Hoe winst definieert wat we ontginnen en waarom het ertoe doet

Mijnbouw is niet alleen maar een gat graven. Het is het proces waarbij nuttige mineralen uit het aardoppervlak, inclusief de zeeën, worden gewonnen. Maar hier zit het addertje onder het gras. Een mineraal is een anorganische stof met een bepaalde chemische samenstelling en onderscheidende fysische eigenschappen. Steenkool is de uitzondering, een organische stof die vaak wordt gegroepeerd. Dan is er erts. Erts is een metaalhoudend mineraal, of een aggregaat van dergelijke mineralen en gangsteen (gesteente zonder economische waarde), dat met winst kan worden gewonnen.

Minerale afzetting duidt op een natuurlijk voorkomen van een nuttig mineraal. Ertsafzetting duidt op een minerale afzetting van voldoende omvang en concentratie om exploitatie uit te nodigen. Zie je het verschil? Het komt op geld aan.

Waarom prijskaartjes de geologische realiteit bepalen

Bij het evalueren van minerale afzettingen is het uiterst belangrijk om de winst in gedachten te houden. De totale hoeveelheid mineralen in een bepaalde afzetting wordt de mineraleninventaris genoemd. Alleen de hoeveelheid die met winst kan worden gewonnen, wordt de ertsreserve genoemd. Naarmate de verkoopprijs van het mineraal stijgt of de winningskosten dalen, neemt het aandeel van de mineralenvoorraad dat als erts wordt geclassificeerd toe.

Het tegendeel is uiteraard ook waar. Een mijn kan de productie stopzetten omdat het mineraal is uitgeput. Of omdat de prijzen zijn gedaald of de kosten zo sterk zijn gestegen dat wat ooit erts was, nu alleen maar mineraal is. Het is een verschuivende definitie. De grond verandert niet. De wiskunde wel.

De diepe wortels van extractie

Archeologische vondsten geven aan dat mijnbouw al in de prehistorie plaatsvond. Het eerste gebruikte mineraal was vuursteen. Dankzij het conchoïdale breukpatroon kon het in scherpe stukken worden gebroken. Handig als schrapers, messen en pijlpunten. Tijdens het Neolithicum (ongeveer 8000–2000 v.Chr.) werden in Frankrijk en Groot-Brittannië schachten tot 100 meter diep afgezonken in zachte krijtafzettingen. Ze wilden de vuursteentjes. Rode oker en het kopermineraal malachiet dienden als pigmenten.

De oudst bekende ondergrondse mijn ter wereld werd meer dan 40.000 jaar geleden tot zinken gebracht. Gelegen op Bomvu Ridge in het Ngwenya-gebergte, Swaziland. Ze wonnen oker voor begrafenisceremonies en lichaamskleuring. Goud was een van de eerste metalen die werd gebruikt. Gewonnen uit stroombeddingen van zand en grind, waar het vanwege de chemische stabiliteit als puur metaal voorkwam. Koper, chemisch minder stabiel, komt in natuurlijke vorm voor en was waarschijnlijk het tweede metaal dat werd ontdekt. Zilver werd ook in zuivere staat gevonden. Ooit werd het hoger gewaardeerd dan goud.

Oude smelterij en monumentale steen

Historici zeggen dat Egyptenaren al 3000 v.Chr. koper op het Sinaï-schiereiland aan het winnen waren. Een deel van het brons (koper gelegeerd met tin) dateert al uit 3700 v.Chr. IJzer dateert al uit 2800 v.Chr. Egyptische gegevens over het smelten van ijzererts dateren uit 1300 v.Chr. Lood, gevonden in de oude ruïnes van Troje, werd al in 2500 v.Chr. geproduceerd.

Een van de eerste bewijzen van het bouwen met gewonnen steen was de bouw (2600 v.Chr.) van de grote piramides in Egypte. Khufu, de grootste, is 236 meter (775 voet) langs de basiszijden. Het bevat ongeveer 2,3 miljoen blokken van twee soorten kalksteen en rood graniet. Er wordt aangenomen dat de kalksteen aan de overkant van de Nijl is gewonnen. Blokken met een gewicht van maar liefst 15.000 kg (33.000 pond) werden over lange afstanden vervoerd. Op zijn plaats verhoogd. Ze laten nauwkeurig snijden zien dat resulteerde in fijnpassend metselwerk.

Van vuursteken tot pneumatische kracht

Een van de meest complete vroege behandelingen van mijnbouwmethoden in Europa is van de Duitse geleerde Georgius Agricola in zijn De re metallica (1556). Hij beschrijft gedetailleerde methoden voor het aandrijven van schachten en tunnels. Zacht erts en gesteente werden moeizaam met een houweel gewonnen. Voor harder erts waren een houweel en een hamer, wiggen of hitte nodig.

Bij het aansteken van vuur werd een hoop houtblokken op de rotswand gestapeld en verbrand. De hitte verzwakte of brak het gesteente als gevolg van thermische uitzetting. Waar nodig werden ruwe ventilatie- en pompsystemen gebruikt. Het hijsen van schachten en hellingen gebeurde met een ankerlier. Het transport gebeurde in “vrachtwagens” en kruiwagens. In tunnels werden houten ondersteuningssystemen toegepast.

Er werd grote vooruitgang geboekt in de mijnbouw toen het geheim van het zwarte poeder het Westen bereikte. Waarschijnlijk afkomstig uit China in de late middeleeuwen. Dit werd halverwege de 19e eeuw als explosief vervangen door dynamiet. Sinds 1956 zijn zowel ammoniumnitraatbrandstofstraalmiddelen als slurries (mengsels van water, brandstoffen en oxidatiemiddelen) op grote schaal gebruikt. Een staalboor met een wigpunt en een hamer werden eerst gebruikt om gaten te boren voor het plaatsen van explosieven. De ervaring heeft geleerd dat de juiste plaatsing van de gaten en de juiste schietvolgorde belangrijk zijn voor het verkrijgen van maximale steenbreuk in mijnen.

De uitvinding van mechanische boren aangedreven door perslucht (pneumatische hamers) heeft het vermogen om hard gesteente te delven aanzienlijk vergroot. Het verminderde de kosten en tijd voor opgraving verschillende keren. De Engelsman Richard Trevithick zou in 1813 een roterende, door stoom aangedreven boormachine hebben uitgevonden. Mechanische zuigerboren die gebruik maken van bevestigde bits op boorstangen en op en neer bewegen als een zuiger in een cilinder dateren uit 1843. In Duitsland werd in 1853 een boormachine uitgevonden die leek op moderne luchtboormachines. Zuigerboren werden vervangen door hamerboren die op perslucht werden aangedreven. Hun prestaties verbeterden dankzij een beter ontwerp en de beschikbaarheid van kwaliteitsstaal.

Ontwikkelingen op het gebied van boren gingen gepaard met verbeteringen in laadmethoden. Van handladen met shovels tot diverse soorten mechanische laders. Het transport is eveneens voortgekomen uit het transporteren van mensen en dieren. Mijnbouwauto’s getrokken door elektrische locomotieven en transportbanden. En op rubber-vermoeide voertuigen met een grote capaciteit. Soortgelijke ontwikkelingen vonden plaats in de dagbouw. Het productievolume verhogen en de kosten van metalen en niet-metalen producten drastisch verlagen. Grote stripmachines met graafwielen die worden gebruikt bij de mijnbouw aan de oppervlakte, worden gebruikt in andere soorten dagbouwmijnen.

Hoe mijnwerkers de water- en lichtcrisis hebben opgelost

Water was vroeger de grootste vijand van de mijnwerker. Het zette schachten onder water, verwoestte apparatuur en maakte diep graven bijna onmogelijk. Toen verscheen James Watt in de 18e eeuw met de stoommachine. Plotseling konden door stoom aangedreven pompen water uit de diepe mijnen halen. Het probleem was niet verdwenen, maar het was beheersbaar.

Verlichting volgde een soortgelijk pad. Vroege mijnwerkers vertrouwden op kaarsen of olielontlampen die walvisolie, kolenolie of kerosine verbrandden. Het was schemerig. Het was gevaarlijk. Tegen de jaren 1890 werden de zaken rooskleuriger maar vluchtiger. Acetyleengas, gegenereerd door water op calciumcarbide te laten druppelen, verbrand in een metalen reflector. Een vuursteenvonk stak de vlam aan. Het was helder genoeg om mee te werken, maar brandbaar gas in een mijn? Dat is een recept voor een ramp.

De echte verandering kwam in de jaren dertig met lampen op batterijen. Geen open vuur. Geen acetyleentanks. Gewoon licht. Sindsdien hebben ingenieurs de levensduur, het gewicht en de intensiteit van de batterij aangepast. Mijnwerkers kunnen nu duidelijk zien zonder een mogelijke explosie op hun hoofd te dragen.

Het is gemakkelijk om mijnbouw te romantiseren. Denk aan de eenzame goudzoeker met een houweel. Dat beeld is dood. Moderne mijnbouw gaat over machines die de brute kracht leveren en getrainde professionals die de strategie verzorgen. We halen goud uit ondergrondse diepten van 4.000 meter. Dat is ruim 4.000 meter diepte. Oppervlaktemijnen graven meer dan 700 meter diep. De schaal is industrieel, niet ambachtelijk.

Hoe mineralen te vinden met behulp van moderne prospectietechnieken

Het vinden van een minerale afzetting wordt prospectie genoemd. Zodra je een potentiële plek hebt gevonden, een zogenaamde prospect, verken je deze. U moet de grootte, vorm, oriëntatie en minerale kwaliteit kennen. Je moet weten waar de goede dingen zich bevinden ten opzichte van het oppervlak.

Traditionele goudzoekers bewandelden het land. Ze keken naar ontsluitingen, grond en sedimenten. Directe observatie werkt nog steeds. Maar moderne goudzoekers gebruiken hulpmiddelen om de zoekradius te verkleinen. Ze zoeken naar afwijkingen. Een anomalie is een verschil tussen wat u ziet en wat u verwacht te zien.

Lucht- en satellietbeelden helpen grote gebieden snel te scannen. Veranderingen in de geologische structuur, het gesteentetype, de bodem of de vegetatie kunnen wijzen op mineralisatie hieronder. Geofysische prospectie gaat dieper. Het maakt gebruik van zwaartekracht, magnetische, elektrische, seismische en radiometrische methoden. Deze tools meten gesteente-eigenschappen zoals dichtheid, magnetische gevoeligheid, elektrische geleidbaarheid en radioactief verval.

Geochemische prospectie zoekt naar chemische aanwijzingen. Wetenschappers verzamelen monsters van bodem, sedimenten van meren, water, gletsjerafzettingen, rotsen, vegetatie, dierlijke weefsels, micro-organismen, gassen en lucht. Ze testen op sporenelementen. Ongebruikelijke concentraties wijzen op een afzetting.

Onderzoeksmethoden: loopgraven, driften en kernbemonstering

Zodra prospects zijn geïdentificeerd, begint de veldverkenning. De methode is afhankelijk van het type afzetting en de diepte. Als de afzetting aan de oppervlakte uitsteekt, worden ondiepe sleuven gegraven met bulldozers of graafmachines. Het graven van sleuven levert nauwkeurige gegevens over het oppervlak en grote monstervolumes op. Maar het wordt beperkt door hoe diep de apparatuur kan snijden.

