فعالیت‌های معدن‌کاوی بسیار هزینه‌بر و پیچیده هستند. هر آنچه در معدن اتفاق می‌افتد، از اکتشاف تا توزیع مواد معدنی، با ارقام بزرگ تفسیر می‌شوند.
از سایت‌های معدنیِ چند کیلومتری گرفته تا خودروها و دستگاه‌های حفاری غول‌پیکر، استخراج در معادن حرفه‌ی دستوپنجه نرم کردن با حجم‌های کلان است. به‌طورکلی، هر فعالیت استخراج به ۵ مرحله اصلی تقسیم می‌شود که به‌صورت زنجیروار به یکدیگر متصل‌اند و هرکدام دانش و ابزارهای خاص خود را می‌طلبد.
یکی از اصلی‌ترین دلایل در عدم تمایل سرمایه‌گذاران خرد و کلان برای ورود به صنایع معدنی، عدم آگاهی از مفاهیم اولیه و ماهیت کلی عمل استخراج معدن است. ریسک‌های سرمایه‌گذاری تنها زمانی قابل‌تصورند که در چهارچوبی قابل‌فهم به سرمایه‌گذار توضیح داده‌شده باشند. هر مرحله از معدن‌کاوی ریسک‌های متفاوت اما متأثر از مراحل دیگر را در خود دارد. کلی‌ترین مراحل استخراج در معادن شامل موارد زیر هستند:
- شناسایی
- اکتشاف
- گسترش
- تولید
- احیاء
مرحله شناسایی
اولین مرحله در استخراج معدن، مهم‌ترین مرحله نیز هست. شرکتهای معدنی باید ابتدا فرصت‌های سرمایه‌گذاری را شناسایی کنند. هدف در این مرحله، امکان‌سنجی و مطالعه توجیه اقتصادی مناطق با پتانسیل‌های قابل‌توجه ازنظر وجود ذخایر معدنی است. در مرحله شناسایی، شرکت‌ها از دانش زیست‌شناسان برای بررسی ویژگی‌های مختلف منطقه موردنظر و امکان وجود ذخایر معدنی بهره می‌برند.
وظیفه زمین‌شناس در معدن چیست؟
زمین‌شناس به مطالعه مواد جامد، مایع و گاز موجود در زمین می‌پردازند. وظیفه زمین‌شناس معدنی نقشه‌برداری بخش‌هایی از سایت است که احتمالاً در آن حجم‌های بزرگی از مواد معدنی در دسترس هستند. آن‌ها همچنین، از نقشه‌های هوایی، نقشه‌های میدانی و بررسی‌های ژئوفیزیکی در تخمین موقعیت و میزان کانی‌های معدنی استفاده می‌کنند.
فناوری‌های مورداستفاده زمین‌شناسان
زمین‌شناس تمام اطلاعات زمین‌شناسی موجود در لایه‌های سطحی از سنگِ میدان مورد شناسایی را برداشت می‌کند. به‌طور ویژه، به جستجوی رگه‌هایی از مواد معدنی می‌پردازد که در بین سطوح مختلف زمین تفاوت ایجاد کرده‌اند. آن‌ها به دنبال کانی‌های سنگ معدن و شواهدی هستند که نشان از عبور رگه‌های غنی از انواع مختلف مواد معدنی در اعماق دارند.
هزینه‌های حفاری رقم‌های قابل‌توجهی هستند و شرکتهای معدنی ترجیح می‌دهند با تأکید بیشتری روی مطالعات زمین‌شناسی تمرکز کنند. در این مرحله از استخراج، نقشه‌های هوایی، داده‌های تاریخی و بررسی‌های میدانی به کار گرفته می‌شوند تا منطقه تحت مطالعه را به بخش‌های کوچک‌تر و با تمرکز بر میزان محتملِ مواد معدنی، تقسیم کنند.
اندازه‌گیری‌های ژئوفیزیکی
خواص فیزیکی سنگ‌ها و رسوبات موجود را با اندازه‌گیری‌های ژئوفیزیکی برداشت می‌کنند. بررسی‌های مغناطیسی، رادیومتری، الکترومغناطیسی و گرانشی ازجمله روش‌هایی هستند که زمین‌شناسان معدن در اندازه‌گیری‌های خود به کار می‌گیرند. در ادامه و با استفاده از نقشه‌های هوایی، وجود گسل‌ها، چین‌خوردگی‌ها و سنگ‌های نفوذی زمین تحقیق می‌شوند.
