معدنکاری که یک فعالیت صنعتی بنیادین است که عمیقاً در تاریخ بشر ریشه دوانده، نقشی اساسی در حمایت از صنایع و اقتصادهای مختلف در سراسر جهان ایفا میکند. اقتصاد بعضی از کشورهای دنیا کاملاً بر روی همین بخش میچرخد و معادن نقش مهمی در اقتصاد و اشتغالزایی آنها برعهده دارد. به عنوان مثال، در کشور استرالیا، معدن و معدنکاری یکی از مهمترین صنایع کشور است و به تأمین حدود 25 درصد از صادرات استرالیا کمک میکند. در کشور کانادا نیز معادن یکی از مهمترین صنایع کشور میباشد که به تأمین حدود 40 درصد از صادرات کانادا کمک میکند.
در کشور ایران نیز معدن و معدنکاری از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. این صنعت به تأمین حدود 10 درصد از صادرات ایران کمک کرده و نقش مهمی در اشتغالزایی ایفا میکند. ایران دارای ذخایر غنی از مواد معدنی، مانند نفت، گاز، زغالسنگ، آهن، مس، طلا و نقره است. این ذخایر میتوانند به توسعه اقتصادی و رفاه اجتماعی ایران کمک کنند.
با این حال، معادن میتوانند تأثیرات زیستمحیطی منفی نیز داشته باشند. به عنوان مثال، استخراج مواد معدنی میتواند باعث آلودگی هوا، آب و خاک شود. همچنین، فعالیتهای معدنی میتواند باعث تخریب اکوسیستمهای طبیعی شود. برای کاهش تأثیرات زیستمحیطی معدن و معدنکاری، باید اقداماتی انجام شود. به عنوان مثال، باید از روشهای استخراج مواد معدنی پایدار استفاده شود و باید قوانین و مقررات زیستمحیطی برای فعالیتهای معدنی وضع شود.
در این مقاله در صباپروفیل به تعریف معدن و معدنکاری و اهمیت آن در بخشهای مختلف صنعتی میپردازیم و مروری کوتاه بر روشهای اکتشاف معادن خواهیم داشت.
معدنکاری چیست؟
معدنکاری به استخراج مواد معدنی با ارزش یا سایر مواد زمین شناسی از زمین اطلاق میشود. این فرآیند پیچیده مجموعهای از فعالیت ها، از اکتشاف گرفته تا استخراج و فرآوری، با هدف نهایی به دست آوردن مواد معدنی ضروری برای کاربردهای صنعتی متعدد است.
اهمیت معدنکاری با کمک آن به صنایع مختلف مانند ساخت و ساز، تولید، انرژی و فناوری مشخص میشود. تقریباً هر جنبهای از زندگی مدرن، از فلزات مورد استفاده در زیرساختها تا مواد معدنی که دستگاههای الکترونیکی را تشکیل میدهند متکی به منابع استخراج شده است. معدنکاری، ستون فقرات بسیاری از اقتصادها است و مواد خامی را فراهم میکند که باعث پیشرفت و نوآوری میشود.
اکتشاف معادن یک مرحله حیاتی قبل از فرآیند واقعی معدنکاری است. این مرحله شامل بررسی سیستماتیک سایتهای معدنی بالقوه برای تعیین حضور و میزان مواد معدنی ارزشمند است. هدف از اکتشاف معادن ارزیابی قابلیت اقتصادی استخراج مواد معدنی از یک مکان معین و برنامه ریزی عملیات معدنی کارآمد است.
انواع معدنکاری
معدنکاری سطحی
معدنکاری سطحی انواع تکنیکها با هدف استخراج مواد معدنی نزدیک به سطح زمین است. این روش به ویژه زمانی موثر است که کانیهای مورد نظر در نهشتههای کم عمق قرار گیرند.
- معدنکاری روباز
معدنکاری روباز یکی از رایج ترین و ساده ترین روشهای استخراج سطحی است. این روش حفاری یک گودال باز بزرگ یا “قرض گرفتن” از سطح زمین است که مواد معدنی مورد نظر را در معرض دید قرار میدهد. این روش زمانی مقرون به صرفه است که مواد معدنی در مجاورت سطح پیدا شوند و امکان استخراج کارآمد را فراهم کنند.
