Địa chất kinh tế và môi trường

Địa chất kinh tế là một nhánh của địa chất liên quan đến các vật liệu địa chất có giá trị kinh tế.

Theo nghĩa rộng hơn, địa chất kinh tế liên quan đến việc phân phối các mỏ khoáng sản, các cân nhắc kinh tế liên quan đến sự phục hồi của chúng và đánh giá trữ lượng có sẵn.

Địa chất kinh tế liên quan đến các vật liệu như kim loại quý và kim loại cơ bản, khoáng sản phi kim loại, nhiên liệu hóa thạch và các vật liệu khác có giá trị thương mại, như muối, thạch cao và đá xây dựng. Nó sử dụng các nguyên tắc và phương pháp của các lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là địa vật lý, địa chất cấu trúc và địa tầng.

Địa chất kinh tế không chỉ được thực hiện bởi các nhà địa chất mà còn được các kỹ sư, chủ ngân hàng đầu tư, nhà khoa học môi trường và nhà bảo tồn quan tâm vì những ngành công nghiệp khai thác có tác động rất lớn đến bối cảnh kinh tế xã hội và môi trường.

Nguồn gốc và sự phát triển của Địa chất kinh tế:

Khái niệm địa chất kinh tế là một điều tương đối mới, mặc dù con người đã khai thác kim loại và khoáng chất có giá trị từ mặt đất kể từ thời tiền sử. Tuy nhiên, đối với tất cả khả năng của họ để đánh giá cao giá trị của các tài nguyên đó, những người tiền hiện đại sở hữu rất ít theo cách của các lý thuyết khoa học liên quan đến sự hình thành của họ hoặc phương tiện khai thác chúng.

Ví dụ, người Hy Lạp tin rằng các tĩnh mạch của vật liệu kim loại trên trái đất chỉ ra rằng những vật liệu đó là những sinh vật sống dưới rễ sau khi cây cối mọc lên. Các nhà chiêm tinh thời trung cổ cho rằng, mỗi hành tinh trong số bảy hành tinh Hồi (Mặt trời, Mặt trăng và năm hành tinh, bên cạnh đó

Trái đất, được biết đến vào thời điểm đó) đã cai trị một trong bảy kim loại được biết đến là vàng, đồng, bạc, chì, thiếc, sắt và thủy ngân, thứ được cho là đã được tạo ra dưới ảnh hưởng của các hành tinh của họ.

Nhà tư tưởng đầu tiên cố gắng vượt ra ngoài những ý tưởng không khoa học (nếu giàu trí tưởng tượng) đó là một bác sĩ người Đức viết dưới cái tên Latinh Georgius Agricola (1494-1555). Kết quả của việc điều trị các thợ mỏ cho các điều kiện khác nhau, Agricola, tên thật là Georg Bauer, đã trở nên say mê với các khoáng chất.

Được coi là cha đẻ của cả khoáng vật học và địa chất kinh tế, Agricola đã giới thiệu một số ý tưởng cung cấp nền tảng khoa học cho nghiên cứu về Trái đất và các sản phẩm của nó. Trong De Ortu et duyênis Subterraneorum (1546), ông đã phê phán tất cả các ý tưởng trước đó liên quan đến sự hình thành quặng, bao gồm các khái niệm Hy Lạp và chiêm tinh được đề cập trước đó cũng như niềm tin giả kim rằng tất cả các kim loại đều được tạo thành từ thủy ngân và lưu huỳnh.

Thay vào đó, ông duy trì rằng chất lỏng dưới mặt đất mang theo các khoáng chất hòa tan, khi được làm lạnh sẽ để lại các cặn trong các vết nứt của đá và do đó làm phát sinh các tĩnh mạch khoáng sản. Những ý tưởng của Agricola sau đó đã giúp hình thành cơ sở cho các lý thuyết hiện đại liên quan đến việc hình thành các mỏ quặng.

Trong De Natura Fossilium (Về bản chất của hóa thạch, 1546), Agricola cũng giới thiệu một phương pháp phân loại hóa thạch của Hồi, vì các khoáng chất sau đó được biết đến. Hệ thống của Agricola, phân loại khoáng sản theo các đặc tính như màu sắc, kết cấu, trọng lượng và độ trong suốt, là cơ sở cho hệ thống phân loại khoáng sản đang sử dụng ngày nay.

Tuy nhiên, trong tất cả các tác phẩm của ông, quan trọng nhất là De re Metallica, cuốn sách sẽ vẫn là cuốn sách giáo khoa hàng đầu cho các nhà khai thác mỏ và nhà khoáng vật học trong suốt hai thế kỷ sau đó. Trong tác phẩm hoành tráng này, ông đã đưa ra nhiều ý tưởng mới, bao gồm cả khái niệm rằng đá chứa quặng cũ hơn đá. Ông cũng khám phá chi tiết các hoạt động khai thác được sử dụng trong thời đại của mình, đây là một kỳ tích phi thường trong đó các công ty khai thác của thế kỷ XVI có xu hướng bảo vệ bí mật thương mại của họ chặt chẽ.

Đá và khoáng chất:

Lớp vỏ trái đất của chúng ta được tạo thành từ những tảng đá, lần lượt, là tập hợp của các khoáng chất. Để được chỉ định là một loài khoáng sản, một chất phải được tìm thấy trong tự nhiên và có nguồn gốc vô cơ. Nó phải có một đặc tính hóa học xác định và sự hình thành nguyên tử đặc biệt.

Đá:

Đá là một tập hợp của khoáng sản hoặc vật liệu hữu cơ, có thể xuất hiện ở dạng hợp nhất hoặc không hợp nhất. Đá có ba loại khác nhau: đá lửa, được hình thành do sự kết tinh của các khoáng chất nóng chảy, như trong một ngọn núi lửa; trầm tích, thường được hình thành bởi sự lắng đọng, nén hoặc xi măng đá phong hóa; và biến chất, được hình thành bởi sự thay đổi của đá có sẵn. Đá làm từ vật liệu hữu cơ thường là trầm tích, một ví dụ là than.