تحلیل ژئوشیمیایی
بررسی‌های شیمیایی به‌منظور تعیین نسبت کانی‌های فلزی به انواع غیرفلزی انجام می‌شوند. در این بررسی‌ها، عناصر مختلفی از منطقه مانند آب، پوشش گیاهی، خاک، رسوبات و سنگ‌ها ازنظر وجود انواع مختلفِ ترکیبات شیمیایی موردمطالعه قرار می‌گیرند.
در تحلیل‌های ژئوشیمیایی، نمونه‌های سنگ و خاک خرد، پودر، ذوب یا در اسید حل می‌شوند تا ویژگی‌های شیمیایی آن‌ها تعیین گردند. در مرحله بعد، نرم‌افزارهای شبیه‌سازی به کمک زمین‌شناسان می‌آیند تا برآوردی از میزان قابل‌برداشت از هر کانی معدنی ارائه دهند.
آزمایش‌های آب، خاک و نفت
بیشتر ذخایر سنگ معدنِ فلزی از برهمکنش یک سیال مایع و سنگ‌های میزبان آن‌ها تشکیل شده‌اند. بنابراین، نمونه‌هایی از این عناصر برای بررسی شرایط هیدرولوژیک، بررسی تحولات طبیعی و وجود احتمالی مواد سمی در سنگ، خاک یا آب، برداشته می‌شوند.
هدف از انجام آزمایش‌های خاک، سنگ، آب، پوشش گیاهی و حتی بخارهای زیرزمینی، یافتن ردی از منابع قابل‌توجه از مواد معدنی در لایه‌های مختلف زمین است. تکنیک‌های ژئوشیمی همیشه از معتبرترین و استانداردترین روش‌ها در شناسایی منابع باارزش مواد معدنی بوده‌اند. متخصصان زمین‌شناسی نمونه‌های محیطی را جمع‌آوری و پس از انتقال به آزمایشگاه، گزارشی مبتنی بر سناریوهای ممکن ارائه می‌دهند.
بررسی‌های ژئوفیزیکی هوابرد یا زمینی
شرکتهای معدنی از مشاوران ژئوفیزیک برای بررسی مغناطیسی، رادیومتری و الکترومغناطیسی مناطق تحت بررسی استفاده می‌کنند. وظیفه این مشاوران تهیه نقشه‌های هوایی از سنگ-بسترها، ساختارهای زمین‌شناسی، هادی‌های زیرسطحی، انواع ذخایر معدنی و منابع نمکی است.
ازجمله روش‌های ژئوفیزیکی، موارد زیر شاخص‌ترین‌اند:
- هوامغناطیسی
- رادیومتریک
- VTEM
- گرانشی
نوع زمینی این بررسی‌ها زمانی اجرایی می‌شود که شرکتهای معدنی تا حدود زیادی درباره وجود ذخایر معدنی در منطقه، اطمینان حاصل کرده باشند. در نوع زمینیِ شناسایی از سطح خاک، حفاری برای دستیابی به سطوح پایین‌تر و استفاده از تجهیزات آشکارساز صورت می‌پذیرد.
حفاری
از تجهیزات حفاری برای نمونه‌برداری از سطوح پایین‌دستی استفاده می‌شود. به‌طور ویژه، حفاری برای موقعیت‌هایی استفاده می‌شود که مناطق، با استفاده از روش‌های قبلی، هدف‌گذاری شده‌اند. هدف اصلی در حفاری، تکه‌برداری و به دست آوردن اطلاعات دقیق درباره نوع سنگ‌ها، مواد معدنی موجود در آن‌ها و رابطه بین لایه‌های مختلف سنگی است.
