銅の電解精錬とは、不純物を含む粗銅を陽極、純銅（またはステンレスの板）を陰極にして、硫酸銅水溶液の中で電気分解し、陰極に純度99.99％の銅を析出させる精製方法です。銅より溶けやすい亜鉛や鉄は液に残り、溶けにくい金や銀は陽極の下に沈むため、銅だけを選んで取り出せます。
鉱山で掘る銅鉱石の銅分は1％前後しかなく、選鉱で30％前後の精鉱にしてから、製錬所の炉で99％台の粗銅に高めます。電解精錬はその最後の仕上げにあたり、ここでできた電気銅が電線や伸銅品の材料になります。
この記事では、電解精錬の原理、陽極と陰極の反応式、鉛の扱いと電気量の計算を順に整理します。続いて、銅精鉱から電気銅までの製錬所の流れ、電解工場の条件と陽極泥からの金・銀の回収、日本の電気銅の生産と用途、リサイクル原料までを見ていきます。
銅の電解精錬の原理：粗銅を陽極、純銅を陰極にする
銅の電解精錬は、仕組みとしては電気分解そのものです。電源の正極につないだ粗銅の板を陽極、負極につないだ純銅の薄板を陰極にして、硫酸銅（CuSO4）に硫酸を加えた水溶液に向かい合わせて浸し、直流の電流を流します。
電子は陽極の粗銅から導線を通って電源へ、電源から陰極へと流れます。陽極では銅が電子を手放して銅イオン Cu2+ として液に溶け出し、陰極では液の中の Cu2+ が電子を受け取って銅に戻り、板の表面に積み重なっていきます。
つまり陽極では酸化、陰極では還元が起こり、同じ銅が陽極で溶けて陰極で金属に戻ることになります。差し引きで銅は陽極から陰極へ移動するだけなので、銅を電気分解して別の物質をつくるのではなく、銅を選んで移し替える操作だと考えると分かりやすくなります。
陽極の粗銅から溶けた銅イオンが液の中を移り、陰極で純銅として析出します。
※構造を簡単にした模式図です。実際の電解槽には陽極と陰極が数十枚ずつ交互に並びます。
わざわざ電気を使って精製するのは、銅の用途の多くが電気を通すことだからです。電線などに使う銅には不純物の少なさが求められ、炉で精製した99％台の粗銅のままでは電気を通す性能が足りないため、電解精錬で純度99.99％まで高めます。
工業の現場や企業の資料では「電解精製」と書くことが多く、高校化学の教科書では「電解精錬」と呼ぶのが一般的です。どちらも同じ操作を指し、食塩水を電気分解するイオン交換膜法と並ぶ、電気分解の代表的な工業利用です。
粗銅には銅のほかに、亜鉛・鉄・ニッケル・鉛のような銅よりイオン化傾向の大きい金属と、金・銀・白金のように銅よりイオン化傾向の小さい金属が混ざっています。陽極で溶けるか、陰極で析出するかは、銅とのイオン化傾向の大小でほぼ決まります。
- 亜鉛・鉄・ニッケル（銅より大きい）：銅と一緒に陽極から溶け出すが、陰極では銅イオンのほうが先に電子を受け取るので析出せず、イオンのまま液に残る
- 銅：陽極で溶け、陰極で析出する
- 金・銀・白金（銅より小さい）：イオンにならずに陽極からはがれ落ち、陽極の下に泥のようにたまる。これを陽極泥（アノードスライム）と呼ぶ
銅より溶けやすい金属は液に残り、溶けにくい金属は陽極泥になります。
※イオン化傾向の目安：Zn ＞ Fe ＞ Ni ＞ Pb ＞ Cu ＞ Ag ＞ Pt ＞ Au
ここで1つ大事な点があります。陽極では銅だけでなく亜鉛や鉄なども電子を出して溶けますが、その電子もすべて陰極で Cu2+ が受け取ります。そのため陽極で溶けた銅より陰極で析出する銅のほうが多くなり、液の中の Cu2+ は少しずつ減っていきます。
銅の電解精錬の反応式（陽極・陰極）
反応式は、陽極で起こる酸化と陰極で起こる還元に分けて書きます。陽極では銅とともに、銅よりイオン化傾向の大きい亜鉛・鉄・ニッケルが電子を出して陽イオンになり、陰極では銅イオンだけが電子を受け取ります。
陰極で亜鉛や鉄が析出しないのは、液の中では Cu2+ のほうが Zn2+ や Fe2+ よりはるかに電子を受け取りやすいからです。電圧を低く抑えて運転するので、陰極では銅イオンの還元だけが選ばれて進みます。