Soms worden er speciale drifts gereden. Dit is duur en traag. Drifts worden meestal gebruikt om boorlocaties te creëren. Van daaruit kan een groot volume worden verkend om een ​​driedimensionaal model van het ertslichaam te bouwen. Oude schachten en drifts zijn ook nuttig. Ze bieden gemakkelijke toegang voor het bemonsteren van bestaande reserves of het verkennen van uitbreidingen.

De meest gebruikelijke methode is het boren van sondegaten. Een boor met diamantpunt snijdt een smalle kerf in de rots. Het haalt een cilindrische kern uit het midden. Dit is kernbemonstering. De gaten kunnen honderden of duizenden meters lang zijn. De standaarddiameter is ongeveer 50 millimeter.

De kernen worden in speciale dozen geplaatst in de volgorde waarin ze zijn verwijderd. Geologen loggen elke kern. Ze beschrijven de gesteentesoorten, mineralen en structurele kenmerken zoals verbindingen, breuken en bodemvlakken. Ze beoordelen de sterkte van rotsen. De kern wordt vaak in de lengte gespleten. De ene helft gaat naar een laboratorium om de mineraalkwaliteit te bepalen.

Het ertslichaam afbakenen met kaarten en modellen

Kerngaten worden in een regelmatig patroon geboord. Hun locaties zijn uitgezet op plattegronden. Om de afzetting op diepte te visualiseren, worden gaten ook uitgezet op verticale vlakken, secties genoemd. De geoloog bestudeert elke sectie. Met behulp van gegevens van kaarten, kernlogboeken en kennis van geologische structuren vullen ze de gaten tussen gaten en vlakken op.

Deze methode construeert een ertslichaamsmodel. Het werkt goed voor middelgrote tot kleine afzettingen met scherpe grenzen tussen erts en afval. Deze worden vaak ondergronds gewonnen. Maar voor grote afzettingen die met behulp van open-pit-methoden worden gedolven, is deze aanpak minder gebruikelijk. Het is grotendeels vervangen door blokmodellen. Deze worden gedetailleerd beschreven in het gedeelte dagbouwmijnen.

Het doel is niet alleen om stenen te vinden. Het gaat erom de structuur, kwaliteit en omvang ervan te begrijpen voordat ook maar één schep beweegt.

De industrie is overgegaan van giswerk naar precisie. Anomalieën zijn niet langer alleen maar visuele curiosa. Het zijn datapunten. En datapunten nemen beslissingen over miljarden dollars.

Het ertslichaam in kaart brengen

Minerale afzettingen zitten daar niet zomaar willekeurig. Ze hebben vormen. De meeste zijn in tabelvorm, ingeklemd tussen evenwijdige rotslagen, als een sneetje brood in een brood. Om hier doorheen te navigeren, vertrouwen mijnwerkers op twee metingen. Dip vertelt je de hoek ten opzichte van de horizon. Strike geeft je de kompasrichting.

Je moet ook weten wat er boven en wat eronder is. De rots bovenop de storting is de hangende muur. Het spul eronder is de voetmuur. Simpele termen. Cruciaal voor de veiligheid.

Cijfer is niet statisch

Niet al het erts is gelijk geschapen. De concentratie van het waardevolle mineraal wordt de graad genoemd. Dit aantal fluctueert enorm per storting.

Hier is de harde waarheid. Het feit dat een mineraal aanwezig is, betekent niet dat het de moeite waard is om het op te graven. Er is een mijngrens. Onder deze drempel verliest het delven van het materiaal geld. Zodra de rots uit de grond is, is er nog een hindernis. De mill cutoff-graad. Dit is het punt waaronder het verwerken van het gesteente niet meer rendabel is.

Dan is er nog het break-even cijfer. Dit is het omslagpunt. Kosten zijn gelijk aan opbrengsten. Alles daarboven is erts. Alles hieronder is verspilling.

Dus hoe bepaal je wat een exploiteerbare reserve is? Je kijkt naar de cijfers. De extractiekosten variëren enorm. Ze zijn afhankelijk van het mijnbouwsysteem, de machines en hoe lang de mijn meegaat. Het is een complexe rekensom.

Neem dagbouwmijnen. Ze beginnen aan de oppervlakte. Goedkoop. Eenvoudig. Maar naarmate je dieper graaft, verandert de natuurkunde. Uiteindelijk moet u misschien overstappen op ondergrondse mijnbouw. De kosten per ton stijgen. Om die sprong te rechtvaardigen heeft het ondergrondse erts een hogere kwaliteit nodig. Als dat niet het geval is, laat je het staan.

Oppervlaktemijnbouw domineert

Ruim tweederde van de jaarlijkse minerale productie in de wereld is afkomstig van dagbouw. Het is de zware slagman.

Er bestaan ​​drie hoofdtypen.
– Open mijnbouw
– Stripmijnbouw
– Steengroeven

Ze verschillen in vorm, techniek en wat ze uit de aarde halen.

Open mijnbouw creëert een enorm gat. Soms scheert het van een heuveltop af. Stripmijnbouw is anders. Het is lineair. Een dragline of gigantische schep pelt lange, smalle stroken aarde weg. Je graaft het mineraal uit, gaat naar de volgende strook en dumpt het afval van de nieuwe strook in het gat dat je zojuist hebt gemaakt. Het is efficiënt voor dunne, vlakke steenkoolafzettingen. Daarom wordt het vaak apart gecategoriseerd.

De steengroeven splitsen zich in twee kampen. Eén is voor siersteen. Specifieke kleuren, maten, vormen. Duur werk. De andere is voor zand, grind en steenslag. Gebruikt voor wegen, cement, beton. De technieken hier weerspiegelen dagbouwmijnbouw. We concentreren ons dus op de decoratieve kant. De high-end dingen.

De geometrie van de put

Open mijnen zijn gebouwd in lagen die banken worden genoemd.

Hoe dik zijn ze? Meestal 12 tot 15 meter. Ongeveer 40 tot 50 meter. Afhankelijk van de steen en de uitrusting. Mijnwerkers werken op meerdere banken tegelijk. Ze verplaatsen zich met behulp van hellingen. Deze opritten zijn breed. 20 tot 40 meter breed. Je breidt een helling naar beneden uit om een ​​nieuw level te starten. Je snijdt diep en breidt het vervolgens uit. Dat vormt de nieuwe putbodem.

De muren zijn belangrijk. Veel.

De helling wordt bepaald door de sterkte van het gesteente. Stabiliteit is niet onderhandelbaar. Vooral naarmate de put dieper wordt.

Hier is de spanning. Door de helling slechts een paar graden steiler te maken, kunnen miljoenen aan stripkosten worden bespaard. Het kan de ertswinning vergroten. Maar het nodigt ook uit tot ineenstorting. Bij het falen van hellingen kunnen miljoenen tonnen materiaal betrokken zijn. Het is een risico. Mijnen voeren constante stabiliteitsprogramma’s uit. Ze analyseren structurele gegevens, grondwaterstanden en explosiepatronen. Eén grote put kan vijf of meer verschillende hellingshoeken gebruiken.

Naarmate je dieper graaft, verwijder je meer afvalgesteente. Uiteindelijk breekt de wiskunde. De waarde van het blootgestelde erts dekt niet langer de kosten om het eruit te halen. De mijnbouw stopt.

Dit saldo is de stripverhouding. Afvalgesteente gedeeld door erts verwijderd. De break-even stripratio is afhankelijk van de ertswaarde en de kosten. Als je erop drukt, ben je klaar.

Hoe ertsreserves voor dagbouwmijnen te berekenen

Reserveschatting is niet alleen maar giswerk. Het begint met het boren van sondegaten. Zet deze locaties op een kaart. Snijd er verticale secties doorheen. Je krijgt de verticale omvang van het ertslichaam. Van daaruit volgen de banklocaties.

Maar je mijnt in horizontale lagen. Je berekent dus ook de reserves in horizontale plakjes. Elke plak komt overeen met een bankhoogte. Je snijdt deze plakjes in blokken langs coördinaatlijnen. Bloklengte en -breedte? Meestal één tot drie keer de bankhoogte.

Bepaal het cijfer voor elk afzonderlijk blok. Stapel ze op. Je hebt een blokmodel. Deze moet groter zijn dan de werkelijke ertsreserve. Waarom? Omdat je de put moet graven om hem bloot te leggen.

Gooi nu geld in de mix. De kosten variëren. De verwachte inkomsten variëren. Cijfer is belangrijk. Locatie is belangrijk. Hierdoor ontstaat een economisch blokmodel. Sommige blokken komen in de put terecht. Anderen blijven buiten. Hoe beslis je welke gaan?

De floating cone techniek is de standaard. Stel je eerst twee dimensies voor. Om een ​​ertsblok te verwijderen, moet je alles erboven verwijderen. Teken een omgekeerde driehoek. Zijkanten komen overeen met de hellingshoek. De basis zit op het oppervlak. Apex raakt het ertsblok. In 3D? Het is een kegel.

Vergelijk de waarde van het erts aan de top met de kosten voor het verwijderen van de hele kegel. Positieve nettowaarde? De mijne. Voer deze controle uit voor elk blok in het model. Het resultaat is uw definitieve putomtrek.

Boor- en explosiewerkzaamheden in dagbouwmijnen

Grote mijnen verplaatsen dagelijks bijna een miljoen ton materiaal. Kleintjes? Een paar duizend. Het proces bestaat uit vier stappen: boren, stralen, laden en vervoeren.

Grote mijnen gebruiken roterende boren. Gaten variëren van 150 tot 450 mm in diameter. Het bit heeft drie kegels met tanden van staal of wolfraamcarbide. Het draait onder zware belasting. Breekt gesteente door compressie en afschuiving. Luchtcompressoren blazen boorgruis door het midden van de boorkolom.

Kleinere putten maken gebruik van pneumatische of hydraulische slagmachines. Op vrachtwagen of rups gemonteerd. Gaten zijn kleiner, 75 tot 120 mm.

Patroon is belangrijk. Je hebt specifieke fragmentatie nodig voor later laden en pletten. Twee termen definiëren het patroon: last en afstand. De last is de kortste afstand van het gat tot het bankvlak. De afstand is de opening tussen de gaten. De belasting bedraagt ​​doorgaans 25 tot 35 maal de gatdiameter. De afstand is meestal gelijk aan de last.

De meeste explosieven zijn ANFO. Ammoniumnitraatslurry gemengd met stookolie. Gepompt uit tankwagens. Eén enkel gat van 400 mm en een diepte van 7,5 meter kan ongeveer een miljard pk genereren. Dat is veel energie. Het doel is nuttige fragmentatie. Niet alleen lawaai. Blasters schieten gaten in een gecontroleerde volgorde om de kracht te beheersen.

Laden en vervoeren van zware materialen

Het doel van stralen is eenvoudig. Breek de rots. Verplaats het op een stapel. Maak het gemakkelijk om te laden.

Elektrische of dieselelektrische shovels doen het hijswerk in grote kuilen. Hydraulische ook. De grootte wordt bepaald door de lepel of emmer. Gemeenschappelijke capaciteiten variëren van 15 tot 50 kubieke meter. Eén beet kan 30 tot 100 ton tillen.

Vrachtwagens moeten bij de shovel passen. Vuistregel? Vul de vrachtwagen in vier tot zes schepbewegingen. Een shovel van 15 kubieke meter wordt gecombineerd met een vrachtwagen van 120 tot 180 ton. De grootste vrachtwagens vervoeren meer dan 350 ton. Ze hebben motoren die meer dan 3.500 pk produceren. Banddiameters groter dan 3 meter.

Ook wielladers spelen een rol. Hun hoge mobiliteit helpt.

