菱刈金山周辺地区の白色粘土
著者
島田 欣二, 小牧 高志, 福重 安雄
雑誌名
鹿児島大学工学部研究報告
巻
9
ページ
23-32
別言語のタイトル
The white clays in the circumjacent districts
of Hishikari gold mine, Kagoshima prefecture
URL
http://hdl.handle.net/10232/11120
菱刈金山周辺地区の白色粘土
著者
島田 欣二, 小牧 高志, 福重 安雄
雑誌名
鹿児島大学工学部研究報告
巻
9
ページ
23-32
別言語のタイトル
The white clays in the circumjacent districts
of Hishikari gold mine, Kagoshima prefecture
URL
http://hdl.handle.net/10232/00002145
菱 刈 金 山 周 辺 地 区 の 白 色 粘 土
島田欣二＊・小牧高志*＊。福重安雄**＊
（ ） 'ＲＨＥＷＨＩＴＥＣ][』ＡＹＳＩＮⅡＨＥＣＩＲＣＵＭＪＡＣＥＮＴＤＩＳＴＲＩＣＴＳ ＯＦＨＩＳＨＩＫＡＲＩＧＯＬＤＭＩＮＥ，ＫＡＧＯＳＨｍＩⅦＡＰＲ１ＦＦｍＣＴＵＲＥ ＫｉｎｊｉＳＨＩＭＡＤＡ,＊TakashiKOMAKI*＊ ａｎｄＹａｓｕｏＦＵＫＵＳＨＩＧＥ**＊ WhiteclayresourcesarcveryabundantinHishikari，KurinoandYoshimatsudistricts，ThethirteenwhiteclaysamPlesselectedinthesedistrictsaretestedbychemicalanalysis，
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fraredspectraandelectronmicroscopicobservation・ Theclaysoftheseditrictsaremainlycomposedofhydratedhalloysitcandincluded cristobaliteandquartz‘ ま え が き 鹿児島県内には窯業原料あるいは化学工業用原料と して活用しうる白色粘土が各地に広く賦存している． われわれは鹿児島県の援助のもとに，昭和39年度大 口市地区の白色粘土')昭和40年度に指宿・山川地区 の白色粘土2)について調査研究を行い，その賦存状況 や性質について既に報告した． さらに，昭和４１年度においては菱刈町および栗野 町に賦存している白色粘土について現地調査を行な い，その賦存状況の観察およびこれら白色粘土の基礎 的性質を検討した．現地調査期間が短期間であったた め，その賦存状況を詳細に検討する余裕はなかったの で，主として，白色粘土の物理的，化学的，熱的性質 について検討した結果を報告する． １．地形・地質概要 菱刈・栗野地区一帯は川内川の本流を擁し，多くの小支流が周りの山地に谷を形成している。本地域は川
内川の中流に当り，狭い河岸段丘を形成し，平坦な部
分は水田に利用されている．北には国見岳，白髪岳の 結ぶ県境の霧島連山を控える地域で300∼600ｍの高 さの山々を有している．菱刈・栗野地区一帯には藩政時代から開発された菱刈，布計，大口および山ケ野金
山など多くの鉱山が知られている． 率 鹿 児 島 大 学 工 学 部 応 用 化 学 教 室 ＊ ＊ 同 上 ; i 亀 * 水 同 上 教 授 助 教 授 助 手 本調査域一帯は第三紀火山岩よりなる山々が重な り，霧島火山，姶良火山の噴出物によっておおわれて いる．基盤岩は主として普通輝石安山岩または紫蘇輝 石安山岩であって，当地域の白色粘土もおそらく，こ れらの母岩が浅熱水作用をうけて生成したものと思わ れる.3） 血．位置および交通 菱刈および栗野町地区の白色粘土の賦存する領域は 鹿児島市より北東方約６０∼70kｍの距離にあり，特 に菱刈町池永，栗野町御前野，竹迫地区の粘土はパス 通り沿線に産出する．本領域のうち最大の賦存域と推 定される吉松町目倉越および獅子間野地区白色粘土は 国鉄山ケ野線菱刈駅より約７ｋｍの国有林中に賦存し ている。山元近くまで山道が通じ小型トラックの通行 は可能である．図１は試料の採取地点を示したものである．図中
