انواع ذخاير کائولن

انواع ذخاير کائولن و روش های استخراج

مقدمه

«معدن» یا «کانسار کانی» یا به صورت خلاصه «کانسار» به جای انباشت طبیعی فلز یا سنگ‌های گوناگون که ارزش اقتصادی داشته باشد اطلاق می­شود و معدن‌کاری یا کـان‌گری به عمل استخراج کانی‌های ارزشمند یا دیگر مواد از پوسته زمین و معمولاً از معادن گفته می‌شود. استخراج معادن در واقع به معنای استخراج مواد معدنی با ارزش یا سایر مواد زمین­شناسی از ذخائر یا سپرده‌های موجود در زمین است که معمولاً از سنگ معدن، رگه‌ها، درزها یا شکاف‌ها، صخره یا پلاسر استخراج می‌شوند. این ذخائر، برای معدنکاران یک فراورده و منبع اقتصادی مورد توجهی را شکل می‌دهند.

سنگ معدن به‌دست آمده از معدن شامل فلزات، زغال سنگ، ماسه‌ها، رس نفتی، سنگ‍‌های قیمتی، سنگ آهک، گچ، سنگ نمک، پتاس، شن و رس است. برای به‌دست آوردن هر ماده‌ای که نمی‌تواند در آزمایشگاه یا کارخانه از طریق فرآیندهای کشاورزی تولید شود معدن مورد نیاز است. استخراج معادن به معنای وسیع تری شامل استخراج منابع تجدید ناپذیر از جمله نفت، گاز طبیعی یا حتی آب است. برای اطمینان از تولید اقتصادی همراه با ایمنی، باید معدن را در طول عمر کار خود با طراحی و برنامه­ریزی اصولی آماده­سازی کرد. بدین معنا که با توجه به مشخصات هندسی کانسار، شرایط زمین ­شناسی منطقه، ملاحظات اقتصادی و زیست محیطی؛ روش استخراج مناسب انتخاب گردد.

کائولن

خاستگاه كائولن

اغلب كانسار‌هاي اقتصادي كائولن (غير خاك‌هاي نسوز) منحصر به دگرساني سنگ‌هاي ولكانيك اسيدي است. به‌طور كلي در كائولن به‌غير از كائولينيت، كوارتز و فلدسپات، كاني‌هاي ديگري نيز وجود دارند كه رفتار فيزيكي فرآيند توليد کائولن را شديداً تحت تأثير قرار مي‌دهند. ناخالصي‌ها ممكن است شامل هيدروكسيد آهن، اكسيد آهن، پيريت، تيتان و تركيبات محتوي كربنات‌ها يا مواد آلي باشد.

كائولينيتي­شدن به‌معناي دگرساني فلدسپات‌ها يا موادي با ماهيت فلدسپاتي، فرسايش و پيدايش رس‌ها در مفهوم كلي آن، و كائولن در مفهوم تفصيلي آن است. شرايطي ويژه، چه از نقطه‌نظر تركيب كاني‌شناسي و شيميايي سنگ اولیه و چه شرايط فيزيكي كه دگرساني در آن رخ مي‌دهد، ابزاري مناسب براي پيدايش كائولن است. گفتني است در اين ميان پايداري كاني‌هاي رس‌ساز در برابر دگرساني همسان نيست و فزون بر آن pH محيط اثري سرنوشت‌ساز بر فرآورده‌‌هاي دگرساني دارد. فلدسپات‌ها بيش از ساير كاني‌ها در مقابل تجزيه شدن آسيب‌پذيرند. اگر فلدسپات در مرحله اول تجزيه باقي نماند، شرايط محيط سبب مي‌شود كه همه مواد قليايي آنها خارج شود، به خاك رس يا سيليكات آبدار آلومينيوم تبديل ‌شود. در اين نوع تجزيه بسته به شرايط خاص محيط و نوع تجزيه، كاني‌هاي مختلف رسي تشكيل مي‌شود كه مهمترين آنها كائولينيت، ‌هالويزيت، مونت‌موريلونيت و ايليت است. پيدايش كائولينيت در محيط اسيدی امكان‌پذير است و اين عمل موجب مي‌شود تا قليا‌هاي حاصل از تجزيه سنگ و به‌خصوص سديم و پتاسيم آن بر اثر جريان‌هاي آب خارج گردند. اگر محيط قليايي باشد، مواد قليايي حاصل از تجزيه فلدسپات‌ها در محيط باقي مي‌ماند و اكثراً خاك رس مونت‌موريلونيت يا كلريتي حاصل مي‌شود. بنابراين pH از عوامل اصلي تجزيه محيط است. اكنون پذيرفته شده كه فرجام دگرساني فلدسپات، پيدايش بوكسيت است. با فراهم بودن شرايط در اين فرآيند، دگرساني گام به‌ گام به‌پيش مي‌رود تا به پاياني‌ترين فرآورده بينجامد. تبديل هر گام به گام ديگر نيازمند محيط و سرشت شايسته آن است. بنابراين هر كدام از آنها در هر گام كه فراهم نيايد، دگرساني باز مي‌ايستد و آن چنين است:

بوكسيت → كائولينيت → مونت‌موريلونيت → هيدروميكا → ميكا → فلدسپات

انواع ذخاير کائولن

ذخاير کائولن براساس نحوه تشکيل به دو صورت اوليه و ثانويه تشکيل مي­شوند:

كانسارهاي اوليه كائولن

هوازده (Weathering)، گرمابي (Hydrothermal) و سولفاته (Solfatara).

