برای آشنائی با معدنکاری و يادآوری برخی از مفاهیم و قوائد پایه صنعتی این تعاریف که از منابع قابل اعتماد تهیه شده است خدمت شما علاقه مندان ارائه می شود. این مطالب تنها جنبه اطلاعات عمومی دارد، هرچند که تعدادی از آن ها برای شما آشنا و شاید ساده بنظر رسند. در ابتدا به تعریف فلزات و کانی می پردازیم:بلوک های سازنده زمین عناصر نامیده می شود که موادی هستند که قابل خردشدن توسط فعالیت های فیزیکی و شیمیائی به چیزهای ساده تر هستند. عنصرهائی که به عنوان مثال قابلیت چکشخواری دارند را فلزات می نامند.از ۹۸٪ عناصر ، ۹۸٪ آن ها سازنده ترکیب پوسته زمین می باشند، اکسیژن (۴۶.۵٪) سیلیکا (۲۷.۵٪) آلومینیوم (۸٪) آهن (۵٪) کلسیوم (۳.۵٪) سدیم (۳٪) پتاسیم (۲.۵٪) و منیزیم (۲٪) . در مقابل طلا کمتر از ۰.۰۰۰۰۰۰۴٪ پوسته را تشکیل می دهد.عناصر در ترکیبات شیمیایی با نسبتی معین به یکدیگر پیوند می خورند و مواد کریستالی موسوم به کانی ها را ایجاد می کنند که چندین هزار نوع از آن ها وجود دارد.سنگ:سنگ یک توده جامد از دانه های کانی است و چهار گروه اصلی کانی های سازنده سنگ وجود دارد:سیلیکات ها: دارای سیلیکن و اکسیژناکسیدها: عناصر پیوند خورده با اکسیژنسولفیدها: عناصر پیوند خورده با سولفورکربنات ها: عناصر پیوند خورده با کربن/اکسیژنتمامی کانی های رایج و معمول از نوع اکسید هستند:SiO2 (9/51٪ پوسته زمین)،Al2O3 (2/15٪)،CaO ( 1/5٪) و FeO (7/3٪) .جائی که کانی ها به اندازه کافی تمرکز یافته اند را ذخیره کانی دار (Mineral Deposite)می گویند و هنگامی که بتوان عناصر داخل کانی را بطور اقتصادی بازیابی کرد به آن ها ذخائر معدنی (Ore Deposite) می گویند.این تمرکزها اغلب بصورت نسبت (سهم) فلز محتوا در کل ذخیره اندازه گیری می شوند (که ممکن است شامل چند کانی مختلف شود اما در اندازه گیری ها سنگ باطله ی مجاور شامل نمی شود). برای فلزات کم ارزش تر (مس، سرب و غیره) معمولاْ واحد آن بصورت قسمت در صد (مثلاْ ۳٪ مس، Cu) بیان می شود درصورتی که برای فلزات گران قیمت بصورت قسمت در میلیون اندازه گیری می شوند (مثلاْ 6 gram/tonne طلا، Au). توجه داشته باشید که در یک کیلوگرم ۱۰۰۰ گرم و در یک تن ۱۰۰۰ کیلوگرم وجود دارد بنابراین gram/tonne = 1 ppm.یافتن الماس همانند ضرب المثل به دنبال سوزن در انبار کاه گشتن است. عیارهای الماس نوعاْ ۵ قیراط (carat) در هر ۱۰۰ تن است (واحد معمول برای اندازه گیری که یعنی در ۱ گرم از هر ۱۰۰ تن (۱ قسمت در هر ۱۰۰ تن)). به دلیل وجود گستره ی عظیمی از عیارهای الماس ( براساس اندازه، رنگ و شفافیت) اغلب عیارها بر حسب ارزش گفته می شوند. نوعاْ ارزش یک الماس استخراج شده برابر US$200/carat می باشد یعنی عیار ماده معدنی در مثال بالا تنها US$10/tonne می باشد. توجه داشته باشید که اگر اندازه سنگ متوسط ۱ قیراط باشد در نتیجه در هر کامیون ۱۰ تنی تنها ۱ سنگ وجود دارد. !گذشته از این اغلب گفته می شود که تنها یک قیف از ۱۰۰ قیف کیمبرلیتی حاوی الماس است و تنها یک قیف از ۱۰۰ قیف الماس دار برای تبدیل به معدن اقتصادی است.اغلب فلزات را در دسته هائی به نحوی که کاربردها یا خواص رایج آن ها را منعکس کند قرار داده می دهند.فلزات گرانبها:در مقابل هوازدگی مقاوم هستند ( یعنی زنگ نمی زنند)، و معمولاْ به حالت طبیعی خود ( یعنی خالص) استخراج می شوند. از این قبیل فلزات طلاُ نقره و فلزات گروه پلاتینیوم(PMEs) است.فلزات پایه:به این خاطر به آن ها فلزات پایه گفته می شود که می توانند با یک اسید ترکیب شوند و تشکیل نمک دهند.۱. مس: کالکوپیریت (CuFeS2) و کالکوسیت (Cu2S)۲. سرب: گالن (PbS)، آنگلسیت (PbSO4) و سروزیت (PbCO3)۳.روی: سفالریت (ZnS)، سمیت زونیت (ZnCO3)۴.