معدنکاری روباز با حذف روباره-لایه خاک، سنگ و سایر موادی که ذخایر معدنی را میپوشاند- آغاز میشود. پس از پاکسازی روباره از ماشین آلات سنگین مانند بیل مکانیکی و کامیونهای حمل و نقل برای استخراج و انتقال مواد معدنی استفاده میشود. معدنکاری روباز برای طیف وسیعی از مواد معدنی از جمله زغال سنگ، مس، طلا و سنگ آهن استفاده میشود.
- معدنکاری مکانیکی
معدنکاری مکانیکی استخراج مواد معدنی از رسوبات رودخانهها و نهرها است. این روش بر حرکت طبیعی آب برای جدا کردن مواد معدنی سنگینتر مانند طلا و پلاتین از رسوبات سبکتر مانند شن و ماسه تکیه دارد. معدنچیان از تکنیکهای مختلفی از جمله پانینگ، برش زدن و لایروبی برای جذب و بازیابی این مواد معدنی ارزشمند استفاده میکنند.
معدنکاری مکانیکی تاریخ غنیای دارد که به دوران طلا در قرن نوزدهم باز میگردد. ممکن است امروزه به دلیل تهی شدن ذخایر قابل دسترسی استفاده نشود اما روشی مهم برای بازیابی فلزات گرانبها در موقعیتهای جغرافیایی خاص باقی مانده است.
معدنکاری زیرزمینی
معدنکاری زیرزمینی زمانی انجام میشود که مواد معدنی در اعماق قابل توجهی زیر سطح زمین قرار داشته باشند. این روش دسترسی به ذخایر معدنی از طریق تونل و شفت است که محیط کنترل شده تری را برای استخراج فراهم میکند.
- معدنکاری اتاقی و ستونی
معدنکاری اتاقی و ستونی یکی از روشهای رایج استخراج زیرزمینی است که برای استخراج زغالسنگ، نمک و سایر رسوبات بستر استفاده میشود. این فرآیند یک الگوی شبکهای مانند اتاق و ستون را در داخل کانسار ایجاد میکند که معدنچیان زغال سنگ یا سنگ معدن را از اتاقها خارج میکنند.
این روش برای رسوبات نسبتا کم عمق مناسب است و امکان استخراج کارآمد با حداقل ضایعات را فراهم میکند. با این حال ممکن است برای رسوبات عمیق تر یا مواردی که اشکال نامنظم دارند مناسب نباشد.
- معدنکاری لانگ وال
معدنکاری لانگ وال شکل پیشرفته تری از استخراج زغال سنگ زیرزمینی است که از یک ماشین برشی تخصصی به نام ماینر لانگ وال استفاده میکند. این دستگاه در امتداد درز زغال سنگ حرکت میکند و در حین پیشرفت، بلوکهای بزرگ زغال سنگ را استخراج میکند. سپس زغال سنگ شکسته از طریق یک تسمه نقاله به سطح منتقل میشود.
معدنکاری لانگ وال بسیار کارآمد است و اغلب در درزهای بزرگ و پیوسته زغال سنگ استفاده میشود. این روش ضایعات را به حداقل میرساند و امکان استخراج درصد بالایی از ذخایر زغال سنگ را فراهم میکند اما نیاز به سرمایه گذاری اولیه قابل توجهی در زیرساختها و تجهیزات دارد.
فرآیند معدنکاری
فرآیند معدنکاری مجموعهای از مراحل با برنامه ریزی دقیق و اجرا شده است که ذخایر معدنی بالقوه را به کالاهای با ارزش تبدیل میکند. در این بخش مقاله به بررسی مراحل کلیدی این فرآیند اساسی میپردازیم.
مطالعات پیش امکان سنجی
قبل از شروع عملیات معدنکاری، مطالعات پیش امکان سنجی برای ارزیابی قابلیت اقتصادی و امکان سنجی فنی استخراج مواد معدنی از یک سایت خاص انجام میشود. این مطالعات شامل تجزیه و تحلیل جامع عوامل زمین شناسی، مهندسی و اقتصادی است.
