ماسه‌های معدنی را دریابیم

از سالیان دور کاوشگران معدنی به‌وجود عناصر با ارزش خصوصا طلا در ماسه‌های...

از سالیان دور کاوشگران معدنی به‌وجود عناصر با ارزش خصوصا طلا در ماسه‌های رودخانه‌ای پی برده بودند و ذخایر قابل‌توجهی از این فلز در طول اعصار گذشته از ماسه‌های مذکور استحصال گشته است. به‌تدریج با بررسی‌های بیشتری که از کانی‌های تشکیل‌دهنده این ماسه‌ها به‌عمل آمد اهمیت معدنی و اقتصادی این منابع مشخص گشت و علاوه بر طلا وجود کانی‌های فلزات با ارزش دیگر نظیر آهن، تیتان، زیرکونیوم، قلع و تنگستن، کروم و فلزات گروه پلاتین در این ماسه‌ها آشکار شد. وجود کانی‌های غیرفلزی نظیر کوارتز، گارنت، آندالوزیت و استارولیت و همچنین کانی‌های قیمتی نظیر الماس، برخی از انواع زمرد و تورمالین و کانی‌های حاوی مواد رادیواکتیو نظیر مونازیت نیز بر اهمیت اقتصادی این‌گونه ماسه‌ها افزود. این منابع که به‌صورت کلی به نام منابع پلاسری (Placer Resources) شناخته شده‌اند شامل انواع ماسه‌های رودخانه‌ای، ماسه‌های ساحلی (Beach Sands)، ماسه‌های واقع در بخش ساحلی و کم عمق دریا (Offshore Sands) و ماسه‌های کویری را دربر می‌‌گیرند. سهولت کار معدنی در این‌گونه منابع و در نتیجه پایین بودن هزینه‌های استخراج باعث شده تا با گذشت زمان شرکت‌های معدنی بیشتری وارد فعالیت‌های مربوط به این حوزه شوند و به‌تدریج سهم بیشتری از تولیدات معدنی به این بخش اختصاص یابد. چگونگی تشکیل ماسه‌های معدنی:کانی‌های معدنی ماسه‌ها را عمدتا کانی‌های سنگین (Heavy Minerals) تشکیل می‌دهند که دارای وزن مخصوص 4 تا 5/5 گرم بر سانتی‌متر مکعب هستند، سنگ منشای این کانی‌ها بسته به نوع کانی می‌تواند متفاوت باشد. کانی‌های ایلمنیت، زیرکن، مونازیت، تنگستن، کاسیتریت بیشتر در سنگ‌های گرانیتی و گنیس جای می‌گیرند. کانی‌هایی نظیر روتیل، لوکوکسن و همچنین ایلمنیت، گارنت، آندالوزیت بیشتر در سنگ‌های دگرگونی قرار دارند و سنگ منشاء کانی‌هایی نظیر الماس و زمرد، سنگ‌های آذرین مافیک و اولترا مافیک مانند بازالت‌ها و کیمبرلیت‌ها هستند تشکیلات سنگی حاوی کانی‌های سنگین بر اثر ایجاد فرسایش در طول میلیون‌ها سال به‌تدریج سست شده و کانی‌های آنها توسط آب شسته شده و به رودخانه وارد می‌شوند و به سمت دریا پیش می‌روند حال برحسب شدت حرکت آب رودخانه این کانی‌ها ممکن است در بخش‌هایی از مسیر رودخانه تمرکز یابند و تشکیل ذخایر پلاسری رودخانه‌ای را دهند و یا اینکه به سمت دریا حمل شده و کانی‌های سنگین‌تر در محل‌های ورود به دریا و یا نزدیکی سواحل دریا ته نشست ‌کنند. حرکت امواج سبب جدا کردن کانی‌های سبک (مانند کوارتز و رس‌ها) و حمل آنها به سمت دریا می‌شود و ماسه‌ها از کانی‌های سنگین‌تر تغلیظ می‌شوند. با گذشت صدها و هزاران سال و تکرار این پروسه ذخایر بزرگی از ماسه‌های حاوی کانی‌های سنگین ایجاد می‌‌شود، وزش باد و حمل کانی‌های سبک تر توسط باد نیز به تغلیظ طبیعی ماسه‌ها از کانی‌های سنگین کمک می‌کند. در طول زمان براثر عوامل زمین شناسی مانند پس روی دریاها، نشست کف حوضه و یا حرکت صفحات زمین ممکن است که سواحل از محل خود دور شوند و از دریا فاصله بگیرند که در این‌صورت این سواحل ممکن است تا ده‌ها کیلومتر از دریای