Đá đã sở hữu tầm quan trọng kinh tế từ một thời gian dài trước khi "kinh tế học" như chúng ta biết nó tồn tại một thời gian khi không có gì để mua và không có gì để bán. Thời điểm đó, tất nhiên, sẽ là thời kỳ đồ đá, xuất hiện thực tế từ thời kỳ khởi đầu của loài người và chồng chéo với sự khởi đầu của nền văn minh khoảng 5.500 năm trước. Trong hàng trăm ngàn năm khi đá tạo thành vật liệu chế tạo công cụ tiên tiến nhất, con người đã phát triển một loạt các thiết bị bằng đá để tạo ra lửa, mài dao, giết động vật (và những người khác), cắt thức ăn hoặc da động vật, v.v.

Thời kỳ đồ đá, cả trong trí tưởng tượng phổ biến và (với một số bằng cấp) trong thực tế khảo cổ học, là thời gian con người sống trong hang động. Kể từ thời điểm đó, dĩ nhiên, con người thường rời khỏi các hang động, mặc dù vẫn tồn tại ngoại lệ, như quân đội Hoa Kỳ tìm thấy vào năm 2001 khi cố gắng săn lùng những kẻ khủng bố trong các hang động ở Afghanistan.

Trong mọi trường hợp, sự gắn bó của con người với nhà ở bằng đá đã có những hình thức khác, bắt đầu với các kim tự tháp và tiếp tục qua các ngôi nhà nề ngày nay. Đá cũng không đơn giản là một vật liệu cấu trúc để xây dựng, như việc sử dụng tấm tường thạch cao, mặt bàn đá, hoàn thiện bằng đá cẩm thạch, và lối đi lát sỏi. Và, tất nhiên, xây dựng chỉ là một trong nhiều ứng dụng mà đá và khoáng sản được định hướng, như chúng ta sẽ thấy.

Kim loại:

Trong số tất cả các nguyên tố hóa học đã biết, 87, hoặc khoảng 80%, là kim loại. Nhóm thứ hai được xác định là có vẻ ngoài bóng bẩy hoặc sáng bóng và dễ uốn hoặc dễ uốn, có nghĩa là chúng có thể được đúc thành các hình dạng khác nhau mà không phá vỡ chúng. Mặc dù có độ dẻo, kim loại rất bền, có nhiệt độ nóng chảy và sôi cao, và là chất dẫn nhiệt và điện tuyệt vời. Một số đăng ký cao trên thang độ cứng Mohs.

Khoáng sản:

Trong khi đó chỉ có 87 loại kim loại, có khoảng 3.700 loại khoáng sản. Có sự chồng chéo đáng kể giữa kim loại và khoáng chất, nhưng sự chồng chéo đó còn lâu mới hoàn thành: nhiều khoáng chất bao gồm các nguyên tố phi kim, như oxy và silicon. Khoáng chất là một chất xuất hiện trong tự nhiên và do đó không thể được tạo ra một cách nhân tạo, có nguồn gốc vô cơ, có thành phần hóa học xác định và sở hữu cấu trúc bên trong tinh thể.

Thuật ngữ hữu cơ không chỉ đơn giản là các chất có nguồn gốc sinh học; thay vào đó, nó mô tả bất kỳ hợp chất nào có chứa carbon, ngoại trừ carbonate (là một loại khoáng chất) và oxit, chẳng hạn như carbon dioxide hoặc carbon monoxide.

Thực tế là một khoáng chất phải có thành phần không thay đổi sẽ hạn chế các khoáng chất hầu như chỉ có các nguyên tố và hợp chất, đó là các chất không thể bị phân hủy hóa học để tạo ra các chất đơn giản hơn hoặc các chất được hình thành bởi liên kết hóa học của các nguyên tố. Chỉ trong một vài trường hợp đặc biệt cao là hợp kim xuất hiện tự nhiên, hoặc hỗn hợp kim loại, được coi là khoáng sản.

Khoáng sản được phân thành tám nhóm cơ bản theo thành phần hóa học của chúng:

Đó là:

tôi. Yếu tố bản địa

ii. Sulphide

iii. Oxit và hydroxit

iv. Halide

v. Cacbonat, nitrat, borat, iốt

vi. Sunfat, cromat, molybdat, tungstat

vi. Phốt phát, arsenat, vanadat

vii. Silicat

Nhóm đầu tiên, các nguyên tố bản địa, bao gồm các nguyên tố kim loại xuất hiện ở dạng tinh khiết ở đâu đó trên Trái đất; một số hợp kim kim loại, được ám chỉ trước đó; cũng như các phi kim bản địa, bán kim loại và khoáng chất xảy ra với các nguyên tố kim loại và phi kim. Các yếu tố bản địa, cùng với sáu lớp theo chúng trong danh sách này, được gọi chung là vô nghĩa, một thuật ngữ nhấn mạnh tầm quan trọng của nhóm thứ tám.

Phần lớn các khoáng chất, bao gồm cả những loại phong phú nhất, thuộc về lớp silicat, được chế tạo xung quanh nguyên tố silicon. Giống như carbon có thể tạo thành chuỗi dài các nguyên tử, đặc biệt là kết hợp với hydro (như chúng ta sẽ thảo luận trong bối cảnh nhiên liệu hóa thạch sau này trong bài tiểu luận này), silicon cũng tạo thành chuỗi dài, mặc dù đối tác lựa chọn của nó là một loại oxy chứ không phải là hydro . Cùng với oxy, silicon silicon được biết đến như một kim loại vì nó thể hiện các đặc tính của cả kim loại và phi kim loại tạo thành cơ sở cho một loạt sản phẩm đáng kinh ngạc, cả tự nhiên và nhân tạo.