Erts uit diepe putten transporteren

De putten worden steeds dieper. De diepste overschrijden 800 meter. Zo ver vervoeren met vrachtwagens is duur. Er ontstaan ​​alternatieven.

Transportbanden zijn gebruikelijk. Maar ze vereisen verplettering in de put. Run-of-mine-materiaal moet vóór transport worden afgebroken. Steile hoeken zijn een probleem. De meeste riemen komen maximaal uit bij 18 graden. Rechtstreeks tegen putwanden transporteren? Ingenieurs ontwikkelen daar nog steeds technieken voor.

Wat gebeurt er nadat het erts uit de grond komt

De vrachtwagen rijdt weg. Afvalstenen gaan naar een stortplaats. Het goede spul, het erts, gaat naar een verwerkingsfabriek. Soms wordt de plant geheel overgeslagen als de kwaliteit hoog genoeg is om direct te verzenden. Maar dat is zeldzaam. Bij de meeste activiteiten wordt het suberts in afzonderlijke stapels gesorteerd. Misschien graven ze het later op. Misschien behandelen ze het met chemicaliën daar op de vuilstort. Dat is hoopuitloging. Het extraheert metalen zonder het gesteente in een molen te verplaatsen.

Waarom we steen winnen die geen metaal is

Wij bouwen geen wolkenkrabbers van graniet. Meestal niet. Maar wij willen het. Het ziet er goed uit. Het duurt. Het is gemakkelijk schoon te maken. Graniet, kalksteen, zandsteen, marmer, leisteen, gneis, serpentijn. Dit zijn de zware slagmensen. Als het wordt gebruikt voor structuur, muren, vloeren of gewoon decoratie, is het bouwsteen. Als het op specifieke afmetingen wordt gesneden voor constructie of monumenten, wordt het afmetingssteen.

Steen met een goede afmeting moet consistent zijn. Dezelfde kleur. Dezelfde textuur. Geen scheuren. Er moet een poetsbeurt nodig zijn. Het moet de regen overleven. Dit gedeelte gaat niet over mijnbouwvuil. Het gaat over het hakken van stenen.

Hoe de put wordt gevormd

Steengroeven zijn niet altijd gaten in de grond. Soms zijn het heuvels. De eerste stap is strippen. Bomen gaan. Onderborstel gaat. Dan de bovengrond. Het wordt opgeslagen voor latere terugwinning. Je kunt het niet zomaar weggooien.

De rots komt er in banken uit. Plakjes. Meestal 4,5 tot 6 meter dik. Maar de natuur volgt geen regels. Als er een natuurlijke naad is, volgt de steengroeve die.

De blokken die ze eruit trekken zijn enorm. Soms ook wel broden genoemd. Zes meter hoog. Zes meter diep. Tot 18 meter lang. Dat is 1.200 tot 2.000 ton. Dat verplaats je niet met een heftruck. Traditioneel deden vaste boortorens het werk. Het bereik van de boortoren bepaalde de vorm van de steengroeve. Nu nemen mobiele front-end-laders het over. Ze tillen molenblokken van 30 ton. De indeling verandert omdat de machinerie verandert.

Afval is hier de vijand. Slechts 15 tot 20 procent van de steen die je graaft, is bruikbaar. De rest is puin. Het plannen van waar de afvalberg naartoe gaat, is een belangrijk onderdeel van het werk.

Steen hakken zonder hem te breken

Hoe scheid je een blok van de berg?

Jarenlang was de draadzaag koning. Het is een staaldraad, spiraalvormig, ongeveer 6 mm dik. Er zit een brij van water en schuurmiddel in: zand, aluminiumoxide, siliciumcarbide. De draad snijdt de steen niet. Het schuurmiddel wel. De draad levert het gewoon.

De draad slijt. De snede wordt smaller. Als de draad breekt, zit je vast. Opnieuw beginnen is een nachtmerrie. De draad moet dus lang genoeg zijn om de klus te klaren. Bij graniet gebruik je per vierkante meter zaagsnede ongeveer 27 meter draad. Voor een enkele snede van 6×9 meter is 1.450 meter nodig. Voor een hele installatie kan 3 tot 5 kilometer draad nodig zijn. Aangedreven door elektrische of dieselmotoren. Geleid door schijfwielen. Eén draad kan meerdere sneden maken als u de wielen in de juiste hoek zet.

Het voordeel? Een gladde snit. Geen schade aan de omringende rotsen. Later minder werk. Maar het is langzaam. En hij wordt vervangen.

Je verbrandt en boort je een weg door rotsen

Voor harde rotsen zoals graniet werkt warmte. Straalbranders gebruiken stookolie en zuurstof of lucht. Het brandt als een miniatuurraketmotor. Hoge temperatuur. Hoge snelheid. Hij zaagt een kanaal van 75 tot 150 mm breed en tot 6 meter diep. Handbediend of geautomatiseerd. Het smelt zich een weg er doorheen.

Of je kunt boren. Pneumatische of hydraulische slagboormachines maken lange, evenwijdige gaten. Lijnboren maakt gebruik van dicht bij elkaar geplaatste geleidegaten. Dan ruimt een groter bit uit het midden. Bij zachtere rotsen verwijder je gewoon het web tussen de gaten.

Welke methode je gebruikt, hangt af van de steen. Hard graniet kan verbranden. Er wordt in zachte steen geboord. Het doel is altijd hetzelfde. Haal het blok eruit. Breek het niet. Verspil het niet.

Rots splijten zonder de dreun

Explosieven zijn niet de enige manier om steen te breken. Soms wil je een zuivere splitsing, geen krater.

Als er gaten worden geboord met een tussenafstand van 125 tot 250 mm, kun je het gesteente ertussen breken. Het gaat om precisie. Eén methode maakt gebruik van speciale explosieven. Ze schieten de rots er niet uit. Ze drukken gas onder hoge druk tegen de wanden van het gat. De druk neemt toe. Dan krak. Er vormt zich een kloof langs de vuurlijn. Gecontroleerde chaos.

Ouderwetse werkers gebruiken veren en wiggen. Het is mechanisch. Brutaal. Effectief.

Veren zijn twee halfronde stalen stukken. Je steekt ze in elk gat langs de zijkant van het blok. Vervolgens schuif je tussen elk paar een wig. Sla met een voorhamer op de wiggen. De kracht wordt overgebracht op de veren. De steen wil niet bewegen. De druk kan nergens anders heen dan door de steen. Er ontstaat een scheurlijn.

Deze techniek bepaalt de onderkant van een blok. Hij snijdt ook grote stukken in kleinere stukken. Voor die laatste stap heb je alleen ondiepe gaten nodig. Een paar centimeter diep. Kleine diameter.

Er zijn ook andere trucjes. Speciale cementmortels die uitzetten tijdens het uitharden. Hydraulische drukverhoging. Ze doen allemaal hetzelfde: duwen totdat de steen meegeeft.

Het voordeel van diamantdraadzagen

Nieuwere technologie is stiller. Schoner. Nauwkeuriger.

Ga de diamantdraadzaag binnen. Het lijkt op een dikke kabel. Het is 6 mm staal in de kern. Verpakt in met diamant geïmpregneerde kralen. Tussen de kralen zitten plastic afstandhouders. Die afstandhouders zijn belangrijk. Ze voorkomen dat de rots de staalkabel tot stof vermaalt. Ze houden de diamanten op hun plaats.

Water doet hier het zware werk. Schoon water spoelt de snede door. Het koelt de draad af. Het zorgt ervoor dat de diamanten niet oververhit raken en dof worden.

Om te beginnen met zagen heb je twee boorgaten nodig. Eén verticaal geboord vanuit de bovenhoek. Eén horizontaal geboord vanaf de onderkant. Ze kruisen elkaar. Je haalt de draad er doorheen. Een aandrijfmechanisme trekt eraan. Spanning is de sleutel.

De snit is smal. Zeer smal. Dat betekent minder afval. Minder steen veranderde in stof. De steen barst of barst niet door trillingen. Als de draad eenmaal in een lus zit en beweegt, heb je niet eens meer een operator nodig die daar staat. Het loopt gewoon.

Kettingzagen voor steen

Ja, kettingzagen kunnen rotsen zagen. Niet hout. Steen.

Dit zijn niet je gereedschap in de achtertuin. Ze zijn enorm. Ze zien eruit als houtzagen, maar zijn voorzien van frezen met wolfraamcarbide of diamantpunten. Ze hanteren zachte stenen. Knikkers. Kalkstenen. Travertijnen. Schalies zoals leisteen. Enkele zandstenen.

De ketting heeft verwijderbare schakels. Zij houden het gereedschap vast. De ketting rijdt in een kanaal. De wanden en bodem van dat kanaal zijn vervangbaar. Ze verslijten. Je ruilt ze. De machine beweegt zichzelf. Een tandheugelmechanisme drijft hem langs modulaire sporen aan.

Het zijn zware machines. Het is luid. Maar het werkt op materialen die een standaardmes zouden verpesten.

Waterstraalkanalisatie

Als je stilte wilt, gebruik dan water.

Hogedrukwaterstralen snijden kanalen in steen. Zuiver water kan het. Of water vermengd met een schurende substantie. Het water schiet door een klein mondstuk. De snelheid is extreem.

Er ontstaan ​​nieuwe scheuren. Het dringt door tot bestaande. Dunne lagen steen snijden weg. Laag voor laag.

Het resultaat? Smalle, rechte kanalen. Bijna geen geluid. Geen schade aan het omringende muuroppervlak. Het is zacht ondanks de kracht.

Ondergrondse mijnbouw

Waarom diepe mijnbouw meer per ton kost

Oppervlaktemijnbouw stuit op een muur. Geen fysieke, maar een wiskundige. Wanneer erts diep onder de grond zit, wordt het afvalgesteente dat je moet weghalen om erbij te komen, te zwaar om op te tillen. Je schakelt over naar ondergrondse technieken. Het is duur. Elke ton ondergronds gewonnen kost meer dan zijn tegenhanger bovengronds. Waarom? De uitrusting is kleiner. Bodemomstandigheden en ertsgeometrie drukken de machines onder druk. De toegang is krap. Productiviteitstanks. U krijgt mogelijk vijf tot vijftig keer minder productie per werknemer per dienst vergeleken met open mijnen.

Er is sprake van een afweging. Ondergrondse mijnwerkers winnen alleen erts. Open putten verwijderen tonnen afval voor elke ton waardevol gesteente. Die selectiviteit heeft waarde.

De juiste ondergrondse mijnbouwmethode kiezen

Zodra je besluit ondergronds te gaan, hangt de methode af van de rots. Grootte is belangrijk. Vorm is belangrijk. Oriëntatie is belangrijk. Cijfer is belangrijk. Als het erts van hoge kwaliteit is of een hoge prijs heeft, kunt u zich dure methoden veroorloven. U wilt erts en afval gescheiden houden. Zeer selectieve extractie doet dit. Maar als je ze later kunt sorteren, misschien met magneten voor magnetiet, kun je bulkmijnbouw gebruiken. Het is goedkoper. Minder selectief. Sneller.

De dip van het ertslichaam verandert alles. Bij een duik van meer dan 50 graden kun je gebruik maken van de zwaartekracht. Erts valt naar beneden. Eenvoudig. Een dip onder de 25 graden vereist op rubber vermoeide apparatuur om erts te vervoeren. Steile hoeken zijn lastig. Voor de middenweg zijn speciale ontwerpen nodig.