陰極の反応 Cu2+＋2e−→Cu は、製品の表面に銅の膜をつける硫酸銅めっきと同じ反応です。めっきが部品の表面に薄い膜をつけるのが目的なのに対し、電解精錬は厚い板を育てて銅そのものを製品にする点が違い、めっき全般の使い分けはめっきの種類と違いで整理しています。
なお、アルミニウムやナトリウムのようにイオン化傾向が特に大きい金属は、水溶液では水が先に還元されて水素が出てしまうため、この方法では取り出せません。これらは塩や酸化物を溶かした液で電気分解する融解塩電解でつくり、銅のように水溶液で精製できる金属とは方法が分かれます。
銅の電解精錬の注意点：鉛の沈殿と量の計算
粗銅に鉛が混ざっているときは扱いが少し変わります。鉛も銅よりイオン化傾向が大きいので陽極で Pb2+ として溶けますが、電解液には硫酸イオンがたくさんあるため、水に溶けにくい硫酸鉛（PbSO4）になってすぐに沈殿します。
鉛は「溶けて液に残る」グループではなく、結果として陽極泥側に入る点が亜鉛や鉄との違いです。電解精錬は電気分解の応用なので、反応式を書いたら、あとは流した電気量から析出する銅の量を求める計算で考えられます。
量の計算は、電気量［C］＝電流［A］×時間［s］から電子の物質量を求め、陰極の式 Cu2+＋2e−→Cu から銅1 molに電子2 molが必要という関係で換算します。電子1 molの電気量はファラデー定数（約96,485 C/mol）です。
液の中の Cu2+ の増減も同じ考え方で求められます。上の例で、陽極から溶けた金属のうち亜鉛が0.00250 mol だったとすると、亜鉛が出した電子は0.00500 mol です。陽極で溶けた銅は、残りの0.0750 mol 分の電子に当たる0.0375 mol になります。
実際の工場では、陽極から溶け出したニッケルなどが液にたまり続けるため、電解液を循環させながら一部を抜き取って不純物を取り除き、液の成分を一定に保っています。教科書の計算で出てくる Cu2+ の減少や不純物イオンの増加は、工場では液の管理という日々の仕事として表れます。
実際の製錬所では：銅精鉱から電気銅まで
日本の銅製錬所は、海外の鉱山から運んだ銅精鉱を炉で溶かす乾式製錬で粗銅をつくり、最後に電解精錬で電気銅にします。銅精鉱の多くは黄銅鉱（CuFeS2）のような硫化鉱物で、銅と同じくらい鉄と硫黄を含むため、炉の工程は鉄と硫黄をどう取り除くかが中心になります。
最初の自溶炉（フラッシュ炉）では、乾かした銅精鉱にケイ酸鉱を加え、酸素と空気を使って炉に吹き込みます。精鉱の硫黄が燃える熱で精鉱は自ら溶け、住友金属鉱山の東予工場では1秒以内に酸化・溶解して、銅分60〜65％のマット（硫化銅と硫化鉄の混ざった溶体）と、鉄を含むスラグに分かれます。
マットは転炉へ送り、空気や酸素を吹き込んで残りの鉄と硫黄を取り除きます。鉄はケイ酸と結び付いてスラグになり、硫化銅は硫黄が二酸化硫黄として抜けて銅になります。
転炉と精製炉で銅分約99％にした銅は、陽極用の鋳型に流し込んで1枚約400 kgのアノードにします。大分県の佐賀関製錬所ではアノードの銅品位は99.5％で、ここまでが炉による乾式の工程、ここから先が水溶液を使う電解の工程です。
炉で鉄と硫黄を抜いて99％台の粗銅にし、最後の電解で99.99％に仕上げます。
※品位は JOGMEC の資料と、住友金属鉱山 東予工場・佐賀関製錬所の紹介記事（日本銅センター「銅」）によります。
鉄の製錬が高炉でコークスを使って酸化鉄を還元するのに対し、銅の製錬は燃料の代わりに精鉱の硫黄そのものを燃やして熱をまかなう点が対照的です。一方、チリなどの鉱山では、酸化鉱を硫酸で溶かして溶媒抽出し、その液から直接銅を析出させる電解採取（SX-EW）も行われています。
電解採取は液の中の銅イオンから銅をつくる方法なので、陽極は溶けない電極を使い、水を分解して酸素を出す分だけ電気を多く使います。資源エネルギー庁の2018年の資料では、電力原単位は電解精錬が1トンあたり約300 kWh、電解採取は約2,200 kWhとされています。
