up
Search      menu
زمین شناسی,جغرافیا :: مقاله مفاهيم معدنکاري PDF
QR code - مفاهيم معدنکاري

مفاهيم معدنکاري

مفاهيم معدنکاري، نگرشي بر کليات

براي آشنائي با معدنکاري و يادآوري برخي از مفاهيم و قوائد پايه صنعتي اين تعاريف که از منابع قابل اعتماد تهيه شده است خدمت شما علاقه مندان ارائه مي شود. اين مطالب تنها جنبه اطلاعات عمومي دارد، هرچند که تعدادي از آن ها براي شما آشنا و شايد ساده بنظر رسند.
در ابتدا به تعريف فلزات و کاني مي پردازيم:
بلوک هاي سازنده زمين عناصر ناميده مي شود که موادي هستند که قابل خردشدن توسط فعاليت هاي فيزيکي و شيميائي به چيزهاي ساده تر هستند. عنصرهائي که به عنوان مثال قابليت چکشخواري دارند را فلزات مي نامند.
از ۹۸٪ عناصر ، ۹۸٪ آن ها سازنده ترکيب پوسته زمين مي باشند، اکسيژن (۴۶.۵٪) سيليکا (۲۷.۵٪) آلومينيوم (۸٪) آهن (۵٪) کلسيوم (۳.۵٪) سديم (۳٪) پتاسيم (۲.۵٪) و منيزيم (۲٪) . در مقابل طلا کمتر از ۰.۰۰۰۰۰۰۴٪ پوسته را تشکيل مي دهد.
عناصر در ترکيبات شيميايي با نسبتي معين به يکديگر پيوند مي خورند و مواد کريستالي موسوم به کاني ها را ايجاد مي کنند که چندين هزار نوع از آن ها وجود دارد.
سنگ:
سنگ يک توده جامد از دانه هاي کاني است و چهار گروه اصلي کاني هاي سازنده سنگ وجود دارد:
سيليکات ها: داراي سيليکن و اکسيژن
اکسيدها: عناصر پيوند خورده با اکسيژن
سولفيدها: عناصر پيوند خورده با سولفور
کربنات ها: عناصر پيوند خورده با کربن/اکسيژن
تمامي کاني هاي رايج و معمول از نوع اکسيد هستند:SiO2 (9/51٪ پوسته زمين)،Al2O3 (2/15٪)،CaO ( 1/5٪) و FeO (7/3٪) .
جائي که کاني ها به اندازه کافي تمرکز يافته اند را ذخيره کاني دار (Mineral Deposite)مي گويند و هنگامي که بتوان عناصر داخل کاني را بطور اقتصادي بازيابي کرد به آن ها ذخائر معدني (Ore Deposite) مي گويند.
اين تمرکزها اغلب بصورت نسبت (سهم) فلز محتوا در کل ذخيره اندازه گيري مي شوند (که ممکن است شامل چند کاني مختلف شود اما در اندازه گيري ها سنگ باطله ي مجاور شامل نمي شود). براي فلزات کم ارزش تر (مس، سرب و غيره) معمولاْ واحد آن بصورت قسمت در صد (مثلاْ ۳٪ مس، Cu) بيان مي شود درصورتي که براي فلزات گران قيمت بصورت قسمت در ميليون اندازه گيري مي شوند (مثلاْ 6 gram/tonne طلا، Au). توجه داشته باشيد که در يک کيلوگرم ۱۰۰۰ گرم و در يک تن ۱۰۰۰ کيلوگرم وجود دارد بنابراين gram/tonne = 1 ppm.
يافتن الماس همانند ضرب المثل به دنبال سوزن در انبار کاه گشتن است. عيارهاي الماس نوعاْ ۵ قيراط (carat) در هر ۱۰۰ تن است (واحد معمول براي اندازه گيري که يعني در ۱ گرم از هر ۱۰۰ تن (۱ قسمت در هر ۱۰۰ تن)). به دليل وجود گستره ي عظيمي از عيارهاي الماس ( براساس اندازه، رنگ و شفافيت) اغلب عيارها بر حسب ارزش گفته مي شوند. نوعاْ ارزش يک الماس استخراج شده برابر US$200/carat مي باشد يعني عيار ماده معدني در مثال بالا تنها US$10/tonne مي باشد. توجه داشته باشيد که اگر اندازه سنگ متوسط ۱ قيراط باشد در نتيجه در هر کاميون ۱۰ تني تنها ۱ سنگ وجود دارد. !
گذشته از اين اغلب گفته مي شود که تنها يک قيف از ۱۰۰ قيف کيمبرليتي حاوي الماس است و تنها يک قيف از ۱۰۰ قيف الماس دار براي تبديل به معدن اقتصادي است.
اغلب فلزات را در دسته هائي به نحوي که کاربردها يا خواص رايج آن ها را منعکس کند قرار داده مي دهند.
فلزات گرانبها:
در مقابل هوازدگي مقاوم هستند ( يعني زنگ نمي زنند)، و معمولاْ به حالت طبيعي خود ( يعني خالص) استخراج مي شوند. از اين قبيل فلزات طلاُ نقره و فلزات گروه پلاتينيوم(PMEs) است.
فلزات پايه:
به اين خاطر به آن ها فلزات پايه گفته مي شود که مي توانند با يک اسيد ترکيب شوند و تشکيل نمک دهند.
