پروژه معدن دولومیت شهرضا

مقدمه

با توجه به اهمیت کانسارهای غیر فلزی در این پروژه به یکی از کانسارهای غیر فلزی مهم یعنی دولومیت که مصارف عمده‌ای در صنعت دارد پرداخته شده است.

دولومیت با فرمول شیمیایی Camg(Co3)2 شناخته می شود.

در این پروژه اطلاعاتی راجع به شناخت دولومیت، کانی شناسی، موارد کاربرد، ذخایر، بررسی آماری معادن دولومیت (شامل 10 معدن) و همچنین بررسی کلی دولومیت آورده شده است. سپس به بررسی ذخایر دولومیت در جهان پرداخته و اطلاعاتی در مورد معادن دولومیت ایالات متحده آورده شده است، همچنین توضیحاتی در مورد مراحل اکتشاف و استخراج دولومیت آورده شده است.

استخراج دولومیت در دنیا گاهی بسیار پیچیده و با روشهای زیر زمینی صورت می‌گیرد. در صورتی که استخراج دولومیت در ایران اغلب بسیار ساده بوده و کلاً به صورت روباز استخراج می شود.

در پایان به بررسی یکی از معادن دولومیت ایران بنام معدن دولومیت شهرضا پرداخته و سعی شده است توضیحاتی درباره منطقه معدن، ذخیره، طرز کار، مراحل و چگونگی استخراج دولومیت در این معدن در اختیار خوانندگان قرار داده شود.

فصل اول

شناخت دولومیت

در کتابهای علمی هر جا که صحبت از سنگ آهک می شود دولومیت نیز در کنار آن می باشد که این دو ارتباط تنگاتنگی با یکدیگر دارند. بطور کلی واژه سنگ آهک فقط در مورد آن دسته از سنگهایی به کار می رود که ذرات کربناته آن نسبت به اجزای تشکیل دهنده غیر کربناته بیشتر باشد (ذرات کربناته آنها بیشتر از کلسیت یا آراگونیت تشکیل شده است) در صورتی که واژه دولومیت در مورد سنگهایی به کار می رود که عمدتاً از کانی دولومیت تشکیل شده اند. هر چند که دولومیت خود یک سنگ حاوی آهک است. علاوه بر این سنگهای دیگری نیز وجود دارد که حاوی هر دو کانی کلسیت و دولومیت می باشند سنگهای آهکی و دولومیت ها با هر سنی حتی در اوایل پرکامبرین (آرکئن) مشاهده می شوند. هرچند که فراوانی آنها در رسوبات قدیمی تر نسبت به سنگهای جوانتر به مراتب کمتر است.

سنگهای آهکی و دولومیت های با ضخامت و گسترش زیاد در پرکامبرین پسین (پروتروزوئیک) نسبتاً فراوان بوده و در رسوبات اوایل دوران اول به ویژه در آمریکای شمالی، نیز بسیار فراوان است. به طور کلی رسوبات کربناته اولیه بیشتر به صورت دولومیتی هستند و نسبت Ca به Mg با کاهش سن رسوبات در امریکای شمالی به طور فزاینده ای افزایش می یابد.

سنگهای آهکی و دولومیت های مربوط به مناطق پایدار کریتونیکی نازک (Cratonuc) و بسیار گسترده بوده و تقریباً تمام پهنه کریتونیکی آمریکای شمالی را در دوره اردویسین می پوشانده اند. ضخامت این سنگها در حاشیه مایوژئوسنکلینال بسیار قابل توجه است و در بعضی موارد ضخامت توالیهای رسوبی به بیش از 15000 فوت (5000متر) می رسد. این سنگها معمولاً در گودیهای ایوژئوسنکلینال وجود ندارند. اما گاهی اوقات به صورت سنگهای آهکی نازک توربیدیتی یا آلوداپبک دیده می شوند. دولومیت در بعضی از سنگهای آهکی همراه با کلسیت یافت می شود. معمولاً تشخیص این دو کانی از یکدیگر مشکل است. اختلاف های مهم این دو کانی در جدول A خلاصه شده است. معمولاً سنگ شناسان از شکل رومبوهدرال برای تشخیص دولومیت استفاده می کنند ولی این خود نیز مصون از خطا نمی باشد.