نیکل: پنتلاندیت (2FeS.NiS) و لاتریت هافلزات آهنی:علاوه بر خود آهن این دسته شامل فلزاتی می شود که دارای تشابه شیمیائی زیادی با آهن هستند. مثلاْ:۱. کروم: کرومیت (FeCr2O4)۲. کبالت: کبالتیت (CoAsS) و اسمالتیت (CoAs2)۳. مولیبدن: مولیبدنیت (MoS2)۴. منگنز: براونیت (Mn2O3)، هاسمانیت (Mn3O4) و پیرولوزیتفلزات غیر آهنی:این دسته فلزاتی هستند که شباهتی با آهن ندارند (و همچنین شامل فلزات پایه (Base Metals) می شود) مثلاْ:۱. آلومینیوم: بوکسیت (Al2O3.2H2O)۲. منیزیوم: منیزیت (MgCO3)۳. قلع: کاسیتریت (SnO2)فلزات ویژه:این دسته فلزاتی هستند که خواص غیر معمول آن ها باعث ارزشمند بودن آن ها در برخی مصارف شده است. مثلاْ:۱. کادمیوم: گرینوکیت: (CdS) که بصورت پوششی بر روی مواد معدنی روی یافت می گردد و معمولاْ بعنوان محصول فرعی از سولفید فلزات پایه استخراج می گردد.۲. جیوه: بصورت خالص و سینابر (HgS)۳. تیتانیوم: ایلمنیت (FeO.TiO2) و روتیل (TiO2)۴. زیرکونیوم: بصورت شن زیرکون و بیدیلیت{mospagebreak}سایر کانی های معدنی:این دسته، کانی های با ارزش دیگری هستند که نمی توان به عنوان فلز تعریف گردند (مانند زغال) و یا وقتی که کانی در همان حالت کانی بودن خود و بدون جداکردن فلز استفاده می شود. (مانند نمک که کلرید سدیوم است):۱. کانی های صنعتی: نمک، سنگ آهک، مرمر و غیره۲. کانه های انرژی زا: زغال، نفت، گاز و اورانیوم۳. سنگ های قیمتی: الماس و غیرهنظر موافق در میان دانشمندان این است که منظومه شمسی در ۵۰۰۰ میلیون سال پیش تشکیل شده است و کره زمین از یک توده گاز و گردوغبار فوق گرم (پس از انفجار بزرگ Big Bang) تشکیل شده است. باور بر است که زمین دارای یک بخش داخلی در عمق به نام هسته می باشد که با یک ناحیه از سنگ سنگین (جبه) و یک سطح نازک بیرونی (پوسته) احاطه شده است. بر اثر کاهش دما با فاصله گیری از هسته، جریان های همرفتی ایجاد می گردد و هنگامی که این جریانات به پوسته می رسند بسته به نحوه ایجاد شدن آن ها وسیله ای در یک سری صفحات پوسته ای متصل به هم می شوند.تکتونیک صفحه ای نسبتاْ یک تئوری جدید می باشد و نحوه نگرش زمین شناسان را نسبت به زمین متحول کرده است. اندازه و موقعیت صفحات در طول زمان تغییر می کند. لبه های صفحات که در آن جا بر روی یکدیگر حرکت می کنند (معروف به کمربندهای متحرک)، محل فعالیت های شدید زمینی مانند زمین لرزه ها، آتشفشان ها و کوه زائی (کانی زائی) است. زمان های کوه زائی به اصطلاح اوروژنی گفته می شوند که اخیرترین آن ها ۲۰۰ میلیون سال پیش آغاز گردیده است ( در حدود زمانی که اولین پستاندار بوجود آمد).در جائی که صفحات با یکدیگر برخورد می کنند یک صفحه ممکن است به زیر دیگری فرو رود (فرورانش یا سابداکشن : subduction) و یا بر روی دیگری بلغزد (obduction) . چنین حرکاتی اغلی همراه با تزریق سنگ مذاب (ماگما) از سمت جبه به داخل پوسته می باشد. ماگما با سرد شدن سنگ های آتشفشانی را به وجود می آورد.در کل دو دسته وسیع از سنگ های آتشفشانی وجود دارد: [*=center]سنگ های روشن (فلسیک) که غنی از سیلیکا و الومینیوم هستند مانند گرانیت. [*=center]سنگ های تیره و سنگین غنی از آهن و منیزیوم مثلاْ گابرو در جائی که ماگما به سطح می رسد به سرعت در قالب مذاب (lava) پراکنده و سرد شده و سنگ های آتشفشانی دانه ریز را بوجود می آورد مانند بازالت.فعالیت آتشفشانی مربوط به کمربندهای متحرک اغلب همراه با تشکیل سیالات هیدروترمال غنی از کانی می باشد (به عنوان مثال ذخائر مس در کوه های آند). یک نمونه کنونی از چنین فعالیت های هیدروترمالی در اقیانوس آرام جنوبی است که دودکش های سیاه در کف دریا در حال انباشتن سولفیدهای فلزی در محل تلاقی دو صفحه تکتونیکی می باشد.در طی دوران های زمین شناسی ، برخی صفحات به یکدیگر پیوند می خورند و صفحات جدید را بوجود می آورند و در خارج از لبه های صفحات موجود، سنگ های قدیمی تر پی قدیمی یا کراتون ها(سپر نیز گفته می شود) را تشکیل می دهند. کمربند های سخت شده بصورت کمربندهای سنگ سبز (Greenstone belts) در داخل کراتون ها باقی می مانند که منبع عمده ذخائر طلا هستند (مثلاْ در استرالیای غربی، سپر کانادا و غرب آفریقا).پوسته و صفحات آن در معرض فرسایش قرار دارند و مواد حاصله آن ها به شکل رسوب مجدداْ در رودخانه ها، دریاچه ها و دریا ها انباشته می شده و در نهایت به شکل لایه ها و طبقاتی (سنگ های رسوبی) سفت می شوند.