Madencilik
Madencilik, toplumun kullanımı için Dünya'dan değerli malzemelerin çıkarılması olarak tanımlanır. Bunlar genellikle altın, demir, kömür, elmas, kum ve çakıl gibi katı malzemeleri içerir, ancak malzemeler petrol ve doğal gaz gibi akışkan kaynakları da içerebilir. Modern madenciliğin modern toplumla uzun bir ilişkisi vardır. En eski maden 40.000 yıl öncesine, kırmızı boya olarak kullanılan önemli bir demir cevheri olan hematit için toprağın yoğun bir şekilde kazıldığına dair kanıtların bulunduğu Svaziland'daki Aslan Mağarası'na dayanmaktadır. Madencilik yoluyla çıkarılan kaynaklar genellikle yenilenemez olarak kabul edilir.
Yenilenebilir ve Yenilenemez Kaynaklar
Kaynaklar genellikle iki ana kategoriye ayrılır: yenilenebilir ve yenilenemez. Yenilenebilir kaynaklar tekrar tekrar kullanılabilir veya kullanılabilirlikleri kısa bir insan ömrü boyunca çoğaltılabilir; yenilenemeyen kaynaklar ise kullanılamaz.
Yenilenebilir kaynaklar, çevremizde bulunan ve yararlanılabilen ve yenilenebilen malzemelerdir. Bazı yaygın yenilenebilir enerji kaynakları, nispeten küçük veya kolayca düzeltilebilir çevresel etkilerle ilişkilendirildikleri için yeşil enerji kaynakları ile bağlantılıdır. Örneğin güneş enerjisi, elektromanyetik enerji yayan Güneş'in içindeki füzyondan gelir. Bu enerji Dünya'ya sürekli ve tutarlı bir şekilde ulaşır ve yaklaşık beş milyar yıl daha ulaşmaya devam edecektir. Güneş enerjisiyle de ilişkili olan rüzgar enerjisi belki de en eski yenilenebilir enerjidir ve gemileri yüzdürmek ve yel değirmenlerine güç sağlamak için kullanılır. Hem güneş hem de rüzgar tarafından üretilen enerji Dünya yüzeyinde değişkendir. Bu sınırlamalar, bataryalar gibi enerji depolama aygıtları veya üretim sahaları arasında elektrik alışverişi kullanabildiğimiz için dengelenmektedir. Jeotermal enerji olarak bilinen Dünya'nın ısısı, jeologların yeterince derine indiği her yerde kullanılabilir. Pratikte jeotermal enerji, volkanik bölgeler veya daha ince bir kabuğa sahip bölgeler gibi ısı akışının büyük olduğu yerlerde daha kullanışlıdır. Hidroelektrik barajlar, suyun yerçekimi altında barajdan düşmesine izin vererek enerji sağlar ve bu da enerji üreten türbinleri harekete geçirir. Okyanus gelgitleri de güvenilir bir enerji kaynağıdır. Tüm bu yenilenebilir kaynaklar topluma güç veren enerjiyi sağlamaktadır. Diğer yenilenebilir kaynaklar ise yiyecek, giyecek ve diğer ihtiyaçlar için kullanılan ancak olası enerji kaynakları olarak araştırılan bitki ve hayvan maddeleridir.
Yenilenemeyen kaynaklar sürdürülebilir bir oranda yenilenemez. İnsanların zaman dilimleri içerisinde sınırlıdırlar. Yenilenemeyen kaynakların çoğu gezegensel, tektonik veya uzun vadeli biyolojik süreçlerden kaynaklanır ve altın, kurşun, bakır, elmas, mermer, kum, doğal gaz, petrol ve kömür gibi malzemeleri içerir. Yenilenemeyen kaynakların çoğu periyodik tabloda listelenen belirli konsantre elementleri içerir; bazıları bu elementlerin bileşikleridir. Örneğin, toplumun demir (Fe) kaynaklarına ihtiyacı varsa, bir keşif jeoloğu ekonomik olarak çıkarılabilecek demir açısından zengin yatakları arayacaktır. Yenilenemeyen kaynaklar, diğer malzemeler daha ucuz hale geldiğinde veya daha iyi bir amaca hizmet ettiğinde terk edilebilir. Örneğin, İngiltere ve diğer ülkelerde kömür bol miktarda bulunmaktadır, ancak petrol ve doğal gaz daha düşük maliyetle ve daha düşük çevresel etkiyle elde edilebildiği için kömür kullanımı azalmıştır. Yenilenemeyen kaynaklar arasındaki ekonomik rekabet, birçok gelişmiş ülkede kullanımı kömürden uzaklaştırmaktadır.