De openingen die je uitsnijdt, worden stopes of kamers genoemd. Stoppen gebeurt in twee stappen. Ten eerste is er ontwikkeling. Je maakt de ertsblokken klaar. Het is kostbaar. De tweede stap is de productie. Jij ontgint het erts. Het is goedkoper. Je probeert de productie voor elk stukje ontwikkeling te maximaliseren. Voor steile ertslichamen plaats je de productieniveaus ver uit elkaar. Grotere openingen betekenen grotere apparatuur. Minder machines. Minder werk.

Rotssterkte beperkt uw openingen. Rots is sterker dan snelwegbeton. Maar het heeft gebreken. Scheuren. Storingen. Als die defecten dicht bij elkaar liggen of gevuld zijn met gebroken materiaal, moet je de openingen klein houden.

Diepte brengt druk met zich mee. Naarmate je dieper gaat, neemt het gewicht van de bovenliggende rots toe. De zijdruk neemt ook toe. Het kan een derde van de verticale druk zijn of drie keer hoger. In de diepste mijnen, ruim vier kilometer diep, is de druk groot. De rots explodeert. Dit zijn rotsuitbarstingen. Ze stoppen met mijnbouw. Gesteentemechanica houdt zich hiermee bezig. Het bestudeert hoe gesteentemassa interageert met mijnopeningen.

Het bouwen van de mijninfrastructuur

Je kunt niet minen zonder ontwikkeling. Kapitaalinvesteringen komen op de eerste plaats. Open putten leggen wegen aan en verwijderen afval. Ondergrondse mijnen zijn complexer.

Verticale toegang en schachten

De hoofdingang is een schacht. Een verticaal gat dat uit het oppervlak is gezonken. Het gaat onder het diepste geplande mijnbouwniveau. Horizontale afwijkingen vertakken zich met regelmatige tussenpozen. Dit worden niveaus genoemd. Liften, of kooien, brengen werknemers en machines naar beneden. Erts komt in containers naar boven. Speciale transportmiddelen.

Schachten hebben compartimenten. Ze bevatten persluchtleidingen. Elektrische stroomkabels. Waterleidingen. Ze ventileren ook de mijn. Verse lucht komt binnen via één schacht. Vervuilde lucht verlaat de andere. Of andersom.

Hellingen bieden een andere weg naar beneden. Tunnels die vanaf het oppervlak naar beneden worden gedreven. Interne hellingen verbinden niveaus. In de bergen kun je vanaf de zijkant door horizontale tunnels rijden. Dit zijn advertenties. Veel voorkomend in de metaalwinning.

Waarom de zwaartekracht het zware werk doet bij het transport van erts

Gedolven erts blijft daar niet zomaar liggen. Het wordt in ertspassages gedumpt: verticale of bijna verticale schachten die de zwaartekracht het werk laten doen. De rots valt recht naar beneden naar het laagste niveau van de mijn. Van daaruit wordt het verpletterd, in een bak gestopt en in containers geladen. Deze containers rijden naar het hoofdframe aan de oppervlakte, dumpen hun lading en vallen weer naar beneden. Herhalen.

Sommige mijnen gebruiken in plaats daarvan transportbanden of vrachtwagens. Afvalsteen? Vaak ondergronds gelaten om ruimte te besparen. Als het moet bewegen, gebruikt het soortgelijke verticale openingen.

De werking van raisen en winzes

Het creëren van deze verticale verbindingen is niet alleen maar graven. Het heet verhogen. Werknemers beginnen onderaan en rijden omhoog. Opsteekboormachines boren gaten van 2 tot 5 meter breed, met een lengte van honderden meters. Deze openingen dienen meerdere doeleinden: ertspassages, afvalgoten of ventilatieschachten.

Naar beneden gaan vanaf een hoger niveau? Dat is een winze. Zie het als een interne as.

Drifts: de horizontale ruggengraat

Alle horizontale tunnels zijn drifts. Zo simpel is het. Hun grootte en vorm zijn afhankelijk van de taak. Transport? Ventilatie? Verkenning? Elk heeft een specifieke voetafdruk nodig.

• Footwall drift : Loopt evenwijdig aan het ertslichaam en zit in de rots eronder.
• Crosscut : rijdt vanaf de voetmuur over het ertslichaam.
• Ramp : een hellende drift, nog steeds geclassificeerd onder deze algemene term.

Hoe je een drift ronde voor ronde kunt verlengen

Het bouwen van een drift is een lus van vijf stappen. Dit doe je voor elke “ronde” steen die je wilt verwijderen.

1. Boren
2. Stralen
3. Laden en vervoeren
4. Schaal
5. Versterking

Boormethoden variëren. Rotstype, openingsgrootte en mechanisatieniveau bepalen de aanpak. De meeste mijnen zijn afhankelijk van door diesel aangedreven, met rubber vermoeide dragers die meerdere boormachines vervoeren. Dit zijn boorjumbo’s. De boren zelf draaien op perslucht of hydraulische vloeistof.

Percussief boren is wreed. Een zuiger hamert heen en weer. Bij de voorwaartse slag raakt hij een stalen staaf. Een speciaal mes, of bit, dat aan de voorkant is bevestigd, wordt in de rots gedrukt. De zuiger trekt zich terug, de bit roteert en de cyclus herhaalt zich. Hoge energie, hoge frequentie: 2.000 tot 3.000 slagen per minuut. Hardrock maakt geen schijn van kans.

De kunst van het explosiepatroon

De rotswand wordt geboord met parallelle gaten. Diameters variëren van 38 tot 64 mm. Maar hier is de truc: een of meer grotere gaten blijven ongeladen. Ze fungeren als een vrij oppervlak. Ze geven de steen een plek waar hij in kan breken. Uitbreidingskamer.

Van dynamiet tot ANFO

Explosieven gaan in die gaten. Sticks, patronen of verpompte slurry. De chemie genereert een enorme gasdruk. Deze druk creëert nieuwe breuken en verwijdt bestaande. De rots breekt. Het beweegt.

Vroeger was dynamiet de standaard. Niet meer. ANFO domineert nu. Het is een mengsel van ammoniumnitraat en stookolie. Alleen is geen van beide explosief. Meng ze – 94,5% AN, 5,5% FO – en steek het aan. De reactie is gewelddadig. Efficiënt. Goedkoop.

Timing van de explosie en verplaatsen van de rots

De nasleep van een explosie is rommelig. Je krijgt koolstofdioxide, waterdamp en stikstof. Dit zijn standaard luchtcomponenten. Maar als je de stookolieverhouding verkeerd instelt, krijg je vergif. Te veel olie zorgt voor koolmonoxide. Te weinig zorgt voor stikstofoxiden. Beiden doden. Daarom zuigen ventilatiesystemen deze gassen naar buiten. Het schieten gebeurt meestal tussen ploegendiensten, of nadat de laatste mijnwerker is uitgeklokt. Lege mijnen zijn veiligere mijnen.

Orde is belangrijk. Je steekt niet zomaar elk gaatje in één keer aan. Je begint bij de lege ruimte, het ‘vrije gezicht’. Dan werk je naar buiten. Hierdoor ontstaat er ruimte voor het gebroken gesteente om in te bewegen. Het is een choreografie van vernietiging. Timing is alles.

Ouderwetse elektrische systemen gebruikten een weerstandselement in de dop. De stroom verwarmt het. Het ontsteekt een zekeringkop. Dat verbrandt een chemische verbinding met een bepaalde snelheid. Deze vertraging activeert de primer, meestal loodazide of PETN. De primer explodeert, waardoor de belangrijkste ANFO-lading wordt ontstoken. De kloof tussen vertragingen? Meestal 25 milliseconden.

Nieuwere doppen gebruiken microschakelingen. Elektrische vertragingen. Ze zijn strakker. Minder variatie. Meer opties voor timingsequenties. Precisie kost geld, maar het bespaart steen en tijd.

Zodra de steen gebroken is, moet je hem verplaatsen. LHD-eenheden (laden, transporteren en dumpen) zijn de werkpaarden. Ze variëren van kleine machines die minder dan een ton vervoeren tot beesten die 25 ton vervoeren. In nauwe aderen zie je mogelijk overvoorgeschoten laders. Ze duwen een emmer in de stapel, heffen hem op en draaien hem naar achteren om de lading te dumpen. Vaak aangedreven door perslucht.

Andere laders gebruiken verzamelarmen. Ze vegen het puin in een voerbak en vervolgens op een transportband in vrachtwagens. Sommige hiervan zijn op afstand bestuurbaar. Geen chauffeur in de cabine. Gewoon een man die kilometers ver weg naar een tv-scherm kijkt.

Opruimen en het plafond vasthouden

Voordat je weer schiet, ruim je op. Dit heet schaalvergroting. Losse stenen op het dak of de muren zijn een dodelijke val. In kleine tunnels gebruiken mijnwerkers lange stalen of aluminium staven om deze handmatig neer te halen. In grote gemechaniseerde mijnen doen machines met slaghamers of klauwklauwen het werk vanaf een veilige afstand.

Veiligheid gaat niet alleen over het verwijderen van losse stenen. Het gaat erom te voorkomen dat de rest valt. Idealiter ondersteunt de rots zichzelf. Je boort gaten en plaatst steenbouten. Er gaat een stalen bout met expansieanker in. Je draait deze. Het anker zet uit tegen de gatwand. Een voorplaat wordt tegen het rotsoppervlak gedrukt. Het vergrendelt de blokken aan elkaar.

Hierdoor ontstaat een boog. Een zelfdragende structuur binnen de rotsmassa. Als de rots gefragmenteerd is, voegt u stalen gaas, zoals een hekwerk, tussen de bouten toe. Sommige mijnen voegen wapening of staalkabels in de gaten. Anderen spuiten spuitbeton – beton dat in lagen wordt aangebracht – op de oppervlakken. Het is rommelig, luid en effectief.

De lucht in beweging en koel houden

Ventilatie is niet onderhandelbaar. Mijnwerkers moeten ademen. Maar het is meer dan dat. Dieselmotoren hebben zuurstof nodig om brandstof te verbranden. Ze produceren ook uitlaatgassen die verdund moeten worden. Explosieven creëren gassen die moeten worden weggespoeld.

Ventilatoren duwen frisse lucht naar binnen. Ze zuigen vervuilde lucht naar buiten. In koude klimaten is die binnenkomende lucht bevroren. Kachels verwarmen het. In diepe mijnen is het gesteente heet. De lucht komt zinderend terug. Koelsystemen koelen het af. Hierbij worden enorme hoeveelheden energie verbrand.

Hoge energiekosten zorgen voor veranderingen. Mijnen sluiten ongebruikte delen af ​​om de hoeveelheid lucht die moet bewegen te verminderen. Ze schakelen over van diesel- naar elektrische machines. Elektrische apparatuur produceert minder warmte en geen uitlaatgassen. Het vereenvoudigt de ventilatiepuzzel.

Waarom doet dit er toe? Omdat ondergrondse omgevingen vijandig zijn. Lucht is leven. Rots is gevaar. De technologie overbrugt de kloof tussen in leven blijven en de klus klaren.

Schalen is een uiterst belangrijke stap in het veilig maken van de werkplek.

Het is niet alleen een procedure. Het is een ritueel. Jij schiet. Jij laadt. Jij schaalt. Jij versterkt. Jij ventileert. Herhalen. De cyclus is meedogenloos.

Hoe ondergrondse mijnen het licht aanhouden

Goede verlichting is niet alleen een ‘nice-to-have’. Het is het verschil tussen het zien van een gevaar en er recht in lopen.

