استخراج هیدرولیکی

روش استفاده از جت هیدرولیک در معدن

استخراج هیدرولیکی نوعی استخراج معدنی است که از جت‌های آب پرفشار برای جابجایی مواد سنگی یا جابجایی رسوب استفاده می‌کند.[۱] در استخراج رسوبی طلا یا قلع، دوغاب آب_رسوب به دست آمده به سمت جعبه‌های آبکشی هدایت می‌شود تا طلا یا قلع را جدا کنند. این روش برای استخراج کائولن و زغال سنگ نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

معدنچی در حال استفاده از جت هیدرولیکی برای استخراج طلا در کالیفرنیا، از مجله قرن ژانویه ۱۸۸۳.

استخراج هیدرولیکی، از روش و تکنیک‌های روم باستان برگرفته شده و توسعه یافته‌است، رومیان از آب برای حفاری ذخایر نرم زیرزمینی استفاده می‌کردند. شکل مدرن استخراج هیدرولیکی، با استفاده از جتهای آب تحت فشار تولید شده توسط نازلی به نام «مانیتور»، در دهه ۱۸۵۰ تحت تأثیر تب طلا در کالیفرنیا در ایالات متحده به وجود آمد. اگرچه این روش در استخراج مواد معدنی غنی از طلا موفقیت‌آمیز عمل کرد، اما استفاده گسترده از این فرایند منجر به آسیب‌های زیست‌محیطی گسترده‌ای مانند افزایش بروز سیل و فرسایش، مسدود شدن آبراه‌ها با افزایش میزان رسوبات و پوشیده شدن زمین‌های کشاورزی با رسوبات شد. این مشکلات منجر به تنظیم قانونی استفاده از آن شد. از استخراج هیدرولیکی به اشکال مختلف در سراسر جهان استفاده می‌شود.

تاریخچه ویرایش

پیش زمینه :آب‌کشی زمین ویرایش

پیش ساز استخراج هیدرولیکی عمل آب‌کشی زمین که حالتی توسعه یافته از عملیاتی به نام «هوشینگ» می‌باشد، که در آن جریان‌های سطحی آب منحرف می‌شوند تا شن‌های طلادار را فرسایش دهند. این روش در ابتدا در امپراتوری روم در قرن‌های اول قبل از میلاد و بعد از میلاد استفاده می‌شد و در سراسر امپراتوری روم، در هرمنطقه‌ای که رسوبات آبرفتی وجود داشت، گسترش پیدا کرد.[۲] رومی‌ها آب‌کشی زمین را برای از بین بردن اضافه بار و بقایای طلا در لاس مدولاس اسپانیا و دولاوکوتی در بریتانیای کبیر به کار بردند. همچنین این روش در انگلستان و ولز الیزابتی (و بندرت اسکاتلند) به منظور توسعه معادن قلع، سرب و مس استفاده شد.

مهندسان رومی در قرون اول قبل از میلاد و پس از میلاد، زمانی که امپراتوری روم به سرعت در اروپا در حال گسترش بود، در مقیاس وسیعی از آب استفاده می‌کردند. رومی‌هااز فرآیندی که بعدها به نام «هوشینگ» شناخته شد استفاده کردند، در این فرایند حجم زیادی از آب را در یک مخزن در بالای منطقه‌ای که قرار بود استخراج شود، ذخیره و سپس آب به سرعت آزاد می‌شد. موج حاصل از آب، بار اضافی و سنگ بستر را از بین می‌برد. سپس، بر روی رگه‌های طلا در سنگ بستر با استفاده از تعدادی تکنیک کار می‌شد و دوباره از نیروی آب برای حذف زباله‌ها استفاده می‌شد. بقایای موجود در لاس مدولاس و مناطق اطراف آن، زمین لم یزرع مناظر را در مقیاسی عظیم نشان می‌دهد که با توجه به هیدرولیکی کردن، غنی از سپرده طلا آبرفتی است. لاس مدولاس در حال حاضر میراث جهانی یونسکو است. این سایت بقایای حداقل هفت قنات بزرگ تا طول ۳۰ مایل (۴۸ کیلومتر) را نشان می‌دهد که منابع زیادی از آب را به سایت تغذیه می‌کنند. پلینی بزرگ (تاریخ‌نگار روم باستان) عملیات استخراج طلا را در کتاب تاریخ طبیعی خود که در قرن اول پس از میلاد منتشر شد، به‌طور واضح شرح داده‌است. پلینی در دهه ۷۰ پس از میلاد در هیسپانیا تاراکوننسیس دادستان بود و خود شاهد این عملیات بود. استفاده از هوشینگ از طریق بررسی‌های میدانی و باستان‌شناسی در دولاوکوتی واقع در ولز جنوبی، تنها معدن طلای رومی شناخته شده در بریتانیای کبیر، تأیید شده‌است.