فعلی فاصله بگیرند. این سواحل قدیمی را به‌نام Fossil Shoreline و یا Strandlines گویند و یــا بــرعکس ممکن است بـــر اثر پیش روی دریــــا، سواحل و ذخایــــر ماسه‌ای به زیر آب روند و در حد فاصل بین ساحل تــا عمق چنــد 10 متری دریــا قرار گیرند (Offshore Mineral Sand). ذخایر ماسه‌های معدنی: مقدار ذخایر و عیار ماسه‌های معدنی در نقاط مختلف متفاوت است. عرض این ذخایر در سواحل دریاها تا 400 متر و ضخامت آنها تا 20 متر هم شناسایی شده است. این ذخایر معمولا از یک تا 20 کیلومتر نیز در جهت طول گسترش دارند و بنابراین می‌توان انتظار ذخایر بزرگ را داشت. ذخیره معدن Cobun در غرب استرالیا حدود 230 میلیون تن با عیار متوسط 1/1 درصد مجموع کانی سنگین برآورد شده است عیار ماسه‌های معدنی برمبنای درصد مجموع کانی‌های سنگین موجود در آنها (Total Heavy Mineral) و یا THM و همچنین درصد انواع کانی‌های موجود عنوان می‌شود. معمولا عیارهای بالای یک درصد THM در ذخایر ماسه‌ای مورد توجه قرار می‌گیرد. در مجموع کانی‌های سنگین مقدار کانی زیرکن از یک تا 50 درصد، ایلمنیت از 10 تا 60 درصد، روتیل از 5 تا 25 درصد و لوکوکسن از یک تا 10 درصد وجود دارند. درصد کانی‌های با ارزش معمولا 30 درصد کل کانی‌های سنگین است. در سال 2000 تولید جهانی کنسانتره روتیل حدود 500 هزار تن، ایلمنیت حدود 6 میلیون تن و زیرکن یک میلیون تن بوده است. کشورهای استرالیا، کانادا، آمریکا، هند، آفریقای‌جنوبی و برزیل از عمده‌ترین تولیدکننده‌های ذخایر ماسه‌های معدنی هستند. گستردگی ذخایر ماسه‌های معدنی در جهان می‌تواند به گستردگی سواحل موجود در قاره‌ها باشد و ظاهرا تمرکز این ذخایر در برخی از کشورها به‌دلیل انجام یافتن مطالعات اکتشافی بیشتر در آن کشورها بوده است و شاید ذخایر بسیاری در سواحل قاره‌ها مدفون باشند که هنوز ناشناخته مانده‌اند. کانی‌های معدنی موجود و موارد استفاده آنها: از عمده‌ترین کانی‌های معدنی در منابع ماسه‌ای، کانی‌های تیتانیوم‌دار شامل روتیل (TiO2) ایلمنیت (FeTio3) و لوکوکسن (ایلمنیت آلتره شده) هستند. مقدار TiO2 در این کانی‌ها از 45 تا 96 درصد متغیر است. ایلمنیت اگر تحت تاثیر لیچینگ طبیعی قرار گیرد آهن آن شسته شده و مقدار دی اکسید تیتان در آن تا 90 درصد هم بالا می‌رود. حدود 90 درصد تولید جهانی تیتانیوم در تهیه Pigment استفاده می‌شود که در صنعت رنگسازی کاربرد دارد و به‌عنوان پوشش محافظ در بسیاری از صنایع از آن استفاده می‌شود. فلز تیتانیوم نیز به‌دلیل مقاومت بالا در مقابل خوردگی و درخشندگی، کاربرد فراوانی در صنایع هوا ـ فضا و بسیاری از صنایع دیگر دارد. تولید جهانی TiO2 در سال 2006 حدود 6 میلیون تن بوده است و قیمت آن در سال2004 کیلویی 2 دلار گزارش شده است.مصرف جهانی زیرکن (ZrSiO4) درسال 2006 حدود 3/1 میلیون تن بوده است که بیش از 50 درصد آن در صنایع کاشی و سرامیک استفاده شده، از زیرکن به‌دلیل نقطه‌ ذوب بالا در تهیه میله‌های سوخت اتمی و پاتیل‌ها در نیروگاه‌های اتمی استفاده می‌کنند. ضمنا مقادیری اورانیوم، توریوم و ‌هافنیوم در این کانی وجود دارد که در صورت اقتصادی بودن گاهی قابل استحصال هستند.