این سنگ های رسوبی در دو دسته قرار می گیرند: [*=center]کلاستیک (جداشونده) :خرده ها توسط یخ، آب یا باد به یکدیگر می چسبند (مثلاْ ماسه سنگ) [*=center]شیمیائی: ته نشست مواد حل شده (به عنوان مثال تشکیل سنگ آهک)، که تبخیری ها (مثلاْ سنگ نمک از آب دریا) یک نوع خاص از آن هستند. در بسیاری ار مناطق دنیا سنگ های رسوبی کلاْ سنگ مادر (پی) و کراتون ها را می پوشانند. کانی های موجود در رسوب ها ممکن است در مقادیر اقتصادی انباشته شده باشند.در میلیون ها سال، سنگ های رسوبی در معرض حرارت و فشار حاصل از نفوذ آذرین، فعالیت های کوه زائی و یا وزن سنگ های فوقانی قرار گرفته اند و سنگ های دگرگونی (متامورف) را ایجاد کرده اند. در نتیجه یک سنگ آهک به مرمر، شیل به سلیت، ماسه سنگ به کوارتزیت و ... تبدیل می شوند. ذخائر طلای Witwatersrand در آفریقای جنوبی و ذخائر سنگ آهن در منطقه Pilbara در استرالیای غربی نمونه های از ذخائر رسوبی هستند که دگرگون شده اند.بر اساس مقدار حرارت و فشار ، رسوبات اولیه می تواند در نهایت به شیست های متورق دگرگونی شده و سنگ های آتشفشانی/آذرین می تواند به گنایس تبدیل شوند. فرایند متامورفیزم اغلب فلزات محتوا را دوباره متحرک و مجدداً متمرکز می کند و منجر به تشکیل ذخائر جدید می گردد. کراتون های جهان تماماْ شامل سنگ های متامورفیک می شود.ذخائر رسوبی می توانند به شکل لنزی (عدسی شکل) یا پوسته ای (قلاف مانند) و اغلب در طول صفحات لایه بندی و یا در شکستگی ها، گسل ها و درزه ها تشکیل گردد. در شرایط ویژه مثلاً آب و هوای گرم و دریاهای کم عمق، رسوبات در حوزه های وسیع انباشته می شوند و در نتیجه تبخیر کانی ها در غالب نمک هائی به مرور تمرکز می یابند . بسیاری از ذخائر بزرگ پتاس، نیترات، فسفات و سنگ نمک به این ترتیب تشکیل شده اند.ذخائر درون سنگ های آذرین نیز می توانند در غالب لنزها و در شکستگی ها، گسل ها و درزه ها بوجود آیند. همچنین این ذخائر می توانند بصورت افشانه های ریز در سرتاسرسنگ و یا درون رگه های کوارتز بصورت استوک ورک (خاص مس پرفیری) پراکنده شده باشد. چنین ذخائری میل به اندازه بزرگ و عیار کم دارند. این نوع اغلب دارای یک زون سطحی (سوپرژن) می باشد که در نتیجه هوازدگی غنی از فلزات شده است. در زیر این زون، ماده معدنی که تحت تأثیر هوازدگی قرار ندارد زون اصلی (هیپوژن) نامیده می شود.ذخائر ماسیو (توده ای) دارای عیار بیشتر هستند و تقریباً به طور کلی شامل کانی های سولفیدی می شود. این نوع عموماً با نواحی متامورفیک در ارتباط هستند. در جائی که با فعالیت آتشفشانی مرتبط باشد به آن ها ذخائر ماسیو سولفید آتشفشانی (VMS) گفته می شود.تعدادی از مهمترین ذخائر نیکل، کرومیت، مس و پلاتینیوم در سنگ های مافیک در لایه های آذرین نفوذی بوجود آمده اند. فلزات در افق های جداگانه ای که نشان دهنده فشار و دمائی است که در آن در طی سرد شدن ماگما تشکیل شده اند، وجود دارند. ذخائر پلاتینیوم و پالادیوم بوشول (Bushveld complex) در آفریقای جنوبی از این نوعند.یک نوم خاص از سنگ مافیک یعنی کیمبرلیت منبع اصلی الماس جهان است. الماس در جبه (از کربن) تحت فشار و دمای شدید تشکیل می گردد و در غالب قیف های کیمبرلیتی به سطح آورده می شوند. این اتفاق در سرتاسر دنیا رخ می دهد ولی تعداد اندکی از آن ها حاوی الماس است و حتی تعداد کمتری از این میان دارای تمرکز اقتصادی الماس می باشند.ذخائر آلوویال در جاهائی که مواد حاصل از هوازدگی و فرسایش توسط رودخانه ها و سیلاب ها انتقال داده می شوند و مجدداً انباشته می شوند، بوجود می آید. کانی برای آن که در این روند از بین نرود نیاز به پایداری شیمیائی و مقاومت فیزیکی دارد که این موضوع این ذخائر را به فلزات گرانبها، الماس و دیگر سنگ های قیمتی محدود می سازد. ذخائر آلوویال نسبتاً دارای سن کم (مربوط به دوران اخیر) و غیر متراکم (محکم) شده هستند.ذخائر لاتریتی محصولی از آب و هوای استوائی هستند و شامل ترکیبی از کانی های اکسید و هیدروکسید و رس ها می شود. بوکسیت ، ماده معدنی اصلی آلومینیوم، یسک لاتریت می باشد و ذخائر عظیمی از آن در برزیل و گینه وجود دارد. همچنین ذخائر مهمی از نیکل لاتریتی (مثلاً در کوبا) وجود دارد.