۱. مس: کالکوپيريت (CuFeS2) و کالکوسيت (Cu2S)
۲. سرب: گالن (PbS)، آنگلسيت (PbSO4) و سروزيت (PbCO3)
۳.روي: سفالريت (ZnS)، سميت زونيت (ZnCO3)
۴.نيکل: پنتلانديت (2FeS.NiS) و لاتريت ها
فلزات آهني:
علاوه بر خود آهن اين دسته شامل فلزاتي مي شود که داراي تشابه شيميائي زيادي با آهن هستند. مثلاْ:
۱. کروم: کروميت (FeCr2O4)
۲. کبالت: کبالتيت (CoAsS) و اسمالتيت (CoAs2)
۳. موليبدن: موليبدنيت (MoS2)
۴. منگنز: براونيت (Mn2O3)، هاسمانيت (Mn3O4) و پيرولوزيت
فلزات غير آهني:
اين دسته فلزاتي هستند که شباهتي با آهن ندارند (و همچنين شامل فلزات پايه (Base Metals) مي شود) مثلاْ:
۱. آلومينيوم: بوکسيت (Al2O3.2H2O)
۲. منيزيوم: منيزيت (MgCO3)
۳. قلع: کاسيتريت (SnO2)
فلزات ويژه:
اين دسته فلزاتي هستند که خواص غير معمول آن ها باعث ارزشمند بودن آن ها در برخي مصارف شده است. مثلاْ:
۱. کادميوم: گرينوکيت: (CdS) که بصورت پوششي بر روي مواد معدني روي يافت مي گردد و معمولاْ بعنوان محصول فرعي از سولفيد فلزات پايه استخراج مي گردد.
۲. جيوه: بصورت خالص و سينابر (HgS)
۳. تيتانيوم: ايلمنيت (FeO.TiO2) و روتيل (TiO2)
۴. زيرکونيوم: بصورت شن زيرکون و بيديليت
{mospagebreak}
ساير کاني هاي معدني:
اين دسته، کاني هاي با ارزش ديگري هستند که نمي توان به عنوان فلز تعريف گردند (مانند زغال) و يا وقتي که کاني در همان حالت کاني بودن خود و بدون جداکردن فلز استفاده مي شود. (مانند نمک که کلريد سديوم است):
۱. کاني هاي صنعتي: نمک، سنگ آهک، مرمر و غيره
۲. کانه هاي انرژي زا: زغال، نفت، گاز و اورانيوم
۳. سنگ هاي قيمتي: الماس و غيره
نظر موافق در ميان دانشمندان اين است که منظومه شمسي در ۵۰۰۰ ميليون سال پيش تشکيل شده است و کره زمين از يک توده گاز و گردوغبار فوق گرم (پس از انفجار بزرگ Big Bang) تشکيل شده است. باور بر است که زمين داراي يک بخش داخلي در عمق به نام هسته مي باشد که با يک ناحيه از سنگ سنگين (جبه) و يک سطح نازک بيروني (پوسته) احاطه شده است. بر اثر کاهش دما با فاصله گيري از هسته، جريان هاي همرفتي ايجاد مي گردد و هنگامي که اين جريانات به پوسته مي رسند بسته به نحوه ايجاد شدن آن ها وسيله اي در يک سري صفحات پوسته اي متصل به هم مي شوند.
تکتونيک صفحه اي نسبتاْ يک تئوري جديد مي باشد و نحوه نگرش زمين شناسان را نسبت به زمين متحول کرده است. اندازه و موقعيت صفحات در طول زمان تغيير مي کند. لبه هاي صفحات که در آن جا بر روي يکديگر حرکت مي کنند (معروف به کمربندهاي متحرک)، محل فعاليت هاي شديد زميني مانند زمين لرزه ها، آتشفشان ها و کوه زائي (کاني زائي) است. زمان هاي کوه زائي به اصطلاح اوروژني گفته مي شوند که اخيرترين آن ها ۲۰۰ ميليون سال پيش آغاز گرديده است ( در حدود زماني که اولين پستاندار بوجود آمد).
در جائي که صفحات با يکديگر برخورد مي کنند يک صفحه ممکن است به زير ديگري فرو رود (فرورانش يا سابداکشن : subduction) و يا بر روي ديگري بلغزد (obduction) . چنين حرکاتي اغلي همراه با تزريق سنگ مذاب (ماگما) از سمت جبه به داخل پوسته مي باشد. ماگما با سرد شدن سنگ هاي آتشفشاني را به وجود مي آورد.
در کل دو دسته وسيع از سنگ هاي آتشفشاني وجود دارد:
سنگ هاي روشن (فلسيک) که غني از سيليکا و الومينيوم هستند مانند گرانيت.
سنگ هاي تيره و سنگين غني از آهن و منيزيوم مثلاْ گابرو
در جائي که ماگما به سطح مي رسد به سرعت در قالب مذاب (lava) پراکنده و سرد شده و سنگ هاي آتشفشاني دانه ريز را بوجود مي آورد مانند بازالت.
فعاليت آتشفشاني مربوط به کمربندهاي متحرک اغلب همراه با تشکيل سيالات هيدروترمال غني از کاني مي باشد (به عنوان مثال ذخائر مس در کوه هاي آند). يک نمونه کنوني از چنين فعاليت هاي هيدروترمالي در اقيانوس آرام جنوبي است که دودکش هاي سياه در کف دريا در حال انباشتن سولفيدهاي فلزي در محل تلاقي دو صفحه تکتونيکي مي باشد.
در طي دوران هاي زمين شناسي ، برخي صفحات به يکديگر پيوند مي خورند و صفحات جديد را بوجود مي آورند و در خارج از لبه هاي صفحات موجود، سنگ هاي قديمي تر پي قديمي يا کراتون ها(سپر نيز گفته مي شود) را تشکيل مي دهند. کمربند هاي سخت شده بصورت کمربندهاي سنگ سبز (Greenstone belts) در داخل کراتون ها باقي مي مانند که منبع عمده ذخائر طلا هستند (مثلاْ در استرالياي غربي، سپر کانادا و غرب آفريقا).
پوسته و صفحات آن در معرض فرسايش قرار دارند و مواد حاصله آن ها به شکل رسوب مجدداْ در رودخانه ها، درياچه ها و دريا ها انباشته مي شده و در نهايت به شکل لايه ها و طبقاتي (سنگ هاي رسوبي) سفت مي شوند.
