北大東島のリン鉱山
南北大東島の事業権、所有権を掌握した東洋製糖は、両島での新たな事業展開を進めた。北大東島では1918年にサトウキビ栽培と製糖を、玉置商会時代の直営方式から小作制度へと変更した。これは直営では開墾にかかる経費から苗代などサトウキビの栽培にかかる費用まで会社側が負担せねばならないため、小作制度にする方が会社側にとって利益になったためと考えられる。
そして東洋製糖は北大東島でのリン鉱山開発に再チャレンジした。再チャレンジの背景には第一次世界大戦時の好況に支えられた沖大東島のラサ島鉱業所の発展があった。1918年、ラサ島鉱業所は年間約18万2600トンのリン鉱石を採掘し全盛期を迎えていた。ラサ島鉱業所の発展に刺激を受けた東洋製糖は1918年4月、かつて玉置商会がリン鉱山開発を試みた島の北西部の黒部岬と玉置平で探鉱を開始し、7月に専門家を招いてリン資源の詳細調査を行い、8月には東洋製糖の北大東島の責任者である北大東島出張所長らが沖大東島の視察を行った。
なお採鉱所から乾燥所を経て貯蔵庫まで、トロッコの軌道は地形を考慮して敷設されており、トロッコによる運搬自体は比較的スムーズに行われていた。
貯蔵庫は上部から乾燥後のリン鉱石をトロッコから投入し、搬出時には下部の取り出し口から鉱石をトロッコに流し込む仕組みとなっていた。リン鉱石の積み込み船が入港すると、貯蔵庫から続々とトロッコによってリン鉱石が搬出され、桟橋へと運ばれた。リン鉱石積み出し用の桟橋は沖大東島の桟橋をモデルとして建設され、ほぼ同様の設備となっていた。桟橋の先端は出し入れが出来る構造となっており、リン鉱石積み込み時には約6メートル海上に向けて延伸した。桟橋の先端には象の鼻と呼ばれた鉄製の漏斗が海面近くまで伸びていて、リン鉱石を漏斗内に流し込んだ。
漏斗の下には艀が待ち構えていて、リン鉱石を積み込むと沖合いに停泊している積み込み船にリン鉱石を運んだ。艀は5人乗りで2トン積みであった。この艀による荷役作業は請負制であるため、争うように漏斗からリン鉱石を積み込もうとした。桟橋と積み込み船との間を幾度となく往復するうちに、全身リン鉱石の粉にまみれて顔つきもわからなくなったという。一日で約1000トンのリン鉱石が積み込まれ、また船から島内に運び込む生活物資等も艀作業によって荷揚げされるため、積み込み当日は応援としてサトウキビ農家を含め、島内の人員が駆り出されることになった。
戦況が悪化していく中で1944年3月、大本営は太平洋方面の防衛強化とアメリカ軍攻撃の恐れを考慮して、大東諸島の防衛体制を強化することとし、第85兵站警備隊を大東諸島に配置する決定をした。4月24日、第85兵站警備隊の第二中隊が北大東島に上陸、展開した。その後歩兵第36連隊を大東諸島に配置することが決定され、7月25日に北大東島に一個大隊が上陸、展開した。歩兵第36連隊の一個大隊が北大東島に展開されると、先に配置されていた第85兵站警備隊第二中隊は南大東島へ移動した。その後海軍部隊も9月7日に上陸、展開した。北大東島に配置された陸軍部隊は総勢1010人、海軍部隊は519人で、北大東島には海軍合わせて1500名あまりの兵士が配置されることになった。
実際、1944年3月には北大東島にリン鉱石を積み込みに来航した船が、潜水艦の魚雷攻撃を受け沈没し、4月にもやはりリン鉱石積み込み船が魚雷攻撃を受け沈没し、ともに多数の乗組員が犠牲になっていた。
石灰石のドロマイト化作用にはいくつかの種類があるが、北大東島の場合、海水によるドロマイト化作用を受けたものであると考えられている。なお、北大東島のドロマイトは硬く耐久性に優れるため、リン鉱山時代には建物の建材や石垣等に盛んに用いられた。
フィリピン海プレートの動きに乗って北上し、沈降しながらサンゴ礁が形成されていった北大東島は、琉球海溝に沈み込む前に「海溝周辺隆起帯」と呼ばれる隆起帯に差し掛かった。北大東島が隆起帯に入って沈降から隆起に転じた時期については200万年前から160万年前との推定がある。
東北帝国大学の山成不二麿は、北大東島、南大東島の中で北大東島の北西部に位置する黄金山が最初に陸化し、多くの海鳥が飛来して糞が堆積し始めたと推定している。その後隆起が進むにつれて黄金山周辺も陸化していき、島の北西部一帯に海鳥が飛来するようになって鳥糞の堆積も進んでいく。鳥糞の堆積は島の陸化が進んで森林に覆われるようになって、海鳥の飛来が減少するまで続いたと考えられている。なお、リン鉱石の鉱床が含まれている港層が堆積したのは、造礁サンゴに由来する大東層が形成され、約200万年前のドロマイト化が終了した後のことと考えられている。
前述のように1918年に東洋製糖が本格的なリン鉱山開発を始めた段階では、島の北西端の黒部岬付近のリン酸三石灰鉱を採掘する予定であった。しかし黒部岬のリン酸三石灰鉱は資源量が少なく、1919年11月に、当時神社が建てられていたため大神宮山と呼ばれていた島内最高地点付近にリン酸三石灰鉱の露頭が発見されたため、神社の移転後に採掘が行なわれるようになった。なお大神宮山は後に黄金山と改名された。
北大東島のリン鉱石採掘はその利用方法が確立された後は、資源量が豊富なリン酸礬土鉱の採掘へとシフトした。北大東島での主要なリン鉱石採掘場となった玉置平には1区から5区の計5つの鉱区が設定され、露天掘りでリン酸礬土鉱の採掘が進められた。年代によって人数の上下はあったが、平均して約300名の鉱夫が採掘に従事していた。なお玉置平は北大東島の開拓開始後、いったんは農地として利用されていたが、リン酸礬土鉱の埋蔵が確認された後に開拓農民を移住させた上で鉱山となった。
1919年の採掘開始から昭和初期にかけては、リン酸の含有量が40パーセント前後の良鉱を採掘対象としていた。