فصل دوم

بررسی دولومیت

بررسی دولومیت

دولومیت Ca (Mg , Fe) (Co3)2

سیستم تبلور: دولومیت در سیستم رمبوئدریک متبلور می شود. در طبیعت به صورت متبلور و متراکم یافت می شود. سطح بلورهای آن معمولاً کمی انحناء دارد و در آنها سطوح (0001) و (1011) دیده می شود. سطح ماکل در آنها موازی سطح (0221) است و باعث می شود که اثر خطوطی مطابق شکل در آن رویت شود. رخ آن موازی سطح (1011) و غالباً دارای انحناء است.

2-1- بررسی خواص فیزیکی

سختی 4-5/3 و وزن مخصوص آن 3-83/2 می باشد و مقدار آن با افزایش آهن اضافه می شود. دارای رنگ سفید گلی و خاکستری به ندرت بی رنگ است. جلای آن صدفی تا شیشه ای است.

2-2- خواص نورانی

یک محور منفی 503/1=n و 682/1=n بنابراین بیرفرنژانس آن فوق العاده است. 179/0=n-n زیر میکروسکوپ به شکل لوزیهایی با خاموشی متقارن و رنگ انترفرانس بالا دیده می شود. برجستگی آن مانند کلسیت بر حسب جهت تغییر می کند. اختلاف آن با کلسیت در نداشتن اثر خطوط موازی با قطر لوزی است.

2-3- آزمایش فوتک

غیرقابل ذوب بوده و رنگ شعله را نارنجی می کند. انواع آهن دار آن که آنکریت (Ankerite) نامیده می شود در لوله بسته تیره رنگ شده و در مجاورت هوا قهوه ای رنگ می شوند و در شعله احیاء کننده (روی ذغال) خاصیت مغناطیسی پیدا می کنند. اسید کلریدریک سرد بر آن به ندرت ممکن است اثر داشته باشد، اگر بر محلول اسیدی آن چند قطره اسید سولفوریک رقیق بریزیم رسوب سفید (متبلور) بدست می‌آید.

2-4- طریقه تشخیص

جلای صدفی و وضع خاص بلورهای آن وسیله مناسبی برای تشخیص این کانی است. دیالوژیت معمولاً از انواع قرمز رنگ دولومیت سنگین تر است.

2-5- موارد استعمال

سنگهای آهکی دولومیتی نظیر سنگ آهک، معمولاً برای کارهای ساختمانی و بعضی از اقسام آن نیز به عنوان سنگهای زینتی مورد استعمال قرار می گیرد.

2-6- محل پیدایش

در حفره های سنگهای آهکی و نیز سنگ آهک دولومیتی و سنگهای آهکی منیزیم‌دار وجود دارد. این نوع سنگ آهک ها معمولاً از سنگ آهک معمولی که در آن به جای قسمتی از کربنات کلسیم، کربنات منیزیم جانشین شده است، تولید شده اند.

دولومیت به صورت رگه همراه با کلسیت نیز مشاهده می شود، همچنین قسمتهای متبلور سنگهای آهکی دولومیتی را این کانی تشکیل داده است. این بلورها مخلوطی از دولومیت و کلسیت می باشند.

2-7- نامگذاری

نام این کانی به افتخار کانی شناس فرانسوی دولومیو انتخاب شده است.

2-8- سنگهای آهکی دولومیتی یا سنگهای آهکی

سنگهای آهکی و دولومیتی معمولاً دارای بیش از 50% کربنات است که اگر این کربنات، کلسیت یا آراگونیت باشد آن را سنگ آهکی و اگر این کربنات دولومیت باشد آن را سنگ دولومیتی می نامیم. تقسیم بندی کلی سنگهای آهکی در شکل صفحه 11 خلاصه شده است.

ماسه سنگهای فسیل دار که در آنها مجموع مقدار کربنات کلسیم به صورت سیمان و قطعات فسیل از 50% تجاوز می کند جزء سنگهای آهکی طبقه بندی نمی شوند بلکه آنها را جزء سنگهای آواری منظور می کنند. سنگهای آهکی و دولومیتی را می توان برحسب بافت و یا شرایط رسوبشان تقسیم بندی کرد. مثلاً پتی جان سنگهای آهکی را به دو دسته برجا و نابرجا تقسیم بندی کرده است.