اين سنگ هاي رسوبي در دو دسته قرار مي گيرند:
کلاستيک (جداشونده) :خرده ها توسط يخ، آب يا باد به يکديگر مي چسبند (مثلاْ ماسه سنگ)
شيميائي: ته نشست مواد حل شده (به عنوان مثال تشکيل سنگ آهک)، که تبخيري ها (مثلاْ سنگ نمک از آب دريا) يک نوع خاص از آن هستند.
در بسياري ار مناطق دنيا سنگ هاي رسوبي کلاْ سنگ مادر (پي) و کراتون ها را مي پوشانند. کاني هاي موجود در رسوب ها ممکن است در مقادير اقتصادي انباشته شده باشند.
در ميليون ها سال، سنگ هاي رسوبي در معرض حرارت و فشار حاصل از نفوذ آذرين، فعاليت هاي کوه زائي و يا وزن سنگ هاي فوقاني قرار گرفته اند و سنگ هاي دگرگوني (متامورف) را ايجاد کرده اند. در نتيجه يک سنگ آهک به مرمر، شيل به سليت، ماسه سنگ به کوارتزيت و ... تبديل مي شوند. ذخائر طلاي Witwatersrand در آفريقاي جنوبي و ذخائر سنگ آهن در منطقه Pilbara در استرالياي غربي نمونه هاي از ذخائر رسوبي هستند که دگرگون شده اند.
بر اساس مقدار حرارت و فشار ، رسوبات اوليه مي تواند در نهايت به شيست هاي متورق دگرگوني شده و سنگ هاي آتشفشاني/آذرين مي تواند به گنايس تبديل شوند. فرايند متامورفيزم اغلب فلزات محتوا را دوباره متحرک و مجدداً متمرکز مي کند و منجر به تشکيل ذخائر جديد مي گردد. کراتون هاي جهان تماماْ شامل سنگ هاي متامورفيک مي شود.
ذخائر رسوبي مي توانند به شکل لنزي (عدسي شکل) يا پوسته اي (قلاف مانند) و اغلب در طول صفحات لايه بندي و يا در شکستگي ها، گسل ها و درزه ها تشکيل گردد. در شرايط ويژه مثلاً آب و هواي گرم و درياهاي کم عمق، رسوبات در حوزه هاي وسيع انباشته مي شوند و در نتيجه تبخير کاني ها در غالب نمک هائي به مرور تمرکز مي يابند . بسياري از ذخائر بزرگ پتاس، نيترات، فسفات و سنگ نمک به اين ترتيب تشکيل شده اند.
ذخائر درون سنگ هاي آذرين نيز مي توانند در غالب لنزها و در شکستگي ها، گسل ها و درزه ها بوجود آيند. همچنين اين ذخائر مي توانند بصورت افشانه هاي ريز در سرتاسرسنگ و يا درون رگه هاي کوارتز بصورت استوک ورک (خاص مس پرفيري) پراکنده شده باشد. چنين ذخائري ميل به اندازه بزرگ و عيار کم دارند. اين نوع اغلب داراي يک زون سطحي (سوپرژن) مي باشد که در نتيجه هوازدگي غني از فلزات شده است. در زير اين زون، ماده معدني که تحت تأثير هوازدگي قرار ندارد زون اصلي (هيپوژن) ناميده مي شود.
ذخائر ماسيو (توده اي) داراي عيار بيشتر هستند و تقريباً به طور کلي شامل کاني هاي سولفيدي مي شود. اين نوع عموماً با نواحي متامورفيک در ارتباط هستند. در جائي که با فعاليت آتشفشاني مرتبط باشد به آن ها ذخائر ماسيو سولفيد آتشفشاني (VMS) گفته مي شود.
تعدادي از مهمترين ذخائر نيکل، کروميت، مس و پلاتينيوم در سنگ هاي مافيک در لايه هاي آذرين نفوذي بوجود آمده اند. فلزات در افق هاي جداگانه اي که نشان دهنده فشار و دمائي است که در آن در طي سرد شدن ماگما تشکيل شده اند، وجود دارند. ذخائر پلاتينيوم و پالاديوم بوشول (Bushveld complex) در آفريقاي جنوبي از اين نوعند.
يک نوم خاص از سنگ مافيک يعني کيمبرليت منبع اصلي الماس جهان است. الماس در جبه (از کربن) تحت فشار و دماي شديد تشکيل مي گردد و در غالب قيف هاي کيمبرليتي به سطح آورده مي شوند. اين اتفاق در سرتاسر دنيا رخ مي دهد ولي تعداد اندکي از آن ها حاوي الماس است و حتي تعداد کمتري از اين ميان داراي تمرکز اقتصادي الماس مي باشند.
ذخائر آلوويال در جاهائي که مواد حاصل از هوازدگي و فرسايش توسط رودخانه ها و سيلاب ها انتقال داده مي شوند و مجدداً انباشته مي شوند، بوجود مي آيد. کاني براي آن که در اين روند از بين نرود نياز به پايداري شيميائي و مقاومت فيزيکي دارد که اين موضوع اين ذخائر را به فلزات گرانبها، الماس و ديگر سنگ هاي قيمتي محدود مي سازد. ذخائر آلوويال نسبتاً داراي سن کم (مربوط به دوران اخير) و غير متراکم (محکم) شده هستند.
ذخائر لاتريتي محصولي از آب و هواي استوائي هستند و شامل ترکيبي از کاني هاي اکسيد و هيدروکسيد و رس ها مي شود. بوکسيت ، ماده معدني اصلي آلومينيوم، يسک لاتريت مي باشد و ذخائر عظيمي از آن در برزيل و گينه وجود دارد. همچنين ذخائر مهمي از نيکل لاتريتي (مثلاً در کوبا) وجود دارد.
