دانلود مقاله مواد معدنی

پیشگفتار

مواد معدنی، زیر بنای اقصاد و صنعت هر جامعه را تشکیل می‌دهند. بشر از همان آغاز آفرینش خود و در طول تاریخ، بر حسب نیازمندی‌ها و شناخت، از مواد معدنی استفاده کرده است. اکنون نیز انسان، از تمامی مواد معدنی به حالت‌ها و شیوه‌های گوناگون، بهره برداری می‌نماید.

به دیگر سخن، همین مواد معدنی هستند که پایه و اساس تمدن را تشکیل میدهند. زمینه‌های کاربردی و مصرفی مواد معدنی را می‌توان به اختصار و بدین گونه برشمرد.

مصالح ساختمانی، همچون آجر، اهک، آهن، سیمان، گچ، شن وماسه، کاشی، شیشه، رنگ‌ها، لوله وشیرآلات، در زمینه کشاورزی می‌توان از گودهای شیمیایی، ماشین‌های کشاورزی و سموم دفع آفت‌ها، مثال آورد.

در کار جاده سازی موادی نظیر: شن وماسه،  سنگ‌‌‌ها، قیر، سیمان، آرماتور و ماشین‌های راه سازی کاربرد دارند. در زمینه صنایع سبک و سنگین، موادی از گونه : انواع فلزات و آلیاژهای آنها، انرژی‌زاها یا انواع ترکیبات هیدروکربور، دیرکدازها، مواد ساینده و کانی‌های فلزی اهمیت دارند.

موادی همانند: گرافیت، گچ و مواد پر کننده کاغذ در تهیه لوازم آموزشی بکار می‌روند و سرانجام در صنایع شیمیایی و الکترونیک است که اهمیت سترک مواد کانی و مصرفی را بهتر می‌توان دریافت.

از آنجا که جمعیت انسانها، روی در فزونی دارد، میزان مصرف مواد معدنی هم پیوسته افزایش می‌یابد و این افزایندگی در مصرف کانی‌ها، به ویژه در دو دهه پیشین بسی چشم‌گیر بوده است.

هم اینک دامنه پژوهش‌های بشر از گستره زمین فرا رفته و به فضای کیهانی اوج گرفته است. پیرامون ویژگی‌های برخی مواد معدنی و آلیاژها در زمینه‌های ساختاری سفینه‌های فضایی و انواع ماهواره‌های پژوهشی، بررسی‌های شگرف به انجام رسیده است.

زمین‌شناسی اقتصادی، پایه و شالوده اکتشاف‌های معدنی و کاربرد مواد حاصل از آن را تشکیل می‌دهد. شادمانه باید گفت که اندوختگی مواد معدنی در کشور ما کم‌نظیر است.

از این روی، بایسته ان است که با برنامه‌های مناسب و کوشش‌های پی‌گیر، بر آن باشیم تا در آینده‌ای هر چه زودرس، تمامی مواد کانسارهای مورد نیاز کشور را از همین دفینه‌های پربها تهیه نماییم و با گسترش صنایع معدنی و صدور فراورده‌های آن، ارزهای مورد نیاز کشور را به میزان عمده‌ای تأمین کنیم.

از آغاز آفرینش، انسان همواره از مواد پوسته زمین در جهت رفع نیازمندی‌های زندگی و دسترسی به رفاه بیشتر استفاده کرده است. سنگ‌ها و کانی‌های غیر فلزی اولین موادی هستند که انسان اولیه انها را به کار برده است.

آثار بدست آمده از کاوش‌های باستان شناختی حاکی از آن است که  انسان‌های اولیه از فلینت، چرت و دیگر سنگهای سخت برای ساختن اسلحه و کندن غارها استفاده نموده‌اند و همچنین خاک رس و سنگ را برای ساختن ظروف گلی و اهرام شگفت‌انگیز مورد استفاده قرار داده‌اند.

