Mining
معدنکاری
قبل از پرداختن به تاریخچه معدنکاری به تعریف کلمه ی معدنکاری می پردازیم.
معدنکاری: به فرآیند استخراج مواد معدنی مفید از سطح زمین ، از جمله دریاها می گویند. یک ماده معدنی ، به استثنای چند مورد ، یک ماده غیر آلی موجود در طبیعت است که دارای ترکیب شیمیایی مشخص و خواص فیزیکی متمایز یا ساختار مولکولی است(یک ماده آلی ، زغال سنگ ، اغلب به عنوان ماده معدنی نیز مورد بحث قرار می گیرد).
سنگ معدن یک ماده معدنی حاوی فلز ، یا مجموعه ای از مواد معدنی فلزی و کلوخه سنگ آهن (سنگ مرتبط بدون ارزش اقتصادی) است که استخراج آن ها سود مالی دارد. کانسار معدنی پدیده طبیعی تولید یک کانی مفید را نشان می دهد ، در حالی که کانسار سنگ معدن نشان دهنده ی ذخایر معدنی با وسعت و غلظت کافی برای آغاز بهره برداری است.
هنگام ارزیابی کانسار معدنی ، توجه به سود بسیار مهم است. مقدار کل مواد معدنی موجود در یک کانسار معین ، موجودی مواد معدنی نامیده می شود ، اما تنها به آن مقدار قابل استخراج با سود ، ذخیره سنگ معدن می گویند.
با افزایش قیمت فروش مواد معدنی یا کاهش هزینه های استخراج ، نسبت موجودی مواد معدنی طبقه بندی شده به عنوان سنگ معدن افزایش می یابد. بدیهی است که عکس آن نیز صادق است و ممکن است معدن تولید خود را متوقف کند زیرا (1) مواد معدنی تمام شده است یا (2) قیمت ها آنقدر کاهش یافته یا هزینه ها آنقدر افزایش یافته است که سنگ معدن سابق اکنون فقط مواد معدنی است.
History
تاریخ (تاریخچه معدنکاری)
کشفیات باستان شناسی نشان می دهد که استخراج در دوران ماقبل تاریخ نیز انجام شده است. ظاهراً اولین ماده معدنی مورد استفاده سنگ چخماق بود که به دلیل بافت و الگوی شکستگی صدفی شکل ، به راحتی می شود آن را به قطعاتی با لبه های تیز و برنده شکست که از این قطعات به عنوان کاردک ، چاقو و نوک پیکان استفاده می کردند.
در دوره نوسنگی ، یا عصر سنگ جدید (حدود 8000 تا 2000 قبل از میلاد) ، چاله هایی تا عمق 100 متر (330 فوت) در کانسارهای گچ نرم در فرانسه و بریتانیا ایجاد شده تا بتوانند سنگریزه های سنگ چخماقی را که در آنجا یافت شده را استخراج کنند. مواد معدنی دیگر ، مانند: خاک قرمز(گل اخرا) و مالاکیت معدنی مس ، به عنوان رنگدانه مورد استفاده قرار گرفته است.
قدیمی ترین معدن زیرزمینی شناخته شده در جهان بیش از 40،000 سال پیش در Bomvu Ridge در کوه های Ngwenya ، سوازیلند (Swaziland ) حفر شد ، برای استخراج گل اخرا (خاک سرخ) که برای مراسم تدفین و رنگ آمیزی بدن استفاده می شد.
طلا یکی از اولین فلزاتی بود که از آبراهه های شن و ماسه استخراج شد و به دلیل پایداری شیمیایی به عنوان یک فلز خالص واقع شد. مس به شکل بومی وجود دارد و اگرچه از نظر شیمیایی پایدار نیست، احتمالاً دومین فلزی است که کشف و مورد استفاده قرار گرفته است. نقره نیز در حالت خالص یافت می شد و زمانی ارزشمندتر از طلا بود.
به گفته مورخان در تاریخچه معدنکاری، مصری ها در 3000 سال قبل از میلاد در شبه جزیره سینا (Sinai Peninsula ) مس استخراج می کردند ، هرچند قدمت برخی از برنزها (مس آلیاژ شده با قلع) 3700 سال قبل از میلاد است.
تاریخ آهن در اوایل سال 2800 قبل از میلاد است. اسناد و شواهد موجود مصری در مورد ذوب سنگ آهن مربوط به 1300 ق. م است. سرب در ویرانه های باستانی تروا یافت شد و در 2500 قبل از میلاد تولید شد.
یکی از اولین شواهد ساختمان سازی با سنگ استخراجی ، ساخت (2600 قبل از میلاد) اهرام بزرگ مصر بود که بزرگترین آن ها (خوفو) با ارتفاع 236 متر (775 فوت) در امتداد طرفین پایه است و این سازه تقریباً دارای 2.3 میلیون بلوک از نوع سنگ آهک و گرانیت قرمز می باشد. باورها بر این است که سنگ آهک از سراسر رود نیل استخراج شده است.
بلوک هایی به وزن 15000 کیلوگرم (33000 پوند) به مناطقی با مسافت های طولانی منتقل شده و در جای خود قرار گرفته و برش دقیق روی آن ها نشان از سنگ تراشی مناسب و زیبا دارد.
یکی از کامل ترین روش های اولیه معدن کاری در اروپا ، توسط محقق آلمانی جورجیوس آگریکولا ( Georgius Agricola ) درکتاب خود به نام De re metallica (1556) ارائه شد. او روش های دقیق حفر میل محورها (شفت) و تونل ها را توضیح می دهد.