وقتي که ذخائر معدني همزمان با سنگ ميزبان تشکيل شده باشند به آن ها syngenetic و وقتي که بعداً به سنگ ميزبان معرفي شده باشند به آن ها epigenetic گفته مي شود.
{mospagebreak}
انوع کلي ذخائر معدني:
قيف هاي الماس دار: در حداقل 150 کيلومتري سطح تشکيل شده است (عمقي که دما و فشار براي تشکيل الماس از عنصر کربن، بجاي گرافيت و زغال، به اندازه کافي شديد است). اين انباشتگي هاي کاني کيمبرليتي تنها هنگامي که توسط فعاليت آتشفشاني به سطح آورده شود اقتصادي هستند.
اپيترمال: توسط فعاليت آتشفشاني هيدروترمال تشکيل شده است که ماگما (و کاني هاي درون آن) را از مسير منافذ (دودکش ها) بيرون مي راند (که سيستم هاي گسترده دودکشي را بوجود مي آورد)، منبعي مهم براي طلا و نقره.
لاتريت ها: يک مخلوط عميقاً هوازده شده از کاني هاي اکسيد و هيدروکسيد و رس ها (معمولاً در نواحي استوائي يافت مي شود). اين ها کان سنگ هاي اصلي آلومينيوم را تشکيل مي دهد و نيز يک منبع نيکل که اهميت آن در حال ازدياد است (هرچند که بازيابي مورد دوم همچنان يک فرايند مشکل زاست).
رگه (lode): اين ذخائر که در کمربندهاي سنگ سبز (قبلاً توصيح داديم) يافت مي شوند، منبعي مهم براي فلزات گرانبها هستند و در اطراف زون هاي گسلي محلي تجمع مي يابند. هرچند که معمولاً باريک و ناپايدار هستند (و درنتيجه تشخيص آن ها دشوار است) ولي مي توانند تا اعماق زياد ادامه داشته باشند.
ماگمائي: به هنگامي که سنگ مذاب سرد مي شود، کاني ها کريستالي شده و به کف مي روند. قالب آن ها معمولاً تخته اي يا لنزي شکل است و بسياري از ذخائر عظيم فلزات پايه مخصوصاً مس و نيکل در جهان را تشکيل مي دهند (و نيز برخي از ذخائر اکسيد آهن، تيتانيوم و کروم).
توده اي: به اندازه ارتباطي ندارد بلکه يک کاني زائي که همگن باشد و مطابق با ساختار سنگ ميزبان باشد. (معمولاً بيانگر اين که در زمان مشابه تشکيل شده است). شناسائي و استخراج اين ذخائر نسبتاً آسان است.
پلاسر: کاني هائي که از منبع اوليه فرسايش و انتقال يافته اند (معمولاً توسط عمل آب) و سپس در بستر رسوبي نهشته شده اند. کاني مي بايست از لحاظ شيميائي پايدار و از لحاظ فيزيکي مقاوم باشد تا بتواند اين فرايند را تحمل کند (اين امر موجب منحصر شدن چنين ذخائري به فلزات گرانبها و سنگ هاي قيمتي مي گردد).
پرفيري: معرف ذخائر (خصوصاً مس) تشکيل شده توسط فعاليت آتشفشاني که در آن هم توده نفوذي و سنگ ميزبان شکسته شده باشند و کاني زائي رگه ها را تشکيل مي دهد. اين ذخائر معمولاً بزرگ اما کم عيار هستند هرچند که شتسته شدن هاي بعدي و تهنشت شدن مي تواند نواحي پرعيار تر قابل توجهي را بوجود آورد.
همانگونه که در مطالب قبلي آورديم اگر قرار است که بازيابي اقتصادي صورت گيرد مي بايست کاني ها در محل هاي تمرکز به اندازه کافي انباشته شوند. پيش از اينکه ذخيره در هرگونه شانس واقعي براي تعيين شدن قرار گيرد، چنين شرايطي را که ممکن است به اين فرايند منجر شود بايد شناخت. زمين شناسان پيش از آنکه تصميم بگيرند در کجا حفاري انجام دهند، چندين نقشه ساختماني کلي (انواع سنگ و الگوهاي گسل خوردگي) را بررسي مي کنند.
بيشتر معادن جهان در سنگ هاي شيل دوران کوه زائي پرکامبرين ( شامل دوره آرکئن از 4.6 تا 2.6ميليار سال پيش و پتروزوئيک از 2.6 ميليار تا 570 ميليون سال پيش) متمرکز شده اند. اين بدليل آن است که فعاليت کوه زائي، که به تجمع بسياري از کاني ها کمک کرده است، در اين دوران از عمر زمين شديد بوده است.
مراحل اکتشاف براي اين کانسنگ هاي متنوع مي تواند شامل:
پيمايش ژئوفيزيکي: سنجش هوابردي آنومالي هاي مغناطيس يا چگالي که نشانگرهاي خوبي از نواحي احتمالي ذخائر مينرالي است.
تهيه نقشه: ادغام کردن سيماي زمين در يک نقشه واحد براي فهم بهتر موقعيت احتمالي ذخيره
نمونه گيري: جمع آوري رسوبات جريان هاي آب، تخته سنگ هاي سطحي يا خاک ( اين مورد آخر معمولاً از ترانشه هاي کنده شده در نواحي محتمل
حفاري: بازيابي، به منظور آناليز، چه خرده سنگ ها (در عمق هاي گوناگون) و چه مغزه ها (جمع آوري مورد آخر توسط سرمته هاي حفاري دايره اي پوش داده شده با الماس و لوله هاي مغزه (core barrels) انجام مي گيرد).