بر اساس مطالعات باستان شناختی، در جاری هزاره‌های هخفتم تا دهم قبل از میلاد مسیح، انسان اولیه ده الی پانزده سنگ و کانی غیر فلزی را می‌شناخته است. حتی تعدادی از این مواد را برای طراحی و نقاشی مورد استفاده قرار داده است. طلا نخستین فلزی بوده است که انسان به صورت خالص از رودخانه‌ها جمع‌آوری نموده و مس اولین فلز شناخته‌ای است که حود بیست هزار سال قبل از میلاد توسط انسان ذوب و مورد استفاده قرار گرفته است. آثار بدست آمده از کاوش‌های باستان شناختی در اروپا و شمال افریقا نشان می‌دهد که در مصر، حدود دوازده هزار سال قبل از میلاد و در اروپا حدود چهار هزار قبل ز میلاد، از مس استفاده می‌کرده‌اند.

بر طبق نوشته‌های هرودوت، یونانیان در سلاهای 420 تا 384 قبل از میلاد از رگه‌های کوارتز برای کشف ذخایر طلا استفاده نموده‌اند.

ابوعلی سینا، فیلسوف و دانشمند ایرانی (1037-980 میلادی) اولین کسی به شمار می‌رود که مواد معدنی را نقسیم‌بندی نموده است. این رده‌بندی شامل سنگها، فلزات، سولفورها، نمک‌ها و ترکیبات دیگر می‌باشد.

اولین نظریه در مورد منشاء مواد معدنی توسط جورج اگریکولا در سال 1556 ارائه شد. این دانشمند به کمک مطالعات دقیق انجام شده روی ناحیه معدنی ارزبرگ آلمان، چگونگی تشکیل این ذخیره را به طور سیستماتیک بیان نمود. در قرن هیجدهم مجدداً پژوهش‌هایی در زمینه چگونگی تشکیل مواد معدنی به خصوص در منطقه ارزبرگ آلمان توسط دلیاس (1770)، هنگل (1725)، زیمرمن (1746) انجام شد.

در اواخر قرن هیجدهم، ورنر از آلمان و جیمزهاتن از اسکاتلند، دو نظریه متفاوت در مورد منشاء مواد معدنی ارائه دادند و بحث‌های زیادی در این باره آغاز گردید. ورنر در سال 1775 نظریه نپتونیست را ارائه نمود. بر طبق این نظریه سنگهای رسوبی و آذرین و حتی رگه‌ها از طریق ته‌نشینی در اقیانوس‌ها به وجود آمده‌اند.

هاتن نیز در سال 1778 نظریه پلوتونیست را پیشنهاد کرد. وی ضمن رد کردن نظریه ورنر معتقد بود که سنگهای آذرین و مواد معدنی به صورت مذاب از اعماق زمین منشاء گرفته‌اند. در اواخر قرن نوزدهم، دانشمندان امریکایی و اروپایی در مورد نحوه تشکیل مواد معدنی نظریه‌های مختلف دیگری ارائه داده‌اند.

مطالعه و پژوهش‌هایی که تا کنون در زمینه منشاء و چگونگی تشکیل کانسارها توسط دانشمندان انجام شده موجب ارائه تئوری‌های جدید شده که اکتشاف مواد معدنی را در تمامی مراحل کم هزینه‌تر، آسانتر و با موفقیت‌آمیزتر نموده است.

عوامل مؤثر بر آستانه اقتصادی شدن مواد معدنی

1- ارزش : مهمترین عامل تعیین کننده آستانه اقتصادی مواد معدنی ارزش آن است، که خود تابع عواملی چون عرضه، تقاضا و مسائل سیاسی می‌باشد. میزان تولید مواد معدنی در دهه گذشته افزایش شایانی داشته است. عواملی که موجب این افزایش شده عبارتند از : پیشرفت در زمینه اکتشاف به دلیل مشخص شدن منشاء، محیط و چگونگی تشکیل ذخایر مختلف، مثلاً نظریه تکنونیک صفحه‌ای کمک ارزنده‌ای به تعیین مناطق اکتشافی در مقیاس بزرگ نموده است.

همچنین مطالعات علمی کمک‌های مؤثری در رابطه با کشف ذخایر مس پورفیری، ماسیوسولفید و غیره نموده‌اند.