نمونه‌های استخراج شده به آزمایشگاه‌ها ارسال می‌شوند تا درباره ماهیت کانی‌های موجود در آن‌ها تحقیق شود. در استخراج سنگ‌های معدنی، مانند سنگ‌آهن، گرید یا درجه سنگ معدن بسیار مهم است. این عدد را آزمایشگاه‌های زمین‌شناسی بر اساس نمونه‌های حاصل از حفاری تعیین می‌کنند. هرچقدر گرید سنگ معدن بالاتر باشد، سرمایه‌گذاری بر روی فعالیت‌های معدنی در منبع شناسایی شده توجیه‌پذیرتر است.
عوامل اجتماعی-اقتصادی
شرکتهای معدنی علاوه بر دغدغه‌های فنی، باید به تأثیرات اجتماعی و اقتصادی حاصل از فعالیت خود در سایت‌های معدنی بیندیشند و برای بهبود و امکان فعالیت در آنجا چاره‌اندیشی کنند.
فعالیت‌های معدنی چون اکتشاف، ساخت‌وساز سایت معدن، بهره‌برداری و فرآوری در سایت، نگهداری تجهیزات، توسعه راه‌های دسترسی و دفن باطله‌های معدنی تأثیرات کلانی بر محیط‌زیست منطقه خواهند داشت. بنابراین، اجتماع‌ها معمولاً در مقابل فعالیت‌های معدنی مقاومت می‌کنند و نیاز به تعامل کارا به توده‌های مختلف مردم و سازمان‌های دولتی در تمام مراحل استخراج معدن احساس خواهد شد.
مدل‌های دیجیتال
پس از انجام بررسی‌های میدانی، شرکتهای معدنی اقدام به طراحی مدل‌های کامپیوتری می‌کنند. این مدل‌ها از داده‌های میدانی استفاده می‌کنند تا درباره منابع موجود و آینده بهره‌برداری از معدن سناریوسازی کنند. به‌طور ویژه، استفاده از همزادهای دیجیتال در سال‌های اخیر افزایش‌یافته است.
همزادهای دیجیتال نمونه‌های هوشمند و مجازی از دارایی‌های فیزیکی هستند. نه‌تنها در مرحله بررسی و شناسایی اولیه، بلکه در تمام مراحل استخراج معدن، همزاد دیجیتال می‌تواند وضعیت‌های کنونی را شبیه‌سازی کند یا درباره آینده معدن و فعالیت‌های آن پیشنهاد‌هایی را به مدیران معدن ارائه دهد.
مرحله اکتشاف
وقتی مدیران معدن به اطمینان کافی از وجود ذخایر معدنی در منطقه دست یافتند، فرایند استخراج وارد فاز برنامه‌ریزی می‌شود. در این فاز، شرکتهای معدنی سناریوهای عملیاتی مختلفی (متناظر بازمان، میزان هزینه و حجم منبع) را بررسی می‌کنند تا از میان آن‌ها بهینه‌ترین سناریو برای استخراج ذخایر انتخاب شود.
معیارهای برنامه‌ریزی و ملاحظات متناظر با مجوزها
امنیت
از نقطه شروع اکتشاف تا انتقال مواد معدنی به مشتریان، حیاتی‌ترین رکن عملیات معدنی امنیت نیروی انسانی و حفاظت از دارایی‌های شرکت است. متناظر با این معیار، ریسک‌های عملیاتی ارزیابی می‌شوند و فعالیت‌های پرخطر و شرایط ایجاد امنیت در آن‌ها پیش‌بینی می‌گردند.
تأثیرات محیط‌زیستی
برنامه نهایی باید به‌طور ویژه به جزئیات حفظ محیط‌زیست و اکوسیستم منطقه پرداخته باشد. همچنین، مسئله تولید دی‌اکسید کربن نیز باید مدنظر قرار گیرد و تمهیدات لازم برای کاهش آن اتخاذ شود. معادن از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان زباله‌های صنعتی در جهان‌اند، بدون ارائه برنامه‌ای جامع در کاهش باطله‌های معدنی، شرکتهای معدنی نمی‌توانند موافقت سازمان‌های محیط‌زیستی و مردم منطقه را به دست آورند.