دولومیت ها اکثراً در اثر جانشین شدن منیزیم به جای کلسیم در ملکول کلسیت تشکیل می شود ولی بعضی از رسوبات دولومیتی همراه با رسوبات تبخیری دیده شده است که به نظر می رسد به همین صورت رسوب کرده اند. ذیلاً انواع مهم سنگهای کربناته را به صورتی که در نمونه های دستی و در روی زمین نام گذاری می شوند، شرح می دهیم:

کلسیت

سنگ آهک سیلیسی

دولومیت سیلیسی

دولومیت

پرسلانیت

چرت

دولومیت

سیلیس

 سنگ آهکی

سنگ آهکی دولومیتی

 (جدول در فایل اصلی موجود است)

جدول 1-1-2: نمایش انواع سنگهای آهکی، دولومیتی و سیلیسی

2-9- دولومیت با خلوص بالا

به یک سنگ آهک دولومیتی با ارزش از نظر تجارتی اطلاق می شود که مجموع کربناتهای آن بالاتر از 97% بوده ولی کانی کلسیت آن فقط 3 تا 4 درصد می باشد. اکثر دولومیت ها نتیجه تبلور مجدد سنگ‌ آهک بوده و احتمالاً صفات بعدی مانند لایه‌بندی قطعات چرت در آن حاصل و عده ای از صفحات فرعی مانند اجزاء صدفی فسیلها، اوولیت ها و غیره در آن ممکن است از بین بروند در نتیجه دولومیت معمولاً یکنواختی بیشتری از آهک ها را از نظر سنگ شناسی نشان می دهند و روی هم رفته دولومیت ها از دانه بندی یکنواخت تر و بلورهای درشت تری برخوردارند. عده ای از دولومیت های توام با لایه های یک در میان رسوبات تبخیری تصور می‌شوند که نتیجه مستقیم رسوب شیمیایی می باشند. این دولومیت ها معمولاً رنگ روشن تر، متراکم تر و کلاً لایه بندی شده و از نظر سنگ شناسی یکنواخت می باشند.

سنگ آهک متبلور (Crystaline Limestone) منایب برای صیقل دادن به عنوان سنگ نما و بنای ساختمانها در تجارت اصولاً مرمر نامیده می شود. (در ایران این سنگ به سنگ چینی معروف است) ولی بیشتر از کلمه Orthomarble برای سنگ آهک متبلور نیز استفاده می شود تا از مرمر واقعی با منشاء متامورفیکی متمایز گردد.

2-10- موارد استفاده

دولومیت و سنگ آهک در موارد زیر به طور مشترک مصرف می گردند:

1- به عنوان سنگ خرد شده (Crushed Stone) برای اجزاء سیمان، سنگ زیرسازی جاده و راه آهن، تونل های تخلیه فاضلاب و به صورت ریزتری در مرغداری ها سفید کاری شن و قلوه خرد شده و به صورت گرد در معادن ذغال و غیره.

2- به عنوان کمک ذوب در ذوب و تصفیه آهن و سایر فلزات در کارخانه های فلوتاسیون.

3- به عنوان Soil Conditioner در خاک های کشاورزی جهت خنثی کردن اسیدیته خاک و بهبود رشد گیاهان، در این صورت آن را آهک کشاورزی یا اصطلاحاً آگلایم (Aglime) می نامند و در حقیقت این ماده آهک نبوده بلکه گرد سنگ آهک می باشد.

4- به عنوان منبع تهیه آهک و یک باز شیمیایی با انواع مصارف مهم صنعتی.

5- به عنوان یک ماده شیمیایی خام در ساختن شیشه، خنثی کردن اسیدها و غیره.

6- به عنوان سنگ ساختمانی.

سنگ آهک نه دولومیت به عنوان یک ماده خام اساسی در ساختن سیمان پرتلند و دولومیت نه سنگ آهک به عنوان یک ماده دیر گداز (Refractory) و به عنوان یک ماده مخلوط با آزبست در تهیه عایقهای حرارتی مصرف می شوند.

2-11- خصوصیات فیزیکی

برای مصرف شدن به صورت قطعات و یا موارد فیزیکی دیگر سنگ آهک یا دولومیت باید یکنواخت، غیر متخلخل، بدون چرت و مواد ارگانیکی و پیرت باشد. سنگ آهک تازه نه تنها می‌تواند قطعات سالم و محکمی را تشکیل دهد بلکه در مقایسه با سایر سنگهای معمولی مورد مصرف در مقابل عوامل فرساینده نیز مقاومت بیشتری نشان می دهد.