مدلسازي: ارزيابي عيارها و ساختارهاي ناشناخته (اغلب با استفاده از مدلسازي کامپيوتري) براي تشخيص موقعيت ذخيره احتمالي
حفاري پرکننده (Infill Drilling): حفاري چال هاي اضافي براي افزايش سطح اعتماد در مدل کانسار
مطالعات امکان سنجي: سناريوهاي گوناگون آزمايش ده (بر روي قيمت هاي فلزات مختلف) جهت تعيين اينکه آيا ذخيره را مي توان بطور سودده استخراج نمود. آخرين اين مطالعات، مطالعه امکان سنجي بانکي (bankable feasibility study) گفته مي شود که براي بيمه کردن سرمايه گذاري استفاده مي گردد.
دسته بندي هاي متنوعي بر اساس ميزان قطعيت شناسائي ذخيره (که معمولاً تابعي از تعداد گمانه حفر شده است) براي ذخائر معدني وجود دارد:
حدس زده شده (Inferred): حدس هاي شهودي مبني بر اينکه کاني هاي
ارزشمند جهت بررسي وجود دارد.
نشان داده شده (Indicated): حفاري اوليه نشان داده است که کاني زائي وجود
دارد اما وضعيت آن نامعلوم است.
اندازه گيري شده (Measured): تناژ محاسبه شده است ولي حفاري براي اطمينان
از پيوستگي کانسنگ کافي نيست.
احتمالي (Probable): آزمايشات بيشتر سطح اعتماد را تا حدي بالا برده است که معمولاً مي توان سرمايه گذاري اوليه را آغاز نمود.
قطعي (Proved): کانسار به خوبي شناخته شده است و تناژها و عيارها در حدي فراتر از ترديد منطقي محقق گرديده اند.
{mospagebreak}
استخراج:
4 نوع اصلي استخراج وجود دارد: لاروبي، استخراج سطحي، استخراج زيرزميني و استخراج برجا
لاروبي (Dredging):
اين يک تکنيک استخراج با حجم بالا براي محصولات کم عيار نزديک به يک منبع فراوان آب است. از کج بيل (Scoop) يا جام هائي براي استخراج مواد از آب کم عمق (اغلب تالاب هاي ساخت بشر) استفاده مي شود. نوع پيشرفته آن استخراج زيردريائي است که مواد از کف دريا مکيده مي شود (هرچند که تنها کاربرد موفق آن تا به امروز براي دانه هاي الماس در آب هاي کم عمق بوده است).
در اين روش فرايند استخراج اغلب با فراوري (عموماً خشک کردن و تبديل به کنستانتره) ترکيب شده است و بر روي يک قايق شناور که در وسط تالاب لنگر انداخته صورت مي گيرد.
استخراج سطحي:
به استخراج سنگ هاي نرم (مثلاً زغال و سنگ آهک) Open-cast و در استخراج سنگ هاي سخت (مثلاً مس و الماس) Open-pit گفته مي شود. اصولاً عمليات استخراج مابين عمليات بر روي سنگ هاي نرم و سخت در تغيير است. شکل کلي عمليات در سنگ هاي نرم معمولاً مستطيلي (و در امتداد لايه پيشروي مي کند و باطله در پشت سر همزمان با پيشروي پر مي شود) و در سنگ هاي سخت بيضي شکل است.
معادن سطحي به طور طبيعي تنها تا عمق حدود 200 متر گسترش مي يابند که از آن پائين تر استخراج فلز به روش زيرزميني ارزان تر است. محل نهائي معدن به اقتصاد اين دو روش بستگي دارد، که هزينه هاي سطحي توسط نسبت ماده معدني:باطله(stripping ratio) تعيين مي گردد که خود نيز به شکل ماده معدني، مقدار سرباره اي که مي بايست برداشته شود و شيب ايمن ديواره ها (يعني ارتفاع به عرض پله) وابسته است (مورد آخر به نوع سنگ و تعداد شکستگي ها و غيره بستگي دارد).
روش حاکم بر استخراج در سنگ سخت چالزني/آتشباري و سپس برداشتن ماده معدني خرد شده يا توسط کاميون و يا بر روي نوار نقاله جهت انتقال به کارخانه فراوري مي باشد. اين برداشتن ماده معدني معمولاً توسط ماشين هاي بارگيري (اکسکاواتور) (الکتريکي يا هيدروليکي، در غالب شاول يا کج بيل) و يا لودر front-end صورت مي گيرد. سنگ هاي نرم تر را مي توان بطور مستقيم توسط اکسکاواتورهاي بسار قوي (از جمله بارکننده هاي بيل چرخشي(bucket-wheel machines)) بازيابي نمود.
استخراج زيرزميني:
دسترسي از طريق چاه يا مسيرهاي ترابري مايل (adit) صورت مي گيرد.براي امنيت و سهولت در تهويه معمولاً دو نوع مسير در يک معدن زيرزميني وجود دارد: يکي براي کارگران و مصالح و ديگري براي ماده معدني، که از يکي هوا وارد و از ديگري خارج مي شود.
هنگامي که به عمق صحيح درسترسي پيدا شد، جهت رسيدن به ذخيره معدني تونل هاي عمودي حفر مي گردد. اين تونل ها ساختارهاي دائمي معدن مي باشند که نيازمند نگهداري سقف قوي (اغلب شامل پيچ سنگ هائي درون سنگ تا لايه را جهت تقويت به يکديگر متصل شوند، هستند. در مقابل تونل هائي که درون خود ماده معدني قرار مي گيرند اغلب موقت هستند و بنابراين نگهداري در آن ها کمتر مورد نياز است.
جابجائي کارگران و مصالح مي تواند توسط قطار، کاميون و يا نوارنقاله هائي که براي اين منظور کاربرد دارند باشد.
