استخراج سنگ معدن

Mining در معنی وسیع‌تر شامل استخراج هر منبع غیرقابل تجدید نظیر نفت، گاز طبیعی و یا حتی آب می‌شود.

فرایند استخراج معدن از اکتشاف یک سنگ معدن[۱] از طریق استخراج مواد معدنی و نهایتاً بازگشت زمین به حالت طبیعی شامل چند مرحله مجزا است. در ابتدا، کشف سنگ معدن، تعریف وسعت، مکان‌یابی و تعیین ارزش سنگ صورت می‌گیرد که این مراحل منجر به ایجاد یک تخمین ریاضی جهت تخمین انداره و درجه کانسار می‌شود.

این تخمین برای ایجاد یک مطالعه‌ی پیش‌امکان‌سنجی جهت تعیین سودآوری تئوری یک سنگ مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مطالعه به ما نشان می‌دهد که آیا سرمایه‌گذاری بیشتر در تخمین و مطالعات مهندسی تضمین شده است و همچنیین خطرات اصلی و مناطق برای کار بیشتر را تعیین می‌کند. مرحله بعدی ایجاد یک مطالعه امکان سنجی جهت ارزیابی امکان موفقیت مالی، خطرات فنی و مالی و میزان سودآوری پروژه است.

حال زمان آن فرا می‌رسد که شرکت استخراج معدن برای توسعه‌ی طرح یا عدم آن تصمیم بگیرد. این مرحله شامل طرح‌ریزی معدن جهت ارزیابی نسبت برگشت‌پذیری اقتصادی سنگ معدن، قابلیت بازیافت سنگ معدن و فلزکاری، قابلیت عرضه در بازار و قابلیت فروش غلظت‌های مختلف سنگ معدن، هشدارهای مهندسی، هزینه‌های سنگ‌شکنی[۲] و زیرسازی، نیاز‌های مالی و سهمی و تجزیه و تحلیل معدن پیشنهادی از حفاری اولیه تا احیای آن است. نسبت برگشت‌پذیری اقتصادی سنگ معدن به ضریب غنی‌سازی[۳] سنگ معدن در منطقه بستگی دارد. ضریب غنی‌سازی به عنوان ضریب کمینه‌ای که با آن درصد وزنی ماده معدنی در سنگ معدن بزرگتر از میزان متوسط درصد وزنی آن ماده در پوسته زمین می‌شود، تعریف می‌شود.

دسترسی یافتن به کانسار معدنی داخل یک منطقه گاهی اوقات برای معدن‌کاری کردن یا حذف مواد زائد که طبیعتاً مورد علاقه‌ی معدن‌کار نیستند، نیاز است. جابجایی کلی سنگ معدن و ضایعات، فرایند معدن‌کاری را تشکیل می‌دهد. گاهی اوقات ضایعات بیشتر از سنگ معدن در طول عمر معدن، وابسته به ماهیت و مکان سنگ معدن استخراج می‌شوند. از آن‌جا که حذف ضایعات و جایابی برای آن‌ها هزینه‌ی عمده‌ی عملیات استخراج معدن است، مشخص‌سازی ضایعات به طور گسترده، بخش ضروری برنامه‌ی اکتشاف زمین‌شناختی برای یک عملیات استخراج معدن است.

زمانی که تجزیه و تحلیل تعیین می‌کند که یک سنگ معدن مفروض ارزش بازیابی دارد، توسعه برای دسترسی به سنگ معدن آغاز می‌گردد، ساختمان‌های معدن و واحدهای فراوری ساخته می‌شوند، همه‌ی تجهیزات لازم تهیه می‌شوند، عملیات معدن برای بازیابی سنگ معدن آغاز می‌گردد و تا مادامی که شرکتی که این عملیات را بر عهده دارد این استخراج معدن را از نظر اقتصادی سودده بداند ادامه می‌یابد. زمانی که همه سنگ معدنی که معدن می‌تواند به صورت سودمند تولید کند بازیابی شد، احیای زمین برای آن که برای استفاده‌ی آیندگان مناسب باشد آغاز می‌گردد.

فناوری‌های استخراج معدن

فرایندهای استخراج معدن را می‌توان به دو نوع حفاری عمومی تقسیم کرد: استخراج معدن روباز و استخراج معدن زیرزمینی. امروزه، استخراج معدن روباز رایج‌تر است و برای مثال ۸۵% مواد معدنی (باستثنای نفت و گاز طبیعی) در امریکا، شامل ۹۸% از سنگ‌های فلزی را تولید می‌کند.

اهداف به دو دسته‌ی کلی مواد تقسیم می‌شوند:

  • مواد ارزشمندی که با استفاده از جداسازی وزنی در طول فرایندهای ته‌نشستی حاصل می‌شوند[۴] و در داخل سنگریزه‌های رودخانه و شن‌های ساحل یافت می‌شوند.
  • مواد ارزشمندی که در ترک ایجاد شده در سنگ‌ها، در لایه‌ها و یا در بافت‌های معدنی که به طور کلی در توده‌ای از تخته سنگ توزیع شده‌اند، یافت می‌شوند.

