Кіріспе
Бағалы металдар, минералдар және элементтер бар тау жынысы. Кен – табиғи тау жынысы немесе шөгінді, құрамында бір немесе бірнеше бағалы минералдар болады, көбінесе металдарды қамтиды. Оларды пайдалы өндіруге, өңдеуге және сату арқылы табыс табуға болады. Кеннің сапасы – оның құрамындағы қажетті материалдың концентрациясымен анықталады. Тау жынысының құрамындағы металдардың немесе минералдардың құны, оларды өндіруге кеткен шығындармен салыстырылып бағаланады. Осылайша, оның кен өндіруге лайықты ма, жоқ па екендігі анықталады. Күрделі кен – бірнеше бағалы минералдардан тұрады. Кен денелері әртүрлі геологиялық процестер нәтижесінде пайда болады, бұл процестер кен генезисі деп аталады және олардың кен орны түріне қарай жіктелуі мүмкін. Кен жер қазылымдары арқылы өндіріліп, содан кейін өңделеді немесе тазартылады, көбінесе балқыту арқылы бағалы металдар мен минералдар бөліп алынады.
Ore is natural rock or sediment that contains one or more valuable minerals concentrated above background levels, typically containing metals, that can be mined, treated and sold at a profit. The grade of ore refers to the concentration of the desired material it contains. The value of the metals or minerals a rock contains must be weighed against the cost of extraction to determine whether it is of sufficiently high grade to be worth mining and is therefore considered an ore. A complex ore is one containing more than one valuable mineral. Ore bodies are formed by a variety of geological processes generally referred to as ore genesis and can be classified based on their deposit type. Ore is extracted from the earth through mining and treated or refined, often via smelting, to extract the valuable metals or minerals.
Ганг және қалдықтар
Көп жағдайда кен бір ғана минералдан тұрмайды, оған басқа құнды минералдармен қатар қажетсіз немесе құнды емес тау жыныстары мен минералдар қосылған болады. Кеннің экономикалық тұрғыдан тиімсіз және кен өндіру кезінде ілесіп келетін бөлігі ганг деп аталады. Минералды өңдеудің алғашқы қадамы – кенді гангтан босату, содан кейін қажетті минерал(дар)ды бөліп алу үшін шоғырландыру болып табылады. Бұл минералдық ресурстан өзгеше, себебі минералдық ресурс экономикалық тұрғыдан пайдалы болу үшін жеткілікті концентрацияда болатын минералды кен орны болып саналады. Көптеген кен орындары орналасқан жеріне қарай немесе оны ашқан адамның атымен аталады (мысалы, Камбалда никель кендері бұрғылаушылардың атымен аталған), сондай-ақ, кейде қиял-ойдан, тарихи тұлғадан, белгілі бір адамнан, кен иесінің туған қаласынан, мифологиядан (құдай немесе құдайшаның аты сияқты) немесе оны тапқан компанияның кодтық атауымен (мысалы, MKD 5 – Маунт-Кит никель сульфид кен орнының ішкі атауы) байланысты атаулар беріледі.