Khoáng sản có thể được phân loại theo sử dụng trong công nghiệp như sau:

(a) Khoáng vật kim loại: Nhóm sắt. Chúng bao gồm các khoáng chất như sắt, crôm, mangan và niken.

(b) Khoáng sản kim loại: Nhóm kim loại màu. Chúng có đồng, chì, kẽm, vonfram, nhôm, vanadi và các loại khác.

(d) Khoáng vật chịu lửa. Chúng được sử dụng làm vật liệu chịu nhiệt trong lò nung và khuôn. Chúng bao gồm crômit, magnesit, kyanite, Fireclays, sillimanite và than chì.

(e) Khoáng sản phân bón như thạch cao, đá phốt phát và pyrit.

(f) Nhiên liệu khoáng như than, dầu mỏ, khí đốt tự nhiên và khoáng sản hạt nhân.

Sự phát triển kinh tế của một quốc gia bị ảnh hưởng bởi sự sẵn có của khoáng sản. Khoáng sản là cơ sở cho một số ngành công nghiệp quy mô lớn. Nông nghiệp cũng bị ảnh hưởng bởi sự sẵn có của khoáng sản dưới dạng phân bón.

Hydrocacbon:

Như đã lưu ý trước đó, mặt khác, trọng tâm của địa chất kinh tế là cả đá và khoáng sản, mặt khác, và nhiên liệu hóa thạch. Nhiên liệu hóa thạch có thể được định nghĩa là nhiên liệu (cụ thể là than, dầu và khí) có nguồn gốc từ các mỏ vật liệu hữu cơ đã trải qua quá trình phân hủy và biến đổi hóa học trong điều kiện áp suất cao.

Theo định nghĩa này, xuất phát từ vật liệu hữu cơ, tất cả các nhiên liệu hóa thạch đều dựa trên carbon, và đặc biệt, chúng được chế tạo xung quanh các hợp chất hóa học hydrocarbon có các phân tử được tạo thành từ không có gì ngoài các nguyên tử carbon và hydro.

Về mặt lý thuyết, không có giới hạn về số lượng hydrocarbon có thể. Carbon tự hình thành các hình dạng phân tử rõ ràng vô hạn, và hydro là một đối tác hóa học đặc biệt linh hoạt. Các hydrocacbon có thể tạo thành chuỗi thẳng, chuỗi phân nhánh hoặc vòng và kết quả là một loạt các hợp chất được phân biệt không phải bởi các thành phần trong trang điểm của chúng hoặc thậm chí (trong một số trường hợp) bởi số lượng nguyên tử khác nhau trong mỗi phân tử, mà là do cấu trúc của một phân tử nhất định.

Các ứng dụng thực tế của Địa chất kinh tế:

Nhiên liệu hóa thạch:

Vật liệu hữu cơ đã phân hủy để tạo ra hydrocarbon trong nhiên liệu hóa thạch chủ yếu đến từ khủng long và thực vật thời tiền sử, mặc dù nó có thể dễ dàng đến từ bất kỳ sinh vật nào khác đã chết với số lượng lớn từ lâu. Để tạo thành dầu mỏ, phải có một lượng rất lớn Vật chất hữu cơ lắng đọng cùng với trầm tích và chôn dưới nhiều trầm tích. Các trầm tích tích lũy và vật liệu hữu cơ được gọi là đá nguồn.

Điều gì xảy ra sau khi tích lũy vật liệu này là rất quan trọng và phụ thuộc rất nhiều vào bản chất của đá nguồn. Điều quan trọng là vật liệu hữu cơ, ví dụ, số lượng khủng long khổng lồ đã chết trong sự tuyệt chủng hàng loạt khoảng 65 triệu năm trước không được phép đơn giản để thối rữa, như sẽ xảy ra trong môi trường hiếu khí, hoặc chứa oxy. Thay vào đó, vật liệu hữu cơ trải qua quá trình biến đổi thành hydrocarbon là kết quả của hoạt động hóa học kỵ khí, hoặc hoạt động diễn ra trong trường hợp không có oxy.

Đá nguồn tốt cho sự biến đổi này là đá phiến hoặc đá vôi, với điều kiện là các loại đá đặc biệt bao gồm từ 1% đến 5% carbon hữu cơ. Đá nguồn phải đủ sâu để áp suất làm nóng vật liệu hữu cơ, nhưng không sâu đến mức áp suất và nhiệt độ làm cho đá trải qua quá trình biến chất hoặc biến chúng thành than chì hoặc các phiên bản carbon không hydrocarbon khác. Nhiệt độ lên tới 302 ° F (150 ° C) được coi là tối ưu cho sản xuất dầu mỏ.

Sau khi được tạo ra, dầu mỏ dần dần di chuyển từ đá nguồn sang đá hồ chứa hoặc đá lưu trữ xăng dầu trong lỗ chân lông của nó. Một đá hồ chứa tốt là một trong đó không gian lỗ rỗng chiếm hơn 30% thể tích đá. Tuy nhiên, đá phải được bịt kín bởi một tảng đá khác ít xốp hơn nhiều; thật vậy, đối với một con dấu hoặc đá nắp, như nó được gọi, một loại đá hầu như không thấm nước được ưa thích. Do đó, loại đá hình thành con dấu tốt nhất là một loại được tạo thành từ những mảnh trầm tích rất nhỏ, vừa khít, chẳng hạn như đá phiến. Một tảng đá như vậy có khả năng giữ dầu mỏ tại chỗ trong hàng triệu năm cho đến khi nó sẵn sàng được phát hiện và sử dụng.