استخراج معدن روباز

استخراج معدن روباز با حذف پوشش گیاهی، گل ولای و اگر نیاز باشد لایه‌ای از بستر سنگ به منظور رسیدن به سنگ‌های معدن دفن‌شده انجام می‌شود. فناوری‌های استخراج معدن روباز شامل موارد زیر است:

  • open-pit mining: به بازیابی مواد از گودال باز در کف زمین گفته می‌شود.
  • strip mining: به استخراج معدن از طریق پس زدن روی خاک و کندن گودال به جای حفر تونل مربوط می‌شود.
  • mountaintop mining: عموماً مربوط به استخراج زغال سنگ است و شامل استخراج معدن از قله‌ی کوه به منظور رسیدن به سنگ معدن در عمق می‌شود.
  • Landfill mining: شامل استخراج از مکان‌هایی می‌شود که ضایعات دفن شده حفاری و فراوری شده‌اند.

اکثر placer deposits به خاطر این ماهیت که به صورت سطحی دفن‌شده هستند، با استفاده از روش روباز استخراج می‌شوند.

استخراج معدن زیرزمینی

استجراج معدن زیرزمینی به حفاری تونل‌هایی در داخل زمین به منظور رسیدن به سنگ ‌معدن‌های دفن‌شده مربوط می‌شود. سنگ معدن برای پردازش و تخته‌سنگ‌های بی‌ارزش برای کشف و از بین رفتن، از طریق تونل‌ها به سطح زمین ‌آورده می‌شوند. استخراج معدن زیر سطح زمین را می‌توان از طریق نوع دسترسی به دالان‌های مورد استفاده، روش استخراج یا فناوری‌های مورد استفاده جهت رسیدن به مواد معدنی طبقه‌بندی کرد. Drift mining (به معدنکاری‌های زیرزمینی که نزدیک سطح زمین انجام می‌شوند، اطلاق می‌گردد.) از تونل‌هایی جهت دسترس‌پذیری افقی استفاده می‌کند ، slope mining (به معدن‌کاری‌های زیر زمینی اطلاق می‌شود که دسترسی اولیه به معدن بر روی یک شیب است) از دالان‌هایی جهت دسترس‌پذیری قطری استفاده می‌کند و shaft mining (به نوعی از معدن‌کاری زیرزمینی اطلاق می‌شود که در ابتدا هیچ دسترس‌پذیری به معدن وجود ندارد) از دالان‌هایی جهت دسترس‌پذیری عمودی استفاده می‌کند. استخراج معدن در قالب‌های صخره‌ای نرم و سخت به فناوری‌های متفاوتی نیاز دارد.

سایر روش‌ها شامل shrinkage slope mining که معدن‌کاری آن رو به بالا است، یک فضای زیرزمینی شیب‌دار ایجاد می‌کند، long wall mining (به نوعی از استخراج معدن‌ زیرزمینی اطلاق می‌شود که یک دیوار بزرگ در یک باریکه‌ی منفرد (با ضخامت ۰/۶ تا ۱ متر) معدن‌کاری می‌گردد) که ساییدن یک سطح طویل سنگ معدن در زیرزمین است، room and pillar mining (به نوعی از معدن‌کاری زیرزمینی اطلاق می‌شود که ماده معدنی از میان یک صفحه‌ی افقی استخراج می‌شود) که استخراج سنگ معدن از اتاق‌هایی با قرار دادن ستون‌هایی جهت حمایت از سقف اتاق صورت می‌گیرد. room and pillar mining گاهی اوقات منجر به retreat mining  (به فاز آخر room and pillar mining گفته می‌شود) می‌شود، که در آن ستون‌های حمایتی حذف می‌شوند تا اتاق برای حفاری آماده شود و بدین وسیله استخراج سنگ معدن بیشتر را تسهیل می‌بخشند. روش‌های استخراج معدن زیرزمینی دیگر شامل hard rock mining که استخراج از صخره‌های سخت (آتشفشانی، دگردیس، رسوبی)، bore hole mining،drift and fill mining، sub level mining و block caving است.

ماشین آلات

ماشین آلات سنگین در استخراج معدن برای اکتشاف و توسعه‌ی سایت‌ها، حذف کردن و ذخیره کردن مواد رویی[۵]، شکستن و حذف صخره‌ها با انواع مختلف سختی و سفتی، تهیه کردن نهایی سنگ معدن و انجام دادن پروژه‌های احیای زمین پس از بسته شدن معدن استفاده می‌شوند.

بولدوزر، مته، مواد منفجره و کامیون، همگی برای عمیات حفاری زمین ضروری هستند. مته‌های بزرگ برای حفاری یک محور استوانه‌ای، حفاری کردن معدن دارای دهانه‌ی گشاد و پله‌دار و به دست آوردن نمونه‌ها برای تجزیه و تحلیل مورد استفاده قرار می‌گیرند. واگن‌های برقی برای انتقال معدن‌چیان، مواد معدنی و ضایعات مورد استفاده قرار می‌گیرند. بالابرها معدن‌چیان را به درون و بیرون معدن حمل می‌کنند و تخته سنگ‌ها و سنگ‌ معدن را به بیرون و ماشین‌آلات را به درون و بیرون معدن جابه‌جا می‌کنند. کامیون‌های بزرگ، بیل‌ها و جرثقیل‌ها در استخراج معدن روباز برای جابه‌جایی مقادیر عظیم مواد رویی و سنگ معدن به کار گرفته می‌شوند.

[۱] ore

[۲] milling

[۳] Enrichment factor

[۴] Placer deposits

[۵] overburden