鉄鉱石鉱床の地質、探鉱および探査
鉄鉱石鉱床の地質、探査、探査
鉄は古くから知られています。鉄は、主成分または微量のいずれかとしてリソスフェアに遍在しています。豊富にあることで、酸素、シリコン、アルミニウムに次ぐ4番目にランクされています。
鉄鉱石は、地質時代に広範囲に形成され、地理的にも広く分布しています。これらの鉱石は、地球の地殻にある25億年を超える最も古い既知の岩石や、その後のさまざまな年代に形成された岩石に含まれています。実際、酸化鉄が沈殿している地域では、今日でも鉄鉱石が形成されています。
数千の鉄の発生が世界中で知られています。それらのサイズは、数トンから数億トンの範囲です。鉄鉱石鉱床は、さまざまな地質条件の下で、さまざまな地層に世界のさまざまな地域に分布しています。最大の鉱石濃度は、先カンブリア時代の縞状鉄鉱層に見られます。これらの地層は、世界の鉄鉱石資源の大部分を構成しています。
鉄鉱石は、火成岩、変成岩、堆積岩のさまざまな地質環境で、またはさまざまな一次鉄含有材料の風化生成物として発生します。鉄鉱石は、同様の地質学的発生、組成、構造のタイプに分類できます。以下は、堆積物の起源と地質環境に基づく簡略化された分類です。鉄鉱石の主な発生モードを示し、鉄鉱石鉱床のさまざまな地質を示しています。
- 火成鉱石-これらの鉄鉱石鉱床は、液体の岩石材料からの結晶化によって形成されます。層状タイプの鉱床は、重鉄含有鉱物の結晶が結晶化して鉄に富む濃度を形成するときに沈降する結果である可能性があります。彼らの壁の岩との侵入的な関係を示しています。これらの鉱床は板状または不規則であり、主にマグネタイトとさまざまな量のヘマタイトで構成されています。火成鉱石は通常、鉄含有量が高く、リンまたはチタン含有量が高いことがよくあります。
- 接触鉱石–火成岩と堆積岩の接触部またはその近くに形成される鉄鉱石鉱床は、通常、マグネタイトとヘマタイト、および関連する炭酸塩と黄鉄鉱で構成されます。鉱床は通常、不規則または板状の代替体として堆積岩にあります。
- 熱水鉱石–これらは、鉄を輸送し、好ましい化学組成の岩石を鉄鉱物に置き換えて不規則な鉱体を形成する高温溶液によって形成された鉄鉱石鉱床です。これらの堆積物では、鉄はしばしば菱鉄鉱（FeCO3）として、または時には酸化物として発生します。
- 堆積鉱石–これらは、（i）層状鉱石、（ii）菱鉄鉱鉱石、（iii）砂鉱石、または（iv）沼鉄鉱です。 「層状鉄鉱石」は、多くの場合、赤鉄鉱、菱鉄鉱、ケイ酸鉄のオーライト、またはまれに、菱鉄鉱、方解石、またはケイ酸塩のマトリックス中の褐鉄鉱で構成されます。これらの鉱石は、他の堆積岩に関連する地理的分布が広く、多くの場合、かなり高いリン含有量を持っています。鉱石は自己流動性である可能性があります。 「菱鉄鉱鉱石」は、頁岩に関連する菱鉄鉱または菱鉄鉱団塊の層で構成されます。それらは夾炭層で一般的であり、しばしば粘土鉄石または黒帯鉄石と呼ばれます。これらの鉱石は通常、関連する硫化物を含み、硫黄とリンの含有量がかなり高いことがよくあります。酸化鉄は、コンパクトな場合、通常、風化や侵食に耐性があり、好ましい条件下では「漂砂鉱床」を形成することがあります。これは、場合によっては鉄鉱石を構成します。漂砂鉱床は、鉄の供給源としてはあまり重要ではありません。 「沼鉄鉱」は多くの沼沢地で発生します。それらは通常、暗褐色、細胞塊、または褐鉄鉱の粒状または微粒子として発生します。これらの鉱石はずっと前に商業的に重要でなくなっています。
- 変成鉄鉱層–これらには、通常、細粒石英と酸化鉄の薄層が交互に並んだ変成層状の縞状鉄鉱が含まれます。鉄は通常、磁鉄鉱または赤鉄鉱の鉱物形態で、少量のケイ酸鉄および炭酸鉄とともに存在します。本質的に先カンブリア時代の堆積鉄鉱層はすべてこのタイプです。変成タイプには、大規模な再結晶によって元の形の鉱石が不明瞭になっているタイプも含まれます。これらの鉄鉱層のいくつかは、細かく粉砕し、主に磁気法によって鉱石鉱物を濃縮することで選鉱できるため、鉄鉱石として経済的に重要です。