كانسارهاي كائولن اوليه در جا، بوسيله تجزيه و دگرساني برخي كاني‌ها مانند فلدسپات يا سيليكات‌هاي آلومينيوم ديگر و تبديل آنها به كائولينيت تشكيل مي‌شوند. در ذخاير گرمابي، کائولن نتيجه دگرسانی هيدروترمال است. بدین صورت که، محلول هيدروترمال سردتر از 300 درجه سانتي­گراد (كه PH آنها اسيدي است) در داخل سنگ­هاي حاوي كانيهاي آلومين سيليكات (نظير فلدسپات ها، فلدسپاتوئيدها، ميكاها و…)، سبب شستن يونهاي Ca++,K+, Na+ و ساير کاتيون­ها و رسوب آنها با H+ بيشتر مي­شود. اغلب اين گونه ذخاير در ارتباط با سيستم آبهای جوی گرمابی، که منشا حرارت از سنگ­هاي ولکانيکي مشتق مي­شود، مي­باشند. ذخاير كائولينيت گرمابي غالباً در زون­هاي گسلي قرار دارند، مگر دركانسارهاي پورفيري كه منطقه گسترده اي را شامل مي شوند. عمده ذخاير کائولن ايران در اثر دگرساني سنگ هاي آذرين (ريوليت و آندزيت) و عمدتاً در کمربندهاي آتشفشاني دوران سوم به ويژه در ائوسن جاي دارند. اين كانسار‌ها به‌جز در يك مورد كه سن ژوراسيك دارد و در شرق ايران واقع است (كفتركوه) در پيوند با سنگ‌هاي ترسير، می­باشند.

در كانسارهای سولفاته، دگرساني سنگها در شكافهاي آتشفشاني يا شكافهاي گوگردزا و در مراحل پاياني فعاليت‌هاي آتشفشاني اسيدي صورت می­گیرد. بخارات يا آبهاي گرم كه سرشار از سولفور هستند در عبور از اعماق سنگهاي آتشفشاني بطرف بالا موجب دگرساني آنها مي‌شوند. معمولا ً‌با توجه به وجود سولفور آلونيت تشكيل مي‌شود. كائولن‌هاي نوع سولفاتاز معمولاً‌ غني از سيليس هستند و به همين دليل سخت و خشن مي‌باشند. اين نوع كانسارها عموماً‌ در يك جهت كشيده شده­اند. شكل كانسارهاي سولفاتار بوسيله شكافها و افق‌هاي باز كه مجراي حركت آبهاي گرم هستند،‌ كنترل مي‌شود. سن اين نوع كانسارها مانند كانسارهاي نوع هوازدگي به سن سنگ مادر ارتباط ندارد به همين دليل سنگهاي مادر خيلي قديمي‌تر از خود كائولن هستند.

ذخاير ثانويه کائولن

رسوبي، کائولينيتي، بال کلي و خاک نسوز.

انواع روش استخراج در کانسارهای معدنی

بسیاری از مواد معدنی از کانسارهایی استخراج می­شوند که در سطح زمین – مناطق کم عمق (حداکثر عمق ۱۵۰ متر:Shallow Deposit) و یا در مناطق عمیق­تر (اعماق بیشتر از 150 متر: Deep Deposit) قرار گرفته­اند. پس از اینکه عمق و مشخصات کانسار یا همان ذخیره معدنی تعیین شد، با توجه به شرایط اقتصادی و امکانات فتی موجود، عملیات آماده­سازی و استخراج به روش روباز یا زیرزمینی انجام می­شود. هنگامی که یک کانسار در نزدیکی سطح زمین قرار گیرد به صورت روباز استخراج می­شود.

ذخایر قابل استخراج با روش روباز یا سطحی

• ذخایر توده­ای (Massive Deposit).
• ذخایر لایه­ای (Bedded Deposit): ذخایری هستند که منشاء رسوبی دارند یا گسترش زیاد و بسته به شرایط زمین­شناسی، افقی یا شیب­دار هستند. (زغال سنگ، نمک، بوکسیت، فسفات، آهن، پتاس)
• ذخایر آبرفتی  (Alluvial Deposit)

روش های استخراج در معادن روباز یا سطحی

روش­های مکانیکی (Mechanical Methods)

روش هایی هستند که در آنها از فرآیند مکانیکی در محیط های خشک برای جدا کردن مواد از زمین حاصل می شود و حدود ۹۰% تولیدات معدنی سطح کل دنیا با استفاده از این روش ها حاصل می شود. کانسار استخراجی با این روش ها، می تواند هر مقاومتی داشته باشد و معمولا متراکم است.

