مطالعات کانی شناسی و درجه آزادی کانیهای سنگین از دیدگاه کانه آرایی

دسته کانه آرایی
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین
نویسنده عبدالمطلب حاجتی،محمود عبدیان، کمال صابریان، سید ضیالدین شفائی، امیرحسین کوهساری
تاريخ برگزاری ۰۹ اسفند ۱۳۸۴

موجود در طبیعت داراى خواص مختلف و کاربردهاى متنوعى مى‌باشند. کانیهایى که داراى وزن مخصوص بالا، مقاومت شیمیایى و مکانیکى زیادى باشند، توسط آب یا باد در سواحل دریاها، رودخانه ها و یا در بیابانها تشکیل ذخایر پلاسرى میدهند. کانیهاى مهمى که بصورت پلاسر یافت مى‌شوند عبارتند از: زیرکن، ایلمنیت، روتیل، منیتیت، کاستریت، مونازیت، الماس، طلا، پلاتین، سینابر و گارنت. با توجه به وجود سواحل دریاى عمان، خلیج فارس، خزر و بیابانهاى وسیع در کویرهاى ایران و نیز کاربردهاى وسیع کانیهاى سنگین و وجود فلزات باارزش در این کانیها، لازم است تا مطالعات جامعى جهت فرآورى این کانیها در ایران بعمل آید. در این تحقیق جهت فرآورى زیرکن و کاربرد آن در صنایع هسته اى مطالعات جامعى از سواحل دریاى عمان بعمل آمده است. اکثر مناطق مورد مطالعه از بندر کنارک تا بندر گواتر مى باشد. در این مقاله به مطالعه وجود کانیهاى سنگین، نحوه پراکندگى فلزات در ابعاد مختلف و درجه آزادى آنها جهت فرآورى، در سواحل اسکله پسابندر مورد مطالعه و بررسى قرار گرفته است. بر اساس نتایج بدست آمده عیار ZrO۲ وTiO۲  به ترتیب ( ۲-۱/۰)% و ( ۵/۲-۴/۰)% و در برخى مناطق تا بیش از ۴% نیز بدست آمده است. در میان کانیهاى سنگین، کانیهاى حاوى فلزات Ti، Zr و ‍Cr بترتیب درشتترین ابعاد را داشته اند. بیشترین مقادیر ترکیبات CaO ( کربناتها و صدفها) در ابعاد بالاى (۴۰-۳۰) مش و  ZrO۲، TiO۲و CrO۲ ابعاد زیر۶۰ تا۸۰ مش را تشکیل داده اند. ضرائب همبستگى بالاى بین عیار زیرکونیم و کروم میتواند شاهد خوبى براى پى جوییهاى اکتشافى آینده قلمداد گردد. بر اساس مطالعات حاصل از این اندیس معدنى، عملیات کانه آرایى آن بسیار قابل توجه و توجیه پذیر بوده و پیشنهاد مى گردد تا جهت بررسیهاى اکتشافى و تخمین میزان ذخیره آن عملیات بیشترى انجام گردد.

 

لغات کلیدى: کانیهاى سنگین، کانى شناسى، درجه آزادى، کانه آرایى، ساحل، پسابندر

 

- مقدمه

توجه به منابع معدنی داخلی و تا حد امکان اتکاء به آنها جهت تأمین مواد مورد نیاز کشور، لزوم کشف پتانسیل‌های احتمالی و کانه‌آرایی آنها، بویژه عناصر استراتژیک که در صنایع خاصی کاربرد دارد را، با اهمیت ویژه ای مواجه می‌کند. فرآوانی و تنوع مواد معدنی در کشور ایران بقدری است که در صورت شناخت، امکان بهره برداری و استفاده از آنها میسر خواهد بود. در حالیکه استقلال گرایی و اتکاء به خود یکی از خصوصیات جوامع بشری پیشرفته می‌باشد، بی شک هر کار تحقیقی در زمینه شناخت مواد معدنی، خود حرکتی است بسوی خودکفایی عملی و علمی که یکی از اساسی ترین و مقدم ترین مبانی و مباحث زمین شناسی و معدن می باشد]1[.

