金
熱水鉱床は変成岩と火成岩のなかに生成する。このような海中で見つかる火山性(成)塊状硫化物鉱床(VMS鉱床、Volcanogenic Massive Sulfide. Deposits)、堆積岩内亜鉛・鉛鉱床では、ほとんどが(鉛、亜鉛、銅)であるが、貴金属も多く含む。
そのほかに、カーリン型金鉱床、酸化鉄型銅金鉱床(IOCG、Iron Oxide-hosted Copper-Gold Deposits)や斑岩銅鉱床。
鉱床は風化や浸食されていることもあり、その場合、金は砂金として小河などに流されるが比重が大きいために沈殿しやすく、重い鉱物の漂砂鉱床や砂鉱床に集まっている。もう一つ重要な鉱床は堆積頁岩または石灰岩の鉱脈で、これはまばらに単体の金が白金などの金属とともに散在する形で存在する。
金は地球全体の地殻内に広く分布して存在しており、存在比は0.003 g/1000 kg程度 (0.003 ppm) である。
金鉱床は銀、銅や水銀、硫化鉄、テルルなどのレアメタル、砒素を同時に産出することが多い。銀やレアメタルは鉱山の収益を補えるが、脈石となる水銀や砒素はそのまま廃棄されると公害の原因になり、公害対策や公害処理の費用のために逆に収益に影響を及ぼすことがある。
金鉱床と直接の関係は無いが、金の製錬の際にはアマルガム法(水銀)や青化法(シアン化合物)といった有毒物質を使用する場合が多く、金の生産に付随して排出される鉱滓や排水、廃液を適切に処理しないと周辺地域の環境汚染につながる場合がある。
経済的に金鉱山と言える物は、平均して1000 kgあたり0.5 gの金を産出する必要がある。典型的な鉱山では、露天掘りで1 - 5 g/1000 kg (1 - 5 ppm)、通常の鉱山で3 g/1000 kg (3 ppm) 程度である。人間の目で見て金と分るには、鉱脈型の鉱床で少なくとも30 g/1000 kg (30 ppm) 程度の濃度が必要で、それ以下の金鉱石では、鉱石内に金があることを人間の目で見分けることは出来ない。
沖積層の鉱床では砂鉱床採掘が用いられ、堅い岩の鉱脈では金属抽出が用いられる。金の精製を完了するには、塩素処理または電解精錬を用いる。
日本ではかつて、比較的多く金が産出された。マルコ・ポーロ『東方見聞録』などで「黄金の国」と呼ばれていたのも、日本産の金が出回っていたからである。
戦国期には甲斐国(現在の山梨県)において黒川金山や湯之奥金山が稼業し、金山衆により採掘された金鉱石を粉成、精錬し金生産を行なっていたと考えられている。しかしながら、江戸時代前期、すなわち寛永年間以降は国産の金山は徐々に衰え始めた。たとえば有名な佐渡金山も既に採掘をやめ、現在は観光地化している。大正・昭和初期の頃には「東洋一の金山」と言われた北海道の鴻之舞金山は採算ベースに乗る金を全て掘り尽くして1973年(昭和48年)に、国内第3位だった大分県の鯛生金山も1972年(昭和47年)に枯渇して閉山した
2022年現在は1985年(昭和60年)から採掘を開始した菱刈鉱山にて年間約4トン程度産出している。
恐山(青森県)では温泉沈殿物として金の異常濃集体が発見されており、「恐山の金鉱床」として日本の地質百選に選定された。地質調査によると、金の含有量は鉱石1トン当たり平均約400g、場所によっては6500gにも達するが、この一帯は国定公園に指定されている上、土壌には毒性を有する砒素が高濃度に含まれていて作業者の生命にも危険が及ぶため、商業目的の金の採掘は不可能とされている。
ロシアが実効支配している得撫島には金鉱床が存在しており、外国企業を受け入れる経済特区に指定されてからはスイスの鉱山会社Solwayが採掘を行っている。
1880年代から南アフリカ共和国が金産出の2を占め、ヨハネスブルグは世界で最も多くの金を産出する都市と言われていたが、2004年時点では1まで比率が低下した。オレンジ自由州とトランスバール州にある金鉱山は世界で最も深く掘られた鉱山となっている。その他の主な金の産出地としてはロシア、カナダ、アメリカ、オーストラリア西部にある。2009年時点、産出が最も多い国は中国である。