وقتی که ذخائر معدنی همزمان با سنگ میزبان تشکیل شده باشند به آن ها syngenetic و وقتی که بعداً به سنگ میزبان معرفی شده باشند به آن ها epigenetic گفته می شود.{mospagebreak}انوع کلی ذخائر معدنی:قیف های الماس دار: در حداقل 150 کیلومتری سطح تشکیل شده است (عمقی که دما و فشار برای تشکیل الماس از عنصر کربن، بجای گرافیت و زغال، به اندازه کافی شدید است). این انباشتگی های کانی کیمبرلیتی تنها هنگامی که توسط فعالیت آتشفشانی به سطح آورده شود اقتصادی هستند.اپیترمال: توسط فعالیت آتشفشانی هیدروترمال تشکیل شده است که ماگما (و کانی های درون آن) را از مسیر منافذ (دودکش ها) بیرون می راند (که سیستم های گسترده دودکشی را بوجود می آورد)، منبعی مهم برای طلا و نقره.لاتریت ها: یک مخلوط عمیقاً هوازده شده از کانی های اکسید و هیدروکسید و رس ها (معمولاً در نواحی استوائی یافت می شود). این ها کان سنگ های اصلی آلومینیوم را تشکیل می دهد و نیز یک منبع نیکل که اهمیت آن در حال ازدیاد است (هرچند که بازیابی مورد دوم همچنان یک فرایند مشکل زاست).رگه (lode): این ذخائر که در کمربندهای سنگ سبز (قبلاً توصیح دادیم) یافت می شوند، منبعی مهم برای فلزات گرانبها هستند و در اطراف زون های گسلی محلی تجمع می یابند. هرچند که معمولاً باریک و ناپایدار هستند (و درنتیجه تشخیص آن ها دشوار است) ولی می توانند تا اعماق زیاد ادامه داشته باشند.ماگمائی: به هنگامی که سنگ مذاب سرد می شود، کانی ها کریستالی شده و به کف می روند. قالب آن ها معمولاً تخته ای یا لنزی شکل است و بسیاری از ذخائر عظیم فلزات پایه مخصوصاً مس و نیکل در جهان را تشکیل می دهند (و نیز برخی از ذخائر اکسید آهن، تیتانیوم و کروم).توده ای: به اندازه ارتباطی ندارد بلکه یک کانی زائی که همگن باشد و مطابق با ساختار سنگ میزبان باشد. (معمولاً بیانگر این که در زمان مشابه تشکیل شده است). شناسائی و استخراج این ذخائر نسبتاً آسان است.پلاسر: کانی هائی که از منبع اولیه فرسایش و انتقال یافته اند (معمولاً توسط عمل آب) و سپس در بستر رسوبی نهشته شده اند. کانی می بایست از لحاظ شیمیائی پایدار و از لحاظ فیزیکی مقاوم باشد تا بتواند این فرایند را تحمل کند (این امر موجب منحصر شدن چنین ذخائری به فلزات گرانبها و سنگ های قیمتی می گردد).پرفیری: معرف ذخائر (خصوصاً مس) تشکیل شده توسط فعالیت آتشفشانی که در آن هم توده نفوذی و سنگ میزبان شکسته شده باشند و کانی زائی رگه ها را تشکیل می دهد. این ذخائر معمولاً بزرگ اما کم عیار هستند هرچند که شتسته شدن های بعدی و تهنشت شدن می تواند نواحی پرعیار تر قابل توجهی را بوجود آورد.همانگونه که در مطالب قبلی آوردیم اگر قرار است که بازیابی اقتصادی صورت گیرد می بایست کانی ها در محل های تمرکز به اندازه کافی انباشته شوند. پیش از اینکه ذخیره در هرگونه شانس واقعی برای تعیین شدن قرار گیرد، چنین شرایطی را که ممکن است به این فرایند منجر شود باید شناخت. زمین شناسان پیش از آنکه تصمیم بگیرند در کجا حفاری انجام دهند، چندین نقشه ساختمانی کلی (انواع سنگ و الگوهای گسل خوردگی) را بررسی می کنند.بیشتر معادن جهان در سنگ های شیل دوران کوه زائی پرکامبرین ( شامل دوره آرکئن از 4.6 تا 2.6میلیار سال پیش و پتروزوئیک از 2.6 میلیار تا 570 میلیون سال پیش) متمرکز شده اند. این بدلیل آن است که فعالیت کوه زائی، که به تجمع بسیاری از کانی ها کمک کرده است، در این دوران از عمر زمین شدید بوده است.مراحل اکتشاف برای این کانسنگ های متنوع می تواند شامل: [*=center]پیمایش ژئوفیزیکی: سنجش هوابردی آنومالی های مغناطیس یا چگالی که نشانگرهای خوبی از نواحی احتمالی ذخائر مینرالی است. [*=center]تهیه نقشه: ادغام کردن سیمای زمین در یک نقشه واحد برای فهم بهتر موقعیت احتمالی ذخیره [*=center]نمونه گیری: جمع آوری رسوبات جریان های آب، تخته سنگ های سطحی یا خاک ( این مورد آخر معمولاً از ترانشه های کنده شده در نواحی محتمل [*=center]حفاری: بازیابی، به منظور آنالیز، چه خرده سنگ ها (در عمق های گوناگون) و چه مغزه ها (جمع آوری مورد آخر توسط سرمته های حفاری دایره ای پوش داده