توجیه اقتصادی داشتن
به‌محض شناسایی مقادیر قابل‌توجه و با توجیه اقتصادی بالا، اکتشاف و سایر مراحل استخراج شروع می‌شوند. اما تشخیص به‌صرفه بودن ایجاد سایت معدنی و برداشت از آن کار آسانی نیست و به ماه‌ها تحقیق و بررسی اولیه نیاز دارد. گام‌های موردنیاز برای انجام امر مهم امکان‌سنجی اقتصادی به شرح زیر هستند:
- ارزیابی اولیه اقتصادی (PEA): این ارزیابی اولین مرحله در فاز امکان‌سنجی پروژه است. PEA نیاز به فعالیت‌های اکتشافی آتی و مطالعات مهندسی را موردبررسی قرار می‌دهد.
- مطالعه پیش امکان‌سنجی (PFS): PFS یک مرحله میانی در فرایند مهندسی است که به ارزیابی تکنیکال و اقتصادی پروژه معدنی می‌پردازد. پیش امکان‌سنجی برای هر پروژه حیاتی و ضروری غیرقابل‌چشم‌پوشی است. در این مطالعه، کمترین منابع برای حرکت از فاز بررسی به فاز تولید پیش‌بینی می‌شوند.
- مطالعه امکان‌سنجی بانکی (BFS): در این مطالعه که امکان‌سنجی قطعی هم خوانده می‌شود، آخرین قطعه از پازل بررسی و تأمین مالی پروژه تعیین می‌گردد. نتایج این مطالعه است که مبنای تصمیم‌گیری نهایی برای شروع فعالیت‌های عملیاتی در استخراج معدن قرار می‌گیرد.
مسئولیت اجتماعی شرکت
مسئولیت اجتماعی برای شرکتهای معدنی شبیه گره کوری است که این صنعت از ابتدای پیدایش خود با آن دستوپنجه نرم کرده است. در مرحله اکتشاف نیز، شرکتهای معدنی باید برنامه‌ریزی‌های خود را مبتنی بر مثبت سازی فضای اجتماعی منطقه طراحی کنند.
معادن اغلب درصد زیادی از نیروهای خود را از ساکنان محلی انتخاب و تعاونی‌هایی برای جذب سرمایه بومی و مشارکت مردم منطقه تأسیس می‌کنند. همچنین، بهبود زیرساخت‌های مشترک بین معدن و بومیان، مانند سیستم توزیع برق، جادهها و منابع آب شیرین، باید در برنامه‌های اولیه معادن آورده شود و برای همه آن‌ها سرمایه تعریف گردد.
به‌طور ویژه، در سال‌های اخیر شرکتهای معدنی، برای جلب‌توجه جوامع انسانی و سازمان‌های حافظ محیط‌زیست، فعالیت‌های مبارزه با تغییرات اقلیمی را در کانون توجه قرار داده‌اند. پروژه‌های حفظ گونه‌های گیاهی و حیوانیِ در حال انقراض، تلاش برای پاک‌سازی بسترهای آبی و کاهش حداکثری دی‌اکسید کربن از مهم‌ترین فعالیت‌های محیط‌زیستی شرکتهای معدنی است.
مرحله گسترش
پس از تأیید طرح، فعالیت‌های اجرایی می‌توانند شروع شوند. این مرحله، طولانی‌ترین مرحله در فرایند استخراج معدن است و بسته به‌اندازه منبع کشف‌شده، می‌تواند ۱۰ تا ۲۰ سال طول بکشد تا معدن به وضعیتی برسد که امکان برداشت مواد معدنی فراهم گردد.
آیا اندازه معدن رابطه مستقیمی با میزان سنگ معدن استخراجی دارد؟
ارائه یک پیش‌بینی دقیق از میزان سنگ‌آهن قابل‌برداشت، کار بسیار سختی است. شرکتهای معدنی اهداف عملیاتی خود را تعیین می‌کنند، اما میزانِ قابل‌برداشت به عوامل زیادی بستگی دارد. هدف اصلی اما، کاهش هزینه‌ها هم‌زمان با افزایش حجم برداشت است.
سازه‌های موردنیاز در مرحله گسترش
مسیرهای دسترسی
ساخت جادهها، راه‌آهن، خطوط هوایی یا بندرها، برای دسترسی معدن به سایت و ارتباط آن با مناطق دیگر ابتدایی‌ترین عملیات در مرحله گسترش معدن هستند. همچنین، قسمت قابل‌توجهی از هزینه‌های ساخت‌وساز به ایجاد و مدیریت مسیرهای دسترسی تخصیص می‌یابد. ملاحظاتی چون کاهش مصرف سوخت، هزینه لاستیک و مسیرهای اورژانسی در مدیریت سازه‌های جاده‌ای مدنظر قرار خواهند گرفت.
