تشکیل کانسارها

واژه کانسار در ادبیات زمین شناسی معنی بخصوصی دارد، توده ای از سنگها که حاوی عناصر، ترکیب یا کانیهایی با یک تمرکز (عیار) و مقدار کل به اندازه کافی برای معدنکاری اقتصادی می باشد. پتانسیل معدنکاری کانسار به مشخصات ذاتی آن و نیز به پیشرفتهای تکنولوژی و قیمت مواد معدنی وابسته است. مس، طلا و آهن مهمترین فلزات از نظر ارزش تولید جهانی هستند. کانسارها زیرمجموعه مهمی از اصطلاح گسترده تر "کانسارهای معدنی" هستند که تمرکزهای طبیعی عناصر یا مواد معدنی را در برمی­ گیرد.

فلزات و مواد معدنی با فرآیندهای زیادی به طیف گسترده ای از کانسارها متمرکز می شوند که در چهار محیط اصلی زمین شناسی، ارتوماگمایی، هیدروترمال، رسوبی و هوازدگی تشکیل می شوند.

.

(الف) ارزش نسبی تولید فلز برای مواد فرآوری شده. (ب) ارزش نسبی براساس نوع کانسار، بر اساس داده های (الف) همراه با برآورد سهم نسبی چهار نوع کانسار در تولید هر فلز.

عیار کانسنگ و کانه

عیار کانسنگ مراتب بزرگی متنوعی دارد، از اساساً 100 درصد برای موادی مانند کوارتز برای شیشه، پانلهای خورشیدی و نیمه هادی ها و ماسه سنگ برای ساخت و ساز، تا بخش در میلیون ( ppmیا گرم در هر تن، g/t) برای فلزات با ارزش مثل طلا و پلاتین. در جدول مقادیر عیار امروزی کانسنگ بعضی از فلزات و همچنین میانگین تمرکز آنها در سنگهایی که در بعضی از فلزات به همراه میانگین پوسته قاره آنها تشکیل شده است را مقایسه می کنیم.

عیار فلزات در پوسته قاره ای و کانسنگ

فلز	تمرکز در پوسته	عیار کانسنگ	فاکتور غنی شدگی	قیمت (دلار در کیلوگرم)
آلومنیوم- Al	8 درصد	30  درصد	3-4	1/5
آهن- Fe	4 درصد	50  درصد	10	0/1
مس- Cu	28 پی پی ام	0/6 درصد	200	6
نئودیموم-Nd	27 پی پی ام	0/1 درصد	300	100
اورانیوم-  U	7/2 پی پی ام	0/2-2 درصد	100-1000	80
طلا- Au	1/5 پی پی بی	6 پی پی ام	4000	50000
پلاتین- Pt	0/5 پی پی بی	5 پی پی ام	10000	50000

 

عناصر مانند آهن و آلومنیوم کانیهای اصلی سنگ ساز هستند. غلظت آنها در سنگهایی مانند گرانیت یا بازالت در حدود 2 تا 8 درصد وزنی است، در مقایسه، عیار کانسنگهای معمولی چهار تا ده برابر بیشتر است. بوکسیت حاوی حداکثر 30 درصد Al و سنگ آهن دارای عیار بالا بیش از50 درصد آهن دارد. این تمرکزهای بالا استخراج فلزات را نسبتاً آسان می کند و این، همراه با وفور نسبی این کانسارها ، در قیمت پایین فلز آنها منعکس می شود، فقط 1/5 دلار در هر کیلوگرم برای آلومنیوم و کمتر از 0/1 دلار در کیلوگرم برای آهن. آهن به تنهایی بیش از یک چهارم از ارزش تمام فلزات استخراج شده و تصفیه شده در جهان را به خود اختصاص داده و به دنبال آن آلومنیوم قرار دارد.

سه فلز بعدی در جدول در ادبیات ژئوشیمیایی به عنوان عناصر نادر شناخته می شوند. مس فلز پایه است. فلزی که با تمرکزی متوسط در پوسته وجود دارد و به طور گسترده در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد. میزان تولید در سال 2014 از 22/5 میلیون تن (18/7 میلیون تن استخراج از مس و 3/9 میلیون تن مس ثانویه) است. تمرکز آن در پوسته قاره ای فوقانی 28 ppm تخمین زده می شود، اما کانسنگها برای معدنکاری اقتصادی باید حداقل 0/3 تا 0/5 درصد (5000-3000 ppm)، داشته باشند. Neodymium یکی از عناصر نادر خاکی (REE) است که در وضعیت شهرت بسیاری قرار دارد، در ابتدا به دلیل استفاده از آهنربا در داخل همه چیز از تلفنهای هوشمند گرفته تا توربینهای بادی، و توسط مقررات صادراتی چین که دسترسی REE را محدود می نماید، تقویت شده است. تمرکز Nd در پوسته قاره فوقانی در حدود 27 ppm است، و عیار آن مشابه مس است. علیرغم اهمیت حیاتی آنها برای محصولات با تکنولوژی بالا، مقادیر نسبتاً کمی از Nd و سایر REEها توسط صنایع مورد استفاده قرار می گیرد (123 کیلوتن اکسیدهای نادر خاکی در سال 2015 تولید شد). اورانیوم به دلیل استفاده در رآکتورهای هسته ای به عنوان عنصر وابسته به انرژی طبقه بندی می شود. تمرکز آن در پوسته نسبت به دو عنصر دیگر کمی پایینتر است (2/7 ppm)، و عیار کانسنگ از حدود 0/2 تا بیش از 5 درصد در برخی از کانسارها استثنایی است. 56 کیلو گرم اورانیوم در سال 2014 تولید شد. برای هر سه عنصر، قیمت فلز حدود 5 تا 100 دلار آمریکا در هر کیلوگرم است که نشان دهنده عیار پایین تر کانسنگ و نیز سختی و هزینه بر بودن جداسازی عنصر از کانسنگ معدن است.