تب طلا در کالیفرنیا ویرایش

 
معدنچیان طلا در زمانی بین سال‌های ۱۸۵۷ و ۱۸۷۰، یک پرتگاه فرسایش یافته را با فواره‌های آب در معدن پلاسر در داچ فلت کالیفرنیا حفاری می‌کنند.

شکل امروزی استخراج هیدرولیکی که با استفاده از جت‌های آبی که تحت فشار بسیار بالا آب را از طریق شلنگ‌ها و نازل‌ها به سوی سنگ‌های مرتفع دارای طلا هدایت می‌کنند، انجام می‌گیرد، برای اولین بار توسط ادوارد متسون در سال ۱۸۵۳ و در جریان تب طلا در کالیفرنیا، در نزدیکی نوادا سیتی، کالیفرنیا مورد استفاده قرار گرفت.[۳] متسون از شلنگ کرباسی استفاده کرد که بعدها در دهه ۱۸۶۰، شلنگ کرینولین جایگزین آن گشت.[۴] در کالیفرنیا، برای استخراج هیدرولیکی اغلب آب را از مکان‌های مرتفع‌تر برای فواصل طولانی می‌بردند تا حوضچه‌ها را چند صد فوت بالاتر از منطقه مورد استخراج قرار دهند. معدن‌کاری هیدرولیکی در کالیفرنیا از رسوبات شن بهره‌برداری کرد و آن را به نوعی از استخراج پلاسر تبدیل نمود.

معدنچیان اولیه پلاسر در کالیفرنیا متوجه شدند که هرچه شن بیشتری پردازش شود، احتمال یافتن طلای بیشتری وجود دارد. معدنچیان به جای استفاده از قاب‌ها، جعبه‌های آبکشی، تشت‌های بلند و غلتانک‌ها، به منظور یافتن راه‌هایی برای پردازش با سرعت بیشتر و مقادیر بیشتر شن، همکاری کردند. استخراج هیدرولیکی به بزرگ‌ترین و مخرب‌ترین شکل استخراج پلاسر تبدیل شد. آب از طریق یک شیلنگ کرباسی بزرگ به داخل کانالی که به صورت ممتد باریک می‌شود، هدایت می‌شد و از طریق یک نازل آهنی غول پیکر به نام «مانیتور» به خارج هدایت می‌شد. از جریانی با فشار فوق‌العاده بالا از طریق دریچه‌های عظیم برای شستن کل دامنه تپه‌ها استفاده می‌شد.

در اوایل دهه ۱۸۶۰ در حالی که استخراج هیدرولیکی در اوج خود بود، استخراج پلاسر در مقیاس کوچک، تا حد زیادی لایه‌های سطح غنی پلاسر را خسته کرده بود و صنعت معدن به سنگ سخت (با نام استخراج کوارتز در کالیفرنیا) یا استخراج هیدرولیکی، که به تشکیلات بزرگ‌تر و سرمایه و بودجه بسیار بیشتر نیاز داشت، روی آورد. تخمین زده می‌شود که ۱۱ میلیون اونس طلا (تقریبا به ارزش ۷٫۵ میلیارد دلار با احتساب قیمت‌های اواسط سال ۲۰۰۶) توسط استخراج هیدرولیکی در تب طلا در کالیفرنیا، در اواسط دهه ۱۸۸۰ بازیابی شده باشد.

ناگواری‌های زیست‌محیطی ویرایش

 
مردی روی یک آبگیر چوبی خم می‌شود. سنگ‌ها در قسمت بیرونی تخته‌های چوبی قرار گرفته‌اند که دریچه را ایجاد می‌کنند.

در حالی که استخراج معدنی هیدرولیکی میلیون‌ها دلار درآمد مالیاتی برای ایالت ایجاد نمود و از جمعیت زیادی از معدن‌چیان در کوهستان حمایت می‌کرد، تأثیرات مخربی بر محیط طبیعی ساحلیو سیستم‌های کشاورزی در کالیفرنیا داشت. میلیون‌ها تن خاک و آب به رودخانه‌های کوهستانی می‌ریخت که رودخانه‌هایی را که به دره ساکرامنتو می‌ریزند، تغذیه می‌کردند. هنگامی که رودخانه‌ها به دره‌های نسبتاً مسطح می‌رسند، سرعت آب کاهش و عرض رودخانه‌ها افزایش می‌یابد و رسوبات در دشت‌های سیلابی و بستر رودخانه انباشته می‌شود که باعث بالا آمدن رودخانه‌ها، انتقال آن‌ها به کانال‌های جدید، طغیانشان از سواحل خود و در نتیجه بروز سیلابی بزرگ (مخصوصا در دوره ذوب بهاری) شد.