Mọi người đã biết về dầu mỏ từ thời tiền sử, đơn giản là vì có những nơi trên Trái đất nơi nó thực sự thấm từ mặt đất. Tuy nhiên, kỷ nguyên khoan dầu hiện đại bắt đầu vào năm 1853, khi một luật sư người Mỹ tên là George Bissell (1821-1884) nhận ra tiềm năng của nó để sử dụng làm nhiên liệu đèn. Ông đã thuê 'Đại tá' Edwin Drake (1819-1880) để giám sát việc khoan giếng dầu tại Titusville, Pennsylvania, và vào năm 1859 Drake bị dầu tấn công. Truyền thuyết về Wack gold ', về vận may được tạo ra bằng cách khoan lỗ trên mặt đất, đã ra đời.

Trong sự phát triển và ứng dụng rộng rãi của động cơ đốt trong trong phần sau của thế kỷ XIX và đầu thế kỷ XX, sự quan tâm đến dầu mỏ trở nên mãnh liệt hơn và các giếng nước mọc lên trên khắp thế giới. Sumatra, Indonesia đã thu được dầu từ các giếng đầu tiên vào năm 1885 và vào năm 1901, việc khoan thành công đã bắt đầu ở Texas, nguồn gốc của nhiều tài sản cỡ Texas. Một hình thức ban đầu của công ty ngày nay là British Oil (BP) đã phát hiện ra dầu Trung Đông đầu tiên ở Ba Tư (nay là Iran) vào năm 1908. Trong 50 năm tiếp theo, tầm quan trọng kinh tế và triển vọng của khu vực đó đã thay đổi đáng kể.

Với sự mở rộng lớn về quyền sở hữu ô tô bắt đầu sau Thế chiến I (1914-1918) và đạt đến tầm cao hơn nữa sau Thế chiến II (1939-1945), giá trị và tầm quan trọng của xăng dầu tăng vọt. Ngành công nghiệp dầu mỏ bùng nổ, và do đó, nhiều nhà địa chất tìm thấy việc làm trong một lĩnh vực mang lại lợi ích tài chính cao hơn nhiều so với các vị trí của trường đại học hoặc chính phủ. Ngày nay, các nhà địa chất hỗ trợ chủ nhân của họ trong việc định vị trữ lượng dầu, không phải là một nhiệm vụ dễ dàng bởi vì rất nhiều biến số phải xếp hàng để tạo ra một nguồn dầu khả thi. Với chi phí khoan một giếng dầu mới, có thể lên tới 30 triệu đô la trở lên, rõ ràng điều quan trọng là phải thực hiện các phán đoán tốt trong việc đánh giá khả năng tìm kiếm dầu.

Ngành công nghiệp dầu mỏ đã gặp nhiều lo ngại về môi trường đối với tác động của việc khoan (phần lớn diễn ra ngoài khơi, trên các giàn khoan đặt trong đại dương); các mối nguy sinh học có thể liên quan đến sự cố tràn, chẳng hạn như mối nguy liên quan đến Exxon Valdez năm 1989; và ảnh hưởng đến bầu không khí của carbon monoxide và các khí nhà kính khác được tạo ra bởi các động cơ đốt trong bằng dầu mỏ. Thậm chí còn có mối quan tâm rộng rãi hơn về sự phụ thuộc của Hoa Kỳ vào các nguồn dầu ở nước ngoài (một số trong đó là thù địch công khai với Hoa Kỳ) cũng như sự cạn kiệt tài nguyên.

Với tốc độ tiêu thụ hiện nay, trữ lượng dầu được ước tính sẽ cạn kiệt vào khoảng năm 2040, nhưng điều này chỉ tính đến trữ lượng được coi là khả thi hiện nay. Khi thăm dò tiếp tục, nhiều tài nguyên có thể được khai thác. Tuy nhiên, về lâu dài, sẽ cần phải phát triển các phương tiện mới để thúc đẩy thế giới công nghiệp hóa, bởi vì dầu mỏ là nguồn tài nguyên không thể tái tạo: chỉ có rất nhiều dưới lòng đất và khi nó biến mất, nó sẽ không được thay thế trong hàng triệu năm (nếu có).

Hóa dầu:

Dầu mỏ là một nguyên liệu thô mà từ đó nhiều sản phẩm, được gọi chung là hóa dầu hoặc dẫn xuất dầu mỏ, thu được. Thông qua một quá trình được gọi là chưng cất phân đoạn, các hóa dầu của khối lượng phân tử thấp nhất sẽ sôi lên trước, và những chất có khối lượng cao hơn tách ra ở nhiệt độ cao hơn?

Silic, silicat và các hợp chất khác:

Giống như carbon là trung tâm của một thế giới hydrocarbon rộng lớn, vì vậy silicon cũng quan trọng không kém đối với các chất vô cơ từ cát hoặc silica (Si0 ₂ ) đến silicone (một bộ sản phẩm gốc silicon rất linh hoạt), cho đến các loại đá được gọi là silicat.

Silicat là cơ sở cho một số loại khoáng sản nổi tiếng, bao gồm garnet, topaz, zircon, kaolinite, Talc, mica, và hai loại khoáng chất phong phú nhất trên Trái đất, fenspat và thạch anh. (Lưu ý rằng hầu hết các thuật ngữ được sử dụng ở đây đề cập đến một nhóm khoáng chất, không phải là một khoáng chất duy nhất.) Được tạo thành từ các hợp chất hình thành xung quanh silicon và oxy và bao gồm các kim loại khác nhau, chẳng hạn như nhôm, sắt, natri và kali, tài khoản silicat cho 30 phần trăm của tất cả các khoáng sản. Như vậy, chúng xuất hiện trong mọi thứ, từ đá quý đến vật liệu xây dựng; Tuy nhiên, chúng còn cách xa các sản phẩm đáng chú ý duy nhất tập trung vào silicon.