آهن (به‌صورت کانی مگنتیت)، قلع (کاسیتریت) و تنگستن، کروم و فلزات گروه پلاتین و طلا از دیگر فلزات موجود در ماسه‌های معدنی هستند که عیار آنها در برخی مناطق در حد اقتصادی بوده و استخراج می‌گردند. گارنت و کانی‌های گروه آندالوزیت از کانی‌های غیر فلزی با ارزش در ماسه‌های معدنی هستند که به‌عنوان ساینده در صنعت از آنها استفاده می‌شود. در معدن Harts Range استرالیا مخلوطی از گارنت و هورنبلند (Garnet Blend) را استخراج می‌کنند. سیلیس که در حقیقت جزو کانی سبک موجود در ماسه‌ها است گاهی مقدار آن تا 99 درصد هم می‌رسد و به‌عنوان ماسه سیلیسی از دیرباز با اضافه کردن بنتونیت و رزین به آن در ساخت قالب (Foundry Casting) در صنعت ریخته‌گری استفاده می‌شود. ماسه‌های سیلیسی در تهیه شیشه‌های بیرنگ و رنگی و تصفیه آب نیز کاربرد فراوانی دارند. ماسه‌های سیلیسی را نیز ممکن است بسته به نوع محصول تولیدی پروسس کنند و قبلا با استفاده از کلاسیفایرهای مارپیچی کانی‌های سنگین (مانند آهن و کرومیت) را از آنها جدا کنند و حتی گاهی جهت شست‌وشوی قشرهای آهنی روی دانه‌های کوارتز، ماسه‌ها را لیچد اسیدی کنند. مونازیت از دیگر کانی‌های سنگین موجود در ماسه‌ها است که حاوی توریوم و برخی عناصر کمیاب است. الماس، زمرد، توپاز (Al2SiO4)، اپال و تور مالین نیز از جمله کانی‌های قیمتی موجود در ماسه‌های معدنی هستند که در صورت داشتن خصوصیات مورد نظر در تهیه جواهرآلات به‌کار می‌روند. استخراج و فرآوری:استخراج در معادن ماسه‌ای معمولا به‌صورت روباز و با روش Strip Mining انجام می‌یابد، استخراج در ماسه‌های آب‌دار (روش‌تر) با استفاده از ماشین‌های استخراج مخصوص به‌نام Dredge انجام می‌یابد. این ماشین‌ها انواع مختلف داشته و در لایروبی رودخانه‌ها و سدها نیز از آنها استفاده می‌شود. در این روش ابتدا فضایی استخر مانند ایجاد کرده و با حرکت رو به جلو ماشین عملیات برداشت و استخراج انجام می‌یابد و مواد معدنی به‌صورت اسلاری به بخش انتهایی ماشین پمپ شده و در محفظه‌های مخصوص جای می‌گیرند. با استفاده از جداکننده‌ها (اسپیرال‌های گراویتی) مرحله‌ اول جدایش کانی‌های سنگین از دیگر کانی‌ها انجام می‌یابد و کنسانتره کانی‌های سنگین جهت انجام مراحل بعدی جداسازی به آسیا فرستاده می‌شود. باطله‌های تولیدی از مرحله‌ اول جداسازی و تغلیظ، با حرکت روبه جلو ماشین Dredge به فضاهای استخراجی ایجاد شده منتقل گشته و این فضاها را پر می‌کنند و مورفولوژی ناحیه به حالت اولیه بر‌می‌گردد. روش دیگر استخراج ماسه‌های معدنی که در ماسه‌های خشک انجام می‌یابد عملیات استخراج با استفاده از بولدوزر، لودر و شاول‌های چرخدار انجام می‌گیرد. کنسانتره کانی سنگین که در مرحله‌ اول جداسازی به‌دست آمده است در مراحل بعد توسط جدا کننده‌های مغناطیسی شدت بالا و جداکننده‌های الکترواستاتیکی (Electrostatic Plate Separators) عملیات جداسازی انواع مختلف کانی‌های سنگین انجام می‌یابد. با توجه به محصول نهایی مورد نظر ممکن است در مراحل بعد بر روی انواع کانی‌های سنگین عملیات دیگری انجام یابد. مثلا برای تولید پیگمنت که مهمترین محصول تولیدی از مینرال‌های تیتانیوم‌دار است از روتیل، لوکوکسن و ایلمنیت استفاده می‌کنند و به‌دلیل پایین بودن عیار TiO2 در ایلمنیت محتوی آهن آن را جدا کرده و عیار