炉の工程で出る二酸化硫黄を含むガスは、そのまま大気に出さず、硫酸工場で接触法により硫酸にします。東予工場では原料に含まれる硫黄の99.9％以上を回収しており、2022年度は電気銅44.7万トンに対して濃硫酸を126.8万トン、つまり銅の約2.8倍の重さの硫酸をつくりました。
銅・亜鉛・鉛の製錬所で回収した硫黄が、日本の硫酸の主な原料になっています。
10トンのうち約8トンが製錬ガス由来（82.0％、2025年）
※硫酸協会の統計（100％硫酸換算）。2025年の生産557万トンのうち、製錬ガスが457万トン、硫黄が91万トンでした。
硫酸協会の統計では、2025年の国内の硫酸生産557万トンのうち82.0％が、銅・亜鉛・鉛の製錬ガスからつくられました。製錬所は金属をつくる工場であると同時に、化学工業に欠かせない硫酸の大きな供給元でもあり、生産量の半分以上は輸出に回っています。
実際の電解工場：電流密度・電力・パーマネントカソード法
電解工場（タンクハウス）には、浅い長方形の電解槽が何百も並びます。
2016年の紹介記事によると、佐賀関製錬所の電解工場には768の電解槽がありました。1つの槽に硫酸銅水溶液を満たしてアノード50枚とカソード49枚を交互に並べ、直流の電流を通して1日に約9,800枚の電気銅をつくっていました。
操業条件とカソードの品質
鉱山・製錬の技術会社 Glencore Technology によると、電解液は銅40〜50 g/L、硫酸160〜200 g/Lで、60〜65℃に温めて使うのが一般的です。電流密度は電極1 m2あたり200〜350 Aが目安で、400 A/m2 以上を目指す工場もあります。
電流密度を上げれば同じ設備で多くの銅をつくれますが、カソードの表面にこぶ（ノジュール）や樹枝状の結晶ができやすくなり、不純物を巻き込んで品質が落ちます。生産量と純度のどちらを取るかを電流密度・液温・液の濃度で調整するのが、電解工場の運転の要です。
電解液に溶けたニッケルは液にたまるので濃度を管理し、アンチモンやビスマスはヒ素とのバランスを保たないとカソードに一緒に析出してしまいます。注意点の章で触れた液の抜き取りは、こうした成分のつり合いを保つための作業でもあります。
低い電圧で大きな電流を流し続け、1トンあたり約300 kWhで99.99％の銅をつくります。
※電流密度・電解液は Glencore Technology（2026年）、電力は資源エネルギー庁（2018年）、純度は JOGMEC の資料によります。
電解精錬の電力が少なくて済むのは、陽極で溶ける銅と陰極で析出する銅が同じ物質で、反応そのものにはほとんどエネルギーが要らないからです。電気は主に液の電気抵抗と電極の表面での抵抗に使われ、槽の電圧は1 Vよりずっと低く抑えられます。
種板法とパーマネントカソード法
陰極のつくり方には2つの方式があります。昔からの種板法は、薄い純銅の板（種板）を陰極にしてその上に銅を厚く育てる方法で、パーマネントカソード法は、くり返し使えるステンレスの板に銅を析出させてから、機械ではがし取る方法です。
パーマネントカソード法は、オーストラリアの Mount Isa Mines が1978年にタウンズビルの電解工場で導入し、種板をつくる工程をなくしました。
東予工場は2つの方式を使い分けており、種板法は1枚を重くして運搬回数を減らせ、パーマネントカソード法は槽あたりの生産量を増やせると説明しています。どちらの方式でも、陰極に析出する銅の純度は99.99％です。
陰極を純銅の薄板にするか、くり返し使うステンレス板にするかの違いです。
※東予工場の説明（日本銅センター「銅」第195号、2023年）と Glencore Technology の資料によります。
陽極泥から金・銀・セレンを回収する