ساختمان‌های فرآوری سنگ معدن
متناظر با نوع معدن، سطحی یا زیرزمینی، سازه‌هایی که باید در محل سایت مستقر شوند نیز متفاوت هستند. پس از استخراج مواد معدنی، به مراکزی نیاز است که بتوان حجم‌های عظیم سنگ‌آهن را در آنجا فرآوری، تفکیک و منتقل کرد. معمولاً سازه‌های زیرزمینی هزینه‌برتر هستند و امکان استفاده مجدد از آن‌ها، پس از اتمام مراحل استخراج، وجود ندارد.
فرایند فرآوری مواد معدنی با مطالعات کانی‌شناسی شروع می‌شود و شامل اجزایی چون، خرد کردن، آسیاب، ذوب، جداسازی، پرعیارسازی و … است. برای هرکدام از این فعالیت‌ها باید سازه‌های مهندسی متناظر را بنا کرد.
سیستم‌های مدیریت محیط‌زیستی
یکی از اصلی‌ترین چالش‌ها در صنعت معدن، مدیریت باطله‌های معدنی بوده است. از دیرباز، معادن به دلیل تولید و دفن حجم زیادی از باطله، که گاهی سمی نیز هستند، سرزنش شده‌اند. در مرحله گسترش معدن، باید برنامه‌ریزی جامعی برای بازیافت یا دفن باطله‌ها وجود داشته باشد و مکان‌هایی برای دفن آن‌ها در اطراف سایت معدن تعبیه گردد.
میزان آب مصرفی چالش دیگری است که شرکتهای معدنی با آن روبرو هستند. معمولاً شرکتهای معدنی به منابع زیادی از آب برای فرآوری مواد معدنی نیاز دارند. جلوگیری از هدر رفت آب و آلوده شدن منابع آبی چالشی است که معادن چندان در برخورد با آن موفق عمل‌نکرده‌اند.
محل استقرار نیروی انسانی
برنامه‌ریزی برای استقرار دائم یا موقت نیروی انسانی، تأثیر زیادی بر کیفیت زندگی آن‌ها و ارتباطات اجتماعی معدن با منطقه عملیاتی دارد. به‌طور ویژه، ساختمان‌های اداری و سکونتی معمولاً در مناطق دوری واقع می‌شوند و نیاز به ایجاد فضاهای تفریحی و سرگرمی برای کارکنان همیشه احساس می‌شود.
مرحله تولید
پس‌ازاینکه معدن آماده برداشت مواد معدنی شد، برنامه‌های معدن وارد مرحله تولید می‌شوند. اصلی‌ترین روش‌های استخراج معدن، استخراج سطحی و زیرزمینی هستند که در مقاله ” روش‌های اصلی استخراج معدن ” با جزئیات به آن‌ها پرداخته‌ایم.
مرحله احیا
قبل از اینکه شرکت بتواند مجوز ساخت معدن را دریافت کند، ابتدا باید ثابت کند که بودجه لازم برای احداث معدن را در اختیار دارند و به شیوه‌های امن و دوستدار محیط‌زیست فعالیت خواهند کرد. از طرفی، معدن‌کاوی یک فعالیت موقت و پروژه‌ای است؛ پس‌ازاینکه منابع معدنی یک سایت برداشت شد، زمان انتقال شرکت به سایت جدید است. اما قبل از این انتقال، معدن قبلی باید مسدود شود و عملیات احیاء آن انجام گردد.
قبل از بسته شدن معدن چه فعالیت‌هایی باید انجام گیرد؟
شرکتهای معدنی باید قبل از آغاز فعالیت در سایت جدید، طرحی برای بستن آن نیز داشته باشند. به‌طور ویژه، بودجه موردنیاز برای بستن معدن و احیاء منطقه معدنی باید برای سازمان‌های صادرکننده مجوزهای معدنی محرز گردد و برنامه‌های متناظر با آن ارائه شوند.