Silicone và các hợp chất khác:

Silicone không phải là khoáng chất; thay vào đó, nó là một sản phẩm tổng hợp thường được sử dụng thay thế cho dầu hữu cơ, dầu mỡ và cao su. Thay vì gắn vào các nguyên tử oxy, như trong một nguyên tử silicat, silic trong silicone gắn vào các nhóm hữu cơ, nghĩa là các phân tử có chứa carbon. Dầu silicon thường được sử dụng thay thế dầu mỏ hữu cơ như một chất bôi trơn vì chúng có thể chịu được sự thay đổi lớn hơn về nhiệt độ.

Và bởi vì cơ thể chịu đựng được sự ra đời của cấy ghép silicone tốt hơn so với cơ thể hữu cơ, silicon cũng được sử dụng trong cấy ghép phẫu thuật. Cao su silicon xuất hiện trong mọi thứ, từ bóng nảy cho đến phương tiện vũ trụ, và silicon cũng có mặt trong chất cách điện, chất chống rỉ, chất làm mềm vải, thuốc xịt tóc, kem bôi tay, đồ đánh bóng ô tô, sơn, keo dán, và thậm chí cả kẹo cao su.

Ngay cả danh sách này cũng không làm cạn kiệt nhiều ứng dụng của silicon, mà (cùng với oxy) chiếm phần lớn khối lượng trong lớp vỏ Trái đất. Nhờ chất lượng bán kim loại của nó, silicon được sử dụng làm chất bán dẫn điện.

Chip máy tính là những lát silicon siêu nhỏ, được khắc với khoảng nửa triệu mạch điện tử siêu nhỏ và được kết nối phức tạp. Các chip này điều khiển điện áp bằng cách sử dụng mã nhị phân, trong đó 1 có nghĩa là điện áp trên mạng và 0 có nghĩa là điện áp tắt. Bằng cách sử dụng các xung này, chip silicon thực hiện vô số phép tính trong vài giây Tính toán của con người sẽ khiến con người mất hàng giờ hoặc hàng tháng hoặc thậm chí hàng năm. .

Một dạng xốp của silica được gọi là silica gel hấp thụ hơi nước từ không khí và thường được đóng gói bên cạnh các sản phẩm nhạy cảm với độ ẩm, như các linh kiện điện tử, để giữ cho chúng khô ráo. Silicon carbine, một vật liệu tinh thể cực kỳ cứng được sản xuất bằng cách nung cát với than cốc (gần như carbon tinh khiết) ở nhiệt độ cao, có ứng dụng như một chất mài mòn.

Quặng

Quặng là một loại đá hoặc khoáng sản có giá trị kinh tế. Nhưng một định nghĩa được nhắm mục tiêu nhiều hơn sẽ bao gồm các kim loại tính từ, vì các khoáng chất có giá trị kinh tế không chứa kim loại thường được coi là một loại khoáng sản công nghiệp khác nhau. Thật vậy, có thể nói rằng lợi ích của địa chất kinh tế được chia thành ba khu vực: quặng, khoáng sản công nghiệp và nhiên liệu, mà chúng ta đã thảo luận.

Chính từ 'quặng' dường như gọi vào tâm trí một trong những kim loại lâu đời nhất được biết đến trên thế giới và có lẽ là vật liệu đầu tiên được chế tạo bởi các nhà luyện kim tiền sử: vàng. Ngay cả từ tiếng Tây Ban Nha cho vàng, oro, gợi ý một kết nối. Khi những người chinh phục từ Tây Ban Nha đến Thế giới mới sau khoảng 1500, oro là nỗi ám ảnh của họ, và người ta nói rằng những kẻ xâm lược Tây Ban Nha ở Mexico đã tìm thấy từng bit quặng vàng hoặc bạc nằm trên bề mặt trái đất. Tuy nhiên, những người khai thác ở thế kỷ XVI thiếu nhiều kiến thức giúp các nhà địa chất ngày nay tìm thấy các mỏ quặng không có trên bề mặt.

Định vị và khai thác quặng:

Phương pháp hiện đại sử dụng kiến thức thu được từ kinh nghiệm. Như trong thời của Agricola, phần lớn tài sản của một công ty khai thác thuộc dạng thông tin liên quan đến các phương tiện tìm kiếm và lấy vật liệu tốt nhất từ trái đất. Một số chỉ tiêu địa hóa và địa vật lý bề mặt giúp định hướng các bước của các nhà địa chất và thợ mỏ tìm kiếm quặng. Do đó, vào thời điểm một công ty tìm kiếm quặng bắt đầu khoan, rất nhiều công việc thăm dò đã được thực hiện. Chỉ tại thời điểm đó, nó có thể xác định giá trị của tiền gửi, có thể chỉ đơn giản là khoáng sản ít quan tâm kinh tế.

Người ta ước tính rằng một khối đá trung bình (1, 6 km ³ ) chứa một lượng kim loại trị giá khoảng 1 nghìn tỷ đô la, lúc đầu nghe có vẻ hứa hẹn cho đến khi một người làm toán. Một nghìn tỷ đô la là rất nhiều tiền, nhưng 1 cu. mi. (bằng 5.280 x 5.280 x 5.280 ft., hoặc 1.609 km ³ ) cũng có rất nhiều không gian. Kết quả là 1 cu. ft. (0, 028 m ³ ) chỉ có giá trị khoảng 6, 79 đô la. Nhưng đó là một khối vuông trung bình trong một dặm đá trung bình, và không có công ty khai thác nào thậm chí sẽ xem xét việc cố gắng khai thác kim loại từ một mảnh đất trung bình. Thay vào đó, quặng khả thi chỉ xuất hiện ở các khu vực đã chịu quá trình địa chất tập trung kim loại theo cách mà sự phong phú của chúng thường lớn hơn hàng trăm lần so với trên Trái đất.