- 残留鉱石–これらの鉱石は通常、岩石の表面風化の産物ですが、熱水酸化と浸出によって形成された鉱石が含まれる場合があります。このタイプの鉱石は、一般に岩石の50％を超える量を構成するシリカの浸出によって、先カンブリア時代の鉄鉱層で広範囲に形成されました。酸化により、炭酸鉄、ケイ酸塩鉱物、磁鉄鉱が赤鉄鉱または褐鉄鉱に変化しました。
ある地域に存在することが知られている潜在的な鉄鉱石は、鉄鉱石資源と呼ばれます。特定された資源には、将来の経済状況下で採掘に利益をもたらす可能性のある埋蔵量とその他の鉄含有材料の両方が含まれます。識別されたリソースとは、場所、グレード、品質、および量が既知であるか、特定の地質学的証拠から推定されたリソースです。識別されたリソースには、経済的、わずかに経済的、および準経済的要素が含まれ、地質学的確実性の程度に応じて、これらの経済的区分のそれぞれをさらに測定、表示、および推測に細分化できます。埋蔵量は、決定時に経済的に採掘できる資源として定義されています。
既存の鉄鉱石鉱床の開発は、採掘作業のより簡単な部分です。より難しい部分は、新しい鉱床を見つけ、その範囲と鉄含有量（グレード）を定義することです。探査とは、鉄鉱石鉱物の蓄積が地球の地殻に見られるプロセスです。採掘事業を立ち上げるために必要な多額の投資が行われる前に、鉱業組織は、鉱床が経済的に実行可能であり、十分に長期間にわたって鉱石生産を保証する量の鉱石を持っていることを確認する必要があります。生産が開始された後でも、鉱化作用の拡張を見つけて描写し、採掘されている埋蔵量に取って代わる可能性のある新しい見通しを探す必要があります。拡張機能の調査と新しい鉱床の検索は、鉱業組織にとって不可欠な活動です。
探鉱には、利益を得るために鉱床を採掘する目的で、鉱床のある地域を検索することが含まれます。言い換えれば、鉱床を鉱床に変えることです。ある地域を調査している地質学者は、色、形、または岩石の組成の不規則性を観察することにより、鉱物の表面露出を探しています。彼の経験は、成功の可能性を最大限に高めるために、どこを見ればよいかを教えてくれます。
探査は、探査に似ているように聞こえますが、鉱床の体系的な検査に使用される用語です。 。探鉱が探鉱に変わるポイントを定義するのは簡単ではありません。興味のある地域が選ばれた後、探鉱許可の申請が行われます。探査活動を開始する前に、当局による承認が必要です。
探鉱と探査に関連する活動
アクティビティの最初のステップは、探査と探査に関連します。特に、閉鎖された鉱山とコアサンプル、およびアクセス可能な以前の探査から入手可能なその他の関連情報から、過去および既存のデータのレビューを実施することです。これにより、新しい活動に必要な時間と費用を大幅に節約できます。エリア探索の最も安価なフェーズの1つは、テープやコンパスなどの基本的な機器から始まる、包括的で詳細かつ正確な地質図の作成です。航空写真を使用して露頭、主要な断層帯、および基本的な地形制御を特定することにより、精度を高めることができます。各ステップでさらにコストがかかりますが、結果のマップの精度と詳細も向上します。
土で覆われた土地は、鉱化作用の露頭を最初に探している探鉱者にはアクセスできません。土地被覆が沖積土の浅い層で構成されている場合、通常、岩盤を露出させるために鉱化地域全体にトレンチが掘られます。
探鉱者は発見を特定し、幅と長さの両方を測定し、鉱化地域を推定します。トレンチからのサンプルは実験室で分析されます。鉱物が表面に見られる場合でも、深さの延長を決定することは、資格のある推測の問題です。探鉱者の調査結果、および鉱床の存在の可能性についての彼の理論が堅固な地盤にある場合、次のステップは周辺の土地を探索することです。