شده با الماس و لوله های مغزه (core barrels) انجام می گیرد). [*=center]مدلسازی: ارزیابی عیارها و ساختارهای ناشناخته (اغلب با استفاده از مدلسازی کامپیوتری) برای تشخیص موقعیت ذخیره احتمالی [*=center]حفاری پرکننده (Infill Drilling): حفاری چال های اضافی برای افزایش سطح اعتماد در مدل کانسار [*=center]مطالعات امکان سنجی: سناریوهای گوناگون آزمایش ده (بر روی قیمت های فلزات مختلف) جهت تعیین اینکه آیا ذخیره را می توان بطور سودده استخراج نمود. آخرین این مطالعات، مطالعه امکان سنجی بانکی (bankable feasibility study) گفته می شود که برای بیمه کردن سرمایه گذاری استفاده می گردد. دسته بندی های متنوعی بر اساس میزان قطعیت شناسائی ذخیره (که معمولاً تابعی از تعداد گمانه حفر شده است) برای ذخائر معدنی وجود دارد:حدس زده شده (Inferred): حدس های شهودی مبنی بر اینکه کانی هایارزشمند جهت بررسی وجود دارد.نشان داده شده (Indicated): حفاری اولیه نشان داده است که کانی زائی وجوددارد اما وضعیت آن نامعلوم است.اندازه گیری شده (Measured): تناژ محاسبه شده است ولی حفاری برای اطمیناناز پیوستگی کانسنگ کافی نیست.احتمالی (Probable): آزمایشات بیشتر سطح اعتماد را تا حدی بالا برده است که معمولاً می توان سرمایه گذاری اولیه را آغاز نمود.قطعی (Proved): کانسار به خوبی شناخته شده است و تناژها و عیارها در حدی فراتر از تردید منطقی محقق گردیده اند.{mospagebreak}استخراج:4 نوع اصلی استخراج وجود دارد: لاروبی، استخراج سطحی، استخراج زیرزمینی و استخراج برجالاروبی (Dredging):این یک تکنیک استخراج با حجم بالا برای محصولات کم عیار نزدیک به یک منبع فراوان آب است. از کج بیل (Scoop) یا جام هائی برای استخراج مواد از آب کم عمق (اغلب تالاب های ساخت بشر) استفاده می شود. نوع پیشرفته آن استخراج زیردریائی است که مواد از کف دریا مکیده می شود (هرچند که تنها کاربرد موفق آن تا به امروز برای دانه های الماس در آب های کم عمق بوده است).در این روش فرایند استخراج اغلب با فراوری (عموماً خشک کردن و تبدیل به کنستانتره) ترکیب شده است و بر روی یک قایق شناور که در وسط تالاب لنگر انداخته صورت می گیرد.استخراج سطحی:به استخراج سنگ های نرم (مثلاً زغال و سنگ آهک) Open-cast و در استخراج سنگ های سخت (مثلاً مس و الماس) Open-pit گفته می شود. اصولاً عملیات استخراج مابین عملیات بر روی سنگ های نرم و سخت در تغییر است. شکل کلی عملیات در سنگ های نرم معمولاً مستطیلی (و در امتداد لایه پیشروی می کند و باطله در پشت سر همزمان با پیشروی پر می شود) و در سنگ های سخت بیضی شکل است.معادن سطحی به طور طبیعی تنها تا عمق حدود 200 متر گسترش می یابند که از آن پائین تر استخراج فلز به روش زیرزمینی ارزان تر است. محل نهائی معدن به اقتصاد این دو روش بستگی دارد، که هزینه های سطحی توسط نسبت ماده معدنی:باطله(stripping ratio) تعیین می گردد که خود نیز به شکل ماده معدنی، مقدار سرباره ای که می بایست برداشته شود و شیب ایمن دیواره ها (یعنی ارتفاع به عرض پله) وابسته است (مورد آخر به نوع سنگ و تعداد شکستگی ها و غیره بستگی دارد).روش حاکم بر استخراج در سنگ سخت چالزنی/آتشباری و سپس برداشتن ماده معدنی خرد شده یا توسط کامیون و یا بر روی نوار نقاله جهت انتقال به کارخانه فراوری می باشد. این برداشتن ماده معدنی معمولاً توسط ماشین های بارگیری (اکسکاواتور) (الکتریکی یا هیدرولیکی، در غالب شاول یا کج بیل) و یا لودر front-end صورت می گیرد. سنگ های نرم تر را می توان بطور مستقیم توسط اکسکاواتورهای بسار قوی (از جمله بارکننده های بیل چرخشی(bucket-wheel machines)) بازیابی نمود.استخراج زیرزمینی:دسترسی از طریق چاه یا مسیرهای ترابری مایل (adit) صورت می گیرد.برای امنیت و سهولت در تهویه معمولاً دو نوع مسیر در یک معدن زیرزمینی وجود دارد: یکی برای کارگران و مصالح و دیگری برای ماده معدنی، که از یکی هوا وارد و از دیگری خارج می شود.