Quặng chứa các khoáng chất khác, được gọi là gangue, không có giá trị kinh tế nhưng đóng vai trò là dấu hiệu nhận biết rằng quặng sẽ được tìm thấy ở khu vực đó. Sự hiện diện của thạch anh, ví dụ, có thể gợi ý tiền gửi vàng. Quặng có thể xuất hiện trong các lớp trầm tích, biến chất hoặc trầm tích, cũng như trong chất lỏng thủy nhiệt. Loại thứ hai là các phát xạ từ đá lửa, dưới dạng khí hoặc nước, hòa tan kim loại từ đá qua đó chúng đi qua và sau đó lắng đọng quặng ở các vị trí khác.

Đối mặt với các mối nguy hiểm của khai thác:

Khai thác, một phương tiện khai thác không chỉ quặng mà nhiều khoáng sản và nhiên liệu công nghiệp, như than đá, là công việc khó khăn với nhiều mối nguy hiểm. Có những mối nguy hiểm ngắn hạn đối với những người khai thác, chẳng hạn như hang động, lũ lụt hoặc giải phóng khí trong mỏ, cũng như những mối nguy hiểm lâu dài bao gồm các bệnh liên quan đến khai thác như phổi đen (điển hình là mối nguy của than thợ mỏ). Sau đó là sự căng thẳng về tinh thần và cảm xúc tuyệt đối đến từ việc dành tám giờ hoặc hơn mỗi ngày để tránh ánh sáng mặt trời, trong môi trường xung quanh ngột ngạt.

Và, tất nhiên, có sự căng thẳng về môi trường được tạo ra bởi việc khai thác không chỉ bởi tác động tức thời của việc cắt một vết thương trên bề mặt Trái đất, có thể phá vỡ các hệ sinh thái trên bề mặt, nhưng vô số vấn đề khác, chẳng hạn như sự ô nhiễm của chất ô nhiễm vào mực nước ngầm. Các mỏ bị bỏ hoang có những nguy hiểm hơn nữa, bao gồm cả mối đe dọa sụt lún, khiến cho các địa điểm này không an toàn trong thời gian dài.

Các tiêu chuẩn an toàn môi trường và nghề nghiệp cao hơn, được thiết lập tại Hoa Kỳ trong phần ba cuối của thế kỷ XX, đã dẫn đến những thay đổi trong cách khai thác cũng như cách thức khai thác mỏ khi công việc hoàn thành. Ví dụ, các công ty khai thác đã thử nghiệm sử dụng hóa chất hoặc thậm chí là vi khuẩn, có thể hòa tan một kim loại dưới lòng đất và cho phép nó được bơm lên bề mặt mà không cần phải tạo ra các trục và đường hầm ngầm thực sự hoặc gửi người khai thác để làm việc với chúng .

Khoáng sản công nghiệp và các sản phẩm khác:

Khoáng sản công nghiệp, như đã lưu ý trước đó, là phi kim loại chứa tài nguyên khoáng sản quan tâm đến địa chất kinh tế. Các ví dụ bao gồm amiăng, một thuật ngữ chung cho một nhóm lớn các khoáng chất có khả năng chịu nhiệt và lửa cao; các hợp chất boron, được sử dụng để chế tạo thủy tinh, men và gốm chịu nhiệt; phốt phát và muối kali, được sử dụng trong sản xuất phân bón; và lưu huỳnh, được áp dụng trong một loạt các sản phẩm, từ chất làm lạnh đến chất nổ đến máy lọc được sử dụng trong sản xuất đường.

Chỉ cần một khoáng chất công nghiệp, corundum (từ lớp khoáng chất oxit), có thể có nhiều công dụng. Vô cùng cứng, corundum ở dạng đá không hợp nhất thường được gọi là đá nhám đã được sử dụng làm vật liệu mài mòn từ thời cổ đại. Nhờ có điểm nóng chảy rất cao của nó, thậm chí còn cao hơn cả sắt corundum cũng được sử dụng để sản xuất alumina; một sản phẩm chống cháy được sử dụng trong lò nung và lò sưởi. Mặc dù corundum nguyên chất không màu, nhưng một số lượng các nguyên tố nhất định có thể tạo ra màu sắc rực rỡ: do đó, corundum với dấu vết của crom trở thành một viên ruby đỏ, trong khi dấu vết của sắt, titan và các nguyên tố khác tạo ra các loại sapphire có màu vàng, xanh lục và tím như cũng như màu xanh quen thuộc.

Tác động môi trường của địa chất kinh tế:

Một vài thập kỷ trước, hầu hết các nhà địa chất đã tham gia vào việc thăm dò và phát triển tài nguyên khoáng sản. Tuy nhiên, địa chất kinh tế và ứng dụng địa chất vào các vấn đề của môi trường đô thị đang dần đòi hỏi các dịch vụ của ngày càng nhiều nhà địa chất. Ngày nay, một số lượng lớn các nhà địa chất kinh tế quan tâm đến các vấn đề môi trường (nhiều người không bị ràng buộc với khai thác, và có lợi ích trong địa hóa học và hóa học). Họ đăng ký với suy nghĩ rằng tài nguyên khoáng sản của người dùng sẽ luôn luôn cần thiết, nhưng các vấn đề về môi trường là một yếu tố chính trong việc khai thác tính khả thi.

Bây giờ có một mối quan tâm lớn hơn đối với môi trường hơn bao giờ hết và chúng ta phải đối mặt với những lo ngại về tác động môi trường của hầu hết mọi khía cạnh của cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Nước, đất, không khí và môi trường sinh học đều có thể được thay đổi đáng kể bởi các hoạt động của các xã hội công nghiệp như của chúng ta, không chỉ thông qua các cơ chế được kiểm soát bởi các quá trình địa chất cơ bản.

Xử lý chất thải, ô nhiễm đất bởi công nghiệp, tác động của khai thác, ô nhiễm nước và thậm chí chất lượng không khí (thông qua sự phân tán của các hạt khoáng trong không khí) bị ảnh hưởng bởi các quá trình và hiện tượng địa chất được kiểm soát bởi thành phần, phân bố, cấu trúc và hành vi của đá bên dưới . Các vấn đề môi trường hàng ngày do đó bị ảnh hưởng ở mức độ lớn hơn hoặc ít hơn bởi địa chất. Khóa học nhằm cung cấp một cái nhìn bao quát về nhiều khía cạnh khác nhau của địa chất môi trường, cung cấp khung khoa học để hiểu các vấn đề môi trường quan trọng.