در دهه اخیر، بکارگیری روش‌های نوین ژئوفیزیکی و ژئوشیمیایی در کشف ذخایر جدید بخصوص آنهایی که در اعماق زمین قرار دارند کمک مؤثری نمود. همچنین ماشین‌های جدید استخراج موجب شده تا ذخایری که در اعماق قرار دارند کمک مؤثری نمود. همچنین ماشین‌های جدید استخراج موجب شده تا ذخایری که در اعماق قرار داشته قابل بهره‌برداری شوند و با کمک‌گیری از این ماشین‌آلات میزان تولید روزانه بالا رود.

پیشرفت در زمینه صنعت تغلیظ و تصفیه موجب گردید تا بسیاری از ذخایر دور از دسترس، نیز قابل بهره‌برداری شوند. همزمان با بالا رفتن میزان تولید، میزان مصرف مواد معدنی نیز افزایش داشته است. مهمترین عواملی که موجب بالا رفتن مصرف گردیده عبارتند از: افزایش جمعیت، گسترش صنایع جدید و غیره.

قیمت مواد معدنی دارای نوسانات زیادی است، لذا کشورهای تولید کننده به منظور کنترل قیمت‌ها، کمیته‌هایی تشکیل داده‌اند که با محدود کردن مقدار تولید، قیمت مواد معدنی را تثبیت نمایند.

قیمت برخی از مواد معدنی علاوه بر عرضه و تقاضا تحت تأثیر بحران‌های سیاسی نیز قرار می‌گیرد. برای مثال، قیمت طلا تا قبل از سال 1352 خورشیدی، هر اونس چهل و دو دلار بوده اما به دلیل بروز جنگ اعراب و اسرائیل و تحریم صدور واد نفتی اعراب به غرب، هر اونس آن به 200 دلار رسید.

در سال 1358 همزمان با انقلاب اسلامی ایران هر اونس طلا به 498 دلار و با ادامه آن در سال 1359 هر اونس به 850 دلار رسید. لذا 80 درصد نوسانات قیمت طلا به تحولات سیاسی و 20 درصد آن به عرضه و تقاضا مربوط می‌شود.

قیمت بعضی از مواد معدنی توسط تولید کنندگان انحصاری کنترل می‌شود. برای مثال کشورهای اسپانیا و ایتالیا از تولیدکنندگان مهم جیوه می‌باشند. دولت ایتالیا در اوایل سال 1353 به دلیل زیان‌دهی تصمیم به تعطیل کردن یک معدن مهم جیوه گرفت، لذا قیمت جیوه به 325 دلار رسید.

ولی در اواسط همان سال دولت ایتالیا مجدداً اعلام داشت که استخراج از معدن جیوه را از سر خواهد گرفت و همزمان با آن یک معدن جیوه نیز در امریکا شروع به تولید نمود، لذا در مدت کمتر از دو سال قیمت جیوه به 110 دلار کاهش یافت.

در تاریخچه اکتشافات اورانیوم نیز یک چرخه نوسانات عرضه و تقاضا مشاهده می‌گردد. همزمان با اختراع بمب اتم، تقاضا جهت تولید اورانیوم در امریکا افزایش یافت و قیمت اورانیون هر پوند U3O8 به 52/11 دلار رسید. دولت امریکا برای آنهایی که ذخایری کشف می‌کردند جوایزی را در نظر گرفت. لذا کارهای اکتشافی برای این ماده معدنی رونق گرفت و در مدت زمانی کوتاه ذخایر مهمی بیش از مقدار نیاز کشف شدند.

آنگاه قیمت آن در اوایل 1339 به کمتر از 8 دلار برای هر پوند U3O8 کاهش یافت و تا آخر دهه 1340 قیمت اورانیوم به حدود 78/5 دلار برای هر پوند U3O8 رسید (قیمتی که دولت خریداری می‌نمود.) در اوایل 1349 با شروع به کار رآکتورهای اتمی توسعه بخش خصوصی، مجدداً قیمت اورانیوم افزایش یافت تا اینکه در سال 1359 هر پوند U3O8 به 25 دلار رسید.