Cevher
Dünya'nın materyalleri periyodik tablo elementlerini içerir. Ancak bu elementlerin, malzemenin çıkarılıp işlenerek kullanılabilir ürünlere dönüştürülmesinin karlı olduğu noktaya kadar yoğunlaşması nadirdir. Değerli bir maddenin yoğunlaştığı herhangi bir yer jeolojik ve jeokimyasal bir anomalidir. Bir veya daha fazla değerli maddenin karla çıkarılabildiği bir malzeme kütlesine cevher yatağı denir. Genellikle cevher terimi sadece metal içeren mineraller için kullanılır, ancak fosil yakıtlar, yapı taşları ve diğer metal olmayan birikintiler, hatta yeraltı suları gibi değerli yenilenemeyen kaynak konsantrasyonlarına da uygulanabilir. Eğer metal içeren bir kaynağın çıkarılması karlı değilse, bu kaynak maden yatağı olarak adlandırılır. Doğal kaynak terimi, metal içermeyen malzemeler için kullanılan cevher teriminden daha yaygındır.
Bir doğal kaynak yatağının cevher olarak sınıflandırılması için madencilik teknolojisinin mevcut olması, ekonomik koşulların uygun olması ve siyasi, sosyal ve çevresel hususların yerine getirilmesi gerekir. Maddeye bağlı olarak, dar bir damarda yoğunlaştırılabilir veya düşük konsantrasyonlu bir cevher olarak geniş bir alana dağıtılabilir. Bazı maddeler doğrudan su kütlelerinden (örneğin potasyum için silvit; tuzdan arındırma yoluyla su) ve atmosferden (örneğin gübre için azot) çıkarılır. Bu farklılıklar çeşitli madencilik yöntemlerine ve kesinliğe bağlı olarak terminolojide farklılıklara yol açmaktadır. Cevher mineral kaynağı, potansiyel olarak çıkarılabilir cevherin bir göstergesi için kullanılır ve cevher mineral rezervi terimi, iyi tanımlanmış (kanıtlanmış), karlı miktarda çıkarılabilir cevher için kullanılır.
Madencilik Teknikleri
Madencilik tarzı teknoloji, sosyal lisans ve ekonomi tarafından belirlenir. Kaynakları çıkaran şirketin çıkarına olan, bunu uygun maliyetli bir şekilde yapmaktır. Petrol ve gaz gibi akışkan kaynaklar sondaj kuyuları açılarak ve pompalanarak çıkarılır. Yıllar geçtikçe sondaj, yönlü sondajın yüzeydeki tek bir sondaj bileziğinden kaynaklanan birden fazla çatallanma ve eğri üretebildiği karmaşık bir disipline dönüşmüştür. Jeologlar, sismik görüntüleme gibi jeofizik araçları kullanarak kaynakları belirleyebilir ve verimli bir şekilde çıkarabilirler.
Katı kaynaklar, birçok çeşidi olan iki temel yöntemle çıkarılır. Yüzey madenciliği, Dünya'nın en dış kısmından malzeme çıkarmak için kullanılır. Açık ocak madenciliği sığ, geniş alana yayılmış kaynakları hedeflemek için kullanılır.
Açık ocak madenciliği, yüzey haritalama ve keşif karotlarının delinmesi yoluyla cevher kütlesinin dikkatli bir şekilde incelenmesini gerektirir. Cevheri çıkarmak için ilave madencilik kesimleriyle çukur aşamalı olarak derinleştirilir. Tipik olarak, çukurun duvarları güvenli bir şekilde yönetilebildiği kadar diktir. Çukur derinleştirildikten sonra üst kısmını genişletmek çok pahalıdır. Bu nedenle dik bir duvar, verimli ve karlı madencilik (şirketin bakış açısından) ile kütle israfı (güvenlik açısından duruş açısı) arasında bir mühendislik dengesidir, böylece çıkarılacak daha az atık olur. Bu atıklar değerli olmayan kaya veya aşırı yük olarak adlandırılır ve taşınması maliyetlidir. Zaman zaman, 2013 yılında Utah'taki Kennecott Bingham Canyon madeninde meydana gelen çok büyük heyelan gibi toprak kaymaları meydana gelmektedir. Bu olaylar maliyetli ve tehlikelidir. Mühendislik jeologlarının görevi madeni dikkatle izlemektir; şirket yönetimi onların uyarılarını dikkate aldığında, herhangi bir kaymayı önlemek veya buna hazırlanmak için yeterli zaman ve eylem vardır.
