مبانی مهندسی معدن

عطا موحد (مهندس اکتشاف معدن)


مقدمه ( مبانی معدنکاری):

به کلیه راههایی که به دستیابی مواد معدنی مورد نیاز بشر منتهی می شود ، معدنکاری گویند .معدنکاری به فعالیتهایی مربوط است که در راه استفاده از تولیدات و ذخایر طبیعت صرف می شود . ذخایر معدنی ( علیرغم محصولاتی مانند محصولات کشاورزی) در طی تاریخ بشر تمام شدنی است و به همین دلیل ، مسؤلیت معدنکار زیاد است ، زیرا از یک سو استخراج ذخایر مذکور، فقط یکبار انجام می گیرد و از سوی دیگر معدنکار در انتخاب محل کانسار ، میزان ذخیره، نوع ماده معدنی و مشخصات سنگ ( و یا کانی ) نقش ندارد.

عاریف مرتبط با مهندسی معدن :
الف- کانی ( Mineral): طبق تعریف، کانی ها مواد جامد طبیعی ، غیر آلی، معمولاً متبلور و همگن و با ترکیب شیمیایی مشخص هستند، کانی از کلمه "کان" و پسوند نسبی " ی " تشکیل شده است که کان به معنای معدن بوده و نهایتا ً کانی به یک جسم ( ماده ) معدنی اطلاق می گردد.
ب-کانسنگ ( کانه ) ( Ore): به کانی هایی که از نظر اقتصادی ارزشمند باشند ، کانسنگ ( کانه ) می گویند .
ج-کانسار ( ذخیره معدنی ) ( Ore deposit ):طبق تعریف به مکانی که در آن، یک یا چند ماده معدنی که دارای ارزش استخراج می باشند و جود داشته باشد، کانسار اطلاق می گردد. کانسار از کلمه " کان" به معنای معدن و پسوند محل " سار" تشکیل شده است که به معنای محل وجود ماده معدنی است .
د-منابع معدنی (Mineral resources): به کلیه ذخایر معدنی ، کانسارها و حتّی مواد معدنی که از نظر اقتصادی ، ارزش استخراج ندارند ، منابع معدنی گویند .
ﻫ-باطله (گانگ) (Gangue): به کانی های مزاحم و همراه کانسنگ که ضمن استخراج کانی ، می بایست از آنها جدا شود ، باطله ( گانگ ) گویند.
و-ماگما : بر طبق تعریف علم زمین شناسی ، مواد مذاب در روی سطح زمین را ماگما می نامند که به تعبیری ،در بسیاری از کانی هاست .