شهرها و شهرک‌های دره ساکرامنتو تعداد فزاینده‌ای از سیل‌های ویرانگر را تجربه کردند، همچنین بالا آمدن بستر رودخانه‌ها مسیریابی در رودخانه‌ها را به‌طور چشمگیری دشوار می‌کرد. شاید هیچ شهر دیگری به اندازه ماریس ویل نعمت و عذاب ناشی از استخراج طلا تجربه نکرده باشد. ماریس ویل که در محل تلاقی رودخانه یوبا و رود فیدر قرار دارد، آخرین نقطه پرش معدنچیانی بود که برای جستجوی ثروت به سمت کوهپایه‌های شمالی می‌رفتند. کشتی‌های بخار حامل معدنچیان و تدارکات از سانفرانسیسکو، از رودخانه ساکرامنتو و سپس رود فیدر به ماریس ویل، جایی که مسافران و محموله‌های خود را تخلیه می‌کردند، رفتند. ماریس ویل در نهایت یک خاکریز پیچیده برای محافظت از شهر در برابر سیل و رسوب ایجاد کرد. استخراج هیدرولیکی مشکل سیل را در ماریس ویل به شدت تشدید و آب رود فیدر را به شدت کم عمق کرد به طوری که تعداد کمی از قایق‌های بخار می‌توانستند از رودخانه ساکرامنتو به سمت اسکله‌های ماریس ویل حرکت کنند. رسوبات به جا مانده از چنین تلاش‌هایی توسط لایروبی معدن در یوبا گلدفیلدز واقع در نزدیکی ماریس ویل بازفرآوری شد.

 
مالاکوف دیگینز، کالیفرنیا، اثرات استخراج هیدرولیکی در دامنه یک تپه را بیش از یک قرن بعد نشان می‌دهد. بیشتر اثرات معدن‌کاری فراتر از خود تپه‌ها، در مناطق پایین دست جریان آب و رسوباتی بود که آنها تولید می‌کردند.

منظره فرسایش یافته باقی مانده در محل استخراج هیدرولیکی را می‌توان در پارک تاریخی ایالتی مالاکوف دیگینز در شهرستان نوادا، کالیفرنیا مشاهده کرد.[۵] همچنین منظره مشابهی را در لاس مدولاس در شمال اسپانیا می‌توان مشاهده کرد، جایی که مهندسان رومی ذخایر آبرفتی غنی از طلای رودخانه سیل را از زمین جدا کردند. پلینیوس (تاریخ‌نگار روم باستان) در کتاب تاریخ طبیعی خود ذکر می‌کند که اسپانیا در نتیجه عملیات سنگ‌شویی زمین به دریا و دریاچه‌های محلی تجاوز کرد.

اقدام حقوقی پرونده تاریخی ویرایش

مناطق گسترده‌ای از زمین‌های کشاورزی واقع در دره ساکرامنتو زیر رسوبات معدنی به‌طور عمیق مدفون شده بود. کشاورزان که زمین‌های کشاورزی آن‌ها غالباً توسط آب‌های سیل ویران شده بود، خواستار پایان یافتن استخراج هیدرولیکی شدند. در مشهورترین مبارزه قانونی کشاورزان علیه معدنچیان، کشاورزان شکایت خود از عملیات استخراج هیدرولیک و پرونده تاریخی وودراف در برابر شرکت معدن شن بلومفیلد شمالی به دادگاه منطقه ای ایالات متحده در سانفرانسیسکو رسانند، جایی که قاضی لورنزو ساویر به نفع کشاورزان تصمیم گرفت و استخراج هیدرولیکی را در ۷ ژانویه ۱۸۸۴ ممنوع اعلام کرد و نیز اعلام نمود که استخراج هیدرولیکی «مایه رنجش عمومی و خصوصی» است. او دستور به عملی کردن این تصمیم در مناطق منشعب از نهرها و رودخانه‌های قابل کشتیرانی را داد.[۶] استخراج هیدرولیکی در مقیاس بسیار کوچکتر، زمانی که کنگره ایالات متحده قانون Camminetti را تصویب کرد، پس از سال ۱۸۹۳ آغاز شد که در صورت ساخت سازه‌های حوضه نگهداری رسوب، چنین معدنکاری را مجاز می‌کرد. این اتفاق منجر به تعدادی عملیات در بالای آبگیرهای (سد) رسوب‌گیری و سدهای تخت چوبی شد. بیشتر زیرساخت‌های تحویل آب موردنیاز در استخراج هیدرولیکی در اثر سیل سال ۱۸۹۱ از بین رفته بود، بنابراین، این مرحله بعدی از استخراج و معدنکاری در مقیاس بسیار کوچکتر در کالیفرنیا ادامه یافت.