電解槽の底にたまった陽極泥には、金・銀・白金族のほか、セレンやテルルが濃縮されています。製錬所はこれを集めて貴金属の精製工場へ送り、金や銀、レアメタルを製品として取り出します。東予工場の2022年度の金の生産は17トンでした。
米国地質調査所（USGS）によると、セレンとテルルは主に銅の電解精錬の副産物として、陽極の残さから回収されます。セレンはガラスの着色の調整や農業、テルルは太陽電池（テルル化カドミウム）や熱電素子に使われ、銅の生産量が両者の供給量を左右する関係にあります。
日本の電気銅：生産量・主要製錬所・用途とリサイクル原料
国内の製錬所と原料
日本では銅鉱山の生産がなく、製錬所は原料の銅精鉱をすべて海外から買って製錬する「買鉱製錬（カスタムスメルター）」の形をとっています。東予工場では原料の銅精鉱の7割がチリなど南米から届き、製錬所はどれも船で原料を受け入れやすい臨海部にあります。
主な銅製錬所には、佐賀関（大分県）、東予（愛媛県）、直島（香川県）、小名浜（福島県）、玉野（岡山県）などがあり、非鉄金属の大手各社やその共同出資会社が運営しています。原料を輸入して地金を国内外に売る商流は、鉄鋼・非鉄金属業界の構造の中でも非鉄製錬に特有の形です。
資源エネルギー庁は電気銅の国内生産を年間約150万トンとしています。USGS の推定では2024年の日本の精製銅の生産は約157万トン（2025年は約140万トンの推定）で、2024年の世界の約2,760万トンのうち約6％にあたります。
世界最大の中国は2024年に約1,240万トンと4割を超え、日本の製錬各社の位置づけは鉄鋼・非鉄金属業界の主要企業と勢力図で整理しています。
電気銅の用途：電線と伸銅品
電気銅は純度99.99％（フォーナイン）の板で出荷され、溶かして伸ばして電線の材料に、あるいは銅合金と合わせて板・条・管などの伸銅品になります。
JOGMEC の2019年の銅のマテリアルフローでは、国内の電線向けの需要が約70万トン、伸銅品向けが約60万トンで、電気銅の生産約150万トンのうち約54万トンは輸出されました。
電線は建設や電気機械、自動車の配線に、伸銅品は電子部品の端子やコネクタ、熱交換器の管などに使われます。制御盤の配線のような身近な電線・ケーブルの材料も電解精錬でつくった銅で、EVシフトでモーターや配線の需要がどう変わるかも銅の需給に関わります。
電気銅の国内価格（銅建値）は海外の相場と為替で決まり、電線や伸銅品の価格にそのまま響きます。相場の動きと購買への影響は銅価格の高騰が電線・伸銅品に与える影響で詳しく扱っています。
リサイクル原料（E-scrap）と電解精錬の課題
銅の製錬所は、銅精鉱だけでなく、銅スクラップや使用済み電子機器の基板（E-scrap）も原料に使います。資源エネルギー庁の資料では、スクラップなどのリサイクル原料から生産される銅地金の割合は約1〜2割で、基板に含まれる金・銀・パラジウムも銅と一緒に回収できます。
三菱マテリアルは2016年に、直島製錬所の E-scrap の受け入れ処理能力を年間約11万トンに増やし、小名浜製錬と合わせて約14万トンとしました。
その後も増強が進み、2024年の報道では処理量は年間約16万トンで、2030年度に24万トンへ引き上げる目標が伝えられています。同社の発表では、直島を中心に世界トップクラスの量を処理しており、2035年度までに二次原料の処理量を倍増する計画に貢献するとしています。
リサイクル原料が増えると、粗銅に含まれる不純物も増えます。不純物の多い原料が主体だと粗銅の純度は80〜90％にとどまり、電解中に陽極の表面を不純物の膜が覆って銅が溶けなくなる不動態化が起きます。そこで資源エネルギー庁は低品位の粗銅でも電解精錬できる技術の開発を進めてきました。
再生した銅は鉱石からつくる銅より採掘・選鉱の負担が小さく、製品のカーボンフットプリントを下げたい取引先から再生材の比率を問われる場面も増えています。電解精錬は、鉱石由来とリサイクル由来の銅を同じ99.99％の品質にそろえる最後の関門として、その重要さが増しています。
銅の電解精錬のよくある質問