探査とは、地球物理学、地球化学、そして最後に、あらゆる深さからサンプルを取得するために地面を掘り下げるという、より費用のかかる活動を含む用語です。図1は、鉱床の探査と探査における一般的な活動シーケンスを示しています。効率的な探査は、地質学的、地球物理学的、地球化学的、構造的マッピングのために、目的とアクセスルートを計画するためのますます洗練された地図作成に依存しています。今日、詳細な空中地形図が利用可能であり、探検家に鉱床の可能性が高い地域を見つけるための基本的な情報を提供しています。
図1鉱床の探査と探査における一般的な活動シーケンス
地球物理探査
1950年代に導入されて以来、空中の地球物理学的調査は、地球物理学的探査で一般的に使用される最初のステップになりました。広いエリアを短時間で効果的にカバーできます。最も一般的な航空地球物理学マップは、地球の磁場の変化を高精度で記録する磁力計マップです。空中の地球物理学的調査では、高度と間隔の最適な選択、および計装の選択が重要です。
地表から、磁性、重力、電気伝導率、放射能、音速などの岩石や鉄を含む鉱物の物理的特性に基づいて、さまざまな地球物理学的手法を使用して地下の地層を調査します。より信頼性の高いデータを取得するために、2つ以上の方法が1つの調査に組み合わされることがよくあります。調査の結果は編集され、表面およびチップからの地質情報、または以前のコア掘削からのコアサンプルと照合され、さらに調査を進める価値があるかどうかが判断されます。調査結果がさらなる調査を示している場合は、情報が掘削活動の基礎となります。地球物理学的調査は通常、最初は空中から行われるため、地表調査の情報が比較され、空中マッピングに追加されます。
現在の地球物理学的手法と計装、サンプリング方法、掘削手順、および鉄鉱石に適用可能な地質調査のいくつかの方法を以下に説明します。地球物理学は、鉄鉱石の探査に適用される場合、主に偵察ツールであり、その後、地質図、岩石学的研究、掘削、鉱石分析および処理テストの評価によって補完する必要がある情報を提供します。ほとんどの地球物理学的マッピングと同様に、鉄鉱石の検索に使用される地球物理学的手法は、鉱石鉱物と周囲の岩石との間の物理的特性の測定可能なコントラストの存在に基づいています。主に使用される物理的特性は、磁性（永久および誘導の両方）と密度です。電気的手法（分極および電磁気学を含む）および地震学的研究は、鉱体のより良い定義を得るために、磁気または重力の調査と組み合わせて使用されることがあります。
磁力計
最新の磁力計は、感度が高く、操作が便利です。それは、1950年代以降、鉄鉱石の探査における実際の雇用から、ディップニードルやスーパーディップなどの他の方法を排除したためです。磁力計は、開発のいくつかの連続した段階を通過しました。知られている主な形態は、概念の順に、バランス型、ねじれ型、フラックスゲート磁力計であり、近年、原子物理学の分野で考案され開発された磁力計がそれに続きます。これらの後者の機器には、ルビジウム蒸気、陽子歳差運動、および光吸収磁力計が含まれます。
磁力計は、特定の場所での地球の磁場またはその垂直成分の強さを決定するために使用されます。地球の磁場は非常に弱く、磁極で約0.7エルステッドから、赤道上のいくつかの地点で約0.25エルステッドまでの範囲です。地磁気研究では、電界強度は、ガンマ（0.00001エルステッドに等しい）であるエルステッドよりもはるかに小さい単位で測定されます。地球の磁場の形は均一ではありませんが、地殻と上部マントルの形と組成の変化により、大規模な地域的な不規則性を示しています。小規模な変動は、表面近くの磁性材料の濃度によって引き起こされる磁気擾乱に起因し、鉄鉱石を検索するときに求められるのはこれらの局所的な変動です。
磁気調査