Elke mijnwerker daar heeft een lamp aan zijn helm vastgebonden. De batterij hangt zwaar aan hun riem. Bij sommige oudere of kleinere operaties is die ene straal alles wat je hebt. Je werkt bij de gloed van je eigen koplamp. In moderne opstellingen doen zware machines echter het zware werk – en de zware verlichting. Deze installaties worden geleverd met krachtige lampen die de werkruimte overspoelen en het donker tegenhouden, zodat mensen daadwerkelijk kunnen zien wat ze doen.

Dan is er de vaste infrastructuur. Reisroutes, schachtstations, stortplaatsen: ze krijgen allemaal een vaste inrichting. Je kunt niet in totale duisternis door een mijn navigeren.

Beheer van de grondwaterspiegel

Water is de variabele die je niet kunt negeren.

Sommige mijnen hebben te maken met kleine lekkage. Ze recyclen het water dat wordt gebruikt bij het boren, houden het schoon en hergebruiken het. Eenvoudig. Andere mijnen worden geconfronteerd met een zondvloed. Water stroomt uit de omringende rotsen naar binnen en dreigt de hele operatie op te slokken. In die extreme gevallen bouwen ingenieurs speciale waterdeuren en versterkte ondergrondse kamers. Ze zijn ontworpen om plotselinge, massale toestromen tegen te houden voordat de mijn overstroomt.

Waar gaat het water naartoe? Het stroomt of wordt naar een centrale plek gepompt, een put genaamd. Van daaruit leiden leidingen het via de schacht naar het oppervlak. Eenmaal bovengronds wordt het op de juiste manier behandeld en afgevoerd. Ruw mijnwater dump je niet zomaar in de plaatselijke kreek.

Waarom platliggende afzettingen belangrijk zijn

De meeste ertsafzettingen die we vandaag de dag ontginnen, zijn ontstaan in water. Een eeuwenoude oceaanbodem. Een prehistorisch moeras. Gedurende miljoenen jaren heeft de druk deze sedimenten verdicht. Ze zijn misschien enigszins verschoven of vervormd, maar ze hebben hun horizontale basislaag behouden.

Deze structuur verandert de manier waarop je graaft.

Als de naad vlak is, heeft u twee hoofdopties: mijnbouw of mijnbouw. Welke je kiest, hangt van een aantal factoren af. Hoe dik is de naad? Is de rots erboven sterk genoeg om stand te houden? Kunt u het zich veroorloven om het oppervlak te laten zinken?

Het is een berekening van risico versus beloning.

De kamer-en-pilaar-methode

Deze techniek is precies hoe het klinkt. Jij mijnt ertskamers uit. Je laat pilaren van ongemijnd materiaal achter.

Waarom room-and-pillar mining de standaard is

Kamer-en-pilaar is niet zomaar een methode. Het is de standaard. Zie het als het vanille-ijs van ondergrondse extractie. Je rijdt parallelle tunnels, drifts genoemd. Vervolgens verbind je ze. Regelmatige intervallen. Als de afstand in beide richtingen overeenkomt, krijg je een raster. Een schaakbord van uitgemijnde kamers en staande pilaren.

Die pilaren zijn geen decoratie. Ze houden het dak omhoog. Zonder hen stort de mijn in. Eenvoudige natuurkunde. Bij sommige operaties gaan mijnwerkers, zodra ze de rand van de afzetting hebben bereikt, terug om die pilaren te oogsten. Het is riskant. Het betekent gecontroleerde ineenstorting. Maar er wordt meer erts gewonnen.

Hoe mijnbouw met lange muren werkt voor zachte mineralen

Langwandige mijnbouw is anders. Het is industrieel. Mechanisch. Nauwkeurig.

Het ertslichaam wordt in rechthoekige panelen gesneden. Langs de lange randen lopen twee parallelle driften. Ze zorgen voor ventilatie en transport. Een dwarsdoorsnede verbindt ze aan het einde. Die crosscut is het werkpaard. Het wordt het langwandige gezicht genoemd.

Hier is de truc. Beweegbare hydraulische steunen schuiven naar voren. Ze creëren een veilige overkapping. Onder dat dak pendelt een snijmachine heen en weer. Het snijdt het mineraal. Een gepantserde transportband vervoert de lading. De steunen gaan vooruit. Het dak achter hen stort in. Met opzet. Dit is voor zachte dingen. Trona. Zout. Potas. Kolen. Mineraalhoudende schalie. Dingen die een machine daadwerkelijk kan snijden.

Hardrock verandert het spel. Goudriffen in Zuid-Afrika? Platina? Je kunt het niet zomaar in stukken snijden. Je boort en schiet. Het erts wordt naar een verzamelpunt geschraapt. Ondersteuning komt van hydraulische steunen, houten pakketten of het opvullen van de leegte met steen en zand. Hetzelfde patroon. Verschillende gereedschappen.

Waarom steile stortingen een andere aanpak nodig hebben

Niet alle aderen liggen plat. Velen zijn verticaal. Of bijna verticaal. De geologie is rommelig. Vervormingen gebeuren. De plaatsingshoeken variëren. Scherpe grenzen tussen erts en afvalgesteente maken dit beheersbaar. Als de dip steil is (meer dan 55 graden) en de rots sterk is, verander je van tactiek.

Blasthole stoppen voor verticale ertslichamen

Dit is waar het stoppen van explosiegaten van pas komt. Het is voor dikke, steile afzettingen met regelmatige grenzen.

Begin onderaan. Rijd een drift langs het erts. Vergroot het tot een trog. Aan het einde van die trog rijd je een verhoging naar het niveau erboven. Schiet die verhoging in een verticale gleuf. Het overspant de breedte van het ertslichaam.

Boor vanaf het boorniveau erboven lange parallelle schietgaten. Ongeveer 4 tot 6 inch in diameter. Het stralen begint bij de sleuf. Mijnwerkers trekken zich terug langs de drift. Ze vernietigen opeenvolgende plakjes. Er gaat een grote kamer open.

Hoe krijg je het erts uit die trog? Verschillende technieken. Grizzly’s. Transportbanden. Schoppen. De werkwijze is afhankelijk van de lay-out. Het doel blijft hetzelfde. Haal het erts eruit. Laat het afval achter. Zorg ervoor dat het dak u niet verplettert.

Variaties op subniveau en verticale terugtrekking

Het klassieke stoppen van een explosiegat is niet de enige manier om te graven. Je kunt de geometrie aanpassen aan de rots. Neem het stoppen op subniveau. In plaats van één enorme verticale sleuf, boor je kortere schietgaten vanuit subniveaus die op kleinere verticale intervallen zijn gestapeld. Het is een stapsgewijze klim, waarbij je van bovenaf in hanteerbare brokken naar beneden boort.

Vertical retreat mining draait het script volledig om. De stope ziet er niet uit als een verticaal plakje cake. Het is een trog. Zie het als een horizontale gleuf. Je laadt alleen de bodem van de explosiegaten op met explosieven. Knal. Een dun horizontaal plakje erts valt in de trog. Jij gaat omhoog. Laad het volgende korte gedeelte van het gat op. Herhalen. Je blijft plakjes naar boven schieten totdat je het plafond raakt. Het is methodisch. Laag voor laag.

Hoe het stoppen van krimp werkt in nauwe aderen

Dan stopt de krimp. Deze methode kiest zijn strijd. Het werkt alleen op steil dalende, relatief smalle ertslichamen. De grenzen moeten ook regelmatig zijn. Geen grillige, onvoorspelbare randen.

De steen zelf moet mooi spelen. Zowel de hangwand als de voetwand moeten sterk zijn. Het erts moet ook standhouden. Het kan niet degraderen alleen maar omdat het in de stop zit terwijl je er omheen mijnt. Het tegengaan van krimp is afhankelijk van het erts zelf om de open ruimte te ondersteunen terwijl u werkt. Als het gesteente zwak is, of als het erts tijdens opslag afbrokkelt, valt deze methode uit elkaar.

Hoe krimpstop in de praktijk werkt

Het is een verticale dans. Mijnwerkers klimmen door het puin omhoog en boren in het massieve plafond van de stop. Ze stoppen die gaten met explosieven. Vervolgens halen ze 30 tot 40 procent van het gebroken erts uit de bodem.

Waarom niet alles nemen?

Omdat ze ruimte nodig hebben. Het resterende erts fungeert als tijdelijke vloer en ondersteuning. Ze schieten het stuk erboven kapot en laten het neerstorten om de leegte op te vullen die ze zojuist hebben gecreëerd. De mijnwerkers lopen terug de chaos in en stappen op het nieuwe puin om het proces te herhalen.

Het werkt. Maar het is langzaam. En het is moeilijk te automatiseren.

De vertraging tussen het starten van de opgraving en het uiteindelijk ophalen van de laatste steen kan aanzienlijk lang zijn. Het is een methode die afhankelijk is van menselijke timing en fysieke aanwezigheid, en niet alleen van zware machines.

Waarom cut-and-fill-mijnbouw zich beter aanpast

Als het stoppen van krimp stijf is, is uitgraven en opvullen flexibel. Het verwerkt vreemde ertslichaamsvormen en onstabiele grond waar andere methoden falen. Naast room-and-pillar mining is dit de meest aanpasbare ondergrondse techniek die beschikbaar is.

De logica is eenvoudig. Je mijnt een horizontaal stuk erts. Vervolgens vul je de lege ruimte.

Meestal is de vulling afkomstig van afvalgesteente of residuen die door de verwerkingsfabriek worden gegenereerd. Het maakt van afval een hulpmiddel. Zodra die leegte is opgevuld, ontgin je het volgende stukje. Of naar beneden.

De vulling wordt het platform voor de volgende snede.

Er zijn twee manieren om dit te doen.

Bovenhands uitgraven begint onderaan en werkt naar boven toe. Het is de standaardaanpak. Zwaartekracht helpt. De vulling zit onder je en ondersteunt je gewicht terwijl je de laag erboven graaft.

Onderhands uitgraven en opvullen keert de stroom om. Je begint bovenaan en graaft naar beneden. Dit is lastiger. Wanneer je het erts erboven verwijdert, blijf je achter met een luchtplafond. Je kunt er niet zomaar afvalsteen in gooien. Het houdt niet stand.

Je moet cement in de vulling mengen. Er ontstaat een stevig, betonachtig dak. Alleen dan kunnen werknemers veilig de ruimte eronder betreden om de cyclus voort te zetten. Het kost meer aan materialen. Maar je kunt er wel afzettingen mee delven die anders te gevaarlijk of onstabiel zouden zijn om aan te raken.

Uitladen met opritten of rill mining-hybriden

Kijk nog eens naar dat diagram. De oprit mondt rechtstreeks uit in de stop. Dat is het toegangspunt. Naarmate mijnwerkers hoger klimmen, bouwen ze verhogingen in de vulling zelf. Deze zijn niet alleen decoratief. Ze fungeren als mangaten voor de beweging van de bemanning of als ertspassages voor de door de zwaartekracht gevoede rotsstroom. Je kunt de interne verhogingen natuurlijk geheel overslaan. Laad de opgeblazen rots in een LHD (een Load Haul Dump-voertuig) en rij ermee naar een ertspas in de voetmuur. Het is een keuze tussen verticale infrastructuur en horizontaal transport.

Als de bodemomstandigheden het toelaten, is er nog een andere optie. Rill-mijnbouw.