این خصوصیات به علاوه دسترسی آسان و مقدار فراوان سنگ آهک روشن می سازد که چرا مصرف آن به تنهایی 5/2 برابر مجموع سنگهای مصرف شده بازالتی، گرانیتی و ماسه سنگ می‌باشد.

علاوه بر دارا بودن کلیه صفات لازم برای یک سنگ ساختمانی خوب مانند رنگ یکنواخت به خاطر تاثیر آن در انتخاب انواع مصارف، بافت یکنواخت از نظر دانه بندی و غیره سنگ آهک یا دولومیت باید فاقد سولفایت آهن (به خاطر احتمال اکسیداسیون و ایجاد زنگ زدگی) و کوارتز و چرت (به خاطر سخت کردن کار با سنگ) بوده و تخلخل آن از نظر ارزش تجارتی نباید بیشتر از 10% باشد.

2-12- مصرف دولومیت به عنوان سنگ کمک ذوب (Flux Stone)

مصرف دولومیت به عنوان سنگ کمک ذوب به دلایل زیر کمتر از آهک بوده و چه از نظر اقتصادی و چه مفید بودن آنها مصرف آهک بر دولومیت ترجیح داده می شود:

1- در صورت مصرف دولومیت درجه حرارت بیشتری در کوره لازم خواهد گردید.

2- دولومیت از نظر کمک به جریان ذوب و تصفیه ناخالصی ها به خاطر وجود مواد غیر از کلسیم راندمان کمتری دارد.

3- منیزیم داخل دولومیت سبب کاهش روانیت سرباره های تولید شده می گردد.

به هر حال هر کوره ای که بنا می شود برای مصرف یکی از دو سنگ دولومیتی یا آهکی باید در نظر گرفته شود و نمی توان به طور متغیر یا یک در میان از آنها استفاده نمود. مصرف سنگ آهک در صنایع ذوب بسیار زیاد است به طوری که برای ذوب یک تن آین Pig Lrone حدود 900 پوند سنگ آهک مورد لزوم خواهد بود.

2-13- خصوصیات اختصاصی دولومیت

علاوه بر مصارف با ارزش مشترک با سنگ آهک، دولومیت با داشتن خصوصیاتی منحصر به خود مصارف مخصوصی نیز دارد. دولومیت یا سنگ آهک دولومیتی را در کوره های مخصوصی در 1500 درجه حرارت می سوزانند، این عمل سبب حذف چند درصد دی اکسید کربن (Co2) می شود که ممکن است در آهک معمولی باقی بماند و محصول حاصل که کمی سیلیسی است به نام Dead-Burned Dobmit نامیده می‌شود (این اصطلاح در یک اسم بی مسمی است زیرا مواد حاصل مخلوطی از کلسیم و منیزیم به صورت Mg، Cao می باشد).

این ماده به هر حال به عنوان یک ماده دیرگداز (نسوز) برای پوشش داخلی کوره های متالوژی قابل مصرف می‌باشد.

خاصیت دیرگدازی دولومیت با محصول دیگری نیز مشخص می شود که به نام کربنات صنعتی Technical-Carbonate یا کربنات منیزیم بازی معروف است، که فرمول شیمیایی آن متغیر ولی حدوداً با فرمول  مشخص می شود.

این ماده به رنگ سفید و دانه ای می باشد که در صورت مخلوط با 15% فیبر آزبست محصولی تولید می‌کند که به نام منیزیم 85% نامیده می شود و به عنوان عایق حرارتی به صورت قالبهایی تهیه و مصرف می گردد.

فصل سوم

تاریخچه دولومیت

همانگونه که توسط ون تویل (Van Tuyle 1916) بیان شده است، دولومیت و مساله پیدایش آن افکار زمین شناسان را برای مدت زیادی به خود مشغول کرده بود و تئوریهای بسیاری در مورد تشکیل آن مطرح شده است. مقالات تکنیکی درباره دولومیتها بسیار زیاد است. در این جا ابتدا خود سنگ و در بخش بعدی مسائل مربوط به چگونگی تشکیل آن را مورد بحث و بررسی قرار خواهیم داد. دولومیت برای اولین بار توسط تیرول (Tyrol) توصیف شد.