磁気調査は、地下の岩層の磁気特性によって引き起こされる地球の磁場の変動を測定します。空中磁力計は、広い地域で鉄鉱石や鉄含有材料の検索に使用される主要な地質学的ツールです。空中磁気調査を実施する方法は、フラックスゲートまたは陽子精密磁力計を飛行機に設置し、一定の高度で所定の飛行線に沿ってターゲット領域を横断することです。磁力計は、地球の磁場の大きさを測定します。データは、飛行機の位置とその高度とともに電子的に記録されます。近年、感度とシンプルさの向上、マルチチャンネルデータの記録、機器の小型化、より正確な測位機能などの機器の改良により、調査の品質が向上しています。データをデジタル形式で表示および記録するため、分析および解釈に必要なデータ削減およびプロット要件を実行するためにコンピューターが使用されます。これらのレコードからのデータは等高線図としてプロットされ、線はマップ上の等しい磁気強度のポイントを接続します。これらの線によって形成されるパターンは、磁気異常（地球の磁場の主要な局所的な歪み）が発生する領域を示しています。次に、磁気マップ上の異常によって示される領域は、地質調査、重力測定、電磁気研究、またはその他の地球物理学的手法によって、より詳細に調査されます。これらの地球物理学的手法を以下に示します。
電磁気調査は、岩盤の電気伝導率の変化に基づいています。送信機は、一次交流電磁界を生成するために使用されます。誘導電流は、岩盤に二次磁場を生成します。結果として生じる場を追跡して測定し、地下の塊の導電率を明らかにします。
電気調査では、地面の自然な電気の流れ、または地面に流れて正確に制御されたガルバニック電流のいずれかを測定します。電気調査は、浅い深さの鉱物堆積物を特定し、地質構造をマッピングして、岩盤への表土の深さを決定したり、地下水テーブルを特定したりするために使用されます。
誘導分極調査は、グリッド線に沿って実施され、地球に植えられ、ステーション間を移動する受信電極で測定値が取得されます。電極はレシーバーに接続され、充電性（さまざまな鉱物が電気の電荷を蓄積する能力）と、地面や岩盤に押し込まれる電流に対する抵抗率の影響を測定します。
重量分析は、下にある岩盤の引っ張りによって引き起こされる重力場の小さな変動を測定します。重力の変動は、多くの場合、含油層に関連する断層、背斜、岩塩ドームによって引き起こされる可能性があります。重量分析は、鉄鉱石などの高密度鉱物の検出にも使用されます。
岩層に放射性鉱物が含まれている地域では、放射線の強度は通常のバックグラウンドレベルよりもかなり高くなります。放射線レベルを測定することは、放射性物質に関連する鉱物を含む堆積物を見つけるのに役立ちます。
地震探査は、さまざまな地層で発生する音速の変動に基づいています。音が表面の音源から下にある層を通り、表面のある距離に配置された1つまたは複数の検出器に到達するまでの時間が測定されます。音源は、ハンマーの打撃、重い落下物、機械的なバイブレーター、または爆発物である可能性があります。地震調査は、岩盤の品質を決定し、地質層の接触面、または地面のコンパクトな鉱物堆積物の接触面を見つけることができます。
鉄鉱石の場合、異常な領域の詳細な磁気研究には、ヘリコプターでの磁力計の使用、または携帯型または他の携帯型磁力計を使用した地上調査が含まれる場合があります。 AFMAG（可聴周波数磁気）として知られる新しい電磁探査技術が、磁気異常が検出された地域で使用され、火山ガラスまたは低品位の鉄含有侵入物の埋没堆積物と潜在的な鉱石を表す高残留磁化の堆積物を区別しようと試みました体。同様に、ルビジウム蒸気磁力計は、磁化率と導電率が高い磁性堆積物と、磁化率の低い埋没火山ガラスと低品位の非導電性鉄含有侵入物を区別することにより、非経済的堆積物の排除を可能にします。魅力的な磁気異常を生成します。
サンプリングとドリル
鉄鉱石発見の初期には、潜在的な鉱体の探査のほとんどはテストピットとシャフトによって行われていました。最近では、磁力計やその他の調査からの詳細データの相関と評価の後に、地質学的および鉱物学的研究を通じて、存在する可能性のある鉱石の種類、品質、および範囲を確立するサンプルを提供するために、慎重に作成された掘削プログラムが続きます。鉱石に関連する表土または岩層の性質と量。