هنگامی که به عمق صحیح درسترسی پیدا شد، جهت رسیدن به ذخیره معدنی تونل های عمودی حفر می گردد. این تونل ها ساختارهای دائمی معدن می باشند که نیازمند نگهداری سقف قوی (اغلب شامل پیچ سنگ هائی درون سنگ تا لایه را جهت تقویت به یکدیگر متصل شوند، هستند. در مقابل تونل هائی که درون خود ماده معدنی قرار می گیرند اغلب موقت هستند و بنابراین نگهداری در آن ها کمتر مورد نیاز است.جابجائی کارگران و مصالح می تواند توسط قطار، کامیون و یا نوارنقاله هائی که برای این منظور کاربرد دارند باشد.تکنیک های استخراج گوناگون کثیری موجود است اما مهمترین آن ها بدین قرار اند:Room and pillar یا اتاق و پایه: شبکه ای از اتاق های استخراج شده با پایه های برجا گذاشته شده در میان آن ها جهت نگه داشتن سقف اتاق ها. این روش برای معادن کم عمق که در آن کانسار ضخیم ولی عیار آن کم است عمومیت دارد (در مواردی که برداشتن پایه خطرناک باشد روشی نسبتاً پر اصراف است). در این روش بیشتر تمایل به استفاده از استخراج مکانیزه می باشد.Longwall یا سیستم های جبهه کار بلند (طولانی): کانسار (که معمولاً در لایه نسبتاً باریک قرار دارد) در قالب یک سینه کار (در دو روش پیشرو و پسرو) واقع در میان دو تونل حمل و نقل استخراج می شود. این سیستم در معدنکاری زغال بسیار رایج می باشد؛ با استفاده از شیرر (shearer) (ماشینی با طبلک های دندانه دار چرخنده) و یا رنده ( یک ماشین ثابت تراشنده ای که کانسار را بصورت قطعاتی برش می دهد).Block Caving یا استخراج بلوکی: تونل هائی در زیر ذخیره معدنی حفر می گردد و سنگ بالاسر خرد می شود (با استفاده از عملیات چالزنی/آتشباری و سپس سنگ تحت اثر وزن خود فرو می ریزد) و مواد به درون مجاری مخصوص (ore passes) وارد می شود. -=-=-برای مشاهده فیلم شبیه سازی این روش به قسمت آرشیو فیلم و عکس وبلاگ مراجعه فرمائید.=-=-Cut and Fill یا کند و آکند: مناسب برای ذخائر دارای شکل نامنظم با عیار بالا، این روش شامل استخراج رو به بالای کانسار در چندین برش می گردد که در هر برش پس از آنکه ماده معدنی خرد شده جمع آوری شد با موادی (معمولاً به همراه مخلوطی از بتن جهت ایجاد سطح مناسب برای ادامه انفجار ماده معدنی) پر می شود.بسته به طراحی معدن ماده معدنی را می توان مستقیماً از مجاری تخلیه (تونل های عمودی برای انبار کردن سنگ) جمع آوری نمود و یا با استفاده از لودرهای LHD (load-haul-dump) از کف برداشته شود. انتقال مواد به چاه یا تونل مایل می تواند توسط قطار، کامیون یا نوارنقاله باشد.معدنکاری برجا (Insitu Mining):دو نوع اصلی استخراج برجا وجود دارد: روش حل کردن و حرارتیروش حل کردن: شامل تزریق آب از طریق چال هائی به درون ذخائر انحلال پذیر ( بیشتر نمک) می گردد. سپس محلول غنی از کانی به سطح پمپ می شود.روش حرارتی: هرچند که این روش هنوز در مراحل تحقیقاتی می باشد ولی از نظر تئوری می توان زغال را بصورت برجا سوزاند (با ایجاد شکستگی هائی درون زغال و سپس تزریق اکسیژن و یک منبع حرارتی ) و حرارت حاصله را بازیابی نمود (در واقع یک نیروگاه برق زیرزمینی بدون اینکه به زحمت استخراج زغال بیافتیم). این عمل بطور خودبخودی در برخی نواحی (خصوصاً در هند) رخ می دهد اما مشکل همیشه کنترل این فرایند احتراق است.{mospagebreak}فرآوری:فلزات ارزشمند می باید از مواد باطله (غیر اقتصادی) [gangue] در برگیرنده آن ها جدا گردند. قسمت بیشتر این کار را می توان با بکارگیری روش استخراج مناسب به طریقی که میزان رقیق شدگی ماده معدنی [dilution] زیاد نباشد، انجام داد.مراحل اولیه معمولاً شامل خردایش [crushing] (مثلاً سنگ شکن های فکی [Jaw Breakers]) و آسیاب کردن [grinding] (مثلاً آسیاب میله ای [Ball Mills]) ماده معدنی به منظور تبدیل مواد به اندازه ماسه و سیلت می شود. دستگاه های رده بندی (در اصل الک [sieve] های بزرگ) برای کنترل اندازه ذرات استفاده می گردد و مواد درشت مجدداْ این چرخه را تکرار می کنند. با این فرایند، انجام عملیات را بر روی ماده معدنی ساده تر می کند و احتمال آزاد کردن تمامی عنصر فلز با ارزش را فراهم می نماید (و نیز حداکثر کردن سطح که در فرایندهای شیمیائی بعدی در معرض تماس قرار می گیرد).