اسم خاص دولومیت (به زبان فرانسه دولومی) در سال 1792 توسط سوسور به افتخار یکی از اولین محققان زمین شناسی، یعنی دولی‌مو (Dolimeu) در مورد این سنگها به کار برده شده است. پس از آن نشان داده شده است که دولومیت از نظر زمانی و مکانی گسترش زیادی داشته و یکی از مهمترین سنگهای پوسته جامد زمین است برای مثال دولومیت 2/10% و سنگ آهک 6/17% پوشش رسوبی پلات رم روسیه را تشکیل می دهد.

3-1- تاریخچه نامگذاری

دولومیت ها به انواعی از سنگهای آهکی اطلاق می شود که حاوی بیش از 50% کربنات بوده و بیش از نیمی از آن دولومیت تشکیل شده است به دلیل این که واژه دولومیت به عنوان نام کانی نیز مورد استفاده قرار می گیرد پیشنهاد شده است که از این واژه برای نام سنگ استفاده نکرد و به جای آن از واژه دولوستون استفاده شود. علی رغم اشتباهاتی که ممکن است استفاده از این واژه برای سنگ و کانی پیش آورد این واژه همیشه به کار برده شده و احتمالاً استفاده از آن برای هر دو گروه ادامه خواهد یافت.

سنگهایی که از نظر ترکیب حد واسط بین آهک و دولومیت هستند به اشکال مختلفی نامگذاری شده اند. به طور کلی، سنگهایی که در آنها مقدار کلسیت بیشتر از دولومیت است سنگ آهک دولومیتی و سنگهایی که در آنها دولومیت بیشتر از کلسیت است. دولومیت های آهکی، دولومیت های کلسیتی، دولومیت های کلسیم دار یا کالک دولومیت نامیده می شوند.

حد دقیق تقسیم بندی بین این سنگهای مخلوط و نیز ممبرهای انتهایی هموژن تر آنها مورد توافق قرار نگرفته است. فراوانی کلسیت نسبت به دولومیت و یا بالعکس به عنوان مبنای تقسیم بندی بین آهک و دولومیت در نظر گرفته شده است. در صورتی که سنگ آهک (ممبر انتهایی) حاوی مقادیر ناچیزی منیزیم باشد، آن را سنگ آهک غنی از کلسیم می نامند. اگر چنانچه سنگ آهک مزبور حاوی مقادیر قابل ملاحظه ای منیزیم باشد، آن را سنگ آهک منیزیم دار می‌نامند و اگر مقادیر قابل توجهی دولومیت در سنگ آهک باشد، آن را یک سنگ آهک دولومیتی می نامند. اگر مقادیر منیزیم ناچیز باشد این عنصر به صورت MgCo3 و به حالت انحلال جامد در کلسیت وجود داشته و در نتیجه کانی دولومیت تشکیل نمی گردد، لیکن کلسیت به طور معمول می‌تواند فقط حاوی 1 یا 2 درصد MgCo3 به حالت انحلال جامد باشد. کربنات منیزیم تنها در بعضی مواد اسکلتی حاضر به مقدار بیشتری یافت می شود از این رو در سنگهای قدیمی، یک سنگ آهک منیزیم دار حاوی مقادیر قابل ملاحظه ای دولومیت است.

سنگهایی که از اختلاط کلسیت و دولومیت حاصل شده اند در حقیقت نسبت به ممبرهای انتهایی که بیشتر از کلسیت یا دولومیت تشکیل شده اند از گسترش کمتری برخوردارند. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است سنگهای کربناته ای که حاوی بیش از 10% ولی کمتر از 90% دولومیت (کمتر از 90% ولی بیش از 10% کلسیت) باشند نسبتاً نادر هستند. این واقعیت در اوایل توسط استایدمن بیان شد و توسط گلدیش (Goldich)، پارمالی (Parmalee) چیو و دیگران مورد تائید قرار گرفت.

در صورتی که مرز بین دولومیت ممبر انتهایی و سنگ مختلط کلسیتی- دولومیتی در 90% دولومیت قرار گیرد و مرز بین سنگ آهک و سنگهای مختلط در 10% دولومیت واقع شود، تمام سنگهای کربناته ای که در این محدوده قرار می گیرند یا از نوع سنگهای آهکی یا از نوع دولومیتی هستند. نامگذاری پیشنهادی در جدول صفحه 20 خلاصه شده است. مارتینت و سوگی یک طبقه بندی بسیار دقیقی را براساس ترکیب کانی شناسی، که از تجزیه شیمیایی محاسبه شده است ارائه کرده اند. همچنین برای طبقه بندی های ترکیبی مختلف به چیلینگر هم مراجعه کرده اند.