（計算値）： - 分子式（計算記述子）：\(\ce{Al2H2O4}\) - 分子量：119.977 \(\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\) - 正確質量／モノアイソトピック質量：119.958385 \(\mathrm{Da}\) - 位相的極性表面積（TPSA）：44.4 - 水素結合供与数：1 - 水素結合受容数：4 - 回転可能結合数：0 - 重原子数：6 - 形式電荷：0 - 複雑度：34.2
構造識別子：
- SMILES: O.O=[Al]O[Al]=O
- InChI: InChI=1S/2Al.H2O.3O/h;;1H2;;;
- InChIKey: XXHQVTGCFGYKNL-UHFFFAOYSA-N
これらの記述子は商業用ボーキサイト鉱石の複雑な鉱物化学的多様性ではなく、小規模で理想化された表現を反映している。
適合性および非適合性
ボーキサイトおよびその構成鉱物は一般に乾燥常温条件下の一般的な建築材料と適合性があるが、プロセス依存性がある： - 化学的非適合性：強酸、濃アルカリおよびフッ素含有試薬はアルミナおよびケイ酸塩成分を攻撃する。特にフッ化水素酸および強酸は珪質共伴鉱物やアルミナ相に対し強い腐食性を示す。 - プロセス非適合性：高温酸化環境または還元性雰囲気への曝露は相集合体を変化させ（脱水水酸化、焼結）、材料取扱いやキルン・カルシナーの選択に影響を与える可能性がある。 - 材料接触に関する懸念：研磨性の固体であるためコンベヤや破砕機の機械的摩耗が生じることがある；粉塵や微粒分はシールやベアリングの摩耗原因となる。
現在のデータ文脈では、実験的に確立された数値的腐食性閾値や適合性限界は提供されていない。
使用および安全性
産業および商業利用の状況
ボーキサイトは工業用アルミナの主要原料であり、下流の電解還元を通じて金属アルミニウムが製造されます。商業的な精製では、ボーキサイトのアルミナ含有相を溶解し、不純物（ゲーング）を分離する苛性アルカリ浸出（バイヤー法）が行われ、その後焼成処理を経て工業用アルミナ（\(\ce{Al2O3}\)）が生成されます。アルミニウム産業は、ボーキサイトを大規模に処理する採鉱、精製および製錬作業を含みます。
その他の利用例としては、バルク材の取り扱いや、石油産業の特定の用途（例えば油圧破砕作業での利用）があります。その研削性や鉱物学的特性から、耐火物、研磨材およびプロパント関連のサプライチェーンにも関連しています。採鉱および精製作業においては、主な曝露リスクは機械的作業（破砕、発破、掘削、破砕、積み込み）に伴う浮遊粉塵の発生に由来します。
危険性および取扱上の留意点
ボーキサイトの総合的な危険性分類では、バルク鉱石として純粋物質の標準的な危険基準の下では「分類なし」とされることが一般的ですが、職場での危険は主に浮遊微粒子曝露と物質特有の不純物によって左右されます。主な安全上の留意点は以下の通りです： - 吸入危険性：呼吸可能なボーキサイト粉塵の吸入は呼吸器官の刺激を引き起こします。長期間または反復的な吸入曝露は肺損傷の可能性があります。物質中に10〜30％の非晶質融解シリカ（珪素含有）が含まれる場合があり、粒径や結晶性によって呼吸器への危険性が増加します。 - 眼および皮膚への影響：粉塵は眼および皮膚の機械的刺激を引き起こすことがあります。湿潤または濡れた物質は研磨刺激をもたらします。 - 環境および工程上の危険：粉塵の蓄積により滑りや沈降の問題が発生し、清掃作業が困難になることがあります。物質は機器に対して研磨性を有します。
推奨される取扱管理および保護措置（クラスレベルの指導）： - 工学的管理：粉塵抑制、破砕および搬送点での局所排気通風、閉鎖型コンベヤーおよび搬送システム、定期的な清掃により浮遊粉塵を最小化。 - 個人用保護具（PPE）：測定された浮遊濃度に適した呼吸用保護具（例：微粒子用防塵マスク）、眼の保護具および皮膚接触を減少させる防護服。 - 保管：粉塵発生を抑制し、取り扱いを複雑にする水分混入を避けるため、物質は乾燥状態で密閉して保管。 - 緊急時および応急処置：粉塵が眼や皮膚に触れた場合は流水で洗浄。吸入の場合は新鮮な空気の場所へ移動し、症状が続く場合は医療機関を受診。
詳細な危険性、輸送および規制に関する情報については、製品固有の安全データシート（SDS）および適用される地域の法令を参照してください。