Mối quan tâm về môi trường là một yếu tố chính trong việc xác định liệu các mỏ khoáng sản sẽ được phát triển và khai thác. Hầu hết các nhà địa chất kinh tế và các công ty khai thác đều hỗ trợ các nỗ lực giảm suy thoái môi trường do khai thác.

Tác động môi trường:

Khai thác, không kém gì nông nghiệp, luôn luôn cần thiết cho sự tiến bộ của nhân loại. Thật vậy, bây giờ chúng ta sử dụng hầu hết các yếu tố trong bảng tuần hoàn. Tuy nhiên, như. Dân số quá mức và tìm kiếm một mức sống cao hơn cho nhu cầu khoáng sản và kim loại, mối lo ngại về tác động của việc khai thác và khoan trong môi trường tự nhiên đã tăng lên và ngày càng rõ ràng rằng tài nguyên của Trái đất không cạn kiệt.

Trong báo cáo năm 1987, 'Tương lai chung của chúng ta', Ủy ban Môi trường và Phát triển Thế giới của Liên Hợp Quốc chỉ ra rằng thế giới sản xuất hàng hóa nhiều gấp bảy lần so với năm 1950. Ủy ban đề xuất 'phát triển bền vững', một cuộc hôn nhân của nền kinh tế và sinh thái như là giải pháp thực tế duy nhất, tức là tăng trưởng mà không gây hại cho môi trường.

Hầu hết các mỏ đều có nhà máy chế biến khoáng sản tại chỗ và nhiều mỏ kim loại có lò luyện gần đó. Để đánh giá chung về tác động môi trường của việc phát triển các hoạt động khai thác mới, chúng ta phải xem xét các tác động của ba. Thuật ngữ khai thác ở đây được thực hiện để bao gồm tất cả các hoạt động khai thác, ví dụ, khai thác đá. Các lĩnh vực chính của mối quan tâm được giải quyết dưới đây.

Thiệt hại về đất đai:

Người ta ước tính rằng việc sử dụng đất tích lũy trên thế giới để khai thác trong khoảng năm 1976 đến 2000 sẽ là khoảng 37.000 km2, tức là khoảng 0, 2% diện tích đất. Các nước phát triển hơn có tỷ lệ đất bị xáo trộn lớn hơn so với các nước kém phát triển. Mức độ cải tạo của mặt đất này hiện đang tăng tốc nhanh chóng và sử dụng tốt các lỗ cũ để xử lý các mỏ cũ, chất thải sinh hoạt và các chất thải khác.

Các khu vực khai thác khác đã được biến thành khu bảo tồn thiên nhiên và công viên giải trí. Các mỏ trong tương lai có thể ít có khả năng sản xuất các trang web để xử lý chất thải vì hầu hết hiện đã được lấp đầy. Đây là một hoạt động rất cần thiết vì mỗi năm ước tính 27.000 Mt khoáng sản phi nhiên liệu và quá tải được lấy từ vỏ trái đất.

Giải phóng các chất độc hại:

Kim loại không chỉ quan trọng đối với việc sử dụng chúng ta tạo ra chúng, mà chúng còn là một phần không thể thiếu trong lớp trang điểm của chúng ta và của các sinh vật sống khác. Tuy nhiên, trong khi một số nguyên tố kim loại là thành phần thiết yếu của các sinh vật sống, thì sự thiếu hụt hoặc dư thừa của chúng có thể rất nguy hại đến sự sống. Sự dư thừa trong môi trường tự nhiên có thể phát sinh khi nó bị xâm nhập bởi nước mỏ có thể phát sinh từ chính mỏ hoặc từ đống chất thải.

Một số kim loại, ví dụ như cadmium, thủy ngân và các kim loại, như antimon, asen, rất phổ biến với một lượng nhỏ trong nhiều quặng sunfua polymetallic và thực sự thường được thu hồi dưới dạng sản phẩm phụ, rất độc, ngay cả với số lượng nhỏ, đặc biệt ở dạng hòa tan có thể được hấp thụ bởi các sinh vật sống.

Điều tương tự cũng áp dụng với chì, nhưng thật đáng tiếc, nó khá không hợp lý trừ khi ăn vào và may mắn thay, hầu hết các khoáng chất chì hình thành trong tự nhiên rất không hòa tan trong nước ngầm. Cyanide từ lâu đã được sử dụng để khai thác vàng trong các nhà máy chế biến khoáng sản và trong mỏ vàng lớn nhất thế giới, lưu vực sông Witwaterstrand, Hoa Kỳ, có sự ô nhiễm lớn của nước mặt với coban, mangan, chì và kẽm do quá trình làm quỳ tím hóa và oxy hóa bởi nước mỏ axit. Bản thân Cyanide không phải là vấn đề vì nó bị phá vỡ dưới ảnh hưởng của tia cực tím ở các lớp bề mặt gần. Tuy nhiên, ở các nước phát triển, pháp luật hiện nay yêu cầu thành lập các nhà máy trung hòa xyanua ở tất cả các chủ trương công nghiệp sử dụng hóa chất này.

Thoát nước mỏ axit:

Nước axit được tạo ra bởi kết quả khai thác hiện tại hoặc quá khứ làm xáo trộn quá trình oxy hóa, với sự hiện diện của không khí, nước và vi khuẩn, của các khoáng chất sunfua, đặc biệt là pyrite. Do đó, họ có thể phát triển trong các mỏ than cũng như các mỏ quặng. Axit suphuric và oxit sắt được tạo ra. Axit tấn công các khoáng chất khác, tạo ra các dung dịch có thể mang các yếu tố độc hại, ví dụ như cadmium, asen vào môi trường địa phương. Sản xuất nước axit có thể xảy ra trong các giai đoạn thăm dò, vận hành và đóng cửa của mỏ. Những vùng nước này có thể phát hành từ ba nguồn chính: hệ thống khử nước của mỏ; cơ sở xử lý chất thải; và đống nước.