را تا 90 درصد می‌رسانند (با استفاده از تکنولوژی Becher Process ) که به محصول حاصل Synthetic Rutile گویند. پیگمنت در صنعت با دو روش کلراید و سولفات تولید می‌‌شود. در روش سولفات TiO2 در اسید سولفوریک حل شده و مراحل هیدرولیز، فیلتراسیون و کلسینه شدن در این روش انجام می‌یابد. در روش کلراید TiO2 به TiCl4 تبدیل شده و بعد خالص‌سازی گشته و با اکسیژن آن را مخلوط کرده و نهایتا روتیل کریستاله و ریزدانه که همان پیگمنت سفید است، تولید می‌شود.اکتشاف ذخایـر مـاسه معدنی:با توجه به اینکه این ذخایر حاصل شسته شدن سنگ‌های مادر هستند لذا بررسی تشکیلات زمین‌شناسی که در مسیر رودخانه‌های قدیم و جدید قرار گرفته‌اند و احتمال دارا بودن کانی‌های سنگین در تشکیلات مذکور می‌تواند نوید بخش غنی بودن ماسه‌های حاصل از این تشکیلات باشد. وجود اورانیوم و توریوم در ترکیب کانی زیرکن و مونازیت می‌تواند آنومالی‌هایی را در اندازه‌گیری ژئوفیزیک هوایی به روش رادیومتری ایجاد ‌کنند و یا مطالعات مگنتومتری هوایی آنومالی‌های مغناطیسی حاصل از کانی‌های آهن‌دار نظیر مگنتیت و ایلمنیت را نشان خواهد داد. در مرحله بعد اکتشافات ژئوفیزیک زمینی برروی آنومالی‌ها به روش اسپکترومتر اشعه آلفا و یا مگنتومتری دنبال می‌‌شود.این‌گونه مطالعات ژئوفیزیکی گاهی باعث کشف ذخایر پلاسری در سیستم‌های رودخانه‌ای قدیمی و مدفون نیز می‌‌شود. در سواحل دریاها عرض محدوده اکتشافی می‌تواند از چند 10 متری داخل دریا تا 40 کیلومتری داخل خشکی و یا بیشتر پوشش داده شود هر چند تاکنون اکتشافات گسترده در مناطق ساحلی زیر آب در دنیا چندان انجام نیافته است. رنگ تیره ماسه‌ها نشاندهنده وجود کانی‌های سنگین در آنها می‌تواند باشد و رنگ روشن آنها وجود درصد زیاد سیلیس در ماسه را تقویت می‌کند. اجرای حفاری‌های کم عمق به روش RC(Reverse Circulation) ابتدا در شبکه‌های بزرگ و در مرحله بعد با فواصل نزدیکتر بر روی ماسه‌ها از اصلی ترین کارهای اکتشافی است که می‌تواند وجود لایه‌های غنی در زیر پوشش ماسه‌ای سطحی و کم عیار را نیز مشخص ‌کنند. نمونه‌برداری از چاه‌های حفاری به فواصل یک تا 2 متری انجام می‌یابد و در آزمایشگاه مقادیر کانی‌های سنگین و درصد رس اندازه‌گیری می‌شود. انجام نمونه‌برداری ژئوشیمیایی کانی سنگین از رسوبات ساحلی و آبراهه‌ای به‌صورت سیستماتیک می‌تواند موجب شناسایی آنومالی‌های مربوطه شود. در ایران جهت اکتشاف زیرکن در سال‌های گذشته مطالعاتی توسط سازمان انرژی اتمی انجام یافته، همچنین سازمان زمین‌شناسی نیز در قالب پروژه‌های اکتشافات ژئوشیمیایی مجموعه مطالعاتی را به‌عمل آورده است و آنومالی‌های قابل‌توجهی در سواحل دریای خزر و برخی نواحی دیگر به‌دست آمده است. وجود سواحل گسترده دریایی در ایران احتمال کشف ذخایر بزرگ ماسه معدنی را نوید می‌دهد. همچنین ذخایر پلاسری رودخانه‌ای در اطراف معادن بزرگ آهن، طلا، کرومیت از جمله نواحی مستعد جهت کشف ذخایر با ارزش این‌گونه فلزات هستند. پیشنهاد می‌شود پروژه‌ای تحت عنوان پروژه اکتشاف ماسه‌های معدنی در ایران تعریف شود. امید است با اجرای طرح مذکور تحرک تازه‌ای در اکتشاف این ذخایر با ارزش در ایران ایجاد شود و شاهد کشف این‌گونه معادن در ایران نیز باشیم.