０９は菱刈金山鉱床中の粘土である． 皿 ． 化 学 成 分各地区より採取した白色粘土は風乾後，乾燥器中
60℃，８時間保持したものを常法により化学分析を行 い，その結果を表１に示した．表１に示すとおり，菱刈および栗野地区白色粘土は
いずれも類似した化学成分である．カオリン系粘土の
SiO2/A1203の比は１．１８であるから，この比の大きな池永，獅子間野（04）は多少遊離のケイ酸分の多い
ことを示している．すなわち，石英やクリストバライ１V・Ｘ線回折による構成鉱物の判定 東芝製APX-103形自記式Ｘ線回折装置を用い，
粉末Ｘ線回折法により，原土の構成粘土鉱物および随
伴鉱物の同定を試み，その結果を図２∼図４に示し
た． 2４ 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ９ 号 名 31.76 38.09 33.67 34.93 36.02 35.０９ ３５．６１ ３７．６０ 産 地 菱 刈 町 吉松町 〃 菱ﾒﾘ町 〃 〃 ノ ノ ノ ノ 栗mfmI ノ ノ ノ ノ ノ ノ 〃 池永 目倉越 〃 １１m子間野 ノ ノ ノ ノ ノ ノ ノ ノ 芦 谷 徳辺 御前野 竹 辿 １２３４５６７８９０１２３０００００００００１１１１ kｎ ’ 図 １ 試 料 採 取 地 点 表１菱刈および栗野地区白色粘土の化学成分（錫） 卜などのケイ酸鉱物を含有するものであろう、 池永粘土以外の白色粘土の鉄分含有量は4.07∼4.93 ％であって，ほぼ一定の値を示している．山川・指宿 地区の白色粘土2)に比較して鉄分が多いので化学工業 用原料として用いる場合には脱鉄精製することが必要 であろう． ０．１８ ０．０２ ０．２０ ０．０８ ０．１４ ０．０５ Ｎ.Ｄ、 ０．１０ ３６３５９７０５ １０２０００１０ 丹＄９■■⑤■● ００００００００ １００．５１ １００．３２ １０１．７９ １００．３９ １０１．００ １００．８８ １０１．６９ １０１．４０ ６５６２８２２０ ４０３２１２２１ 。■●。●■●印 １１１１１１１１ ５７３３０４８６ ６０４９３３９１ ①■■ｂｅ●Ｇ甲 ５４４４４４４４ ７２１１９７２７ ２６３２６６３４ ●ｑ町■■Ｐ■４ ００１０００１０ 試料 Ｎｏ． Iｇl
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ｇＯｌＫ２０１Ｎａ２０１ＴｏｔａｌｌＳｉＯ２/Ａ1２０３ 菱刈および栗野地区の粘土はいずれも類似した回折線を示し，7.2∼7.5Ａ（001)，4.3∼4.5Ａ（020)，お
よび３．３∼3.7Ａ（002）のハロイサイトに相当する回 折線が現われている．しかし熱分析･加熱減量等の熱的 試験や電子顕微鏡観察を考慮するとハイドロハロイサ イトが加熱脱水して生じたハロイサイトと判定すべき であろう．ハイドロハロイサイトは極めて低温（50.ｃ以下）においても容易に脱水して１０Ａの回折線が高
角側に移動することが知られている.4） これら試料の回折線は強度が弱く，一般にbroad であることから粘土鉱物の結晶度は低いことが想像さ れる．また，試料０１，０４，０８，０９および１３では石英 45.86 42,69 42.63 42.90 43.30 41.２３棚
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１．４１ ０．９７ ０．８０ ０．７９ ０．９４ １．３２ ０．９７ １．００ 14.29 16.73 15.47 16.77 15.92 16.３５ １５．５０ １６．４８ 菱 刈 町 池 永 吉 松 町 目 倉 越 菱 刈 町 獅 子 間 野 〃 〃 〃 〃 栗 野 町 徳 辺 〃 御 前 野 〃 竹 迫 １３４６７０１２ ０００００１１１０３ 2５ 1 ０ ２ ０ ２ ｅ 図 ２ Ｘ 線 回 折 図
の特徴線である3.34Ａ，4.25Ａの回折線が認めら
れ，また０１および０８ではクリストバライトの回折線 が現われている． 一般に指宿粘土のように安山岩質母岩か熱水作用を うけて生成した粘土には，石英，クリストバライト， アルナイトあるいはルチルなどを随伴しているが．栗 野・菱刈地区粘土にも石英，クリストバライトが混在 していることからその成因を熱水作用によるものと推 定している．lＭ