دو عنصر انتهایی لیست (جدول) فلزات گرانبها هستند. طلا مورد توجه عمده مطالعات ژئوشیمیایی نیست، اما به دلیل استفاده در جواهرات (حدود نیمی از 4000 تن در سال که یک سوم آن از بازیافت حاصل می شود)، تکنولوژیهای پیشرفته و امور مالی، ارقام آن در کاسنارها قابل توجه می باشد. طلا 15-20 درصد به ارزش استخراج فلزات کمک می کند، حتی اگر تقریبا نیمی از هزینه های اکتشاف غیر آهنی جهانی به کاوش این عنصر اختصاص یابد. پلاتین ردیاب مهمی در فرآیندهای پترولوژیکی است (این ماده از سایر عناصر گروه پلاتین (PGE) در حین ذوب گوشته جدا می شود، به خصوص اگر سولفیدها وجود داشته باشند) و کاربردهای مهم صنعتی به عنوان یک کاتالیزور در صنایع خودرو و شیمیایی دارد. این ماده 2 درصد ارزش جهانی فلزات معدنکاری شده را به خود اختصاص داده و از اهمیت استراتژیک زیادی برخوردار است. 190 تن پلاتین در سال 2015 تولید شد. هر دو عنصر گرانبها در پوسته قاره ای 1 ppb و در کانسنگهای سطحی در حد ppm هستند. کمبود آنها در قیمتها منعکس شده است، که اخیراً حدود 40،000 تا 5050،000 دلار در هر کیلوگرم نوسان داشته اند.

نسبت میانگین عیار فلزات در کانسنگ به میانگین تمرکز پوسته قاره ای به افتخار P.F. Clarke به عنوان "کلارک غلظت (تمرکز)" گفته می شود. کلارک، یک شیمیدان آمریکایی، برای اولین بار ترکیب پوسته قاره ای را ارزیابی نمود (کلارک ، 1889). فاکتورهای غنی شدگی بالا بسیاری از فلزات سازنده کانسنگ (جدول) نشان می دهد که برای تشکیل یک فلز یا کانی یک کانسنگ، غلظت آن باید چندین برابر، تا چندین مرتبه بزرگی، بیشتر از نمونه های سنگهای پوسته معمولی باشد. متوسط عیار کانسنگ به طور کلی با گذشت زمان کاهش یافته است، مانند مس در شرایط تنظیم تورم، بیشتر به دلیل پیشرفت در فن آوری معدن و بازده معادن بزرگ.

برای تولید مقادیر بالای تمرکز مورد نیاز برای تشکیل یک کانسار عیار بالا، به تلاقی فرآیندهای زمین شناسی که به آنها فرآیندهای تشکیل کانسار گفته می شود، نیاز می باشد. در بیشتر موارد، این شامل تشکیل یک یا چند کانه است که در آن عنصر کانسنگ از تمرکز بالایی برخوردار است. برای فلزات پایه مانند مس، روی و سرب، کانه های سنگ سولفیدها هستند. برخی اکسیدها و کربناتها همچنین می توانند کانه باشند. سیلیکاتهای هیدروژن مهمترین کانه در لاتریتهای نیکل دار هستند، در حالیکه بیشتر کانسنگهای طلا دارای فلز نیتیو یا الکتروم هستند (طلا ، نقره). در همه موارد، ماهیت کانه در سهولت استخراج و استفاده عنصر مورد نظر، تأثیر دارد.

------------

کانسنگ (Ore): کانسنگ مجموعه طبیعی از یک یا چند کانی است که امکان دارد فلزات یا ترکیباتی با صرفه اقتصادی از آن استخراج شود. بنابراین اصطلاح کانسنگ نه تنها شامل کانه ها و کانیهای موجود در کانسار می شود بلکه باطله های دور ریخته شده قبلی و پسماند کارخانه کانه آرایی و نظایر آنها نیز در کانسار می شود، بلکه باطله های دور ریخته شده صورتیکه با انجام عملیات جدیداز نظر اقتصادی با ارزش باشند، کانسنگ تلقی می شوند.

کانه (Ore Mineral): کانیهای فلزی موجود در کانسنگ را کانه می نامند.

گانگ یا باطله (Gangue): کانسنگ معمولا با بعضی کانیهای دیگرهمراه است که ضمن استخراج کانی، باید  الزاما آنهارا نیز استخراج کرد. به این مواد، باطله یا گانگ گفته می شود (از دیدگاه هدف اکتشافی و استخراجی اولیه فاقد ارزش می باشند).

کانسار(Ore Deposit, Mineral Deposit): به محلی گفته می شود که در آن یک یا چند کانسنگ یا ماده معدنی، که ارزش استخراج دارد، وجود داشته باشد و بنابراین توده های قابل استخراج اعم از فلزی یا غیرفلزی را شامل می شود.

توده معدنی (Ore Body): توده ای معدنی با ابعاد مشخص که حاوی کانسنگ با ارزش اقتصادی باشد.