電解精錬と電解精製は同じものですか？
同じ操作を指す言葉で、高校化学の教科書では「電解精錬」、製錬会社や技術資料では「電解精製」と書かれることが多いです。英語ではどちらも electrorefining で、粗銅を陽極にして純銅を陰極に析出させる方法を意味します。
電解液になぜ硫酸銅水溶液を使うのですか？
陰極で析出させる銅イオンを液の中に十分な濃さで持たせるためです。さらに硫酸を加えて液に電気を通しやすくし、溶けた鉛を硫酸鉛として沈めて取り除く役目も果たします。
電気めっきとはどこが違いますか？
陰極で銅イオンが銅になる反応は同じで、目的が違います。めっきは部品の表面に薄い膜をつけて見た目や耐食性を高めるのが目的で、電解精錬は不純物を分けて純度の高い銅そのものを得るのが目的です。
純度99.99％の銅にはどのくらい不純物が残っていますか？
99.99％は不純物が合計0.01％以下、つまり1トンの銅に100 g以下という水準です。99％の粗銅には1トンに10 kgほどの不純物が含まれるので、電解精錬で不純物はおよそ100分の1以下に減ることになります。
まとめ
- 銅の電解精錬は、粗銅を陽極、純銅（またはステンレス板）を陰極にして硫酸銅水溶液で電気分解し、99.99％の電気銅を得る方法
- 陽極は Cu→Cu2+＋2e− などの酸化、陰極は Cu2+＋2e−→Cu の還元で、亜鉛・鉄・ニッケルは液に残り、金・銀・白金は陽極泥になる
- 鉛は硫酸鉛として沈み、亜鉛などが溶けた分だけ液の Cu2+ は減る。量は電気量÷ファラデー定数÷2で求める
- 製錬所では自溶炉・転炉・精製炉で99％台の粗銅にしてから電解し、炉のガスからは銅の約2.8倍の硫酸をつくる
- 電解の電力は1トンあたり約300 kWhで、陽極泥から金・銀・セレン・テルルを回収し、E-scrap などリサイクル原料の受け入れも増えている
銅の電解精錬は、イオン化傾向や酸化還元、電気量の計算という化学の基本が、純度・電力・副産物の回収という工場の数字にそのまま結び付く分野です。非鉄金属の需要と市況の全体は鉄鋼・非鉄金属業界の市場規模と動向で、排出削減の考え方は脱炭素・カーボンニュートラルの基本で整理しています。
出典
出典・参考資料（10件）を開く出典・参考資料を閉じる
- 銅の品位・マテリアルフロー・国内製錬所：JOGMEC「鉱物資源マテリアルフロー（銅・ニッケル・コバルト・リチウム）について」（JEITA 鉱物資源セミナー資料）
- 電解精製の電力原単位・国内生産・リサイクル原料：資源エネルギー庁「超電力使用削減低品位銅電解精製プロセス技術開発 研究開発プロジェクトの概要」（2018年2月28日）
- 電解液・電流密度・パーマネントカソード：Glencore Technology「Electrorefining of copper」（2026年3月19日）
- 東予工場の工程・生産量：日本銅センター「銅」第195号（2023年9月）ルポルタージュ 住友金属鉱山の東予工場
- 佐賀関製錬所の電解工場：日本銅センター「銅」第182号（2016年）ルポルタージュ 佐賀関製錬所
- 世界と日本の精製銅生産：U.S. Geological Survey「Mineral Commodity Summaries 2026: Copper」
- セレン・テルルの回収と用途：USGS「Mineral Commodity Summaries 2025: Selenium」、同「Tellurium」
- 硫酸の原料別生産：硫酸協会「硫酸生産量（原料別・製品種類別）」、同「硫酸消費量（需要部門別・輸出）」
- E-scrap の処理能力：三菱マテリアル ニュースリリース（2016年4月14日）、日刊工業新聞（ニュースイッチ、2024年8月30日）、同「金属事業」
- ファラデー定数：NIST「Faraday constant」（CODATA）
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