Het is een hybride beest. Gedeeltelijk uitgraven en opvullen, gedeeltelijk stoppen op subniveau. Afwijkingen worden door het ertslichaam gedreven, maar ze zijn niet strak verpakt. Ze worden gescheiden door een plakje erts van twee of drie normale plakjes hoog. Het boren is langgat. Door het stralen worden verticale plakjes verwijderd. Maar hier is de twist: naarmate elk segment gaat, wordt de vulling onmiddellijk ingevuld. Je houdt de open grond klein. Minder blootgesteld gesteente betekent minder kans op instorting. Het is stabiliteit door constante vervanging.

Hoe speleologie op subniveau eigenlijk werkt

De naam verraadt het al, als je weet waar je moet zoeken.

Subniveau verwijst naar de werkruimte. Mijnwerkers opereren niet alleen op hoofdniveaus. Ze werken op meerdere tussenvloeren, gestapeld tussen de primaire tunnels. Het is een verticale sandwich van activiteit.

Uithollen is het gevolg. In deze specifieke opstelling houd je het dak niet omhoog met hout of cement. Terwijl het erts wordt gewonnen, bezwijkt de hangende muur erboven. Het oppervlak daarboven zinkt ook. De rots valt in de leegte. Het is gecontroleerde chaos. De methode is gebaseerd op het vermogen van de grond om voorspelbaar in te storten nadat het ondersteunende materiaal is verdwenen.

Hoe dwarse speleologie op subniveau afval en verdunning beheert

Kijk naar de geometrie. Parallelle dwarssneden snijden door het ertslichaam. Ze rennen van de voetmuur naar de hangende muur. Elk subniveau doet dit. Het volgende subniveau lager? Het zit precies tussen de bovenstaande. Gespreid.

Er worden schietgaten geboord in een waaierpatroon. Regelmatige intervallen langs die dwarsdoorsneden. Dan blaas je. Begin bij de hangende muur op het bovenste subniveau.

Hier is het lastige deel. Terwijl je gebroken erts eruit trekt, volgt materiaal van bovenaf. Afval van de hangende muur stort in. Hoe meer erts je trekt, hoe meer afval er meekomt. De verwatering neemt toe. Je hebt een limiet. Zodra het afval een bepaalde drempel bereikt, stopt u met laden. Schiet de volgende fan neer. Wacht tot het mengsel tot rust is gekomen. Herhalen.

Is dit altijd slecht? Nee. Het hangt af van wat u aan het minen bent. Magnetiet is vergevingsgezind. Erts en afval kunnen gemakkelijk worden gescheiden. Goedkoop. Verdunning is hier minder van belang. Voor andere mineralen is het vermengen van afval in je product een ramp. U betaalt voor het verwerken van gesteente dat geen erts is.

Voor bepaalde mineralen zoals magnetiet, waarin erts en afval gemakkelijk en goedkoop gescheiden kunnen worden, is verdunning van het erts minder een probleem dan voor andere mineralen.

Wanneer moet u paneel- en blokuitholling gebruiken voor enorme afzettingen?

Stopmethoden werken voor sommige banen. Speleologie op subniveau zorgt voor anderen. Maar enorme deposito’s hebben een andere aanpak nodig. Paneel speleologie. Blok speleologie. Dit is de methode die speciaal voor schaal is gebouwd.

Het is niet universeel. Je hebt specifieke voorwaarden nodig. Vier van hen.

1. Grote ertslichamen met een steile helling. De rots moet glijden.
2. Enorme verticale verlenging. Je hebt diepte nodig. Veel ervan.
3. Rots die op natuurlijke wijze instort. Het moet in hanteerbare stukken uiteenvallen. Als het in enorme rotsblokken blijft zitten, zit je vast.
4. Oppervlak dat verzakkingen toelaat. De grond erboven zal zakken. Je hebt er ruimte voor nodig.

Als je deze vier dingen hebt, is paneelspeleologie waarschijnlijk de beste keuze. Het keert het gewicht van de rots tegen zichzelf. De zwaartekracht zorgt voor het breken. Jij beheert alleen de stroom.

Waarom door undercut-and-fill gesteente zichzelf laat breken

Je graaft een gat. Dan graaf je er nog eentje 15 meter hoger.

Dat is de opzet.

Deze twee niveaus bevinden zich 100 tot 300 meter onder de bovenkant van het ertslichaam. Je begint niet bovenaan. Je begint diep.

Op dat bovenste ondersnijdingsniveau rijd je parallelle tunnels. Dan schiet je de rots tussen hen in. Boom. Je hebt een enorme horizontale gleuf. Deze sleuf doet het zware werk. Het verwijdert de steun die het bovenliggende erts vasthoudt.

De zwaartekracht neemt het over.

De ertsgrotten. Het valt uiteen in stukjes die klein genoeg zijn om te hanteren. Het valt uiteen in trekbellen op het onderstaande productieniveau. Dit zijn eigenlijk bodemgoten die wachten om het puin op te vangen.

LHD-machines – laden, vervoeren, dumpen – komen binnen. Ze scheppen het gebroken erts op. Ze vervoeren het naar ertspassen.

Hier is de truc.

Alleen het gesteente dat werd gebruikt om de eerste dalen en ondersnijdingen te maken, moet worden geboord en gestraald. De rest? Het breekt zichzelf. Het tuimelt naar beneden terwijl de speleologie naar het oppervlak vordert.

Het echte werk is niet het breken van de rots. Het houdt die trekpunten open terwijl de berg eromheen instort. Als de troggen verstopt raken, stopt de mijn. Je moet de stroom tijdens de tekenperiode in stand houden.

Hoe placermijnbouw verschilt van ondergronds graven

Placer-mijnbouw is een heel ander beest.

Je boort niet in massief gesteente. Je bent niet aan het knallen. Je wacht niet tot de zwaartekracht een schacht instort.

Placerafzettingen zijn los. Het zijn grind, zand of vuil. De waardevolle mineralen – meestal goud, maar ook tin of edelstenen – zijn weggespoeld van hun oorspronkelijke bron. Ze vestigden zich in rivierbeddingen, stranden of uiterwaarden.

Omdat het materiaal niet-geconsolideerd is, hebt u niet de enorme infrastructuur van een undercut-and-fill-operatie nodig. Geen trekbellen. Geen LHD-machines die door krappe tunnels navigeren.

Je hoeft alleen maar de zware dingen van de lichte dingen te scheiden.

Water is je belangrijkste hulpmiddel. Het spoelt het zand en vuil weg. De dichte mineralen zinken.

Deze methode is goedkoper. Sneller. Minder gevaarlijk. Maar het werkt alleen als het erts niet opgesloten zit in een harde rotsmatrix. Je kunt geen kwartsader in de mijn plaatsen. Je kunt alleen mijnen wat de rivier al voor je heeft gedaan.

Waarom gaan we dan nog steeds ondergronds?

Omdat de beste aderen zich niet in de rivierbedding bevinden. Ze zijn diep. Stevig op slot. Wachtend tot jij ze openbreekt.

Waarom zware mineralen zinken terwijl zand bovenop blijft

Plaatsers zijn rommelig. Het zijn stapels ongeconsolideerd afvalmateriaal dat toevallig waardevolle mineralen bevat. De natuur bouwt ze door chemische verwering, stroomstroming, actie op zee of wind. Het resultaat is een concentraat van dingen die er toe doen.

Goud. Tin. Platina. Diamanten. Je vindt er ook titaan- en ferro-ijzerzand, edelstenen zoals robijnen en smaragden, en schuurmiddelen zoals rutiel en zirkoon. Dit zijn geen willekeurige keuzes. Ze delen twee eigenschappen. Hoog soortelijk gewicht. Fysieke taaiheid. Ze overleven de reis. Al het andere spoelt weg.

Waar u de meest winstgevende placer-stortingen kunt vinden

Niet alle placers zijn gelijk gemaakt. Stroom- (of alluviale) placers en strandplacers domineren het economische landschap. Stromend water vormt de stroomtypen. Kustgolven werken in op de bestaande stroomafzettingen en creëren strandplaatsers.

De geologie is op lange tijdschalen rommelig. De zeespiegel stijgt. Landverschuivingen. Dit betekent dat u placers op elke hoogte kunt vinden. Ver boven zeeniveau. Diep eronder. De locatie bepaalt niet zozeer de methode als de fysieke omstandigheden.

Mijnwerkers kijken naar de omvang. De dikte. Het karakter van het gesteente. Ze controleren de oriëntatie van de aanbetaling. Hoe dik is de deklaag? Is er water beschikbaar? Wat is de waarde per volume-eenheid?

Als de afzetting te dun is of te diep begraven voor oppervlaktewerk, gaan mijnwerkers ondergronds. Ze zinken schachten. Ze drijven driften aan. Het materiaal is echter niet geconsolideerd. Het stort in. Zware ondersteuning is verplicht. Het is duur en moeilijk.

De meeste placers blijven echter aan de oppervlakte. Operaties opgesplitst in twee kampen. Op het land. Of drijvende planten.

Hoe panning waarde van verspilling scheidt

Panning is de voorloper van alle moderne placer-mijnbouw. Het is eenvoudig. Het is effectief. Het berust volledig op dichtheidsverschillen.

Het bezinksel doe je in een pan. Voeg water toe. Roer het. De zware mineralen – goud, diamanten, platina – zinken naar de bodem. Het lichtere zand en grind dwarrelen over de rand en verdwijnen.

Het is langzaam. Het is arbeidsintensief. Maar het bewijst het concept. Als je de zware dingen met de hand van de lichte dingen kunt scheiden, kun je het ook met machines doen. Het principe blijft hetzelfde. De zwaartekracht doet het werk. Je geeft alleen het medium aan.

Waarom panning de hardnekkige standaard blijft voor de goudjacht

Pannen is de brute-force-methode. Het is handmatig, zweterig en meedogenloos. Je vult een pan met placervuil, dompelt hem in stilstaand water en gaat aan de slag.

Onder water kneed je het slib met beide handen. Je breekt klonten af, lost klei op, zoekt kiezelstenen uit. Het is tastbaar. Rommelig. Dan komt de schok. Houd de pan plat. Roer het. Het zware spul zinkt.

Snelle kantelingen. Snelle verhogingen. Spoel de lichte toplaag weg. Herhaal dit totdat alleen de dichte, waardevolle mineralen op de bodem achterblijven.

Het is eenvoudig. Het is ook vermoeiend.

Waar vind je eigenlijk goud met deze methode?

Je kiest niet zomaar een willekeurige plek. Je zoekt naar de restjes. Onbewerkte grond nabij oude mijnsites. Spleten in de bodem van rivierkanalen. Oude rivierbars. Droge kreekbeddingen waar het water vroeger het zware spul naar beneden sleepte.

Als het water zich daar eerder had verplaatst, zou het goud er misschien nog steeds zijn. Wachten.

De truc is niet alleen wassen. Het is weten waar het water ophield het gewicht te dragen.

Sluizen verandert het spel. Het schaalt het proces op. In plaats van één pan gebruik je een lange, smalle trog. Het water stroomt er doorheen en voert vuil en puin mee. Rimpels – die kleine ribbels aan de onderkant – vangen de zware deeltjes op terwijl het lichtere slib wegspoelt.

Het is sneller. Minder buigen. Maar het vereist waterstroming. Een constante stroom. Je kunt niet in een plas spuien.

Sluiskastmechaniek en geweerontwerp

Je kunt ook een sluiskast gebruiken. Het is een stevige rechthoekige kist, meestal van hout, met een open bovenkant. De bodem is opgeruwd door riffels. De meeste zijn dwars gemonteerde houten staven. Soms zijn het palen, steen, ijzer of rubber. Aan de bovenkant van de schuine bak brengt u water en vuil aan. Terwijl het naar beneden stroomt, brengen de speciaal gevormde riffen de stroming in beroering. Dit voorkomt dat lichter materiaal bezinkt. Het behoudt het waardevolle zware mineraal.