تکنيک هاي استخراج گوناگون کثيري موجود است اما مهمترين آن ها بدين قرار اند:
Room and pillar يا اتاق و پايه: شبکه اي از اتاق هاي استخراج شده با پايه هاي برجا گذاشته شده در ميان آن ها جهت نگه داشتن سقف اتاق ها. اين روش براي معادن کم عمق که در آن کانسار ضخيم ولي عيار آن کم است عموميت دارد (در مواردي که برداشتن پايه خطرناک باشد روشي نسبتاً پر اصراف است). در اين روش بيشتر تمايل به استفاده از استخراج مکانيزه مي باشد.
Longwall يا سيستم هاي جبهه کار بلند (طولاني): کانسار (که معمولاً در لايه نسبتاً باريک قرار دارد) در قالب يک سينه کار (در دو روش پيشرو و پسرو) واقع در ميان دو تونل حمل و نقل استخراج مي شود. اين سيستم در معدنکاري زغال بسيار رايج مي باشد؛ با استفاده از شيرر (shearer) (ماشيني با طبلک هاي دندانه دار چرخنده) و يا رنده ( يک ماشين ثابت تراشنده اي که کانسار را بصورت قطعاتي برش مي دهد).
Block Caving يا استخراج بلوکي: تونل هائي در زير ذخيره معدني حفر مي گردد و سنگ بالاسر خرد مي شود (با استفاده از عمليات چالزني/آتشباري و سپس سنگ تحت اثر وزن خود فرو مي ريزد) و مواد به درون مجاري مخصوص (ore passes) وارد مي شود. -=-=-براي مشاهده فيلم شبيه سازي اين روش به قسمت آرشيو فيلم و عکس وبلاگ مراجعه فرمائيد.=-=-
Cut and Fill يا کند و آکند: مناسب براي ذخائر داراي شکل نامنظم با عيار بالا، اين روش شامل استخراج رو به بالاي کانسار در چندين برش مي گردد که در هر برش پس از آنکه ماده معدني خرد شده جمع آوري شد با موادي (معمولاً به همراه مخلوطي از بتن جهت ايجاد سطح مناسب براي ادامه انفجار ماده معدني) پر مي شود.
بسته به طراحي معدن ماده معدني را مي توان مستقيماً از مجاري تخليه (تونل هاي عمودي براي انبار کردن سنگ) جمع آوري نمود و يا با استفاده از لودرهاي LHD (load-haul-dump) از کف برداشته شود. انتقال مواد به چاه يا تونل مايل مي تواند توسط قطار، کاميون يا نوارنقاله باشد.
معدنکاري برجا (Insitu Mining):
دو نوع اصلي استخراج برجا وجود دارد: روش حل کردن و حرارتي
روش حل کردن: شامل تزريق آب از طريق چال هائي به درون ذخائر انحلال پذير ( بيشتر نمک) مي گردد. سپس محلول غني از کاني به سطح پمپ مي شود.
روش حرارتي: هرچند که اين روش هنوز در مراحل تحقيقاتي مي باشد ولي از نظر تئوري مي توان زغال را بصورت برجا سوزاند (با ايجاد شکستگي هائي درون زغال و سپس تزريق اکسيژن و يک منبع حرارتي ) و حرارت حاصله را بازيابي نمود (در واقع يک نيروگاه برق زيرزميني بدون اينکه به زحمت استخراج زغال بيافتيم). اين عمل بطور خودبخودي در برخي نواحي (خصوصاً در هند) رخ مي دهد اما مشکل هميشه کنترل اين فرايند احتراق است.
{mospagebreak}
فرآوري:
فلزات ارزشمند مي بايد از مواد باطله (غير اقتصادي) [gangue] در برگيرنده آن ها جدا گردند. قسمت بيشتر اين کار را مي توان با بکارگيري روش استخراج مناسب به طريقي که ميزان رقيق شدگي ماده معدني [dilution] زياد نباشد، انجام داد.
مراحل اوليه معمولاً شامل خردايش [crushing] (مثلاً سنگ شکن هاي فکي [Jaw Breakers]) و آسياب کردن [grinding] (مثلاً آسياب ميله اي [Ball Mills]) ماده معدني به منظور تبديل مواد به اندازه ماسه و سيلت مي شود. دستگاه هاي رده بندي (در اصل الک [sieve] هاي بزرگ) براي کنترل اندازه ذرات استفاده مي گردد و مواد درشت مجدداْ اين چرخه را تکرار مي کنند. با اين فرايند، انجام عمليات را بر روي ماده معدني ساده تر مي کند و احتمال آزاد کردن تمامي عنصر فلز با ارزش را فراهم مي نمايد (و نيز حداکثر کردن سطح که در فرايندهاي شيميائي بعدي در معرض تماس قرار مي گيرد).
مرحله بعدي معمولاً يک سري فرايندهاي توليد کنستانتره مي باشد؛ مثلاً حذف آب و مواد باطله. در جاهائي که ماده معدني مي بايست در فواصل طولاني حمل گردد اين توليد کنستانتره در محل معدن انجام مي گيرد (در غير اين صورت مي توان ماده معدني را بصورت مخلوط گل مانند از طريق خط لوله انتقال داد).
روش هاي فراوري شامل موارد زير مي شود:
شستشو [Leach] در کربن: Carbon in Leach
بازيابي (طلا و نقره) از ماده معدني بسيار آسيا شده از طريق انحلال و جذب سطحي همزمان فلزات ارزشمند به کربن دانه ريز در يک مخزن دوغاب متلاطم.
فلوتاسيون: Flotation
از اين فرايند براي جداکردن کاني ها از اوايل دهه 1920 استفاده شده است و شامل عمليات بر روي ماده معدني آسيا شده در يک مخلوط کف زا از آب و مواد شيميائي مي گردد. کاني هاي فلزي توسط مواد شيميائي محصور مي شوند (يعني به آن ها مي چسبند و به سطح مي آيند) و مي توان سپس آن ها را پارو نمود و مواد شيميائي را شست و يا سوزاند. سپس ماده محصول را مي توان به فرايندهاي پالايش و ذوب وارد نمود تا خلوص محصول را بالا برد.