Şerit madenciliği ve dağ tepesi madenciliği, özellikle kömür gibi katmanlı kaynaklar olmak üzere geniş alanları kapsayan kaynakları çıkarmak için kullanılan yüzey madenciliği teknikleridir. Bu yöntemde, aşağıdaki cevhere erişmek için tüm bir dağ tepesi veya kaya tabakası kaldırılır. Yüzey madenciliğinin çevresel etkileri, bozulan geniş yüzey ayak izi nedeniyle genellikle çok daha büyüktür.
Yeraltı madenciliği genellikle daha yüksek dereceli, daha lokalize veya çok konsantre kaynakları çıkarmak için kullanılan bir yöntemdir. Bir örnek vermek gerekirse, jeologlar bazı yeraltı cevher minerallerini, hedef minerali çözen kimyasal maddeler ekleyerek çıkarırlar. Daha sonra çözeltiyi yüzeye çıkarırlar ve burada çökelme ile malzeme çıkarılır. Ancak daha sık olarak, malzemeye erişmek için bir maden şaftı tüneli veya bu şaft ve tünellerden oluşan geniş bir ağ kazılır. Yeraltından veya yüzeyden maden çıkarma kararı, cevher yatağının konsantrasyonu, derinliği, geometrisi, arazi kullanım politikaları, ekonomisi, çevredeki kayaç gücü ve cevhere fiziksel erişim tarafından belirlenir. Örneğin, daha derin yataklar için yüzey madenciliği tekniklerinin kullanılması çok fazla malzemenin çıkarılmasını gerektirebilir veya gerekli yöntem çok tehlikeli veya pratik olmayabilir veya tüm üst yükün kaldırılması çok pahalı olabilir veya madencilik ayak izi çok büyük olabilir. Bu faktörler jeologların yüzey madenciliği yapmasını engelleyebilir ve bir projenin yeraltından çıkarılmasına neden olabilir. Madencilik yöntemi ve fizibilitesi, emtianın fiyatına ve onu çıkarmak ve pazara sunmak için gereken teknolojinin maliyetine bağlıdır. Dolayısıyla, madenler ve onları destekleyen kasabalar, emtia fiyatları değiştikçe gelir ve gider. Tersine, teknolojik gelişmeler ve pazar talepleri madenleri yeniden açabilir ve hayalet kasabaları canlandırabilir.
Konsantre Etme ve Rafine Etme
Tüm cevher mineralleri, gang adı verilen daha az arzu edilen bileşenlerle karışık halde bulunur. Gang minerallerini cevher taşıyan minerallerden fiziksel olarak ayırma işlemine konsantre etme denir. İstenilen bir elementi, ısıtma da dahil olmak üzere kimyasal yollarla bir ana mineralden ayırmaya eritme denir. Son olarak, bakır gibi bir metalin alınması ve altın veya gümüş gibi diğer eser metallerin çıkarılması rafine etme işlemi ile yapılır. Tipik olarak rafine etme işlemi üç yoldan biriyle yapılır: 1. Malzemeler ya cevher mineralinin benzersiz fiziksel özelliklerine göre mekanik olarak ayrılabilir ve işlenebilir, örneğin yüksek yoğunluğuna göre plaser altının geri kazanılması gibi. Ham petrolün benzine rafine edilmesi gibi istenen bileşenleri kimyasal olarak ayırmak için malzemeler ısıtılabilir. 3. Bakırın kalkopiritten (CuFeS2) çıkarılmasında olduğu gibi, kontrollü kimyasal reaksiyonların metalleri içerdikleri minerallerden çözdüğü malzemeler eritilebilir. Madencilik, konsantre etme, eritme ve rafine etme süreçleri muazzam enerji gerektirir. Metalürji ve madencilik alanındaki sürekli ilerlemeler, enerji verimliliği daha yüksek ve çevreye daha az zarar veren süreçler ve uygulamalar geliştirmeye çalışmaktadır.
Önceki Ders: Enerji ve Maden Kaynakları
Yorumlar
Yorum Gönder