مطالعات پیش امکان سنجی به شناسایی چالشهای بالقوه و کاهش خطرات مرتبط با پروژه معدنکاری کمک میکند. ملاحظات مالی، تقاضای بازار و ارزیابی اثرات زیست محیطی نیز اجزای جدایی ناپذیر این مطالعات هستند. اطلاعات جمع آوری شده در این مرحله به تصمیم گیری آگاهانه در مورد ادامه پروژه معدنکاری کمک میکند.
تخمین ذخایر
تخمین ذخایر یک جنبه حیاتی از برنامه ریزی معدنکاری است که شامل تعیین کمیت و کیفیت ذخایر معدنی در یک کانسار است. این فرآیند به ترکیبی از دادههای زمین شناسی، نمونه برداری و تجزیه و تحلیل آماری برای تخمین مقدار کانیهای قابل بازیابی اقتصادی نیاز دارد.
زمین شناسان از تکنیکهای مختلفی مانند حفاری هسته، نقشه برداری زمین شناسی و بررسیهای ژئوفیزیکی برای جمع آوری دادههای مربوط به ذخایر معدنی استفاده میکنند. سپس روشهای آماری برای برون یابی این اطلاعات در کل سایت اعمال میشود. تخمین ذخایر دقیق برای برنامه ریزی مالی بسیار مهم است زیرا طول عمر بالقوه و قابلیت اقتصادی عملیات معدنکاری را تعیین میکند.
حفاری
حفاری یک تکنیک اساسی اکتشاف معادن است که شامل ایجاد گمانه در پوسته زمین برای استخراج نمونههای هسته است. این نمونهها اطلاعات ارزشمندی در مورد ترکیب، ساختار و کیفیت ذخایر معدنی ارائه میدهند. روشهای مختلف حفاری مانند حفاری هسته، حفاری با گردش معکوس و حفاری چرخشی بر اساس شرایط زمینشناسی خاص سایت مورد استفاده قرار میگیرد.
انفجار
مرحله بعدی یک انفجار کنترل شده است که برای شکستن حجم زیادی از سنگ به قطعات کوچکتر و قابل کنترل استفاده میشود. این فرآیند برای دسترسی و استخراج بهینه ذخایر معدنی ضروری است. نوع و مقدار مواد منفجره و همچنین زمان انفجار به دقت محاسبه شده است تا بازده مواد قابل استفاده به حداکثر رسیده و در عین حال ضایعات به حداقل برسد.
بارگیری
پس از فرآیند انفجار، سنگ شکسته که به عنوان سنگ معدن یا زباله شناخته میشود باید به کارخانه فرآوری منتقل شود. مرحله بارگیری شامل استفاده از ماشین آلات سنگین مانند بیل مکانیکی و کامیونهای حمل و نقل برای انتقال مواد از محل استخراج به تاسیسات فرآوری است.
خرد و آسیاب کردن
اولین مرحله در فرآوری کاهش اندازه سنگ معدن از طریق خرد و آسیاب کردن آن است. خرد و آسیاب کردن فرآیندهای انرژی بری هستند و پیشرفت در فناوری با هدف بهینه سازی این عملیات برای کاهش مصرف انرژی و اثرات زیست محیطی انجام میشود. رولهای آسیاب فشار قوی و فناوریهای پیشرفته آسیاب نمونههایی از نوآوریها در این زمینه هستند.
تغلیظ سنگ معدن
تغلیظ سنگ معدن که به عنوان غنی سازی نیز شناخته میشود، جداسازی و تغلیظ مواد معدنی ارزشمند از سنگ معدن است. این مرحله به طور معمول از طریق فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی انجام میشود. روشهای رایج شامل جداسازی گرانشی، جداسازی مغناطیسی و شناورسازی است.