شستشوي تپه اي: Heap Leach
فروشوئي فلزات انحلال پذير درون سنگ استخراج شده توسط تزريق محلول شيميائي به درون مواد انباشته شده.
فرايند ISA:
امتياز اين روش متعلق به Xstrata بوده و از آن در بيش از 35% عمليات پالايش مس جهان استفاده مي شود. اين فناوري حذف فرايندهاي پيچيده با استفاده از بکارگيري کاتدهاي دائمي فولاد مقاوم در برابر خوردگي در عمليات استحصال الکتريکي مي باشد. همچنين Xstrata کوره ذوب مس شديد موسوم به ISAsmelt furnace را ايجاد نمود.
استحصال الکتريکي انحلال-استخراج: SX-EW [Solvent-extraction Electro-winning]
انحلال مس از سنگ توسط حلال هاي ارگانيک و سپس بازيابي فلز از محلول توسط الکتروليز.
مثالهايي از فرايندهاي بازيابي فلزات به اين قرار است:
بوکسيت استخراج شده آسيا شده و با سوداي خورنده [caustic soda] ترکيب و تشکيل دوغاب [slurry] مي دهد. از اين دوغاب طي عملياتي تري هيدرات آلومينا بازيابي و ذوب مي شود تا تشکيل آلومينا دهد. اکسيژن توسط عمل الکتروليتي (در پالايش) خارج مي شود تا آلومينيوم حاصل شود.
ماده معدني مس توسط آسياب و فلوتاسيون به کنسانتره تبديل مي شود و با ذوب در يک کوره، مس ناخالص [copper matte] بوجود مي آيد. سپس ناخالصي هاي آهن و سولفور در يک مبدل (هواي داغ به درون ماده دميده مي شود) حذف شده و مس بليستر [blister copper] توليد مي گردد که ابتدا با آتش و سپس بصورت الکتروليتي پالايش مي شود تا کاتدهاي مس توليد گردد.
کنستانتره روي پخته شده و ماده حاصله [calcine] شستشو و خالص سازي مي شود. روي الکتروليت بر روي ورقه هائي انباشته شده، از روي آن ها برداشته شده و سپس در يک کوره ذوب مي گردد (که فلز ذوب شده در اسلب هائي ريخته مي شود).
مواد زائد حاصله از اين فرايندها معمولاْ به سد باطله منتقل مي گردد (اگرچه برخي اوقات با دردسر بسيار به درون دريا تخليه مي شود). انواع متنوعي از اين سدهاي باطله وجود دارد که معمول ترين آن ايجاد ديواره سد توسط خود محصول باطله و يا مصالح موجود در محل است.
تعداد بسيار زيادي معدن در جهان وجود دارد ( براي مثال تنها بيش از 8000 معدن کوچک مقياس زغال و فلزات در چين وجود دارد) و ميزان مواد استخراج شده کل بيش از 35000 ميليون تن در سال تخمين زده شده است که خلاصه آن بدين قرار است:
ماده معدني (تن)
باطله (تن)
مجموع (تن)
معادن فلزي
5000
10000
15000
زغال
5000
7000
12000
مصالح ساختماني
7000
7000
کاني هاي صنعتي
500
1000
1500
اگر تنها فعاليت هاي در مقياس صنعتي در نظر گرفته شود احتمالاً نزديک به 2500 معدن توليدکننده فلزات در جهان و تعداد مشابهي معدن زغال وجود دارد. (تقريباً 60% اين معادن سطحي هستند که معمولاً بزرگتر از معادن زيرزميني اند.) شايد 25000 معدن کاني هاي صنعتي و حداکثر 100000 توليدکننده مصالح براي مقاصد ساختماني موجود باشد. (براي مثال در آفريقاي جنوبي در مقياس ملي در مجموع 1100 معدن وجود دارد که از اين مقدار تنها 400 تا معادن فلزي و زغال هستند و 30 تا الماس اند.)
با اين حال، براي بيشتر مقاصد کاربردي اين ليست مي تواند بيش از اين کاهش يابد. تقريباً 2000 معدن زغال، فلز و الماس توليدکننده حدود 90% محصول معدني کل جهان (از لحاظ ارزش) مي باشد.
همچنين به دليل سهم بالاي هزينه هاي حمل و نقل در قيميت نهائي و نيز بخاطر رخدادهاي گسترده زمين شناسي، به طور کلي مصالح ساختماني محدود به محلي که استخراج مي شوند فرض مي گردند. (يعني عموماً بصورت بين المللي تجارت نمي گردند.)
ارزش کل توليد معدني ساليانه در سالهاي اخير بالغ بر 450 ميليارد دلار آمريکا، که 200 ميليارد دلار آن مربوط به زغال/ليگنيت، 150 ميليارد دلار به فلزات (و سنگ هاي زينتي) و 100 ميليارد دلار به کاني هاي صنعتي و مصالح ساختماني مي شود.
برخي آمار ديگر به اين قرار است:
· معادن سطحي مسئول 80% کل ماده معدني و سنگ استخراج شده اند.
· ده شرکت معدني برتر، توليد کننده 25% توليدات معدني اند (از لحاظ ارزش).
· نصف معادن و جريانات اکتشافي دنيا در قاره هاي آمريکاست.
· کل بخش تجهيزات معدني ارزشي بالغ بر 50 ميليارد دلار آمريکا در سال دارد.
· 300 شرکت اکتشافي و معدني قرار گرفته در ليست خريد و فروش سهام وجود دارند (تقريباً نصف اين تعداد در کاناداست).