با شناخت کافی در زمینه فرآوری و بهره برداری مواد معدنی امکان استفاده از ترکیبات مختلف و آلیاژهای متفاوت در صنعت فرآهم می‌گردد. ذخایر پلاسری بعنوان یکی از انواع ذخایر مواد معدنی بدلیل تجمع بسیاری از کانیهای باارزرش و فلزات و کاربردهای متنوع آن در صنعت بسیار قابل توجه می‌باشد. این کانیها که دارای وزن مخصوص بالا، مقاومت شیمیایی و مکانیکی زیادی می باشند، قادرند توسط آب یا باد در سواحل دریاها، رودخانه ها و یا در بیابانها تشکیل ذخایر پلاسری بدهند. کانیهای مهمی که بصورت پلاسر یافت می‌شوند عبارتند از: زیرکن، ایلمنیت، روتیل، منیتیت، کاستریت، مونازیت، الماس، طلا، پلاتین، سینابر و گارنت. این کانیها بعضاٌ بدلیل پایین بودن درصد فرآوانی آنها در سنگ مادر فاقد ارزش اقتصادی هستند. ولی پس از هوازدگی سنگ، در شرایط خاصی ( سنگ مادر مناسب، آب و هوای گرم و مرطوب و توپوگرافی مناسب) بوسیله آب، باد و گاهی یخچالهای طبیعی حمل و با توجه به شرایط محیط، وزن مخصوص، شکل و اندازه کانی در محیطهای دیگری تمرکز یافته و تشکیل ذخایر پلاسری می‌دهند]2و3[.

 کاربردهای متنوع کانیهای سنگین از جمله زیرکن در صنعت باعث شده تا امروزه آگاهی از وضعیت این کانی در جهان بویژه در ایران، منابع و تغییرات قیمت آن و اطلاع از مصرف کنندگان آن از اهمیت ویژه ای برخوردار گردد. از این‌رو کانی زیرکن بعنوان منبع اصلی عنصر زیرکونیم که در تهیه غلاف سوخت هسته‌ای نقش اساسی ایفا می‌کند، مورد توجه قرار دارد. در حال حاضر در بیشتر معادن دنیا، زیرکن به عنوان محصول فرعی بهمراه کانیهای تیتانیم استحصال می شود. کانسارهای اقتصادی زیرکن در جهان عمدتاً در ماسه های ساحلی یافت شده است]1[.

 

2- مشخصات منطقه ای

سواحل اسکله پسابندر در بین طول جغرافیایی

و  و عرض جغرافیایی و که در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته قرار دارد(شکل 2-1). سواحل این محدوده بیشتر با شیب ملایم به خشکی پیوند دارد و در پاره‌ای از نقاط به سبب بالاآمدگی بصورت ساحل سنگی و گاهی با دیواره‌های بلند که ارتفاعشان بالغ بر 120 متر است (خلیج گواتر) تظاهر می‌کند. مرفولوژی ساحل کاملاً تحت تأثیر و کنترل سواحل بالا آمده و بصورت سدی در مقابل عمل فرسایش امواج عمل می‌کنند. در نقاطی که فاقد این موانع می‌باشند معمولاً آب در خشکی پیشرفت کرده و باعث شکل‌گیری خلیج‌های بزرگ و کوچکی نظیر خلیج چابهار، پسابندر، گواتر و پزم شده است]4[. عمق آب در اطراف بندر چابهار در حدود 65/3 متر و در بندر کنارک در حدود 8/1 متر می‌باشد. این مقدار در سواحل اسکله پسابندر در حدود 2-1 متر می‌باشد.

 