فراتر از کالیفرنیا ویرایش

 
اورینتال کلایمز در نزدیکی اومئو، استرالیا، بین سالهای ۱۸۵۰ و ۱۹۰۰ استخراج شد. آبکشی هیدرولیکی صخره‌های دست‌ساز تا ۳۰ متر (۱۰۰ فوت) ارتفاع در سراسر منطقه را باقی گذاشته‌است.

با وجود اینکه این فناوری به دلیل پذیرش و استفاده گسترده در کالیفرنیا، عموماً به این منطقه مرتبط است، این فناوری به‌طور گسترده به داکوتای جنوبی (دودوود در ۱۸۷۶)، آیداهو (آیداهو سیتی در ۱۸۶۳)، کلرادو (کلیر کریک، سنترال سیتی و برکنریج در ۱۸۶۰)، اورگان (جکسونویل در ۱۸۵۶)، آریزونا (لینکس در ۱۸۶۸)، مونتانا (باناک در ۱۸۶۵)، آلاسکا (فربنکس در ۱۹۲۰)، بریتیش کلمبیا (کانادا) و نیز خارج از قاره آمریکا صادر شد. این فناوری به‌طور گسترده در داهلونگا، جورجیا استفاده شد و همچنان در کشورهای در حال توسعه مورد استفاده قرار می‌گیرد واستفاده از آن اغلب با پیامدهای زیست‌محیطی ویرانگر همراه است. ویرانی‌ها و تخریب‌های ناشی از استفاده از این روش در استخراج معدن سبب آن شد که ادوین کارتر، «طبیعت‌شناس کلبه چوبی» از معدن کاری به جمع‌آوری نمونه‌های موجود در حیات وحش از سال ۱۸۷۵ الی ۱۹۰۰، دربرکنریج، کلرادو ایالات متحده روی آورد.

استخراج هیدرولیکی همچنین در طول تب طلا در استرالیا مورد استفاده قرار گرفت که به آن آبکشی (یا سنگ شویی کردن) هیدرولیکی می‌گفتند. یکی از مکان‌های قابل توجه در اورینتال کلایمز در نزدیکی اومئو، در ویکتوریا بو، با شواهد فراوانی از آسیب که امروزه نیز قابل مشاهده است، که بین دهه ۱۸۵۰ و اوایل دهه ۱۹۰۰ مورد استفاده قرار گرفت.[۷]

از استخراج هیدرولیکی به‌طور گسترده در تب طلای اوتاگو مرکزی استفاده شد که در دهه ۱۸۶۰ در جزیره جنوبی نیوزیلند رخ داد، جایی که به عنوان سنگ شویی کردن (sluicing) نیز شناخته می‌شد.

با شروع از دهه ۱۸۷۰، استخراج هیدرولیکی به یکی از پایه‌های اصلی استخراج قلع آبرفتی در شبه جزیره مالایی تبدیل شد.[۸]این روش قبلاً در شهرستان پولک فلوریدا برای استخراج سنگ فسفات مورد استفاده قرار می‌گرفته‌است.[۹]

کاربرد معاصر ویرایش

 
مانیتور استخراج هیدرولیکی مدرن در حال استفاده.

استخراج هیدرولیکی علاوه بر کاربرد آن در استخراج ثابت معدن، می‌تواند به عنوان یک عملیات خاکی نیز استفاده شود که عمدتاً برای تخریب تپه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای مثال دنی ریگرید در سیاتل تا حد زیادی با استخراج هیدرولیکی انجام شد.

استخراج هیدرولیکی، روش اصلی استخراج کائولینیت در معادن کورنوال و دوون واقع در جنوب غربی انگلستان است.

در عملیات بدر (۱۹۷۳) که آغازگر جنگ یوم کیپور بود، مصر برای شکستن دیوار شنی بار لو لاین در کانال سوئز از روش استخراج هیدرولیکی استفاده کرد.