ذوب کردن
ذوب کردن آخرین مرحله در فرآوری است که در آن مواد معدنی غلیظ تحت دمای بالا قرار میگیرند تا فلز مورد نظر استخراج شود. این فرآیند شامل ذوب کنسانتره و جداسازی فلز از ناخالصیها از طریق واکنشهای شیمیایی است. ذوب یک مرحله مهم در تولید فلزاتی مانند فولاد، مس، آهن و آلومینیوم است. فولاد یکی از پرمصرفترینها در این زمینه است که تختال های آن در ساخت انواع لوله و پروفیل مانند قوطی آهن، ورق سیاه، لوله داربست، پروفیل مبلی و غیره استفاده میشود.
روشهای اکتشاف معادن
کاوش در سایتهای معدنی بالقوه یک مرحله مهم برای فرآیند استخراج است. در این بخش مقاله به روشهای اکتشاف معادن میپردازیم که شامل تکنیکهای ژئوفیزیکی، آنالیزهای ژئوشیمیایی، فناوریهای سنجش از دور و تکنیکهای حفاری میشود.
بررسیهای لرزه نگاری
بررسیهای لرزهای برای ترسیم ویژگیهای زمین شناسی زیرسطحی استفاده میشود. این روش شامل تولید امواج شوک، معمولاً با انفجار مواد منفجره کوچک یا استفاده از کامیونهای ارتعاشی تخصصی و اندازهگیری زمان لازم برای حرکت امواج در زمین و بازگشت به سطح است.
بررسیهای گرانشی
بررسیهای گرانشی تغییرات میدان گرانشی زمین را اندازه گیری میکند و اطلاعاتی در مورد چگالی سنگهای زیرین ارائه میدهد. تغییرات در چگالی میتواند نشان دهنده وجود انواع مختلف سنگ یا ذخایر معدنی باشد. بررسیهای گرانشی به ویژه برای شناسایی اجسام سنگ معدنی بزرگ و متراکم، مانند سنگهایی که حاوی آهن یا سرب هستند مفید هستند.
نمونه برداری از خاک
نمونه برداری از خاک یک روش رایج ژئوشیمیایی است که در اکتشاف معادن مورد استفاده قرار میگیرد. زمین شناسان نمونههایی از خاک را از سطح جمع آوری میکنند و آنها را برای وجود عناصر کمیاب یا مواد معدنی مرتبط با ذخایر ارزشمند تجزیه و تحلیل میکنند. غلظت غیرعادی عناصر خاص میتواند نشان دهنده وجود کانی سازی زمینهای باشد.
نمونه برداری سنگ
نمونه برداری سنگ جمع آوری نمونه از رخنمونها یا هستههای حفاری برای تجزیه و تحلیل ترکیب معدنی سنگها است. این روش به زمینشناسان کمک میکند تا انواع سنگهای موجود را درک کرده و هرگونه کانی مورد علاقه خود را شناسایی کنند.
تجزیه و تحلیل ژئوشیمیایی نمونههای سنگ اطلاعاتی در مورد غلظت عناصر خاص ارائه میدهد و به زمین شناسان کمک میکند تا پتانسیل کانی سازی را تعیین کنند. نمونه برداری سنگ برای ارزیابی بافت کلی زمین شناسی و درک تغییرات ترکیب معدنی در یک کانسار بسیار مهم است.
تصویربرداری ماهواره ای
این مرحله شامل گرفتن تصاویر از سطح زمین از ماهوارههای در حال گردش است. از این تصاویر میتوان برای شناسایی ویژگیهای زمین شناسی، الگوهای پوشش گیاهی و تغییرات در چشم انداز که ممکن است نشان دهنده وجود مواد معدنی باشد، استفاده کرد.
تصویربرداری ماهوارهای نمای کلی وسیعی از مناطق بزرگ ارائه میدهد و به زمین شناسان اجازه میدهد تا اهداف بالقوه را برای اکتشاف بیشتر شناسایی کنند. حسگرهای ماهوارهای پیشرفته میتوانند تغییرات ظریف در سطح زمین را تشخیص دهند و به شناسایی مناطق با ویژگیهای زمین شناسی مرتبط با کانی سازی کمک کنند.
تصویربرداری ماهواره ای یک فناوری سنجش از دور است که از تصاویر ماهوارهای برای جمعآوری اطلاعات در مورد زمین استفاده میکند. این فناوری میتواند برای اهداف مختلفی، از جمله اکتشاف معدن، استفاده شود.