2-1- زمین شناسی 

زمین شناسی این منطقه بیشتر تحت تاثیر کوههای مکران قرار گرفته است. « مکران » شامل کوه‌های خاوری باختری است که از سواحل دریای عمان تا فروافتادگی جازموریان دنباله دارد. اسنید (1970)، مکران را به سه واحد فیزیوگرافی «پـادگانه‌های دریایی» به موازات ساحــل، « نهشته‌هـای آبرفتی شمال پادگانه‌هــا» و « تپه‌ها و بلندی‌های مکران» تقسیم می‌کند. از شاخص ریختشناختی مکران می‌توان به آمیزه‌های رنگین، برونزدهای چهره‌ساز فلیش‌های وحشی(Wild Flysch) ، آمیزه‌های زمینساختی و سواحل بالا آمده پلکانی، خلیجهای نعلـی شکل و گلفشانها اشاره کرد. بخش دریایی مکران به علت شیب تند فلات قاره پهنـــای کمی دارد و در فاصله 25 کیلومتری از ساحل، ژرفای آب به 200 متر میرسد. گفتنی است که خمش سنگ کره اقیانوسی پیش از فرورانش و به ویژه عملکرد گسلهای راندگی از عوامل چهره‌ساز مکراناند] 3[. از نظر لیتولوژی تراسهای ساحلی که در امتداد خط فعلی ساحلی قرار دارند از ماسه سنگ و کنگلومرا و لایه‌های صدفی آهکی که تماماً متعلق به نقاط کم عمق آب دریای پلیوسن می‌باشند تشکیل شده‌اند. اغلب این لایه‌ها با ساختمانهای Cross bedding، Grade bedding بر روی شیلهای مارنی اواخر دوران سوم قرار دارند. خود این شیلها شامل شیل‌های مارنی سبز رنگ فسیل‌دار و محتوی رگچه‌های تبخیری نظیر گیج بوده که مناطق وسیعی را در سراسر منطقه می‌پوشاند]4[. شایان ذکر است، نقشههای زمینشناسی دریایی که توسط سازمان زمین‌شناسی در دست تهیه‌اند، ارتفاعات تغذیه کننده حوضه تا حریم آبی کشور، با اولویت مناطق کم عمق، را زیر پوشش دارند و می‌توانند در مطالعات کانی‌های سنگین بسیار مفید واقع شوند. ریخت‎‎شناسی محیطهای ساحلی با نگرشی ویژه بر زمینشناسی مهندسی، چگونگی توزیع رسوبات و کانیهای سنگین، آلودگیهای زیست محیطی، ضخامت رسوبات نرم، تعیین عمق سنگ بستر و ...  از جمله مطالعاتی است که در این نقشهها بازتاب داده میشوند]4[.

 

2-2-توان معدنی و کانی‌زایی زون مکران

در مکران،کانسارها و نشانههای معدنی چندی دیده میشود که مهمترین آنها عبارتند از]4[:

1- کانی سازی همراه با کوهزایی کیمری و آلپی آغازی در توده های گرانیتوئیدی حاشیه بلوک از نوع تنگستن، قلع، مولیبدن و مس- کوارتز و فلدسپار و سنگهای نما و تزئینی که عموما در پوسته قاره ای روی داده است.

2- تشکیل کرومیت، سولفور توده ای نوع قبرس، کانسنگ منگنز، آسبست، تالک و منیزیت در مجموعه های اقیانوسی کمربند مکران و آمیزه رنگین زون ایرانشهر- بزمان. کانسارهای کرومیت گوتیج، سرزه، گندتیهان، کوشوک، مختارآباد، رمشگ و میرآب. کانسارهای کرومیت جنوب ایران، با عیار نسبتا بالای Cr2O3، از 48 تا 53 درصد تغییر می‌کند.

3- فعالیت ماگمایی(جزایر قوسی) با تشکیل کانسارهایی از نوع مس (سولفور یا سولفید) میزبان فلزات گرانبهاست.

4- فعالیت ماگمایی نوع کمانی به صورت ولکانو - پلوتونی با ترکیب کالکوآلکالن که میزبان کانسارهای مس پورفیری و رگه‌های حاشیه ای سرب، روی، آنتیموان، طلا و نقره است.

5- توده های قلیایی و نیمه قلیایی ترسیر در ناحیه سیستان. مانند کوه لار، سیاسترگی، جنجا و عسگی که میزبان کانسارهایی از نوع پورفیری قلیایی دارای مس، سرب و روی و طلاست.

6- کانی سازی همراه با فعالیت ولکانیسم تفتان و بزمان به صورت آلتراسیون اسید - سولفاته و اپی‌ترمال دیده میشود.

7- کانی سازی نوع آبرفتی(پلاسری) از کانی های سنگین مثل تیتان و زیرکن که در سواحل مکران و رسوبات میو - پلیوسن یافت می شود.

 

3- روشهای آزمایشگاهی

برای مطالعه ماسه های سواحل اسکله پسابندر دریای عمان و بررسی قابلیت کانه آرایی آن بصورت مطالعات اکتشافی- کانه آرایی در فواصل تقریبی (700-500) متر از عمق (30-10) سانتی متر شنهای ساحل نمونه برداری گردید. سپس هر یک از آنها مورد آنالیزهای مختلفی قرار گرفته شد. در ذیل به هر یک از آنها جهت بررسی قابلیتهای کانه آرایی پرداخته شده است.