1. روش های استخراج با برش­های مستقیم (کنتوری یا جعبه­ای یا آگر): Auger mining یا countour strip mining
2. روش های استخراج پهنه­ ای (مسطحی): Area mining method
3. روش کلاسیک استخراج روباز (پله­ای یا گودبرداری): open pit mining
4. روش استخراج کواری:  quarry mining

الف– روش استخراج با برش­های مستقیم (کنتوری یا جعبه­ای یا آگر)

این روش معمولا برای استخراج ذغال به کار می­رود و در مواردی کاربرد دارد که ماده معدنی بصورت لایه کمابیش افقی و در مناطق کوهستانی با دامنه­های پرشیب واقع باشد. در شروع کار یک برش اولیه در کنار دره، جایی که ذغال رخنمون دارد احداث و مواد باطله در پایین دره جمع می­شود و ماده معدنی موجود در زیر باطله استخراج می­شود و در مرحله بعد باطله بدست آمده از برش بعدی در محل ماده معدنی استخراج شده دمپ می­شود و به همین ترتیب ادامه می­یابد که در اثر آن این قسمت­ها به صورت تپه ماهورهای سینوسی شکل در می­آید، در نهایت ضخامت باطله به حدی می­رسد که دیگر استخراج به روش روباز مقدور نیست.

در صورتی که میزان ماده معدنی بجا مانده زیاد باشد باید از روش­های زیرزمینی استخراج گردد و در غیر اینصورت چنانچه از نظر اقتصادی توجیه پذیر نباشد برای ادامه استخراج از روش استخراجی آگر استفاده می­شود که معمولا به همراه روش کنتوری مورد استفاده قرار می­گیرد.

در این روش از ماشین آگر جهت حفر چال در لایه ذغال به اندازه ۳/۲ ضخامت لایه و نفوذ تا عمق ۶۰ متر در چال­های افقی می­تواند حجم قابل توجهی از ذغال را استخراج کند. مهمترین روش­های زیرگروه این متد استخراجی عبارتند از :

الف) روش قله­ برداری (Mountaintop removal): در این روش کل باطله موجود برداشته شده و ماده معدنی زیر آن به طور کامل و صد در صد استخراج می­شود و چنانچه در نزدیکی معدن دره پرشیبی وجود داشته باشد که باطله را بتوان به صورت قشرهای افقی در آن ریخت به این روش، روش دره پرکنی (valley fill) می­گویند. پس از پایان عملیات استخراج منطقه که به شکل قله بود به صورت منطقه­ای مسطح درمی­آید زیرا علاوه بر استخراج قسمت­های مرتفع، قسمتی از دره اطراف معدن نیز در نتیجه برش اولیه و اضافه حجم سنگ­ها پر می­شود.

ب) روش قطعه­ای یا بلوکی یا جعبه­ای (Box cut): این روش نیز همانند روش­های قبلی است و مهمترین تفاوت آن این است که استخراج (برش) از مرکز ذخیره ماده معدنی صورت می­گیرد.

ج- روش کلاسیک استخراج روباز (پله­ای یا گودبرداری)

روش روباز یکی از روش های استخراج معادن سطحی است که ترجیحاً‌ برای کانسارهای فلزی نظیر آهن ، مس ، سرب و روی و …  بکار برده می‌شود. در این روش استخراج به صورت پله‌پله و تا عمقی از ذخیره معدنی که عملیات اقتصادی باشد، ادامه پیدا می‌کند. تصویر افقی پله ها معمولا دایره یا بیضی است و پله های مختلف به وسیله جاده مورب (ramp) به یکدیگر ارتباط دارند. در این روش از سطح معدن آنقدر باطله‌برداری می‌شود تا به ماده معدنی دسترسی حاصل شود. باطله‌های روی ماده معدنی پس از برداشت باید عمدتاً‌ به خارج از محدوده معدن منتقل شده و در آنجا انبار شوند

تنها آن بخش از این باطله‌ها که ممکن است در امر جاده‌سازی، ترمیم جاده‌ها، پی‌سازی کارگاه ها و پرنمودن گودال مورد استفاده قرار گیرند در داخل محدوده معینی قرار می‌گیرند و برای مابقی حتماً باید در خارج از محدوده معدن محل خاص در نظر گرفت و به شیوه معینی دمپ نمود. روش کلاسیک روباز در مورد کانسارهای تک لایه ای ، جند لایه ای و توده ای تا حدودی متفاوت است:

الف) کانسارهای تک لایه ای: بسته به ضخامت باطله و لایه یک یا چند پله در باطله و ماده معدنی احداث می شود به گونه ای که پله های باطله به اندازه کافی جلوتر از ماده معدنی باشد.

ب) کانسارهای چند لایه ای

ج) کانسارهای توده ای

انواع ذخاير کائولن انواع ذخاير کائولن