島 田 ・ 小 牧 ・ 福 重 ： 菱 刈 金 山 周 辺 地 区 の 白 色 粘 土 Ｏ’ ２０ ２ ｅ 図 ３ Ｘ 線 回 折 図 ０２ ０ ６ '０ ０４ ０ ７ ３０一卵
０５ ０８ ０ ９2６ 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ９ 号 ０ １１ 1２ ｉ３ ’ １ ０ ２ ０ ２ ｅ 図 ４ Ｘ 線 回 折 図
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３０ Ｖ ， 示 差 熱 分 析 理学電機製自記式示差熱分析装置を用い原土の示差 熱分析を行い，その結果を図５∼図７に示した. 各試料のＤＴＡ曲線はいずれも類似した曲線を示 している．すなわち，100°Ｃ附近の吸熱ピークにつづ いて575∼580°Ｃの吸熱ピークが認められ，さらに 920∼960°Ｃに発熱ピークが現われている．このよう なＤＴＡ曲線はハイドロハロイサイトの特徴であっ て，100℃附近の吸熱ピークは結合水の脱出に起因 し，575∼585℃の吸熱ピークは２分子の構造水の逸 脱によるものである， 100.Ｃ Ａｌ２(Si205XOH)4.2Ｈ２０−→Al2(Si205)(ＯＨ)４ ＋2Ｈ２０↑ 575∼580.Ｃ Ａｌ２(Si205XOH)４−−→Al2Si207＋2Ｈ２０↑ Kerr5)によると，ハロイサイト系粘土の構造水の逸 脱による吸熱反応は約500℃から開始し，その吸熱 ピークの形状は低温側でなだらかで高温側で急激な曲 線となり対称的でない．一方，カオリナイト系粘土で は吸熱反応の開始温度もさらに，低温側，高温側とも に同じような傾斜をもつ吸熱ピークを示すことを明ら かにしている．菱刈および栗野地区粘土もＫｅｒｒの説 にしたがえばハロイサイト系の特'性曲線を示してい る。 Ｘ線回折の結果と照合して，各粘土の示差熱分析を Ｏ’ ０ ２ ０３ ０４ ０５ ０ 図 ５ 示 差 熱 分 析 曲 線０２ 2７ ０ ８ 検討すれば，結晶度の低いものほど575∼580℃の吸 熱ピークの最深温度は低温となっている．また，γ一 Ａ１２０３の生成に起因するといわれる’000℃附近の発 熱ピークは結晶度の高いものほど発熱ピークの最高温 度は高温となる傾向が認められた． ０５ − シ
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０７ − 一 ０３ ０ ６ Ⅵ 、 加 熱 減 量 菱刈産白色粘土の原土の６０℃乾燥物を東工試式熱 天秤を用いて加熱減量を測定し，その結果を図８に示 した． 図８に示すように，いずれの試料も類似した加熱減 量曲線を示している．すなわち，200∼300℃までの 徐々な減量ののち，いったん平坦となるが400℃から 急激な減量を始め500∼550℃でふたたび平坦とな る．200∼300℃までの減量はハイドロハロイサイト の２分子の結合水の脱出によるものであり，400∼ 500℃の急激な減量は脱水ハロイサイト中の構造水の 逸脱に起因するものである． ０ ７ ０ ８ ０ ４ ０ ９ ０１ １３ 0０ L ） ｐ Ｏ Ｏ ４ ０ ０ 、 １ ６ ０ ０ ８ ０ Ｃ２５６３７２００００００１１
。Ｃ 図 ６ 示 差 熱 分 析 曲 線 四一些叫 ’０ ０２ 島田・小牧・福重：菱刈金山周辺地区の白色粘土 Ｃｌ １２ 望嬰一匁一四｜尼 ％Ｔ１ｊｉｌイＪ１イ４１１斗上０８６４２０
１ 図 ７ 示 差 熱 分 析 曲 線 ６ ２ C Ｏ ４ C Ｏ Ｇ Ｏ Ｏ Ｂ ｏ ｏ Ｉ ｏ ｏ ｏ ｏＣ 図 ８ 加 熱 減 量 曲 線 ０ ９ 四一些叫 １３ Ｃｌ ０ ００ ０ ２ ０ ０ ４ ０ ０ 、 ６ ０ １ ０ Ｂ Ｏ Ｃ０３ 鹿 児 勘 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ９ 号 ０３ カ オ リ ン 鉱 物 は 一 般 に Ｏ Ｈ の 吸 収 線 の 現 わ れ る 高 波数の領域があり,3690∼3700ｃｍ-1,3650∼3660ｃｍ-1, 3624∼3628ｃｍ-'の三重線および3410∼3420ｃｍ−１に 幅広い吸収をもつことを特徴とするが，菱刈および栗 野地区粘土にもこのような吸収が認められる． また，900∼1200ｃｍ−１の吸収線の分離の状態によ り，粘土鉱物の結晶度が判定されることが知られてい るが，菱刈および栗野地区白色粘土はいずれもこの吸 収線の分離が悪く，結晶度がかなり低いことを示して いる． 