اصول کار در مهندسی معدن :
اصولی که در مهندسی معدن بکار گرفته می شود تا یک ماده معدنی ، کشف و به فرآوری برسد از ابتدا تا انتها بشرح زیر می باشد :
بخش اول
تشکیل مواد معدنی : این بخش ، خود مشتمل بر سه عنوان می باشد :
1- کانسارهای درون زاد ( اولیه ) : همانطور که از نام آنها بر می آید ، منشاء تشکیل آنها درون زمین است و با توجه به اینکه این کانسارها ، خود اولین محصول اند ، به آنها کانسارهای اولیه می گویند . منشاء اصلی این کانسارها ، ماگما است . ماگما در این نوع کانسارها خود مشتمل بر دو نوع است :
1-1 :کانسارهای ماگمایی اولیه : ماگما پس از تشکیل به تدریج سرد شده و کانی هایی که نقطه ذوبشان بالاست ، در اولین مراحل سرد شدن از آن جدا می شوند و از تجمع آنها ، کانسارهایی بدست می آید که به « کانسارهای ماگمای اولیه » معروفند .
1-2:کانسارهای گرمایی : در آخرین مراحل انجماد ماگما ، آنچه که باقیمانده محلول کمابیش دائمی است که حاوی تعداد زیادی کانی است و به آن ، محلول گرمایی گویند .
کانسارهایی که از عبور این محلولها در بین شکاف سنگها و کانی ها ایجاد می گردند ، کانسارهای گرمایی خوانده می شود ، مهمترین ویژگی این کانسارها شکل رگه ای آنهاست.
2-کانسارهای برون زا ( ثانویه ) : بسته به نحوه تشکیل این کانسارها ، آنها را به دو رده تقسیم می نمایند :
2-1: کانسارهای ناشی از هوازدگی : به تجزیه شیمیایی و تخریب فیزیکی سنگها هوازدگی گویند.خرد شدن سنگها به تنهایی نمی تواند تشکیل کانسار می دهد ، اما این امر باعث تمرکز ماده معدنی در یک محل گردیده و تشکیل کانسار می دهد. بسته به اینکه تجمع مواد معدنی چگونه انجام می گیرد ، کانسارها ناشی از این فرآیند را به دو رده تقسیم می کنند :
2-1-1: تمرکز برجا :اگر مواد محلول در یک سنگ حل و از آن خارج شوند ، به این ترتیب درصد مواد نامحلول، بالاتر رفته و این امر ممکن است باعث ایجاد کانسار شود.
2-1-2:تمرکز ثانویه : عناصری که در حالت عادی در سنگها پراکنده اند که عیار آنها جهت تشکیل کانسار ، بالا نیست ، تحت تأثیر آب به مرور حل شده و در مرحله بعد در جای دیگر متمرکز می شود که این تمرکز می تواند منجر به تشکیل کانسار شود .
2-2:کانسارهای رسوبی : رسوب مواد ممکن است در نتیجه عمل مکانیکی ، شیمیایی و یا حیاتی انجام شود و کانسارهایی که در اثر این فرآیندها به وجود می آیند به همین نام خوانده می شوند .
این کانسارها را می توان به دو رده تقسیم نمود :
2-2-1: کانسارهای آواری (مکانیکی ) : موادی که عامل حمل آنها رودخانه ها هستند به این نام معروفند که باعث می شوند ذرات مختلف با توجه به وزن مخصوص و شکلشان در قسمتهای مختلفی از مسیر رودخانه رسوب کنند ، از مهمترین کانسارهای این رده می توان به کانسارهای پلاسری اشاره نمود .
2-2-2:کانسارهای رسوبی تبخیری و شیمیایی : صرفنظر از مقداری از ذرات که بصورت آواری جابه جا می شوند ، مقداری نیز بصورت محلول ( یا کلوئید) انتقال می یابند، بدین ترتیب موادی که به این نحو حمل می شوند ، در قسمتهای مختلف مسیر می توانند رسوب نموده و تشکیل کانسار دهند .
2- کانسارهای دگرگونی : بطور کلی مجموعه فرآیندهایی که در سنگهای اعماق زمین و تحت تأثیر عواملی چون فشار ، دما قرار می گیرند که سبب تغییر ترکیب کانی شناختی و بافت در سنگها می شود برای دگرگونی گویند. با اینکه دگرگونی به طور مستقیم نمی تواند در ایجاد کانسار نقش داشته باشد ،اما می تواند با تمرکز مواد پراکنده ، تشکیل کانسار دهد . دگرگونی را می توان به سه رده تقسیم نمود:
3-1:دگرگونی همبری : عامل اصلی ،درجه حرارت زمین است ، ضمن حرکت ماگما به سمت بالا ، در تماس با سنگهای اطراف قرارگرفته و آنها را دگرگون می سازد ، لذا کانی های آنها نیز تغییر نموده و به کانی های دگرگونی تبدیل می شوند .
3-2:دگرگونی ناحیه ای ( عمومی ) : عامل دگرگونی می تواند به ترتیب ذیل باشد :
اول اینکه موادی که در دریاها رسوب می کنند و تشکیل لایه های رسوبی را می دهند و به مرور به سمت پایین حرکت می نمایند.
علاوه بر این حرکت تدریجی ، در بعضی موارد حرکات پوسته زمین نیز سبب می شود که این لایه ها به اعماق زمین فرو روند ، از سوی دیگر ، هر چقدر از سطح زمین پایین تر می رویم فشار و دما افزایش می یابد .
3-3: دگرگونی حرکتی : هنگامی که قسمتی از پوسته زمین در اثر گسل شکسته شود و قطعات شکسته شده نسبت بهم بلغزند ، در محل لغزش ، در نتیجه فشارو دما ، مواد موجود تغییر می یابند و بعضی از انواع کانیهای دگرگونی را بوجود می آورند .