Жіктеу
Кен орындары экономикалық геология немесе кен пайда болуын зерттеу нәтижесінде жасалған түрлі критерийлер бойынша жіктеледі. Ең басты кен орындарының түрлерінің жалпы жіктелуі төменде келтірілген:
Порфирлі мыс кен орындары
Бұл мыс кенінің негізгі көзі болып табылады. Порфирлі мыс кен орындары конвергенттік шекаралар бойында қалыптасады және субдукцияланған мұхиттық тақталардың ішінара балқыуынан және одан кейін окистеудің нәтижесінде мыстың шоғырлануынан пайда болады деп саналады. Бұл орташа салмағы бойынша 0,8% мыс құрайтын ірі, дөңгелек, таралған кен орындары. Миссисипи алқабы типіндегі (MVT) кен орындары карбонатты қабаттардағы салыстырмалы түрде салқын, базальды тұздық сұйықтықтардан шөгінді түзеді. Бұл қорғасын және мырыш сульфидті кендерінің көзі. Порфирлі мыс кен орындарынан кейін мыс кенінің екінші ең көп таралған көзі болып табылады, әлемдік мыстың 20% және күміс пен кобальтты қамтамасыз етеді. Орогендік алтын кен орындары алтынның негізгі көзі болып табылады, ал алтын өндірісінің 75% олардан шығады. Олар тау құрылысының соңғы кезеңінде (орогенезді қараңыз) қалыптасады, онда метаморфизм алтынды сұйықтықтарды жарықтар мен жарықтарға итеріп, олардың шөгінді түзуіне әкеледі. Бұл көбінесе кварц тамырларымен байланысты. Таспалы темір кен орындары (BIF) кез келген жеке металдың ең жоғары концентрациясын ұсынады. Олардың қалыптасуы Жер тарихының басында, атмосфералық құрамы қазіргідей болмаған кезде болды. Темірге бай су жоғары көтеріліп, ертедегі фотосинтездік планктонның өндірген оттегінің әсерімен Fe(III) -ге дейін окистелген деп есептеледі. Бұл темір шөгінді түзіп, мұхит түбіне жиналды. Жолақтың пайда болуы планктон популяциясының өзгеруімен байланысты деп саналады. Шөгінділік мыс кен орындары мысқа бай тотыққан тұздықтың шөгінді тау жыныстарына сіңуінен қалыптасады. Бұл негізінен мыс сульфид минералдары түрінде мыс көзі болып табылады. Плацерлік кен орындары ауа райының әсерінен, тасымалданудан және су немесе жел арқылы құнды минералдардың кейіннен шоғырлануынан пайда болады. Олар әдетте алтын (Au), платиналық металдар тобы (PGE), сульфид минералдары, қалайы (Sn), вольфрам (W) және сирек кездесетін жер элементтерінің (REE) көзі болып табылады. Плацерлік кен орны өзен арқылы қалыптасқан болса аллювиалды, гравитациялық күштер арқылы болса коллювиалды, ал олардың аналық тау жынысына жақын болса элювиалды деп есептеледі. Олар диагенетикалық және шөгінді процестердің үйлесімділігімен бірнеше миллион жыл ішінде шамамен бір сантиметр жылдамдықпен қалыптасады. Полиметалл түйіндерінің орташа диаметрі 3-тен 10 см (1-ден 4 дюймға дейін) аралығында болады және Жер қыртысымен және айналасындағы шөгінділермен салыстырғанда темір, марганец, ауыр металдар және сирек кездесетін жер элементтерімен байытылған. Оларды қашықтан басқарылатын теңіз түбіндегі тралдарды пайдаланатын роботтар арқылы өндіру ұсынысы экологиялық алаңдаушылықтарды тудырды.
Экстракциялау
Кен орындарын өндіру әдетте мына қадамдарды қамтиды. Кен орнын табуға бағытталған іздестіру жұмыстары. Іздестіру кезеңіне карта жасау, геофизикалық зерттеу әдістері (әуеден және/немесе жерден жүргізілетін зерттеулер), геохимиялық сынама алу және алдын ала бұрғылау кіреді. Кен орны табылып болғаннан кейін, оның мөлшері мен құндылығын анықтау үшін қосымша іздестіру жұмыстары жүргізіледі. Бұл іздестіру сатысы кеннің сапасын, тоннаждығын және кен орнының экономикалық тұрғыдан тиімді ресурстың болуын анықтайды. Әдістерді жалпы алғанда, ашық карьерлік (ашық шұңқыр немесе жолақты) және жер асты кен өндіруге (мысалы, блоктарды қазу, қабаттап толтыру және тау-кен қазбаларын жасау) жіктеуге болады. Кен байыту тоқтатылғаннан кейін, жерді қалпына келтіру шахта орнында болашақ пайдалануға жарамды етеді. Кенде кездесетін және организмдерге зиянды әсер ететін қосымша элементтерге темір, қорғасын, уран, мырыш, кремний, титан, күкірт, азот, платина және хром жатады. Бұл элементтерге ұшырау тыныс алу және жүрек-қан тамырлары жүйесімен, сондай-ақ неврологиялық проблемалармен қатар денсаулыққа зиян келтіруі мүмкін. Судың ластануы нәтижесінде бұл қосылыстар қалдықтар орнынан алысқа таралып, зардап шеккен аумақты кеңейтуі мүмкін.