Việc xả thải chỉ có thể tạo ra những ảnh hưởng nhỏ như sự biến màu cục bộ của đất và suối với các ôxit sắt kết tủa, hoặc dẫn đến ô nhiễm không khí trên toàn bộ hệ thống sông và đất nông nghiệp. Trong một số lĩnh vực khai thác, vấn đề này là tồi tệ nhất sau khi đóng cửa mỏ đã diễn ra. Điều này là do sự phục hồi của mực nước xảy ra sau khi thiết bị bơm bị loại bỏ và điều này đã trở thành một vấn đề cấp bách ở các vùng đất của Anh, nơi đang và chủ yếu là các mỏ dưới lòng đất làm việc với than có hàm lượng lưu huỳnh cao, khi việc đóng cửa của tôi tăng tốc trong thập kỷ qua.

Khoáng sản công nghiệp Hoạt động khoáng sản công nghiệp có tác động môi trường chung đối với các xáo trộn đất và nước ngầm như khai thác kim loại hoặc khai thác than, mặc dù tác động thường ít được đánh dấu do các mỏ thường nhỏ hơn và nông hơn, và thường ít chất thải được sản xuất vì trong hầu hết các trường hợp quặng cấp cao hơn trong khai thác kim loại.

Các nguy cơ ô nhiễm do kim loại nặng hoặc nước axit là ô nhiễm thấp hoặc không tồn tại và khí quyển, gây ra bởi việc đốt than hoặc nấu chảy quặng kim loại, ít nghiêm trọng hơn hoặc không có. Các cuộc khai quật được tạo ra bởi các hoạt động khoáng sản công nghiệp thường gần với các khu đô thị, trong trường hợp những lỗ hổng trên mặt đất này có thể có giá trị lớn như các bãi chôn lấp rác thải thành phố.

Biện pháp pháp lý:

Các biện pháp pháp lý để thực thi các biện pháp chống ô nhiễm là rất cần thiết, mặc dù phải chỉ ra rằng nhiều công ty khai thác quốc tế hiện đang tuân thủ quy định tự điều chỉnh nghiêm ngặt nhất ngay cả ở các quốc gia nơi luật pháp đó là nhỏ hoặc không tồn tại.

Báo cáo tác động môi trường:

Ở nhiều quốc gia, hiện nay bắt buộc một công ty đề xuất xin cấp phép quy hoạch để bắt đầu một hoạt động khoáng sản chuẩn bị một tuyên bố như vậy. Điều này bao gồm mọi khía cạnh từ tác động đến thảm thực vật, khí hậu, chất lượng không khí, tiếng ồn, nước mặt và nước mặt cho đến các phương pháp cải tạo mặt đất được đề xuất khi chấm dứt hoạt động. Ở một số quốc gia, một trái phiếu phải được gửi để đảm bảo rằng việc khai hoang diễn ra.

Các báo cáo này phải bao gồm các hồ sơ về tình trạng của môi trường trong khu vực khai thác tiềm năng khi xin phép quy hoạch. Các công ty hiện thu thập dữ liệu đó trong giai đoạn thăm dò, bao gồm mô tả bề mặt và hình ảnh, phân tích địa hóa cho thấy mức độ nền của kim loại và độ axit và chi tiết của hệ thực vật và động vật.

Từ quan điểm của cơ quan quản lý và lập kế hoạch, các báo cáo này đưa ra các biện pháp hiệu quả nhất để giảm thiểu tác động bất lợi ngay từ đầu, nhưng chúng cũng có thể mang lại lợi ích lớn cho nhà phát triển vì (i) chúng sẽ giúp xin phép quy hoạch trong thời gian ngắn nhất thời gian có thể, và (ii) họ thường tiết lộ các khía cạnh của hoạt động đòi hỏi sự chú ý ngay từ đầu và do đó tránh các sửa đổi đắt tiền trong tương lai.

Lỗi và khai thác tại chỗ:

Nhiều trầm tích sunfua, ví dụ, coppers porum, bị chồng chất bởi quặng bị oxy hóa. Quặng như vậy có thể được khai thác, nếu cần thiết, bằng cách phá vỡ chúng bằng cách nổ mìn và sau đó bơm dung dịch axit qua đá để hòa tan các kim loại như đồng và urani. Các dung dịch mang kim loại được bơm lên bề mặt và thu hồi kim loại. Tiền gửi rất thấp, nhỏ và không có khả năng kinh tế có thể được khai thác và quá trình này có thể được sử dụng ở độ sâu đáng kể.

Triển vọng:

Các biện pháp như tái chế và thay thế và công nghệ vật liệu mới sẽ góp phần giảm tác động của việc khai thác khoáng sản đối với môi trường, nhưng trước mắt chúng ta phải xem xét trách nhiệm ngày càng tăng của tất cả những người liên quan đến bất kỳ cách nào với ngành công nghiệp, có thể là nhà phát triển hoặc nhà quản lý.

Có nhiều dấu hiệu hy vọng rằng điều này đang diễn ra: ví dụ, vào năm 1992, 19 tập đoàn khai thác lớn từ năm châu lục đã liên kết với nhau để thành lập hội đồng quốc tế về kim loại và môi trường mà việc gửi tiền là để thúc đẩy sự phát triển, thực hiện và hài hòa âm thanh chính sách và thực hành môi trường và sức khỏe sẽ đảm bảo sản xuất, sử dụng, tái chế và xử lý kim loại an toàn.