در اکتشاف معدن، تصویربرداری ماهواره ای میتواند برای اهداف زیر استفاده شود:
- شناسایی و نقشهبرداری از ذخایر معدنی: تصویربرداری ماهواره ای میتواند برای شناسایی و نقشهبرداری از ذخایر معدنی، مانند معادن طلا، معادن مس و معادن زغالسنگ استفاده شود. این فناوری میتواند تفاوتهای جزئی در سطح زمین را تشخیص دهد که ممکن است نشاندهنده وجود ذخایر معدنی باشد.
- مطالعه زمینشناسی: تصویربرداری ماهواره ای میتواند برای مطالعه زمینشناسی منطقه مورد نظر استفاده شود. این فناوری میتواند به شناسایی ساختارهای زمینشناسی، مانند گسلها و چینخوردگیها، کمک کند. این ساختارها میتوانند در شناسایی ذخایر معدنی مفید باشند.
- بررسی زیستمحیطی: تصویربرداری ماهواره ای میتواند برای بررسی زیستمحیطی منطقه مورد نظر استفاده شود. این فناوری میتواند به شناسایی گیاهان، جانوران و سایر ویژگیهای زیستمحیطی کمک کند. این اطلاعات میتوانند در ارزیابی تأثیرات زیستمحیطی فعالیتهای معدنی مفید باشند.
ماهوارههای تجاری و دولتی که تصاویر ماهوارهای با کیفیت بالا ارائه میدهند، توسط طیف گستردهای از کشورها استفاده میشوند. این کشورها شامل کشورهای توسعهیافته، کشورهای در حال توسعه و کشورهایی با اقتصادهای نوظهور هستند. برخی از کشورهایی که بیشترین استفاده را از ماهوارههای تصویربرداری ماهواره ای دارند، عبارتند از ایالات متحده آمریکا، چین، روسیه، فرانسه، ژاپن، هند، کانادا و استرالیا. این کشورها از ماهوارههای تصویربرداری برای اهداف مختلفی، از جمله اکتشاف معادن، مدیریت منابع طبیعی، امنیت ملی و برنامهریزی شهری استفاده میکنند.
در ادامه به چند نمونه از ماهوارههای تجاری و دولتی که تصاویر ماهواره ای با کیفیت بالا ارائه میدهند، اشاره میکنیم:
- ماهواره Worldview-3
- ماهواره GeoEye-1
- ماهواره RapidEye
- ماهواره DigitalGlobe-1
- ماهواره PlanetScope
- ماهواره Landsat 8
- ماهواره Sentinel-2
- ماهواره Sentinel-1
- ماهواره TerraSAR-X
- ماهواره RADARSAT-2
فناوری LiDAR
فناوری LiDAR (تشخیص و محدوده نور) از پرتوهای لیزر برای اندازه گیری فواصل و ایجاد نقشههای سه بعدی بسیار دقیق از زمین استفاده میکند. این فناوری در اکتشاف معادن برای نقشه برداری دقیق از توپوگرافی زمین، از جمله ویژگیهای سطحی ظریف که ممکن است نشان دهنده وجود ذخایر معدنی باشد استفاده میشود.
فناوری LiDAR به ویژه در مناطق با پوشش گیاهی متراکم موثر است زیرا میتواند به پوشش گیاهی نفوذ کند تا زمین زیرین را آشکار کند. این فناوری دادههای دقیق ارتفاع را فراهم میکند و به زمین شناسان کمک میکند تا ویژگیهای ساختاری را که ممکن است بر توزیع مواد معدنی تأثیر بگذارند، شناسایی کنند.
در اکتشاف معادن با استفاده از فناوری LiDAR میتوان برای اهداف زیر استفاده کرد:
- شناسایی و نقشهبرداری از ذخایر معدنی: فناوری LiDAR میتواند برای شناسایی و نقشهبرداری از ذخایر معدنی، مانند معادن طلا، معادن مس و معادن زغالسنگ استفاده شود. این فناوری میتواند تفاوتهای جزئی در سطح زمین را تشخیص دهد که ممکن است نشاندهنده وجود ذخایر معدنی باشد.