南アフリカ共和国では、ハウテン州のウィットウォーターズランド地方に、先カンブリア時代に形成された鉱山が集中している(ちなみにヨハネスブルグは同州州都)。金鉱床は約400kmに及ぶ露頭に沿っている。金の生産は安定しており、産出国側も値崩れを予防するために市場に供給される量を調整しており、年度ごとの増減は少ない。南アフリカ共和国での電気供給不安などのサプライ懸念がある上に、新規の鉱山開発などが年々難しくなっており、実際に過去10年の範囲で考えれば供給量は微減しているとも言われる。この一方、上述のように新たな採掘技術の可能性や海水からの抽出等については今後の技術開発に拠るものであり、資源として枯渇に向かっているわけではない。
南アメリカ地域では、金や宝石を狙うガリンペイロ(ポルトガル語:garimpeiro )と呼ばれる違法採掘者が使用する水銀によって、地域の希少生物や住民に水銀中毒を引き起こし問題視されている。
金は海水中にも含まれており、その割合は1000 kgあたり0.1 - 2 µg (1×10−4 - 2×10−3 ppb) 程度である。フリッツ・ハーバーは第一次世界大戦でドイツ帝国に科せられた賠償金の足しにするため、海水から金の回収を計画し世界各地の海水を調査したが、それまで知られていたよりも濃度が低く採算が合わないことが判明した。
海水ではなく鉱脈が出来る要因となる熱水から直接金を回収する研究も行われている。海洋研究開発機構とIHIでは金を吸着する性質を持つ藍藻の一種をシート状に加工した装置を使い、玉川温泉の温泉水や青ヶ島沖の熱水噴出孔から金を回収する実験を行っている。
科学的に不活性であることから、鉄などのように純度を高める精練を行う必要はない。しかし、鉱石からの抽出には王水や水銀以外との反応が難しいことから、特殊なプロセスが要求される。
青化法(シアン化法)
金を青化ソーダや青化カリ水溶性の錯体に変化させた後に、水溶液を亜鉛と反応させることで抽出する方法である。19世紀末から実用化され、それ以降は金生産の90%以上で利用されている。
アマルガム法(混汞法、こんこうほう)
一度水銀に溶かして、水銀を飛ばす方法であるが、水銀蒸気は毒性があり、収率が悪いので廃れた。ただし、違法採掘においては現在も使用されている。
貴金属と反応できる溶けた鉛(溶融鉛)を使用する方法。
環境負荷の小さい抽出・精練法とされる。貴金属を溶解させた際に出るスラグにホウ素化合物(ホウ砂)を加えて溶融温度などに差を作ることで分離回収することが可能となる。
銅などの電気精練を行った際に出る副産物として陽極泥が得られる。この陽極泥には貴金属が豊富に含まれている。
電化製品に金が使われていることから、これらの電化製品から金をリサイクルすることが可能である。これは都市鉱山と呼ばれる。
イギリスの貴金属調査会社トムソン・ロイターGFMSの統計によれば、2014年末時点で総量は 183,600トンである(金の地上在庫とはこれまでに採掘され精製加工された金の総量のこと)。
(参考)主要各国の保有量
アメリカ合衆国:8134トン(外貨準備に占める割合は78.2 %)
ドイツ:3413トン(同66.3 %)
フランス:2541トン(同59.4 %)
イタリア:2452トン(同68.1 %)
スイス:1064トン(同39.8 %)
日本:765トン(同2.1 %)
オランダ:621トン(同61.2 %)
中華人民共和国:600トン(同1 %)
インド:358トン(同3.3 %)
2008年1月時点、日本に地上資源ないし「都市鉱山」として存在する金は約6800トンで、これは全世界の金の現有埋蔵量の約16 %にも及ぶ量である。
塩化金(III) (AuCl3) とテトラクロリド金(III)酸(塩化金酸)(HAuCl4) は最も有名な金化合物の一つである。金を含む化合物は多くの場合、金原子は+1または+3の酸化状態として存在する。