Gemechaniseerde placeroperaties op het land

Gemechaniseerde landoperaties maken gebruik van draglines, shovels, graafmachines, front-end laders en bulldozers om plaatsmateriaal uit te graven. Het spul wordt afgeleverd bij concentratiefabrieken of sluiskasten voor de winning van mineralen. Deze methoden zijn geschikt voor smalle, ondiepe of rotsachtige afzettingen. Ze werken ook aan onregelmatige en steile topografie die andere technieken niet aankunnen.

Grondsluizen is bijzonder. Het ontgint natuurlijke placers en kunstmatige, zoals afvalhopen. Een natuurlijke waterstroom valt uiteen en transporteert materiaal door een sluis. Het waardevolle mineraal concentreert zich daar. Hydraulisch werken is een andere methode. Je beweegt een stroom water onder hoge druk door een mondstuk over het mijnvlak. De resulterende slurry beweegt naar een downgradekanaal. Vervolgens in een gesloten circuit om te concentreren. Bij hydraulische mijnbouw worden steenkool soms ondergronds gewonnen. Maar de voornaamste toepassing ervan is dagbouw. Het is praktisch voor fijnkorrelig, niet-geconsolideerd materiaal van placers, residuen, alluvium en lateritische afzettingen. Een belangrijke toepassing is het verwijderen van deklaag bij dagbouwmijnen.

Drijvende installaties met draglines of graafmachines

Soms is het het meest economisch om plaatsingsmateriaal uit te graven met een aan de wal gemonteerde dragline of graafmachine. Je koppelt hem aan een drijvende geconcentreerde plant. Het graafmaterieel kan zich op een afzonderlijk schip bevinden of op hetzelfde schip. Materiaal graaft vanaf de zijkanten en de bodem van de mijnvijver. Het valt in de trechter van de wasinstallatie. Te groot materiaal wordt door screening afgewezen. Het gaat naar afvalhopen. Ondermaats materiaal wordt gedistribueerd naar een zwaartekrachtscheidingssysteem. Dit omvat sluizen met riffen, mallen of soortgelijke uitrusting. Na de behandeling keert zoveel mogelijk afval terug naar de vijver. Met deining worden enkele afvalafzettingen buiten het vijvergebied bedoeld. De vijver beweegt mee met het mijnfront.

De graaftechniek biedt krachtig graafvermogen en goede controle.

Baggermethoden: mechanisch versus hydraulisch

Baggeren is het onder water uitgraven van een placerafzetting door drijvend materieel. Systemen zijn mechanisch of hydraulisch. Dit is afhankelijk van de wijze van materiaaltransport.

De emmerladder of emmerlijnbagger is traditioneel. Het is nog steeds de meest flexibele methode voor uiteenlopende omstandigheden. Een enkele romp ondersteunt graaf- en hefmechanismen, verrijkingscircuits en afvalverwerkingssystemen. Een eindeloze ketting van open emmers beweegt zich rond een spant of ladder. Het onderste uiteinde rust op het mijnvlak. Dat is de bodem van de vijver waar graafwerkzaamheden plaatsvinden. Het bovenste uiteinde bevindt zich nabij het midden van de bagger, bij de voerhopper. De ketting loopt rond een aandrijftandwiel dat de bovenste tuimelaar wordt genoemd. Het loopt naar beneden naar een vrijlopend tandwiel dat de onderste tuimelaar wordt genoemd. Gevulde emmers, ondersteund door rollen, trekken de ladder omhoog. Ze dumpen hun lading in de trechter. Nadat de zuiveringsinstallatie waardevol materiaal heeft verwijderd, wordt het afval aan de achterkant gedumpt.

De clamshell-bagger is een ander mechanisch systeem. Het maakt gebruik van een grote enkele emmer aan het uiteinde van de kabels. Het werkt in dieper water dan andere systemen. Het verwerkt grote deeltjes en afval goed. Maar het is een discontinu systeem van het batchtype. Het duurt ongeveer één hap per minuut.

Zuivere hydraulische baggersystemen maken gebruik van pure zuiging, zuiging met hydrojet-ondersteuning of volledig hydrojet. Ze zijn geschikt voor het graven van klein los materiaal. Denk aan zand en grind, afzettingen van zeeschelpen, afval van molens en niet-geconsolideerde deklaag. Bij hydraulisch baggeren worden ook afzettingen met diamanten, tin, wolfraam, niobium-tantaal, titanium, monaziet en zeldzame aardmetalen gewonnen.

Onderwatersnijkoppen vergroten de graafkracht aanzienlijk. De cutterzuiger heeft een roterende snijkop. Het maakt de grond aan de mijnzijde los en mengt deze. Materiaal valt naar de monding van een centrifugaalpomp. Deze transporteert mest met 20 tot 25 procent vaste stof naar de verwerkingsinstallatie. Een stapel, een spud genaamd, houdt de bagger op zijn plaats tijdens het snijden. Lieren en staalkabels zwaaien de bagger in een boog rond de spud. Het verwijdert al het materiaal in de boog. Dan gaat de bagger vooruit. Het proces herhaalt zich.

De cutterzuiger is geschikt voor zachtere afzettingen. Het materiaal heeft een relatief laag soortelijk gewicht of een relatief lage deeltjesgrootte. Zoals zand- en grindgroeven, fosfaatmijnen en diverse zoutafzettingen.

Emmerwielzuigers versus cutterzuigers

De emmerwielbagger lijkt veel op de cutterzuiger. Hetzelfde basisidee. Maar verwissel die rolfrees voor een mobiele graafmachine en je krijgt een heel ander beest.

Het graaft harder. Beter onderaan de snede. En hij vangt het zware spul op – goud, tin – dat gewoonlijk langs een standaardsnijder glijdt.

Maar er zit een addertje onder het gras. Het is mechanisch complex. En duur. Voor die precisie betaal je.

Waarom we de oceaan nog niet hebben gedolven

De zee is in feite een opslagplaats voor mineralen. Enorme. We hebben het nauwelijks aangeraakt.

Waarom?

Omdat het opgraven van mineralen op land makkelijker is. Goedkoper. Er is momenteel geen echte druk om onder water te gaan.

Bovendien is de technologie er nog niet helemaal. We weten niet echt hoe we de zeebodem economisch moeten exploiteren. We begrijpen de hulpbronnen daar beneden niet eens volledig.

Maar als we dat deden? De oceaan valt uiteen in drie hoofdzones:

• Zeewater zelf
• Stranden en continentaal plat
• De diepe zeebodem

Wat zit er eigenlijk in zeewater

Zeewater bestaat uit ongeveer 3,5% opgeloste vaste stoffen per gewicht.

De zware slagmensen? Chloride. Natrium. Sulfaat. Magnesium. Calcium. Potassium. Broom. Bicarbonaat.

Het is niet alleen de open oceaan. Zoute zeeën in het binnenland, zoals de Dode Zee of het Great Salt Lake, trekken ook mineralen aan.

Magnesium is een grote uit zeewater. Maar zouten regeren.

Keukenzout (natriumchloride, NaCl) is de koning. Dan kaliumchloriden. Magnesiumchloriden. Kalium- en magnesiumsulfaten.

Hoe krijgen ze ze eruit? Verdamping.

Goedkoop. Eenvoudig. Gebruik de zon.

De perfecte zoutboerderij

Je kunt niet zomaar ergens een vijver aanleggen en wachten op zout. Je hebt specifieke voorwaarden nodig.

• Heet, droog klimaat. Droge wind helpt.
• Land dichtbij de zee.
• Bodem die geen water opneemt. Ondoordringbaar.
• Vlakke grond. Op of onder zeeniveau.
• Weinig regen tijdens verdampingsmaanden.
• Geen zoetwaterstromen die uw pekel verdunnen.
• Goedkoop transport of markten sluiten.

Als je al deze punten haalt, bouw je een vijverfaciliteit.

Hoe ziet dat eruit?

• Ondoordringbare basisgronden en dijken om de pekel vast te houden.
• Kanalen om pekel van bron naar vijver te verplaatsen.
• Pompen om pekel over dijken en landhellingen te transporteren.
• Structuren om de stroming tussen vijvers te beheren.

Het is technisch vergaderweer. Geen magie. Gewoon natuurkunde.

Zout uit zeewater halen

Moderne zonnevijvers wachten niet alleen op magie. Ze pompen actief ruwe pekel naar pre-concentratiegebieden. Verdamping doet het zware werk en duwt de natriumchlorideniveaus naar verzadiging. De pekel bevat 19-21 procent natriumchloride en 28-30 procent totaal opgeloste vaste stoffen. Vervolgens gaat het naar een kristallisatievijver.

De tijd varieert. Bij het Great Salt Lake wacht je ongeveer een jaar. Natriumchloride valt als eerste weg. Andere opgeloste stoffen zijn nog niet verzadigd. Als je alleen keukenzout wilt, dump je de pekel vroeg. Voorkom besmetting. Als je kaliumzouten wilt, blijf je verdampen. Knijp elk laatste natriumion eruit voordat uw doelproduct verzadigd raakt.

Zodra het zout op de vijverbodem kristalliseert, is het oogsttijd. Graders, front-end laders en transportwagens verplaatsen het materiaal naar verwerkingsfabrieken. Het is industriële landbouw voor mineralen.

Waarom afvalpekel goud is

Destillatie-installaties maken zoet water uit zeewater. Het overgebleven afvalwater is meestal een hoofdpijn bij het opruimen. Nu is het een hulpbron. Door zouten uit deze afvalstroom te winnen, wordt geld en energie bespaard.

Drie redenen waarom. Ten eerste betaalt de conversiefabriek voor het pompen. Ten tweede is de pekel heet. Warm water verdampt sneller. Ten derde is de zoutconcentratie tot vier keer hoger dan in primair zeewater. Je begint met een voorsprong. Het is economisch zinvol om het afval te delven.

Zware mineralen aan de kust

Stranden bestaan ​​niet alleen uit zand en schelpen. Mica’s, veldspaat, kwarts vormen het grootste deel. Maar er zitten ook zware mineralen in. Columbiet, magnetiet, ilmeniet, rutiel, zirkoon. Ze zijn bestand tegen chemische verwering en mechanische erosie. Ze blijven zitten terwijl lichtere dingen wegspoelen.

Er zijn zeldzame vondsten gedaan. Goud, diamanten, cassiteriet, scheeliet, wolframiet, monaziet, platina. Mineerbare concentraties komen minder vaak voor, maar zijn waardevol.

Bij mijnbouw boven zeeniveau wordt gebruik gemaakt van conventionele oppervlaktetechnieken. Draglines werken in de brandingszone. Offshore vereist andere uitrusting. Draadlijnmethoden laten de bakken op staalkabels zakken. Grijp emmers, zoals clamshells of sinaasappelschillen, bijten in het sediment. Ze sluiten, houden de last vast en hijsen deze omhoog. Open de schaal aan de oppervlakte. Dumpen. Herhalen.

Baggerwerken bieden een continu proces. Emmerladderdreggen graven op basis van bakgrootte en vermogen. Ze hebben wereldwijd goud, tin, platina en diamanten gewonnen. Offshore mikken ze vooral op goud en tin. Hydraulische zuigbaggers verwijderen de deklaag. Ze verplaatsen niet-geconsolideerde sedimenten met een laag soortelijk gewicht over lange afstanden. Je hebt een constante watertoevoer nodig.