 

3-1- مطالعات تجزیه سرندی

نمونه های برداشت شده در هر مرحله برای مطالعات آزمایشگاهی بایستی همگن شده و به نمونه‌های کوچک‌تری تقسیم شود. این عمل توسط نمونه تقسیم‌کن( ریفل) انجام می‌شود.]1[ چنانچه مقدار نمونه زیاد باشد می‌توان در ابتدا بکمک روش مخروطی آنها را بمقدار مناسبی کاهش داد. پس از مخلوط و همگن سازی بکمک تقسیم کننده شانه‌ای (ریفل) و مطابق شکل‌ 2، نمونه‌های معرف تهیه گردید. پس از تقسیم نمونه‌ها و دستیابی به نمونه معرف، مورد تجزیه سرندی قرار گرفت. هدف اصلی از تجزیه ابعادی، بدست آوردن اطلاعاتی کمی در مورد ابعاد و توزیع آن در نمونه مورد آزمایش می باشد. رایج‌ترین روش اندازه‌گیری ابعاد دانه‌ها، استفاده از سرندهای آزمایشگاهی است که محدود به دانه‌های بزرگ‌تر از 40 میکرون می‌شود. تجزیه سرندی به دو طریقه خشک و تر قابل اجراست و هر دو روش را می‌توان توسط Shaker  و استفاده از سری سرندهای آزمایشگاهی و یا روش دستی انجام داد. در این مطالعه، جهت بالا بردن دقت و کم کردن میزان خطا، آزمایش‌های تجزیه سرندی به روش تر و دستی انجام شده است. برای تجزیه سرندی از سرندهای تیلور سری 30 ، 40 ، 60 ، 80 ، 120 ، 140 و 200 مش استفاده شده است. در شکل 2، نمودار توزیع ابعادی مواد عبور کرده از سرند و در جدول1، ضریب توزیع فلزات مختلف موجود در کانیهای سنگین  در ابعاد 250 میکرون (60 مش) منطقه مورد نظر نشان داده شده است. با توجه به شکل 3، تقریباٌ 70% مواد در محدوده ابعادی (450-150) میکرون قرار دارند و d80 نمونه نیز در حدود 390 میکرون می‌باشد. با توجه به اطلاعات جدول 1 مشخص می‌گردد که درصد بالایی از فلزات موجود در کانیهای سنگین در ابعاد زیر 60 مش (250 میکرون) قرار دارند. در ابعاد زیر60 مش درصد بالایی از کانیهای حاوی CaO ( کلسیت، دولومیت و صدفها) به عنوان کانیهای باطله از مجموعه کانیهای سنگین حذف می‌شوند. در این شرایط عیار کانیهای سنگین بطور قابل توجهی افزایش می یابد.

 

3-2- مطالعات کانی شناسی

در راستای شناسایی کانیهای سنگین موجود در ساحل اسکله پسابندر لازم است تا مطالعات جامع کانی شناسی انجام گردد. جهت بررسی‌های مینرالوگرافی و مطالعه کانه‌ها، با تهیه مقاطع صیقلی و نازک بکمک میکروسکوپ انعکاسی و عبوری کانی‌های فلزی اپاک و کانی‌های شفاف و نیمه‌شفاف مورد مطالعه قرار گرفتند. بدیهی است مینرالوگرافی و بررسی‌های میکروسکوپی نمی‌توانند مطالعه‌ای جامع و وسیع قلمداد شوند و در مطالعات جامع لازم است ترکیبی از تحقیقات میکروسکوپی با سایر آنالیزهای XRF، XRD ، میکروسکوپ الکترونی و غیره مورد استفاده قرار گیرند. این مطالعات جهت دو هدف مهم انجام ‌گرفته است که عبارتست از: 1) تحلیل عملی در خصوص نحوه تشکیل و کانی‌سازی در منطقه مورد مطالعه و 2) پاسخ‌گویی به خواسته‌ها و نیازهای کانه‌آرایی و تحلیل اقتصادی. در هدف اول، نکاتی که مورد مطالعه و بررسی قرار می‌گیرند عبارتند از: شناسایی کانی‌ها و تعیین درصد آنها، مطالعه بافت جهت تعیین پاراژنز و تشخیص رابطه زمانی بین کانی‌ها. در مطالعه با هدف کانه‌آرایی مطالبی که لازم است بررسی شود عبارتند از: تشخیص کانی‌های اقتصادی، مطالعه بافت با توجه به اندازه کانی‌ها، شکل، ارتباط و موقعیت آنها و درجه آزادی کانیهای مورد نظر. در شکل 3 و دو نمونه از این تصاویر آورده شده است]1و5و6[.  مطابق شکل 4، تجمع روتیل در ابعاد متفاوت و نیز وجود زیرکن، خرده سنگ و گانگ نیز تائید شده است. بر اساس شکل 5، ظاهر شدن منیتیت، ایلمینیت و زیرکن در بعد ریزتر از 60 مش (250 میکرون) و نیز حضور گانگ کوارتزی مورد تایید می‌باشد.