بخش دوم
پی جویی ( اکتشاف) ناحیه ای مواد معدنی : اکتشاف مواد معدنی مستلزم انجام موارد ذیل می باشد :
1) معیارهای پی جویی مواد معدنی : این معیار ها خود مشتمل بر پنج رده می باشد :
1-1: معیارهای آب و هوایی
1-2: معیارهای سنی
1-3:معیارهای سنگ شناسی
1-4:معیارهای ساختمانی
1-5:معیارهای مربوط به پستی و بلندی سطح زمین

2) نشانه های پی جویی : مهمترین نشانه های پی جویی مواد معدنی شامل موارد ذیل است :
2-1 :نشانه های محلی
2-2:قطعات کانسنگ(کانه)
2-3:وجود (برونزد)
2-4:نشانه های گیاهی ( در منطقه)
بخش سو م
مراحل پی جو یی: این مراحل به شش رده تقسیم میشوند:
3-1: انتخاب محدوده (عملیات )
3-2: انجام کا ر های اداری
3-3: جمع آوری و مطالعه اطلا عات موجود( دردسترس)
3-4: تهیه عکس های هوایی( ازمنطقه)
3-5:بازدید ازناحیه
3-6: استقرار مرکز عملیات
بخش چهارم
انواع پی جویی: پی جویی زمین شناسی خودبه دو رده اصلی بشر ح ذیل تقسیم بندی می شوند:
4-1: پی جو یی های ژئو فیزیکی: که خود مشتمل بر شاخه های زیادی است.
4-2:پی جویی های ژئو شیمیایی : همانند مورد قبل ،به شاخه های مختلفی تقسیم می شوند .
بخش پنجم
اکتشاف منطقه ای و ارزیابی مواد معدنی
این مرحله مشتمل بر پنج رده اساسی ذیل می باشد :
5-1: اکتشاف سطحی
5-2:گمانه های اکتشافی
5-3:تونلهای اکتشافی
5-4:نمونه گیری
5-5:محاسبه ذخیره ( معدنی )
بخش ششم
استخراج مواد معدنی :
اصولاً استخراج در معادن به 2 روش کلی " روباز " و " زیرزمینی "انجام می گیرد . مفاهیمی که به منظور دستیابی و استخراج یک ماده معدنی بکار برده می شوند و می توانند با آنها در ارتباط باشند عبارتنند از :
6-1: حفاری معدنی
6-2: نگهداری ( در معادن )
6-3:بارگیری و حمل ونقل ( در معادن )
6-4: تهویه در معادن
6-5:خدمات فنی در معادن : به کارهایی نظیر تأمین روشنایی ، آبکش ، تأمین هوای فشرده و تأمین انرژی برق در معدن ، خدمات فنی اطلاق می گردد.
بخش هفتم
کانه آرایی : جدا کردن ناخالصی های یک ماده معدنی از ( همان) ماده معدنی را کانه آرایی گویند . کانه آرایی شامل موارد ذیل است :
7-1: خردکردن مواد معدنی
7-2: دانه بندی و جداسازی مواد
بخش هشتم
متالوژی : آخرین مرحله از عملیاتی که برروی مواد معدنی انجام می گیرد ، عملیات متالوژی (گداز و استخراج ) فلزات است .

مؤلف در انتها بر خود فرض می داند از زحمات تمامی اساتید خود ( دانشکده فنی دانشگاه آزاد- واحد تهران جنوب) تشکر نماید ، شایان ذکر است آنچه در این مقاله عنوان گردیده است، " مبانی مهندسی معدن " است و در بسیاری از موارد ( به استثنای موارد اول که حالت پایه جهت یادگیری معدنکاری عمومی بوده است) از شرح و توضیحات اضافی خودداری شده است. امید است مورد توجّه خوانندگان ، دانشجویان و فارغ التحصیلان ( چه در این رشته و چه در سایر رشته ها ) قرار گیرد. کلیه اشکالات وارده به متن این مقاله به عهده نویسنده ( عطا موحّد) است.