مطالعات دقیق زیست‌محیطی بخش بزرگی از طرح بسته شدن معدن را به خود اختصاص می‌دهند. یک برنامه جامع در توان‌بخشی معدن شامل موارد زیر خواهد بود.
تضمین سلامت و ایمنی عمومی
سایت‌های معدنی‌ای که بدون رعایت استانداردهای احیاء رها می‌شوند، محیط‌های خطرناکی‌اند که پتانسیل رخدادهای فاجعه‌بار را دارند. به‌عنوان‌مثال، دهانه‌های افقی، شفت‌ها عمودی و مسیرهای دسترسی صعب‌العبور از چشم عابران بی‌اطلاع پوشیده‌اند و می‌توانند خطرآفرین باشند. همچنین، وجود مواد منفجره عمل‌نکرده، مواد شیمیایی حاصل از فرایندهای استخراج، گازهای خطرناک، آب‌های عمیق و ساختمان‌های رهاشده از دیگر عوامل خطرساز متناظر با معدن‌های بسته شده‌اند که باید در این مرحله به‌درستی مدیریت و ریسک زدایی شوند.
حذف باطله‌های خطرناک
چنانکه بارها به آن اشاره شد، باطله‌های معدنی همیشه چالشی پیش‌روی شرکتهای معدنی بوده‌اند. معادن باید قبل از ترک سایت معدنی، از دفن درست و بی‌خطر باطله‌های استخراج‌شده اطمینان حاصل کنند و موقعیت‌های استراتژیک آن‌ها را در اختیار سازمان‌های ذی‌ربط چون منابع طبیعی و وزارت نیرو، قرار دهند.
احیاء پوشش گیاهی
احیاء مناطق استخراج‌شده مستلزم استقرار مجدد خاک سالم و پوشش گیاهی جدید است. به‌عنوان نمونه، شرکتهای معدنی از آهک برای خنثی کردن مواد اسیدی موجود در سایت استفاده می‌کنند و حجم‌هایی از خاک سالم و حاصلخیز را به سایت منتقل می‌کنند. با کاشت گیاهان بومی و شیب بندی‌های درست، عملیات تثبیت خاک منطقه انجام می‌شود.
ارتقاء کیفیت آب
قبل از اینکه هر فعالیتی شروع شود، معادن باید اطمینان حاصل کنند که سفره‌های آب زیرزمینی حفاظت می‌شوند. در مرحله احیاء نیز، شرکت باید گزارشی از وضعیت آب منطقه تحت تأثیر فراهم آورد و راهکار و بودجه‌ای را برای بهبود وضعیت حاصل از فعالیت استخراج تعریف کند.
جمع‌بندی
فعالیت‌های معدنی همیشه جزء حیاتی‌ترین عملیات در تأمین نیازهای اولیه و ثانویه انسان بوده‌اند. بنابراین، تا زمانی که منابع قابل‌توجه از مواد معدنی وجود دارند، صنعت معدن نیز به بقای خود ادامه می‌دهد. بااین‌حال، معادن همیشه از جانب سازمان‌های مرتبط با محیط‌زیست و بنیادهای مردمی، موردانتقاد قرارگرفته‌اند. دلیل اصلی این امر، تأثیرات مخربی است که معدن بر محیط‌زیست اعمال می‌کند.
در سال‌های اخیر، استفاده از فناوری و مدیریت همه‌جانبه مراحل مختلف استخراج معدن، کمک‌های شایانی به زدودن سیاهی از چهره معادن کرده‌اند. با استفاده از یک برنامه‌ریزی حساب‌شده و دانش‌محور، شرکتهای معدنی می‌توانند بهترین نتایج را از سرمایه‌گذاری‌های خود بگیرند و هم‌زمان کمترین تأثیر منفی را بر محیط‌زیست به‌جا بگذارند.
کلمات کلیدی:
سایت معدن – زمین‌شناسی – صنایع معدنی – مواد معدنی – امکان‌سنجی – ذخایر معدنی – ژئوفیزیک – حفاری – آزمایش – ژئوشیمیایی
منابع:
https://www.freshequities.com/resource-centre/what-are-the-stages-of-a-mining-project
https://miningdigital.com/supply-chain-and-operations/gifs-5-stages-mining-life-cycle