سنگ معدن نرم و تخته سنگ، به سختی با یک کلنگ و سنگ معدن سخت تر با کلنگ و چکش ، گووه یا حرارت (آتش سوزی) استخراج می شد. آتش سوزی شامل انباشته شدن توده ای از چوب درختان در سطح سنگ و سوزاندن آن ها بود. گرما به دلیل انبساط حرارتی یا سایر فرآیندها ، بسته به نوع سنگ و سنگ معدن ، باعث ضعیف یا شکسته شدن سنگ می شود.
در صورت لزوم از سیستم های تهویه ابتدایی و پمپاژ استفاده می شد. بالا بردن شفت ها و شیب ها با چرخ چاه انجام می شد. حمل و نقل با “چرخ باربری” و فرقان بود. از سیستم های پشتیبانی مثل الوار چوب در تونل ها استفاده می شد.
زمانی در معدن کاری پیشرفت بزرگی حاصل شد که راز پودر سیاه به غرب ، احتمالاً از چین در اواخر قرون وسطی، رسید. این ماده در اواسط قرن 19 با دینامیت جایگزین شد و به عنوان مواد منفجره مورد استفاده قرار گرفت. از سال 1956 هر دو عامل انفجار سوخت نیترات آمونیوم و دوغاب ها (مخلوطی از آب ، سوخت ها و اکسید کننده ها) مورد استفاده گسترده قرار گرفتند.
ابتدا از مته فولادی با نوکی به شکل گووه و چکش برای حفر سوراخ هایی مخصوص جایگیری مواد منفجره استفاده می شد و سپس مواد منجره در سوراخ ها بارگذاری و منفجر می شدند تا تخته سنگ ها را خرد کنند. تجربه نشان می دهد که جایگیری مناسب حفره ها و ترتیب انفجار ها، برای دست یابی به حداکثر میزان شکستگی سنگ در معادن اهمیت دارد.
اختراع مته های مکانیکی با نیروی هوای فشرده (چکش های پنوماتیک) به طور قابل ملاحظه ای توانایی استخراج سنگ سخت را افزایش داد و هزینه و زمان حفاری را در معدن کاری چندین برابر کاهش داد. گزارش شده (تاریخچه معدنکاری) است که ریچارد تریویتیک انگلیسی در سال 1813 یک مته دوار بخار را اختراع کرد. مته های پیستونی مکانیکی با استفاده از سرمته های متصل شده بر روی میله های مته و حرکت بالا و پایین مانند حرکت یک پیستون در یک سیلندر، از سال 1843 قدمت دارند.
در آلمان در سال 1853 مته ای شبیه مته های هوایی مدرن اختراع شد. مته های پیستونی با مته های چکشی که با هوای فشرده کار می کردند جایگزین شد و عملکرد آن ها با طراحی بهتر و در دسترس بودن فولاد با کیفیت بهبود یافت.
پیشرفت در حفاری با بهبود در روش های بارگیری همراه بود ، از بارگیری دستی با بیل گرفته تا انواع مختلف لودرهای مکانیکی. حمل و نقل نیز به همین ترتیب از بارکشی انسان و حیوان به ماشین های معدن که توسط لوکوموتیوها به جلو کشیده می شدند و حرکت می کردند، پیشرفت کرد.
همچنین نقاله های برقی و وسایل نقلیه چرخ لاستیکی با ظرفیت بالا باعث توسعه حمل و نقل در معادن شد. تحولات مشابهی در معدن کاری سطحی رخ داد ، حجم تولید را افزایش داد و هزینه محصولات فلزی و غیر فلزی را به شدت کاهش داد. ماشین های بزرگ برش دهنده با چرخ های حفاری که در معادن زغال سنگ سطحی مورد استفاده قرار می گرفتند، همچنین در سایر معادن روباز به کار گرفته می شوند.
ورود آب یک مشکل بسیار مهم در معادن زیرزمینی بود تا اینکه جیمز وات موتور بخار را در قرن 18 اختراع کرد. پس از آن ، می توان از پمپ های بخار برای حذف آب از معادن عمیق امروزی استفاده کرد. سیستم های روشنایی اولیه از نوع شعله باز بودند که شامل شمع یا چراغ فتیله روغن بود. برای نوع دوم ، روغن زغال سنگ ، روغن نهنگ یا نفت سفید سوزانده می شد.
با شروع دهه 1890 ، گاز استیلن قابل اشتعال با افزودن آب به کاربید کلسیم در پایه چراغ تولید شد و سپس از طریق یک جت (افشانه) در مرکز یک بازتابنده فلزی شفاف پخش و منتشر شد. قابلیت جرقه زنی سنگ چخماق باعث می شود این لامپ های به اصطلاح کاربیدی به راحتی روشن شوند.
در دهه 1930 لامپ های پایه که با باتری کار می کنند، به معادن وارد شدند و از آن زمان پیشرفت های مختلفی در شدت نور ، عمر باتری و وزن آن رخ داده است.
اگرچه داستان های افسانه ای و عاشقانه زیادی در مورد معدنچیان ، معدنکاری وتاریخچه معدنکاری به دست آمده است ، اما در معدن کاری مدرن این ماشین ها هستند که قدرت و معدنچیان آموزش دیده را مهیا می کنند و این معدنچیان نیز مغز مورد نیاز برای غلبه بر این صنعت بسیار رقابتی را ارائه می دهند.
فناوری تا جایی پیشرفت کرده است که طلا اکنون در عمق 4000 متری (حدود 13100 فوت) زیر زمین استخراج می شود و عمیق ترین معادن سطحی تا بیش از 700 متر (حدود 2300 فوت) حفاری شده اند.