金イオンは1価、3価ともに軟らかい酸であり、軟らかい塩基と錯体を形成しやすい。またフッ素との反応では+5価の酸化状態もとり、フッ化金(V) (AuF5) を形成する。さらに金疹とよばれる Au− のアニオン(金化物イオン)を含む金化セシウムCsAu や 金化ルビジウムRbAu、および金化テトラメチルアンモニウム (CH3)4N+ Au−) のような化合物を形成する。これは水素化ナトリウムにおけるヒドリドのように、主に非金属元素がとる-1価と同形式のものである。
これまで合成された金の化合物の種類は同族の銀や銅と比べて少ない。下記に主な化合物を列挙する。
テトラクロリド金(III)酸 (H[AuCl4])(金は王水に溶けて AuCl4− イオンを作る)
ハロゲン化金(フッ化金(フッ化金(III)、フッ化金(V))、塩化金(塩化金(I)、塩化金(III)、八塩化四金)、臭化金、ヨウ化金)(AuX, AuX3)
カルコゲン化金(酸化金、硫化金、セレン化金、テルル化金)(Au2X, Au2X3)
ジシアノ金(I)酸カリウム (K[Au(CN)2])
雷金 (Au2O3·nNH3) - イミドあるいはアミド基を含む爆発しやすい緑色または黄褐色の粉末である。
金チオリンゴ酸ナトリウム(C4H4AuNaO4S)
水酸化金(III) (Au(OH)3)
なお、金の同素体は確認されていない。
1種の安定同位体と、18種の放射性同位体が確認されている。
単体の金は(王水の例外を除いては)強酸などとも反応しない。化学的反応性が低い金属であるが、必須ミネラルであるカルシウムやカリウム、鉄等と異なり健康な人体には必須な元素ではない。このため、金は銀ともに食品添加物として認可されており、金粉や金箔が製造用剤・着色料の目的で使われている。また、金・銀ともに歯科用材料(いわゆる金歯・銀歯)として長らく使用されており、また金糸が織り込まれた衣服の着用なども行われ、その安全性は実証されている。
食用された金は、胃酸などの消化液とは全く反応せず、体内を素通りしてそのまま排泄されてしまう。これが、(イオン化されていない)純金の食用が、人体に何の効用も毒性ももたらさないことの根拠とされる。また、金箔に微量に含まれる銀も、胃酸では溶解しないとされている。また量的にも、金箔に使用される程度の微量な量の摂取では健康に影響しないと言われる。
ホワイトゴールド等の混合金に含まれるニッケルやパラジウムによって、金属アレルギーを発症する可能性があるという指摘がなされている。
金イオン毒性(金中毒)
金イオンは安定な単体の金とは異なり酸化力が強く、無機金塩類は毒物及び劇物取締法等により劇物に指定されている。金イオンは人間に限らず、ほとんどの生物(一部の真正細菌、デルフチア・アシドボランスは耐性を持つ)に対して毒性を示す。
これらの毒性は金による中毒(金中毒)と呼ばれ、症状としては接触皮膚炎、接触アレルギー、腎臓障害、貧血等があげられている。主に装飾品から溶解した微量金イオンに対してアレルギーが形成された人に見られる。また、金チオリンゴ酸ナトリウムを過剰に投与すると、その蓄積によって金中毒の症状が起こることがわかっている。
金中毒の解毒剤としては一般の重金属中毒の解毒に使われるジメルカプロール (HSCH2CHSHCH2OH) を処方する。ジメルカプロールは金と安定な錯体を形成して、速やかに体外に除去する働きを持つ。
ドキュメンタリー『NHKスペシャル 宇宙 未知への大紀行』 第5集『150億年の遺産 〜生命に刻まれた星の生と死〜』 (NHK) - 超新星爆発、星の誕生といった天文現象と金の元素生成との関連について解説。
映画『007 ゴールドフィンガー』
ミダース - ギリシア神話。イソップ寓話の一篇としても知られる。触れた物が黄金に変わる能力をもった王の物語。
出エジプト記 - 金の子牛が偶像崇拝されていたため、モーセによって破壊された(宗教利用例)。
新約聖書 - 東方の三博士メルキオールの贈り物(王権の象徴)。
万能鑑定士Qの事件簿Ⅶ - 純金地金が偽金にすり替わるトリックが使われる。
フランスの焼菓子・フィナンシェは金地金(別の形に作られる場合もある)を模したものであるとする説がある。