{mospagebreak}
چند نکته در مورد چالزني، مواد منفجره و آتشباري:
حفاري ضربه اي براي چالزني در سنگ هاي با سخت 4 يا بالاتر در مقياس موهر مورد نياز است که عمدتاً سنگ هاي آتشفشاني هستند. چالزني چرخشي براي سنگ هاي نرم تر، عمدتاً سنگ هاي رسوبي مناسب است.
سر مته هاي دکمه اي (Button bits) معمولاً نرخ نفوذ بيشتري را مي دهند ولي امکان انحراف با آن ها در چال هاي عميق بيشتر از سر مته هاي صليبي (cross bits) است.
براي چالزني عميق، عمر راد، برگرداندن رزوه و تعويض ترتيب رادها به طور قابل توجهي باعث افزايش عمر سائيدگي مي شود.
ميزان خرج مصرفي معمول در سنگ سخت بدين شرح است:
حفر چاه رو به پائين (Shaft Sinking) 1.25 kg/t (2.5 lb/s.ton)
پيشروي در تونل (Drifting) 0.9 kg/t (1.8 lb/s.ton)
حفر چاه بالا رو (Raising) 0.75 kg/t (1.5 lb/s.ton)
کارگاه انباره اي (Shrink Stope) 0.25 kg/t (0.5 lb/s.ton)
کند و آکند (Cut and Fill) 0.25 kg/t (0.5 lb/s.ton)
استخراج توده اي (Bulk Mining) 0.2 kg/t (0.4 lb/s.ton)
تخريب بلوکي (Block Cave) 0.05 kg/t (0.1 lb/s.ton)
برش روباز (Open Pit Cut) 0.45 kg/t (0.9 lb/s.ton)
پله روباز (Open Pit Bench) 0.3 kg/t (0.6 lb/s.ton)
قدرت انفجار با ثابت بودن ديگر پارامتر ها، تابعي مستقيم از چگالي مي باشد. مواد منفجره معمول براي زمين هاي خشک (ANFO) داراي چگالي چال برابر با ۰.۸ تا ۱.۳ داشته باشد، درصورتي که اين مقدار براي زمين هاي تر ( اسلاري (slurry) و امولسيون(emulsion) ) از ۱.۱ تا ۱.۱ متغير است. پيشرفت هاي حاصله در تکنولوژي ماده منفجره انتخاب هر چگالي را در بازه هاي داده شده ميسر ساخته است.
براي معادن سطحي با سنگ سخت بردن ميان رديف ها مي تواند از 25 تا 40 برابر قطر چال و فاصله گذاري (Spacing) ميان چال ها مي تواند از 25 تا 80 برابر قطر چال متغير باشد.
جهت دستيابي به خردايش بهينه و حداقل شکستگي در ديواره ها و کف در معادن روباز سنگ سخت، ميزان بردن (burden) مي بايد حدود 25 برابر قطر چالهاي پله براي ANFO و 30 برابر قطر چال براي مواد منفجره قوي (high explosives) باشد و نسبت ANFO براي سنگ متوسط و نرم به ترتيب برابر 30:1 و 35:1 مي باشد. فاصله گذاري 1 تا ۱.۵ برابر بردن و زمانبندي حداقل ms/m ۱۶.۴ (ms/ft 5) در بردن است.
به هنگام استفاده از تکنولوژي هاي آتشباري ديوار صاف (smooth wall blasting techniques) در زيرزمين، فاصله گذاري استاندارد ميان چال هاي رديف آخر(trim holes) ۱۵ تا 16 برابر قطر چال و خرج در اين چال ها 1/3 ديگر چال هاست.بردن ميان چال هاي بيروني (trim holes) و چال هاي داخلي breast holes) ۱.۲۵) برابر فاصله گذاري ميان چال هاي بيروني است.

● مه( Fog) : تراكم حاصل از سردشدن ذرات بخار آب در نزديكي سطح زمين كه بصورت ذرات معلق در فضاي سطحي مشاهده ميگردند مه ناميده ميشود. به عبارت ديگر مكانيز ...

نور: ماهيت ذر‌ه‌اي اسحاق نيوتن (Isaac Newton) در کتاب خود در رساله‌اي درباره نور نوشت پرتوهاي نور ذرات کوچکي هستند که از يک جسم نوراني نشر مي‌شوند. اح ...

● مه( Fog) : تراكم حاصل از سردشدن ذرات بخار آب در نزديكي سطح زمين كه بصورت ذرات معلق در فضاي سطحي مشاهده مي گردند مه ناميده مي شود. به عبارت ديگر مكان ...

مفاهيم راديوبيولوژي جذب اشعه x : تشعشع ها را مي توان به دو دسته تقسيم کرد : 1- پرتوهاي يونيزان مستقيم 2- پرتوهاي يونيزان غير مستقيم همه ذرات باردار پر ...

* ماگما Magma: ماده طبيعي، داغ و سيال که عمدتا سيليکاته بوده و ماده اصلي سازنده سنگ ها به شمار مي رود. * گدازه Lava: ماگمايي است که به سطح زمين راه يا ...

شناخت زلزله تعريف زلزله مردم عامي درکلامي ساده زلزله راحرکت ناگهاني زمين ناشي ازخشم نيروهاي ماوراء الطبيعه وخدايان مي دانند که بر بندگان عاصي وعصيانگر ...

آشنايي با سنگ هاي کربناته و رده بندي سنگ هاي اهکي: سنگ آهک کربنات کلسيم(CaCO3) به ندرت به صورت آهک خالص در طبيعت پيدا مي‌شود. اين سنگ بيشتر به صورت آه ...

● مفهوم ژئومورفولوژي ژئومورفولوژي کلمه ايست که داراي ريشه يوناني مي باشد و به معناي شناخت شکل زمين است .در واقع اين علم به توضيح در مورد اشکال هندسي س ...

دانلود نسخه PDF - مفاهيم معدنکاري