- مطالعه زمینشناسی: فناوری LiDAR میتواند برای مطالعه زمینشناسی منطقه مورد نظر استفاده شود. این فناوری میتواند به شناسایی ساختارهای زمینشناسی، مانند گسلها و چینخوردگیها، کمک کند. این ساختارها میتوانند در شناسایی ذخایر معدنی مفید باشند.
- بررسی زیستمحیطی: فناوری LiDAR میتواند برای بررسی زیستمحیطی منطقه مورد نظر استفاده شود. این فناوری میتواند به شناسایی گیاهان، جانوران و سایر ویژگیهای زیستمحیطی کمک کند. این اطلاعات میتوانند در ارزیابی تأثیرات زیستمحیطی فعالیتهای معدنی مفید باشند.
فناوری LiDAR مزایای متعددی برای اکتشاف معدن دارد. این فناوری میتواند:
- سرعت و دقت اکتشاف را افزایش دهد: فناوری LiDAR میتواند نقشههای سهبعدی دقیقی از محیط ایجاد کند. این نقشهها میتوانند به اکتشافگران کمک کنند تا ذخایر معدنی را سریعتر و دقیقتر شناسایی کنند.
- هزینه اکتشاف را کاهش دهد: فناوری LiDAR میتواند جایگزین روشهای سنتی اکتشاف، مانند حفاری و حفر تونل، شود. این امر میتواند هزینه اکتشاف را کاهش دهد.
- خطرات اکتشاف را کاهش دهد: فناوری LiDAR میتواند به کاهش خطرات اکتشاف، مانند حوادث معدنی، کمک کند.
فناوری LiDAR در حال حاضر در حال توسعه است و کاربردهای جدیدی برای آن در اکتشاف معادن شناسایی میشود. به عنوان مثال، فناوری LiDAR میتواند برای نظارت بر فعالیتهای معدنی و ارزیابی تأثیرات زیستمحیطی آنها استفاده شود.
حفاری هسته
حفاری هسته استخراج هستههای سنگی استوانهای از سطح زیرین است. این روش نمونههای پیوسته و دست نخورده از لایههای سنگ را فراهم میکند و به زمینشناسان اجازه میدهد تا کانیشناسی، ساختار و ویژگیهای زمینشناسی را با جزئیات تجزیه و تحلیل کنند.
حفاری هسته یک تکنیک همه کاره مناسب برای شرایط مختلف زمین شناسی است. معمولاً این تکنیک برای اکتشاف ذخایر معدنی عمیق مورد استفاده قرار میگیرد و اطلاعات مهمی را برای تخمین ذخیره و برنامه ریزی معدن ارائه میدهد. حفاری هسته برای ارزیابی تداوم و تنوع کانی سازی در یک کانسار نیز ارزشمند است.
حفاری چرخشی
حفاری چرخشی یک روش اکتشافی پرکاربرد است که شامل چرخاندن مته برای شکستن سنگ و آوردن قلمهها به سطح است. این تکنیک برای حفاری در انواع مختلف سنگ کارآمد است و اغلب در اکتشافات سطحی و زیرزمینی استفاده میشود.
حفاری چرخشی مقرون به صرفه است و امکان حفاری سریع در شرایط مختلف زمین شناسی را فراهم میکند. این تکنیک اطلاعات ارزشمندی در مورد زمین شناسی زیرسطحی ارائه میدهد و معمولاً در مراحل اولیه اکتشاف معادن برای آزمایش پتانسیل معدنی یک منطقه استفاده میشود.
جمعبندی
معدنکاری یک صنعت چند وجهی با تأثیر عمیق بر بخشهای مختلف اقتصاد جهانی است. از استخراج مواد معدنی ضروری گرفته تا روشهای اکتشاف معادن، معدنکاری نقشی حیاتی در زندگی مدرن ما ایفا میکند. درک این روشهای استخراج معادن برای حصول اطمینان از استخراج مسئولانه و پایدار منابع در تعقیب توسعه اقتصادی و پیشرفت فناوری بسیار مهم است.
فلزات, مقالات در گروه صبا | نویسنده : امید مرادی | بروزرسانی : 6 آذر 1402