Тарих
Металлургия алтын, қорғасын және мыс сияқты табиғи металдарды тікелей өңдеуден басталды. Мысалы, аллювиалдық кен орындары табиғи алтынның алғашқы көзі болған. Оларды өңдеу салыстырмалы түрде қарапайым болды, өндіру және қорыту үшін минималді талаптар қойылды. Осы кезеңде галенитен қорғасын өндіру де жүзеге асырылған болуы мүмкін. Бұл сирек жер металдары (REE) кеніне және осы элементтерді алудың жаңа жолдарына үздіксіз ізденіс тудырды.
Сауда
Кендер (металдар) халықаралық саудада кеңінен таралған және шикізаттың халықаралық саудасының құндық және көлемдік көрсеткіштері бойынша маңызды бөлігін құрайды. Бұған себеп – кендердің бүкіл әлемде тең емес таралуы және олардың сұраныс ең жоғары болатын аймақтардан, сондай-ақ қорыту инфрақұрылымынан қашықта орналасуы. Көптеген негізгі металдар (мыс, қорғасын, мырыш, никель) Лондон металл биржасында халықаралық сауда-саттыққа түседі, ал АҚШ-тағы COMEX және NYMEX биржалары мен Қытайдағы Шанхай фьючерстік биржасы металл қорларын және сауданы қадағалайды. Қазіргі уақытта әлемдік хром нарығын АҚШ және Қытай бағалап тұр. Темір кені өндіруші мен тұтынушы арасында сатылады, бірақ ірі тау-кен компаниялары мен ірі тұтынушылар арасында тоқсан сайын белгілі бір баға белгіленеді, бұл шағын қатысушыларға мүмкіндік береді. Басқа, сирек кездесетін тауарлар үшін халықаралық клиринг орталықтары мен баға белгілеу жүйесі жоқ, көбінесе бағалар жеткізушілер мен тұтынушылар арасында жеке келісіммен анықталады. Бұл, әдетте, осы сияқты кендердің бағасын анықтауды күрделі және қиын жасайды. Мұндай металдарға литий, ниобий, тантал, висмут, сурьма және сирек жер элементтері жатады. Бұл тауарлардың көпшілігінің 60%-дан астам қорлары бір немесе екі ірі жеткізушінің иелігінде. Қазіргі уақытта Қытай сирек жер элементтерін өндіруде әлемде жетекшілік етеді. Дүниежүзілік банк мәліметінше, 2005 жылы Қытай кендер мен металдарды импорттауда көшбасшы болды, одан кейін АҚШ және Жапония орналасты.
Маңызды кен минералдары
Кен минералдарының егжей-тегжейлі петрографиялық сипаттамалары үшін Спри мен Гедлинскенің (1987) "Жалпы мөлдір емес минералдарды анықтау кестелерін" қараңыз. Төменде негізгі экономикалық кен минералдары мен олардың кен орындары, негізгі элементтер бойынша топтастырылған. Тип Минерал Символ/формула Қолданылуы Көзі (көздері) Сілтеме Металл кендері минералдары Алюминий Al Қорытпалар, өткізгіш материалдар, жеңіл қолданулар Гиббсит (Al(OH)3) және латериттерде кездесетін алюминий гидроксид оксиді, сондай-ақ боксит және барит. Кобальт Co Қорытпалар, химиялық катализаторлар, цементтелген карбид Смальтит (CoAs2) кобальтитпен бірге тамырларда; күміс, никель және кальцит; кобальтит (CoAsS) смальтитпен, күміспен, никельмен және кальцитпен бірге тамырларда; карроллит (CuCo2S4) және линнеит (Co3S4) мыс кеніндегі құраушылар ретінде; және линнеит Мыс Cu Қорытпалар, жоғары өткізгіштік, коррозияға төзімділік Сульфид минералдары, соның ішінде шалкопирит (CuFeS2; негізгі кен минералы) сульфид кен орындарында немесе порфир мыс кен орындарында; ковеллит (CuS); халькоцит (Cu2S; басқа сульфид минералдарымен бірге екіншілік) табиғи мыс және куприт кендерімен және борнит (Cu5FeS4; басқа сульфид минералдарымен бірге екіншілік) Оксидтелген минералдар, соның ішінде малахит (Cu2CO3(OH)2) мыс кендерінің оксидтелген аймағында; куприт (Cu2O; екіншілік минерал); және азурит (Cu3(CO3)2(OH)2; екіншілік) Темір Fe Өнеркәсіптік қолдану, құрылыс, болат Гематит (Fe2O3; негізгі көз) жолақты темір формацияларында, тамырларда және магмалық таста; магнетит (Fe3O4) магмалық және метаморфтық таста; гётит (FeO(OH); гематитке екіншілік); лимонит (FeO(OH)nH2O; гематитке екіншілік) Қорғасын Pb Қорытпалар, пигментация, аккумуляторлар, коррозияға төзімділік, сәулеленуден қорғау Галенит (PbS) басқа сульфид материалдарымен бірге тамырларда және пегматиттерде; церуссит (PbCO3) галенитімен бірге қорғасынның оксидтелген аймақтарында Литий Li Металл өндірісі, аккумуляторлар, керамика Сподюмен (LiAlSi2O6) пегматиттерде Меркурий Hg Ғылыми аспаптар, электр қолданулары, бояу, еріткіш, фармацевтикалық заттар Киннабар (HgS) басқа сульфид минералдарымен бірге шөгінділік жарықтарда Сирек кездесетін жер элементтері La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc, Y Тұрақты магниттер, аккумуляторлар, шыны өңдеу, мұнай өнеркәсібі, микроэлектроника, қорытпалар, ядролық қолданулар, коррозиядан қорғау (La және Ce ең көп қолданылады) Бастнезит (REECO3F; Ce, La, Pr, Nd үшін) карбонатиттерде; моназит (REEPO4; La, Ce, Pr, Nd үшін) аллювийлік кен орындарында; ксенотим (YPO4; Y үшін) пегматиттерде; эудиалит (Na15Ca6(Fe,Mn)3Zr3SiO(O,OH,H2O)3(Si3O9)2(Si9O27)2(OH,Cl)2) магмалық таста; алланит ((REE,Ca,Y)2(Al,Fe2+,Fe3+)3(SiO4)3(OH)) пегматиттерде және карбонатиттерде Күміс Ag Зергерлік бұйымдар, шыны, фотоэлектрлік қолданулар, аккумуляторлар Сульфид кен орындары; аргентит (Ag2S; мыс, қорғасын және мырыш кендеріне екіншілік) Қалай Sn Тілеуіш, қола, банкалар, қалайы Касситерит (SnO2) аллювийлік және магмалық кен орындарында Вольфрам W Шамалар, электроника, жарықтандыру Вольфрамит ((Fe,Mn)WO4) және схелит (CaWO4) скәрндерде және сульфид минералдарымен бірге порфирде Уран U Ядролық отын, оқ-дәрі, сәулеленуден қорғау Уранинит аллювийлік кен орындарындағы питчбленд (UO2); карнотит (K2(UO2)2(VO4)2 3H2O) аллювийлік кен орындарында Ванадий V Қорытпалар, катализаторлар, шыны бояу, аккумуляторлар Патронит (VS4) сульфид минералдарымен; роскоэлит (K(V,Al,Mg)2 AlSi3O10(OH)2) эпитермалды алтын кен орындарында Мырыш Zn Коррозиядан қорғау, қорытпалар, әртүрлі өнеркәсіптік қосылыстар Сфалерит ((Zn,Fe)S) тамыр кен орындарындағы басқа сульфид минералдарымен; смитсонит (ZnCO3) мырыш бар сульфид кендерінің оксидтелген аймағында Металл емес кен минералдары Флюорит CaF2 Болат жасау, оптикалық жабдық Гидротермалды тамырлар және пегматиттер Графит C Майлау, өнеркәсіптік қалыптар, бояу Пегматиттер және метаморфтық тастар Алмаз C Кесу, зергерлік бұйымдар Кимберлиттер Фельдшпат Fsp Керамика, шыны жасау, глазурь Ортоклаз (KAlSi3O8) және альбит (NaAlSi3O8) Жер қабығында кең таралған.