میادین طلای راند ویرایش

شرکت طلا و اورانیوم ایست راند (ERGO) یک مرکز تصفیه مجدد باطله‌های سطحی طلا است که از سال ۱۹۷۷ در حال بهره‌برداری در میادین طلای راند آفریقای جنوبی است.[۱۰] در این تأسیسات از مانیتورهای هیدرولیکی برای ایجاد دوغاب از سایت‌های باطله قدیمی‌تر (و در نتیجه غنی‌تر) استفاده می‌شود و حاصل را به کارخانه تغلیظ در فاصله زیاد و طولانی پمپاژ می‌کنند.

این تأسیسات ماهانه نزدیک به دو میلیون تن باطله را با هزینه پردازش کمتر از ۳٫۰۰ دلار آمریکا در تن پردازش می‌کند(۲۰۱۳). طلا تنها با نرخ ۰٫۲۰ گرم در تن بازیافت می‌شود، ولی این بازده کم، با هزینه بسیار کم پردازش و بدون نیاز به استخراج یا آسیاب پر هزینه و پرخطر برای بازیابی جبران می‌شود.[۱۱]

لعاب‌های به دست آمده به دورتر از مناطق ساخته شده پمپ می‌شوند که درنتیجه امکان توسعه اقتصادی زمین‌های نزدیک به مناطق با ارزش تجاری و سابقاً پوشیده شده توسط باطله‌ها را، فراهم می‌کند. در حال حاضر، زباله‌های تاریخی معدنی زرد رنگ در اطراف ژوهانسبورگ تقریباً نادر هستند و فقط در عکس‌های قدیمی‌تر مشاهده می‌شوند.

پیریت و اورانیوم (برای فرایند تولید سولفوریک اسید) نیز به عنوان محصولات مشترک از فرایند جریان، قابل بازیابی با شرایط مناسب اقتصادی هستند.

استخراج زیرزمینی هیدرولیکی ویرایش

جت‌های آب پرفشار به منظور شکستن درز زغال سنگ و شستن دوغاب زغال سنگ حاصل و هدایت آن به سمت نقطه جمع‌آوری، در استخراج زیرزمینی زغال سنگ استفاده می‌شود.[۱] نازل آب فشار بالا «هیدرو مانیتور» نامیده می‌شود.[۱۲]

جستارهای وابسته ویرایش

منابع ویرایش

  1. ۱٫۰ ۱٫۱ Paul W. Thrush, A Dictionary of Mining, Mineral, and Related Terms, US Bureau of Mines, 1968, p.560.
  2. Paul W. Thrush, A Dictionary of Mining, Mineral, and Related Terms, US Bureau of Mines, 1968, p.515.
  3. Randall Rohe (1985) Hydraulic mining in the American West, Montana: The Magazine of Western History, v.35, n.2, p.18-29.
  4. Isenberg, Andrew (2005). Mining California An Ecological History. Hill and Wang. pp. 34. ISBN 978-0-8090-9535-3.
  5. "Malakoff Diggins SHP". State of California.
  6. Hydraulic mining outlawed accessed 19 Jan 2014
  7. "Oriental Claims Historic Area - Park Notes" (PDF). Parks Victoria Official Site. Parks Victoria. Archived from the original (PDF) on 3 March 2011. Retrieved 16 October 2010.
  8. Mark Cleary and Kim Chuan Goh, Environment and Development in the Straits of Malacca, London: Routledge, 2000, p.47.accessed 5 November 2009.
  9. George J. Young, Elements of Mining, 4th ed. , New York: McGraw-Hill, 1946, p.436-438.
  10. "DRDGold Ergo fact sheet October 2012" (PDF). Retrieved 19 January 2013.
  11. "Ergo: Mining South Africa's wealth again" (PDF). Retrieved 19 January 2013.
  12. "Borehole Mining". Great Mining. Retrieved 23 November 2011.
  • استخراج هیدرولیک در کالیفرنیا: میراثی لکه دار، اثر پاول گرینلند، ۲۰۰۱
  • نبرد با دریای داخلی: فرهنگ سیاسی آمریکا، سیاست عمومی، و دره ساکرامنتو: 1850-1986., U.Calif Press; 395pp.
  • طلا در مقابل غلات: بحث معدن هیدرولیک در دره ساکرامنتو کالیفرنیا، توسط Robert L. Kelley، ۱۹۵۹
  • لوئیس، روابط عمومی و جی دی بی جونز، معدن طلای رومی در شمال غربی اسپانیا، مجله مطالعات رومی ۶0 (1970): ۱۶۹–۸۵