 

3-3- مطالعات درجه آزادی

جهت تعیین میزان درجه آزادی کانیهای سنگین موجود در ساحل که بطور طبیعی آزاد شده اند لازم است در کنار مطالعات کانی شناسی، شاخص درجه آزادی نیز تعیین گردد. در نمودار شکل 6 نمودار درجه آزادی آن آورده شده است. در نمودار درجه آزادی شکل 6، پرواضح است که بیش از 80% کانیهای سنگین بطور طبیعی آزاد شده اند. این نتیجه، از نظر کانه آرایی که درصد بالایی از هزینه های مربوط به خردایش حذف می‌گردد و تجمع فلزات مورد نظر از نظر آزادی با همدیگر اختلاف دارند بسیار حائز اهمیت می‌باشد. در ابعاد زیر60 مش، کانیهای حاوی Zr، Ti، Fe و SiO2 بترتیب 87%، 94%، 97% و 87% آزاد شده اند. کانیهای حاوی Cr دارای ابعاد بسیار کوچکتری نسبت به دیگر کانیهای هستند و اکثر آنها در ابعاد کوچکتر از80 مش قابل مشاهده هستند. لازم بذکر است که در ابعاد زیر 80 مش بیش از 90% کانیهای باطله حاوی CaO بدلیل درشتی ذرات حذف شده­اند.

 

4- بحث و نتیجه گیری

بر اساس مطالعات انجام شده، ذخایر پلاسری اقتصادی ترین منابع حاوی فلزات باارزش می­باشند. این ذخایر بدلیل تمرکز و خردایش طبیعی کانیها که کمک شایایی در صرفه جویی هزینه های جدایش و خردایش بدنبال دارد، از لحاظ کانه­آرایی بسیار مورد توجه می‌باشد. در ماسه های ساحلی سواحل دریای عمان از جمله در ساحل اسکله پسابندر کانیهای سنگینی نظیر زیرکن، ایلمنیت، روتیل، منیتیت و کرومیت شناسایی شده اند که همگی آنها بیش از 75% به درجه آزادی مناسب رسیده اند. از نظر توزیع فلزات سنگین، اختلاف قابل توجهی در میزان تمرکز آنها در ابعاد شناسایی شده است که در امر جدایش و قابلیت کانه آرایی، آنرا توجیه پذیر مینماید. در نهایت پیشنهاد می‌شود که فعالیتهای اکتشافی گسترده تری در ماسه های ساحلی دریای عمان و در خشکی های اطراف آن انجام گردد.

 

منابع و مراجع

]1[ ع. حاجتی و همکاران.، بررسی مقدماتی فرآوری زیرکن سواحل دریای عمان.، مرکز کانه آرایی سازمان انرژی اتمی ایران.، 1384

]2[ ع. یعقوب پور.، اصول زمین شناسی ذخایر معدنی.، انتشارات دانشگاه تربیت معلم.، 1383

]3[ م.ح. کریم پور.، زمین شناسی اقتصادی کاربردی.، انتشارات نشر مشهد.، 1381

]4[ شرکت تکاپو.، گزارش نهایی بررسی منابع زیرکونیم در ایران.، سازمان انرژی اتمی-مرکز تکنولوژی هسته ایران.، 1376

]5[ م. عبدیان.، پرعیارسازی زیرکن از سواحل دریای عمان.، پایان نامه کارشناسی ارشد فرآوری مواد معدنی.، دانشکده فنی دانشگاه یزد.، 1384

کلید واژه ها: کانیشناسی کانیهایسنگین کانه‌آرایی کانه آرایی سایر موارد