حوادثی که در سالهای اخیر در چند رآکتور اتمی جهان رخ داده موجب عدم رضایت مردم و به دنبال آن، عنایت کمتری به این منبع تولید انرژی می‌شود. و در این راستا، رآکتورهای اتمی کمتری ساخته و تولید زیاد اورانیوم باعث شده که قیمت آن تا حدود 5/14 دلار در هر پوند U3O8 کاهش یابد.

2- عیار ذخیره : عیار و مقدار ذخیره از فاکتوهای مهم سنجش ارزش اقتصادی یک معدن است. ذخایر رگه‌ای در مقایسه با ذخایر توده‌ای و پورفیری در صورت وجود عیار بالاتری ارزش پیدا می‌کنند. هزینه استخراج، برای ذخایر رگه‌ای بیشتر از ذخایر پورفیری و توده‌ای است.

برای مثال، ذخایر مس پورفیری با عیار حدود 75/0 تا 1 درصد و ذخایر مس رگه‌ای با عیار بیش از 5/1 درصد ارزش اقتصادی دارند. عیار و مقدار ذخیره، لازم و ملزوم یکدیگر هستند، اما مقدار ذخیره از اهمیت بیشتری برخوردار است. ذخایر طلای رگه با عیار بیش از 10 گرم در تن و ذخایر طلای نوع پراکنده (ذخیره نسبتاً زیاد و ابعاد وسیع) با عیار حدود 2 گرم در تن دارای ارزش اقتصادی، و قابل بهره‌برداری هستند.

عیار قابل استخراج ذخایر معدنی با گذشت زمان کاهش یافته و عوامل مهمی که موجب این کاهش شده‌اند، عبارتند از: افزایش قیمت، پیشرفت در صنعت استخراج و تغلیظ و تصفیه.

3- شکل ذخیره : شکل ذخیره رابطه مستقیم با روش استخراج آن داردو ذخایر رگه‌ای به روش زیرزمینی و ذخایر پورفیری که نزدیک سطح زمین قرار دارند با روش روباز استخراج می‌شوند.

در صورتی که پدیده‌های تکنونیکی نظیر گسل‌ها و شکستگی‌ها تغییراتی در امتداد رگه‌ها به وجود آوردند، علی‌رغم بالا بودن عیار و مقدار ذخیره، این بس‌نظمی موجب بالا رفتن هزینه استخراج خواهد شد.

بنابراین، عیار و مقدار ذخیره به تنهایی معرف آستانه اقتصادی و قابل بهره‌برداری بودن یک ذخیره نخواهد بود.

4- عمق ذخیره : ذخایر زیادی موجودند که عیار و ذخیره آنها نسبتاً زیاد است اما به علت این که در اعماق زیاد واقع شده‌اند و یا شکل مناسبی ندارند، دارای ارزش بهره‌برداری نیستند. عمق ذخیره، رابطه مستقیم با هزینه‌های استخراج دارد.

5- تغلیظ و تصفیه : عواملی نظیر شکل، اندازه، رابطه نسبی کانی‌های مفید و باطله و نوع کانی‌های مفید و مزاحم، تأثیر مستقیم در تغلیظ و تصفیه یک کانسار دارند. اندازه کانی‌های مفید یک کانسار، چنانچه از یک حد خاصی کمتر باشد موجب می‌شود تا کانسار قابل تغلیظ نباشد.

کانی‌های مفید در یک کانسار می‌تواند به صورت آزاد، به حالت انکلاو در کانی دیگر، جانشینی شبکه‌ای و یا به صورت گرافیک باشد. هزینه‌های تغلیظ و تصفیه برای هر یک از حالت‌های ذکر شده متفاوت است که باید به طور دقیق مطالعه و بررسی شوند.

آرسنیک یک عنصر مزاحم در ذخایر طلا محسوب می‌گردد و در صورتی که میزان فراوانی آن از یک حد معین تجاوز نماید علی‌رغم بالا بودن عیار طلا باعث می‌شود تا کانسار فاقد ارزش اقتصادی شود. عناصر مزاحم کنسانتره مس عبارتند از: آرسنیک، آنتیموان. کارخانجات ذوب و تصفیه مس برای این گونه عناصر مزاحم جریمه‌هایی در نظر می‌گیرند.