より良いサンプルを提供するためのコアドリル法の改善には、最近かなりの注意が払われています。リーズナブルなコストで可能な限り最も完全で邪魔されないドリルサンプルが究極の目標です。ダイヤモンドドリルは、特に硬い地層で使用されます。ダイヤモンドドリルによる掘削泥の使用は、ハードバンドとソフトバンドの交互の材料からの最高品質のサンプルが望まれる場合に採用されています。いくつかのタイプの回転式ダウンホールドリルおよび逆循環ドリルは、一部のサンプリングアプリケーションで満足のいくサンプル回収を備えた迅速な浸透率を提供できます。ワイヤーライン掘削は、世界の一部の地域でコア掘削作業の約半分で採用されています。探査掘削の結果の統計的評価は、特に最も経済的な穴の間隔と、最小のコストで適切なサンプリングを提供する最も望ましいコア回収の程度に関して、掘削プログラムを計画するためのガイドを提供するために行われます。
>探査シーケンスの次の最も費用のかかる部分は掘削です。掘削機にとって、他のすべての探査方法は、茂みを打ち負かすようなものです。掘削は地面の奥深くまで浸透し、途中で見つけたもののサンプルを表示します。地表のはるか下の特定の地点に鉱化作用がある場合、掘削は簡単な答えを与えることができ、その特定の地点でのその存在を定量化することができます。掘削にかかる費用は、総探査費用の約半分を占めています。探索的ドリルには、コアドリルとパーカッションドリルの2つの主要な方法があります。
コアドリルは、正確な深さで地面の固体円筒形のサンプルを生成します。パーカッションドリルは、穴のかなりよく決定された深さからの切り抜きを含む、粉砕されたサンプルを生成します。それを超えて、ドリル穴自体は、特に上記の地球物理学的調査と同様に、物理的異常を検出するためのデバイスを使用してログを記録することにより、補足的な量の情報を提供できます。
コアドリルは、鉱化作用のサイズと正確な境界を定義するために使用されます。これは、取り扱われる鉱石の品位を決定するために重要であり、鉱石の埋蔵量を計算するために不可欠です。戦略的に配置された地下コア掘削は、近隣の新しい鉱体と交差することもあります。コアは地下の地質の無傷のサンプルであり、岩の正確な性質と鉱化作用を決定するために徹底的に調べることができます。特に関心のあるサンプルは、鉱石中の鉄の含有量を明らかにするための分析のために研究所に送られます。
探鉱掘削のコアは特別な箱に保管され、長期間アーカイブに保管されます。ボックスは、どの穴から、どの深さでサンプルが採取されたかを識別するためにマークされています。コアドリルで収集された情報は重要です。
より少ないコストで迅速な地質情報を取得するために、逆循環法が使用されることがあります。コアサンプルの代わりに、地質学者は、実験室での分析後に鉱物含有量をチェックしてマッピングする、穴の長さ全体にわたるドリルカッティング（チップ）にアクセスできます。逆循環掘削は、表面掘削用途で急速に普及しつつあります。逆循環方式のリグは、トラックに取り付けられ、アクセス可能な地形に制限されており、簡単に分解できるコアドリル装置と比較して道路状況が良好です。
探鉱から採掘まで
鉱化作用の定量化、および鉱床の形状、サイズ、金属含有量の定義のために、探査活動では段階的な手順が必要です。手順のすべてのステップで、手元にある情報を調べて、探査作業の継続が必要かどうかを判断します。目的は、鉱床の地質に関する詳細な知識を提供することにより、鉱床が経済的に実行可能であることをかなり確実にすることです。鉱石は経済的概念であり、鉱物の濃度として定義されており、経済的に利用して販売可能な製品に変えることができます。
鉱床が鉱体としてラベル付けされる前に、鉱化作用、提案された採掘技術、および処理方法についての完全な知識が必要です。鉱業および鉱業処理の環境への影響は注意深く研究されるべきであり、それは承認を必要とします。採掘事業に投資するための前提条件は、長期にわたる持続的な収益性に必要な自信です。この段階で、自己資本要件、投資収益率、投資回収期間、およびその他の重要事項をカバーする包括的な実現可能性調査が実施されます。すべての地質学的文書と調査に基づいて、鉱業組織は鉱床を採掘する方法についての良いアイデアを得ることができます。
製造プロセス