青化法（せいかほう）とは、金を水溶性の錯体に変化させることによって、低品位の金鉱石から金を浸出させる湿式製錬技術である[1]。シアン化法とも言う他、開発者の名を取ってマッカーサー・フォレスト法（MacArthur-Forrest process）とも呼ばれる。

全世界のシアン化合物の生産量の13パーセントが、金や銅、亜鉛、銀を回収するために処理する薬剤として使用されている。残りの87パーセントは、プラスチックや接着剤、農薬の製造などに使用されている[2]。シアン化合物は毒性が強く、青化法は問題のあるプロセスであるとして、少数の国や地域では使用が禁止されている。
歴史

1783年にカール・ヴィルヘルム・シェーレがシアン化合物の水溶液に金が溶けることを発見した。1844年のBagration、1846年のElsner、1847年のファラデーの研究の成果により、金原子1つに対しシアン化物イオン2つが必要であることが分かった。つまり水溶性の物質の化学量論的な組成が明らかになった。
工業的プロセス1887年に青化法を開発したJohn Stewart MacArthur

南アフリカのランドにおける金鉱山の拡大は、1880年代には失速し始めていた。新しい鉱脈は黄鉄鉱を伴う金鉱石であることが多くなったためである。当時の化学的プロセスや技術では、このような金鉱石からは金を抽出できなかったからである。

1887年にスコットランドのグラスゴーにあるTennant Companyで働いていたJohn Stewart MacArthurは、Dr. Robert ForrestとDr. William Forrestの兄弟とともに、金鉱石から金を浸出させるマッカーサー・フォレスト法を開発した[3]。この新たに開発された金の抽出法はランドで1890年に初めて利用され、完璧な操業はできなかったのにも拘らず、大規模な金鉱山への投資ブームを引き起こした[4]。

1891年までにネブラスカの薬品商であったGilbert S. Peytonが自身の保有するユタ州のMercur鉱山で、このプロセスを改善した。Mercur鉱山は、「青化法で金鉱石を処理した最初の商業的に成功したアメリカ国内の鉱山プラント」であるとされている[5][6]。

1896年にはBodlanderが、このプロセスには酸素が必要なことを確認した。このことにMacArthurは懐疑的であったが、中間体として過酸化水素が生成していることが明らかになった[4]。

1900年ごろには、アメリカの製錬技術者であるCharles Washington Merrill (1869年?1956年)とエンジニアのThomas Bennett Croweが、シアン化合物による浸出液の処理方法を、真空と亜鉛粉末を利用して改善した。これはメリル・クロー法と呼ばれている[7]。
化学反応シアン化金(I)イオン([Au(CN)2]?)の球棒モデル[8]。ネバダ州Elko近郊の金鉱山におけるヒープリーチングに の様子

金の水溶液に溶解する化学反応式は、Elsner Equationと呼ばれ、以下のようである。 4 Au ( s ) + 8 NaCN ( aq ) + O 2 ( g ) + 2 H 2 O ( l ) ⟶ 4 Na [ Au ( CN ) 2 ] ( aq ) + 4 NaOH ( aq ) {\displaystyle {\ce {4 Au(s) + 8 NaCN(aq) + O2(g) + 2H2O(l) -> 4Na[Au(CN)2](aq) + 4NaOH(aq)}}}

この酸化還元反応において、2段階の反応で酸素によって金原子から1つの電子が奪われ、Au(CN)?
2の錯イオンが生成する[9]。
応用

鉱石は、粉砕機で粉砕され、鉱石によっては、浮遊選鉱や遠心分離によって更に選鉱されることもある。スラリー(懸濁液)にするために水が加えられる。アルカリ性に調整したスラリーにはシアン化ナトリウムやシアン化カリウムの水溶液が加えられるが、多くの現場では、より経済的であるシアン化カルシウムが使用される。

処理中に有毒なシアン化水素ガスが発生するのを防ぐため、スラリーはpHを10.5以上の強アルカリ性に保つ必要があり、消石灰(水酸化カルシウム)や苛性ソーダ(水酸化ナトリウム)が添加される。部分的に酸化した鉱石を処理する場合には、金の浸出速度と実収率の向上のために、硝酸鉛が加えられることもある。
溶存酸素の影響

酸素は、青化反応中に消費される物質の1つであり、溶存酸素の不足は浸出速度を低下させる。空気または純酸素を懸濁液に吹き込むことにより、溶存酸素濃度を最大化することができる。酸素と懸濁液を接触器を利用し、酸素濃度を高め大気圧下での飽和濃度を大きく越える溶存酸素濃度を実現できる。酸素は過酸化水素を懸濁液に加えることによっても供給できる。
事前エアレーションと鉱石の洗浄

部分的に硫化している鉱石では特に、シアン化合物を加える前に鉱石を高pHの水中でエアレーションすることで、鉄や硫黄といったシアン化合物の反応性を阻害する成分を溶かし、青化を効率良くすることができる。特に、鉄を3価の酸化鉄(III)を酸化して水酸化鉄として沈殿させることで、シアン化鉄錯体の生成によるシアン化合物の無駄な消費を防ぐことができる。

また、硫黄分を硫酸イオンへと酸化することで、チオシアン酸(SCN?) の副生によるシアン化合物の無駄な消費を防ぐことができる。