Halfgeconsolideerde sedimenten hebben emmerwiel- of cutterzuigers nodig. Luchtliftdreggen zijn verrassend eenvoudig. Geen ondergedompelde bewegende delen. Perslucht wordt in een pijp geïnjecteerd op een onderdompelingsdiepte van 60 procent. De vloeistofkolom binnenin verliest dichtheid. Als de buistop niet te hoog boven water staat, stroomt het lucht-watermengsel over. Water en sediment stromen naar binnen om het te vervangen. De capaciteit voor het hijsen van vaste stoffen is aanzienlijk. Eenvoud wint.

De diepe oceaanbodem

De oceaanbekkens zijn niet vlak. Zacht glooiende heuvels domineren. Hellingen zijn zelden groter dan een paar graden. Het reliëf varieert met een paar honderd meter. Gemiddelde diepte? 3.800 meter. Ongeveer 12.500 voet.

Twee belangrijke sedimenten bedekken de vloer. Kalkhoudende sijpelt en rode klei.

Kalkhoudend vocht is afkomstig van planktonorganismen. Hun schelpen en skeletten bezinken. Ongeveer $ 10^{16}$ ton beslaat 130 miljoen vierkante kilometer. Dat is 50 miljoen vierkante kilometer. Dicht bij vele kusten. Sommige afzettingen zijn bijna puur calciumcarbonaat. Anderen lijken op kalksteen die wordt gebruikt in Portland-cement. Potentieel bouwmateriaal in de diepte.

Rode klei bedekt nog eens 104 miljoen vierkante kilometer. Ongeveer $10^{16}$ ton. De compositie is niet flitsend. Maar het kan waarde hebben. Grondstof voor kleiproducten. Of een toekomstige metaalbron. Gemiddeld aluminiumoxide is 15 procent. Sommige plekken bereikten 25 procent. Koper bereikt 0,20 procent. Nikkel en kobalt verschijnen in kleine fracties. Mangaan zit rond de één procent. Deze metalen verbergen zich in micronodulaire fracties van de klei. Screening of fysieke methoden kunnen ze scheiden.

De oceaanbodem is een pakhuis. We leren alleen hoe we de deuren moeten openen.

Het echte geld zit in de modder en het zout

Kijk eens beter naar die hete pekel in de Rode Zee. Daaronder zit iets veel interessanters dan thermische ventilatieopeningen. Bekkens met metaalrijk sediment. Ze zitten daar te wachten. De Atlantis II Deep is de grote. Schattingen suggereren dat er serieuze soorten koper, zink, zilver en goud in zitten. Deze poelen liggen ongeveer 2.000 meter diep. Ongeveer 6.600 voet. Precies tussen Soedan en het Arabische schiereiland.

Hier is de kicker. Het sediment is gelachtig. Het naar de oppervlakte pompen zou eigenlijk gemakkelijk kunnen zijn. Het is zich nu aan het vormen. Onder de huidige geochemische omstandigheden. Het lijkt veel op grote ertsafzettingen op het land. Gewoon dieper.

Maar de echte zware slagmensen bevinden zich elders. Mangaanknobbeltjes. Fosforiet is er ook, maar de mangaanknollen zijn waar het economische gewicht ligt. Het zijn concreties van mangaandioxide. Meestal ongeveer 3 centimeter breed. Kleine rotsen met een enorm potentieel.

Denk na over de schaal. Alleen al op de bodem van de Stille Oceaan ligt naar schatting 1,5 biljoen ton van deze dingen. Ze pakken stevig in. Tot 38.600 ton per vierkante kilometer. De chemie is rijk. Je krijgt 2,5 procent koper. 2 procent nikkel. 0,2 procent kobalt. En 35 procent mangaan. Sommige afzettingen bereikten 50 procent mangaan. Op land is dat hoogwaardig erts. Hier ligt het gewoon verspreid over de vloer.

Hoe krijg je ze omhoog? Twee hoofdideeën hebben waarde. De diepzee sleepbagger en de diepzee hydraulische bagger.

De sleepbagger werkt als een gigantische stofzuiger aan de lijn. Het scheert een dun laagje van de zeebodem. Vult zijn emmer. Dan gaat het omhoog. Een rupsband aan de achterkant van het schip tilt de bak omhoog. De lading wordt in een hopper gestort. Je kunt 10.000 tot 15.000 ton per dag delven. Vanaf 6.000 meter naar beneden. Maar het is een kwestie van stoppen en gaan. Laat de emmer zakken. Breng het omhoog. Dump het. Die niet-productieve tijd doodt de economie. Het is te afwisselend.

Een continu systeem is beter. Betreed de hydraulische bagger. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een pomp en een luchtliftsysteem. Een zelfrijdende collector beweegt langs de bodem. Het kan gebruik maken van emmers, schrapers of waterstralen. De truc is de verhouding tussen vloeistof en vaste stoffen. Je moet de snelheid in de pijp beheersen. Als de pomp te hoog of te laag staat, mislukt het mengsel. Het is een delicaat evenwicht in de natuurkunde.

Voor mangaan hebben we het nog niet commercieel gedaan. Het is te duur. Maar we hebben diamanten uit de zeebodem gewonnen. Op afstand bediende voertuigen (ROV’s) en verticale tunnelsnijders kunnen deze klus klaren. De technologie bestaat. De economie heeft de achterstand gewoon niet ingehaald.

Hoe oplossingsmijnbouw steen in vloeistof verandert

Vergeet de oceaan even. Kijk naar de grond. Natuurlijke pekelbronnen leveren ons het grootste deel van het broom in de wereld. Lithium. Borium. Plus potas en trona. Maar we maken ook kunstmatige pekel. We lossen formaties van oplosbare mineralen op. Haliet. Dat is steenzout. Potas. Trona. Borium.

Dit is mijnbouw met pekeloplossingen. Of gewoon oplossingsmining. Zo krijgen we zout zonder een gat te graven en stenen te sjouwen.

Het begint met een boorgat. Boor naar de top van de zoutformatie. Bedek het met stalen buis. Verleng het gat naar de bodem. Vervolgens kiest u een configuratie. Er zijn vier belangrijke manieren om dit te doen.

De topinjectietechniek is eenvoudig. U hangt slangen aan de bodem van de put. Injecteer water in de annulus. Dat is de ring tussen de binnenband en de behuizing. Het water raakt de bovenkant van de zoutformatie. Het lost het zout daar op. De pekel is zwaarder. Het zinkt. Het wordt door de buis naar buiten geduwd. Het resultaat is een grot in de vorm van een ochtendglorie. Breed aan de bovenkant. Smal aan de onderkant.

Onderste injectie draait het script om. Via de hangende buis aan de onderkant injecteert u vers water. Pekel zuig je af via de ring bovenaan. De grot begint peervormig. Wijd aan de onderkant. Naarmate het groeit, wordt het tonvormig. Blijf doorgaan en het wordt ook een ochtendglorie.

De onderste ringvormige injectie is anders. Water stroomt binnen via de ringvormige behuizing nabij de bodem. De pekel komt naar buiten via een iets dieper geplaatste slang. Hierdoor ontstaat een tonvormige grot. Consistent. Voorspelbaar.

Er is een variant die controle toevoegt. Twee concentrische buizen in de put. Water stroomt naar binnen via de ring ertussen. Pekel komt uit de onderste binnenband. Maar hier is het slimme deel. Injecteer olie of lucht door de ring tussen de behuizing en de eerste buis. Olie en lucht zijn lichter dan water. Ze drijven naar de top van de grot. Ze vormen een pad. Dat kussen voorkomt dat de grot naar boven groeit. Het forceert laterale groei. Je krijgt een brede grot zonder het risico te lopen op structurele problemen hierboven. Als je klaar bent met het verbreden. Je trekt aan het olie- of luchtkussen. De grot groeit. Jij bepaalt de vorm. Jij beheert de hulpbron.

Grotten die samensmelten zorgen voor efficiëntie

Grootte is hier belangrijk. Je kunt grotten met een diameter van 100 meter of meer uithakken met behulp van de eerder genoemde technieken. Het werkt in zoutstrooisel. Het werkt in koepelzout. Maar de echte truc is niet alleen een gat graven. Het verbindt ze.

Wanneer aangrenzende grotten samensmelten, neemt de productie toe. Je stopt met het behandelen van putten als geïsoleerde eenheden. In plaats daarvan creëer je een systeem. Eén put duwt vloeistof naar binnen. Een andere trekt het eruit. Het is een gecoördineerde dans. Meestal zie je een patroon met vijf stippen. Eén injectieput bevindt zich precies in het midden. Vier productieputten omringen het als satellieten.

De pekel wordt heet en zout. Het gaat naar een plant. Of misschien een zonnevijver. Daar doet verdamping het zware werk. Het water vertrekt. Het zout blijft. Eenvoudige natuurkunde. Effectieve chemie.

Hoe het Frasch-proces zwavel extraheert

Zwavel zit niet alleen maar op het oppervlak op je te wachten. Het zit gevangen. Met name in de deksteen van zoutkoepels. De zwavel leeft in poreuze of gebroken kalksteen. Die kalksteen zit ingeklemd tussen gesteentelagen die dor, ondoordringbaar en onoplosbaar zijn. De natuur heeft een perfecte container gebouwd. Het Frasch-proces is de sleutel om het te openen.

Deze methode behandelt zowel bodemafzettingen als zoutkoepelafzettingen. Maar de koepelopstelling is het klassieke voorbeeld. Hier ziet u hoe de techniek eruit ziet.

Je begint met een boorgat in de caprock. Je plaatst een behuizing. Het is ongeveer 200 tot 250 mm breed. Ongeveer 8 tot 10 centimeter. Van daaruit boor je tot op de bodem van de kalksteen-zwavellaag. Je hebt een pijp geplaatst. 150 mm diameter. Zes centimeter. Deze pijp is voorzien van perforaties. Twee niveaus ervan.

In die pijp van 150 mm zit er nog een. 75 mm breed. Drie centimeter. Het gaat bijna tot de bodem. Ten slotte hangt er een klein pijpje van 25 mm aan het oppervlak in het pijpje van 75 mm. Slechts één centimeter breed.

Drie pijpen. Genest als Russische poppen. Waarom zo veel? Want voor verschillende klussen heb je aparte rijstroken nodig.

Oververhit water komt het systeem binnen. Het is heet. Ongeveer 170 °C. Dat is 340 °F. Het stroomt door de ruimte tussen de buizen van 150 mm en 75 mm. Het schiet uit de bovenste perforaties. De hitte raakt de kalksteen. De temperatuur stijgt. Het overschrijdt het smeltpunt van zwavel. 115°C. 240 °C.

Vaste zwavel verandert in vloeistof.

Vloeibare zwavel is compact. Zwaarder dan water. Het zinkt dus. Het verzamelt zich op de bodem van de formatie. De zwaartekracht doet het werk. De gesmolten zwavel stroomt in de onderste perforaties van de 150 mm buis. Het komt de buis van 75 mm binnen.

Nu moet het opstaan. Het is dik. Het is zwaar. Hij zal niet uit zichzelf klimmen. Je injecteert perslucht door dat kleine buisje van 25 mm. De lucht vermengt zich met de zwavel. Het vermindert de dichtheid. Zie het als het lichter maken van de mest. Het mengsel borrelt op. De gesmolten zwavel stijgt naar de oppervlakte.

Het is brute force thermodynamica. Verwarm het. Laat het zinken. Verlicht de last. Trek het omhoog. Geen graven. Geen mijnbouw. Alleen leidingen en druk.