مرحله بعدی معمولاً یک سری فرایندهای تولید کنستانتره می باشد؛ مثلاً حذف آب و مواد باطله. در جاهائی که ماده معدنی می بایست در فواصل طولانی حمل گردد این تولید کنستانتره در محل معدن انجام می گیرد (در غیر این صورت می توان ماده معدنی را بصورت مخلوط گل مانند از طریق خط لوله انتقال داد).روش های فراوری شامل موارد زیر می شود:شستشو [Leach] در کربن: Carbon in Leachبازیابی (طلا و نقره) از ماده معدنی بسیار آسیا شده از طریق انحلال و جذب سطحی همزمان فلزات ارزشمند به کربن دانه ریز در یک مخزن دوغاب متلاطم.فلوتاسیون: Flotationاز این فرایند برای جداکردن کانی ها از اوایل دهه 1920 استفاده شده است و شامل عملیات بر روی ماده معدنی آسیا شده در یک مخلوط کف زا از آب و مواد شیمیائی می گردد. کانی های فلزی توسط مواد شیمیائی محصور می شوند (یعنی به آن ها می چسبند و به سطح می آیند) و می توان سپس آن ها را پارو نمود و مواد شیمیائی را شست و یا سوزاند. سپس ماده محصول را می توان به فرایندهای پالایش و ذوب وارد نمود تا خلوص محصول را بالا برد.شستشوی تپه ای: Heap Leachفروشوئی فلزات انحلال پذیر درون سنگ استخراج شده توسط تزریق محلول شیمیائی به درون مواد انباشته شده.فرایند ISA:امتیاز این روش متعلق به Xstrata بوده و از آن در بیش از 35% عملیات پالایش مس جهان استفاده می شود. این فناوری حذف فرایندهای پیچیده با استفاده از بکارگیری کاتدهای دائمی فولاد مقاوم در برابر خوردگی در عملیات استحصال الکتریکی می باشد. همچنین Xstrata کوره ذوب مس شدید موسوم به ISAsmelt furnace را ایجاد نمود.استحصال الکتریکی انحلال-استخراج: SX-EW [Solvent-extraction Electro-winning]انحلال مس از سنگ توسط حلال های ارگانیک و سپس بازیابی فلز از محلول توسط الکترولیز.مثالهایی از فرایندهای بازیابی فلزات به این قرار است:بوکسیت استخراج شده آسیا شده و با سودای خورنده [caustic soda] ترکیب و تشکیل دوغاب [slurry] می دهد. از این دوغاب طی عملیاتی تری هیدرات آلومینا بازیابی و ذوب می شود تا تشکیل آلومینا دهد. اکسیژن توسط عمل الکترولیتی (در پالایش) خارج می شود تا آلومینیوم حاصل شود.ماده معدنی مس توسط آسیاب و فلوتاسیون به کنسانتره تبدیل می شود و با ذوب در یک کوره، مس ناخالص [copper matte] بوجود می آید. سپس ناخالصی های آهن و سولفور در یک مبدل (هوای داغ به درون ماده دمیده می شود) حذف شده و مس بلیستر [blister copper] تولید می گردد که ابتدا با آتش و سپس بصورت الکترولیتی پالایش می شود تا کاتدهای مس تولید گردد.کنستانتره روی پخته شده و ماده حاصله [calcine] شستشو و خالص سازی می شود. روی الکترولیت بر روی ورقه هائی انباشته شده، از روی آن ها برداشته شده و سپس در یک کوره ذوب می گردد (که فلز ذوب شده در اسلب هائی ریخته می شود).مواد زائد حاصله از این فرایندها معمولاْ به سد باطله منتقل می گردد (اگرچه برخی اوقات با دردسر بسیار به درون دریا تخلیه می شود). انواع متنوعی از این سدهای باطله وجود دارد که معمول ترین آن ایجاد دیواره سد توسط خود محصول باطله و یا مصالح موجود در محل است.تعداد بسیار زیادی معدن در جهان وجود دارد ( برای مثال تنها بیش از 8000 معدن کوچک مقیاس زغال و فلزات در چین وجود دارد) و میزان مواد استخراج شده کل بیش از 35000 میلیون تن در سال تخمین زده شده است که خلاصه آن بدین قرار است:[TABLE] [TR] [TD][/TD] [TD]ماده معدنی (تن)[/TD] [TD]باطله (تن)[/TD] [TD]مجموع (تن)[/TD] [/TR] [TR] [TD]معادن فلزی[/TD] [TD]5000[/TD] [TD]10000[/TD] [TD]15000[/TD] [/TR] [TR] [TD]زغال[/TD] [TD]5000[/TD] [TD]7000[/TD] [TD]12000[/TD] [/TR] [TR] [TD]مصالح ساختمانی[/TD] [TD]7000[/TD] [TD]0[/TD] [TD]7000[/TD] [/TR] [TR] [TD]کانی های صنعتی[/TD] [TD]500[/TD] [TD]1000[/TD] [TD]1500[/TD] [/TR] [/TABLE] اگر تنها فعالیت های در مقیاس صنعتی در نظر گرفته شود احتمالاً نزدیک به 2500 معدن تولیدکننده فلزات در جهان و تعداد مشابهی معدن زغال وجود دارد. (تقریباً 60% این معادن سطحی هستند که معمولاً بزرگتر از معادن زیرزمینی اند.) شاید 25000 معدن کانی های صنعتی و حداکثر 100000 تولیدکننده مصالح برای مقاصد ساختمانی موجود باشد. (برای مثال در آفریقای جنوبی در مقیاس ملی در مجموع 1100 معدن وجود دارد که از این مقدار تنها 400 تا معادن فلزی و زغال هستند و 30 تا الماس اند.)