به عنوان مثال در صورتی که مقدار آرسنیک کنسانتره مس بیشتر از 5/1 درصد باشد، به ازای هر درصد حدود 1 دلار جریمه می‌بایست پرداخت شود. بنابراین هرگاه عیار عناصر مزاحم در ذخیره بالا باشد، مقدار جریمه و مشکلات مربوط به تغلیظ موجب خواهند شد تا ذخیره‌ای که دارای عیار و مقدار بالاست ارزش اقتصادی نداشته باشد.

6- آب و هوا : شرایط آب و هوایی تأثیر زیادی روی مدت زمان بهره‌برداری در سال، میزان تولید در روز و راندمان تغلیظ و تصفیه دراد. پایین آمدن مقدار تولید در سال به دلیل نزولات جوی زیاد به خصوص برف و یا طوفان شن و ماسه باعث بالا رفتن هزینه شده و در موارد خاصی بهره‌‌برداری از این ذخایر مقرون به صرفه نخواهد بود.

7- حمل و نقل : معادن، معمولاً در مناطقی خارج از شهر یا مراکز صنعتی قرار دارند. این مواد باید استخراج شده و بعد از تغلیظ در همان منطقه تصفیه و به بازار عرضه شود و یا این که بعد از تغلیظ به نقطه دیگر جهت تصفیه حمل و بعداً به بازار عرضه گردد. فاصله معدن از پالایشگاه و بازار فروش، تأثیر مستقیم در قیمت تمام شده ماده معدنی دارد.

هرگاه منطقه معدنی در فاصله زیادی از جاده‌های اصلی قرار گیرد، ابتدا جهت برقرار پیش‌بینی ارتباط بین معدن و جاده‌های نزدیک منطقه باید جاده‌سازی شود. این کار، هزینه زیادی را به خود جذب می‌کند.

دیگر این که هر قدر فاصله منطقه از پالایشگاه و بازار فوش دورتر باشد، هزینه حمل و نقل بالاتر خواهد رفت و گاهی این امر موجب می شود تا ماده معدنی ارزش اقتصادی خود را از دست بدهد.

هرگاه معدن در نزدیکی شهری کشف شود، علاوه بر استفاده از خطوط ارتباطی نظیر راه‌آهن وجاده‌های احداث شده و آماده، از امکانات شهری نیز می‌توان استفاده کرد. به عنوان مثال، نیازی به ساختن مدرسه، مسکن، تهیه آب و برق و غیره نخواهد بود. بنابراین قیمت تمام شده مواد معدنی به میزان قابل توجهی کاهش خواهد یافت.

8- نیروی متخصص و هزینه‌های پرسنلی : وجود افراد متخصص و کاردان، رابطه مستقیم با میزان تولید و قیمت تمام شده ماده معدنی دارد.

حقوق مهندسین معدن، تکنسین‌ها و معدنچیان در کشورهای جهان سوم پایین‌تر از کشورهای صنعتی است که خود موجب کاهش قیمت تمام شده ماده معدنی می‌شود.

9- تکنولوژی : استفاده از ماشین‌آلات جدید در اکتشاف، استخراج و تغلیظ و تصفیه سبب شده که هزینه‌های استخراج پایین بیاید و ذخایری که به دلایل مختلف در گذشته، قابل بهره‌برداری نبوده‌اند امروزه قابل بهره‌برداری گردند.

کشورهای صنعتی با استفاده از تکنولوژی نوین و نیروهای متخصص و کارآمد از مرحله اکتشافات تا تغلیظ و تصفیه نسبت به کشورهای جهان سوم فراتر رفته‌اند.

10- سیاست دولت : بعضی از مواد معدنی علی‌رغم سوددهی، به خاطر اهمیت استراتژیکی و توجه به استقلال صنعتی و اقتصادی توسط دولت‌‌ها در داخل کشور تولید می‌شوند تا در این زمینه، کشور از وابستگی به کشورهای خارجی مستقل گردد.

رده‌بندی تجاری

مواد معدنی به حالتهای مختلف به مصرف می‌رسند که مهمترین آنها عبارتند از :

(الف) به صورت عنصر، (ب) کانی، (ج) بلور ها و (د) سنگ‌ها.