高波数の3000∼4000ｃｍ−１にみられる吸収線はＯＨ 基の伸縮振動によるもので，ハイドロハロイサイトの 場合は3410∼3420ｃｍ-’に幅広い吸収が認められ本 試料においても現われている． Ｖ 皿 ． 熱 膨 脹 原土に少量の水を添加して，混練して棒状試料を 作製し，これを乾燥後900°Ｃに焼成したものを熱膨 脹収縮率測定用試料とした．供試休の大きさは約径 ５ｍｍ長さ５ｃｍの棒状試料であって，これを立花 式熱膨脹計にて膨脹率を測定し，その結果を図９に示 した． 図９に示すように,各原土の900℃焼成物の1100℃ までの熱膨脹はいずれも類似した曲線を示し，約 1000℃までは加熱温度の上昇にともなって直線的に 膨脹し，その膨脹率は４∼５％である．その温度以上 では粘土の焼結あるいはムライトの生成にともなって 急激に収縮する． ０４ １３ ’２ ２
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ｄ ２ ０ ０ １ ４ ０ ０ １ ２ ０ ０ Ｊ Ｏ Ｏ Ｏ Ｂ Ｏ Ｏ ｃＭ−Ｉ 図 １ ０ 赤 外 線 吸 収 ス ペ ク ト ル 図 ０ ２ ０ １ ’ ’ 3 ８ ０ ０ ３ ２ ０ ０、
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３ 2８ Ｓｏｏ ０５ Ｖ 皿 ． 赤 外 線 吸 収 ス ペ ク ト ル 赤外線吸収スペクトルにより，粘土の結晶構造につ いて検討を行った。赤外線吸収スペクトルは日本分光 ＫＫ製装置を用い，ＫＢｒ法により測定し，その結果 を図10∼図１２に示した． ０ ２ ０ ０ ４ ０ ０ ６ ０ ０ ８ ０ ０ Ｉ ｏ ｏ ｏ ｐＣ 図 ９ 熱 膨 張 曲 線 ０４ 一＝ １ １ ／ 、 』３ 1２総 2９ 菱刈町および栗野町白色粘土の電子顕微鏡写真は図 １３に示すように，いずれも類似した形態で一般に無定 Ⅸ 、 電 子 顕 微 鏡 観 察 菱刈金山周辺地区に賊存する白色粘土について，化 学的，物理的・熱的性質をしらべ，電子顕微鏡観察， 示差熱分析，Ｘ線回折および赤外線吸収スペクトルに よってその構成鉱物を明らかにした．この地区の白色 粘土は形態的には大部分が無定形球状で一部分中空管 状と木片状のものが観察され，主成分鉱物はハイドロ
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形球状を呈している．このような形態を示すものに大 口産白色粘土があり，ハイドロハロイサイト特有のも のである． 各試料を詳細に観察すると，無定形球状中に木片状 あるいは中空管状のものが認められるが，これはハロ イサイトと考えられる． 括,ョ−､〆
３ ２ ０ ０ ’ 今 ０ ０ １ ２ ０ ０ １ ０ ０ ０ ８ ０ ０ ６ ０ ０ −１ ＣＭ 図１２赤外線吸収スペクトル図 また，l600cm-1の吸収は吸着水の変角振動によ るものであり，1200∼650ｃｍ−１の吸収のうち１１００ ｃｍ--1,1000ｃｍ−１および800ｃｍ-’の吸収はＳｉ−Ｏ結 合による吸収である．さらに，750ｃｍ−１附近の吸収 はＳｉ−Ｏ−ＡＩの振動による吸収で950∼900ｃｍ−１附 近の吸収はＨ−Ｏ−Ａｌに起因する吸収である． Marel6）は３７００ｃｍ−１，３６６０ｃｍ-’および３６４０ ｃｍ−１の吸収は粘土構造中のＯＨ吸収によるものと し，また3440ｃｍ−１の吸収は層間水のＯＨに起因す るものとしている． １ １ ３ ８ ０ ０ ３ ２ ０ ０ ３ ８ ０ ０ ３ ２ ０ ０１ １3０ 鹿 児 砧 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ９ 号 菱 刈 町 池 氷
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菱 刈 町 獅 子 間 野 （ 0 5 ）
栗 野 町 竹 迫
3２ 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ９ 号 ハロイサイトであり，随伴鉱物は主として石英および クリストバライトである．