با این حال، برای بیشتر مقاصد کاربردی این لیست می تواند بیش از این کاهش یابد. تقریباً 2000 معدن زغال، فلز و الماس تولیدکننده حدود 90% محصول معدنی کل جهان (از لحاظ ارزش) می باشد.همچنین به دلیل سهم بالای هزینه های حمل و نقل در قیمیت نهائی و نیز بخاطر رخدادهای گسترده زمین شناسی، به طور کلی مصالح ساختمانی محدود به محلی که استخراج می شوند فرض می گردند. (یعنی عموماً بصورت بین المللی تجارت نمی گردند.)ارزش کل تولید معدنی سالیانه در سالهای اخیر بالغ بر 450 میلیارد دلار آمریکا، که 200 میلیارد دلار آن مربوط به زغال/لیگنیت، 150 میلیارد دلار به فلزات (و سنگ های زینتی) و 100 میلیارد دلار به کانی های صنعتی و مصالح ساختمانی می شود.برخی آمار دیگر به این قرار است:· معادن سطحی مسئول 80% کل ماده معدنی و سنگ استخراج شده اند.· ده شرکت معدنی برتر، تولید کننده 25% تولیدات معدنی اند (از لحاظ ارزش).· نصف معادن و جریانات اکتشافی دنیا در قاره های آمریکاست.· کل بخش تجهیزات معدنی ارزشی بالغ بر 50 میلیارد دلار آمریکا در سال دارد.· 300 شرکت اکتشافی و معدنی قرار گرفته در لیست خرید و فروش سهام وجود دارند (تقریباً نصف این تعداد در کاناداست).{mospagebreak}چند نکته در مورد چالزنی، مواد منفجره و آتشباري:حفاری ضربه ای برای چالزنی در سنگ های با سخت 4 یا بالاتر در مقیاس موهر مورد نیاز است که عمدتاً سنگ های آتشفشانی هستند. چالزنی چرخشی برای سنگ های نرم تر، عمدتاً سنگ های رسوبی مناسب است.سر مته های دکمه ای (Button bits) معمولاً نرخ نفوذ بیشتری را می دهند ولی امکان انحراف با آن ها در چال های عمیق بیشتر از سر مته های صلیبی (cross bits) است.برای چالزنی عمیق، عمر راد، برگرداندن رزوه و تعویض ترتیب رادها به طور قابل توجهی باعث افزایش عمر سائیدگی می شود.میزان خرج مصرفی معمول در سنگ سخت بدین شرح است:حفر چاه رو به پائین (Shaft Sinking) 1.25 kg/t (2.5 lb/s.ton)پیشروی در تونل (Drifting) 0.9 kg/t (1.8 lb/s.ton)حفر چاه بالا رو (Raising) 0.75 kg/t (1.5 lb/s.ton)کارگاه انباره ای (Shrink Stope) 0.25 kg/t (0.5 lb/s.ton)کند و آکند (Cut and Fill) 0.25 kg/t (0.5 lb/s.ton)استخراج توده ای (Bulk Mining) 0.2 kg/t (0.4 lb/s.ton)تخریب بلوکی (Block Cave) 0.05 kg/t (0.1 lb/s.ton)برش روباز (Open Pit Cut) 0.45 kg/t (0.9 lb/s.ton)پله روباز (Open Pit Bench) 0.3 kg/t (0.6 lb/s.ton)قدرت انفجار با ثابت بودن دیگر پارامتر ها، تابعی مستقیم از چگالی می باشد. مواد منفجره معمول برای زمین های خشک (ANFO) دارای چگالی چال برابر با ۰.۸ تا ۱.۳ داشته باشد، درصورتی که این مقدار برای زمین های تر ( اسلاری (slurry) و امولسیون(emulsion) ) از ۱.۱ تا ۱.۱ متغیر است. پیشرفت های حاصله در تکنولوژی ماده منفجره انتخاب هر چگالی را در بازه های داده شده میسر ساخته است.برای معادن سطحی با سنگ سخت "بردن" میان ردیف ها می تواند از 25 تا 40 برابر قطر چال و فاصله گذاری (Spacing) میان چال ها می تواند از 25 تا 80 برابر قطر چال متغیر باشد.جهت دستیابی به خردایش بهینه و حداقل شکستگی در دیواره ها و کف در معادن روباز سنگ سخت، میزان بردن (burden) می باید حدود 25 برابر قطر چالهای پله برای ANFO و 30 برابر قطر چال برای مواد منفجره قوی (high explosives) باشد و نسبت ANFO برای سنگ متوسط و نرم به ترتیب برابر 30:1 و 35:1 می باشد. فاصله گذاری 1 تا ۱.۵ برابر بردن و زمانبندی حداقل ms/m ۱۶.۴ (ms/ft 5) در بردن است.به هنگام استفاده از تکنولوژی های آتشباری "دیوار صاف " (smooth wall blasting techniques) در زیرزمین، فاصله گذاری استاندارد میان چال های ردیف آخر(trim holes) ۱۵ تا 16 برابر قطر چال و خرج در این چال ها 1/3 دیگر چال هاست.بردن میان چال های بیرونی (trim holes) و چال های داخلی breast holes) ۱.۲۵) برابر فاصله گذاری میان چال های بیرونی است.
