کانسارها و معادن سرب و روی؛ ویژگی‌های زمین‌شناسی، عیار و نحوه تشکیل

در قفسهٔ نمونه‌های معدنی، دو سنگ اغلب کنار هم می‌نشینند. یکی خاکستری و فلزی با وجوه تیز مکعبی، دیگری تیره و صمغی‌رنگ. زمین‌شناس‌ها اولی را گالن می‌نامند و دومی را اسفالریت؛ و همین دو، ستون فقرات هر معدن روی و سرب را می‌سازند.

معدن روی و سرب یک ذخیرهٔ چندفلزی است که در آن گالن و اسفالریت در سنگ میزبان کربناته یا آواری جا می‌گیرند، طی یک یا چند مرحله از سیالات گرمابی حوضه‌ای ته‌نشین می‌شوند و تنها وقتی به ذخیرهٔ اقتصادی تبدیل می‌شوند که عیار ترکیبی و بازیابی متالورژیکی‌شان از آستانهٔ سوددهی عبور کند.

این تعریف یک مرز روشن دارد. ذخیرهٔ سرب و روی با کانسار مس پورفیری در منشأ گرمابی مشترک است، اما در شکل تمرکز فلز کاملاً جدا می‌شود؛ در پورفیری، فلز در شبکهٔ سنگ پراکنده است و تقریباً همهٔ توده کانسنگ به شمار می‌آید، در حالی که در معدن روی و سرب کانه در پهنه‌های محدود و اغلب گسله‌ای جمع می‌شود.

واژهٔ «روی و سرب» هم تصادفی نیست. شیمی این دو فلز در سیالات گرمابی به هم گره خورده است: هر دو در شورابهٔ داغ و کلریددار حل می‌شوند، هر دو با سرد شدن یا برخورد به سنگ کربناته ته‌نشین می‌شوند و هر دو در برابر اکسایش رفتار مشابهی نشان می‌دهند.

نتیجهٔ این هم‌نشینی یک چرخهٔ ساده است: سولفید در عمق، اکسید در سطح. هرچه از زون اولیه دورتر شویم، سهم کانی‌های کربناته و سیلیکاته بیشتر می‌شود و کارخانه با سنگ سخت‌تری روبه‌رو می‌شود.

یک ذخیره، دو فلز، سه سرنوشت فرآوری.

چرا سرب و روی تقریباً همیشه با هم پیدا می‌شوند؟

پاسخ در جدول تناوبی است، نه در شانس. سرب و روی در شورابه‌های حوضه‌ای به شکل کمپلکس‌های کلریدی حمل می‌شوند و پایداری این کمپلکس‌ها در دما و شوری مشابهی به هم می‌خورد. وقتی شورابه به سنگ کربناته می‌رسد و pH بالا می‌رود، هر دو فلز تقریباً با هم و در فاصلهٔ چند متری از هم ته‌نشین می‌شوند.

البته در هر معدن روی و سرب، نسبت این دو ثابت نیست. در برخی ذخایر روی چند برابر سرب است و در بعضی سرب پیش می‌افتد. همین نسبت یکی از کلیدهای ارزیابی اقتصادی است، چون بازار و قیمت این دو فلز جدا از هم حرکت می‌کند.

استثنا هم وجود دارد. بعضی کانسارها تک‌فلزی‌اند و فقط روی یا فقط سرب دارند. اما در بیشتر ذخایر دنیا این دو با نسبت متغیر و همراه با نقره دیده می‌شوند.

معدن روی و سرب دارای چیست؟

این پرسش را زیاد می‌شنویم، چون بیشتر مردم تصور می‌کنند سنگ معدن فقط همان دو فلز دارد. واقعیت این است که معدن روی و سرب دارای چیست را باید در دو لایه دید: فلزهای اصلی و عناصر همراه.

فلزهای اصلی همان سرب و روی هستند. سرب از گالن و روی از اسفالریت بازیابی می‌شود. اما در بیشتر ذخایر پلی‌متال، بستهٔ همراه ارزش قابل توجهی دارد:

• نقره؛ اغلب در شبکهٔ گالن جای می‌گیرد و در کنسانترهٔ سرب بازیابی می‌شود

• کادمیوم؛ جانشین روی در اسفالریت است و در فرآوری روی به عنوان محصول جانبی جدا می‌شود

• ایندیم و ژرمانیوم؛ در برخی اسفالریت‌ها و کانسنگ‌های غنی از آهن، با ارزش اما با بازیابی دشوار

• مس؛ در پهنه‌های پلی‌متال به شکل کالکوپیریت و بورنیت

• باریت و فلوریت؛ گنگ ارزشمند که در بعضی معادن خودش یک خط تولید جدا دارد

همین بستهٔ همراه است که یک معدن روی و سرب مرزی را به پروژهٔ اقتصادی تبدیل می‌کند. دو ذخیره با عیار سرب و روی یکسان می‌توانند سرنوشت مالی کاملاً متفاوتی داشته باشند، فقط به دلیل مقدار نقره یا باریت.

کانی های سرب و روی چه تفاوتی با هم دارند؟

در هر معدن روی و سرب، کانی های سرب و روی در دو خانوادهٔ بزرگ جا می‌گیرند: سولفیدی و اکسیدی. خانوادهٔ اول در عمق و زیر سطح آب زیرزمینی شکل می‌گیرد و خانوادهٔ دوم در نزدیکی سطح، جایی که آب باران و اکسیژن سنگ را می‌شوید.

در خانوادهٔ سولفیدی، گالن با فرمول PbS حدود ۸۶.۶ درصد سرب دارد، چگالی‌اش به ۷.۵ می‌رسد و رخ کامل مکعبی‌اش باعث می‌شود با یک ضربه به قطعات منظم تقسیم شود. جلای فلزی و رنگ خاکستری سربی دارد و در نمونهٔ دستی به‌راحتی از اسفالریت جدا می‌شود. اسفالریت با فرمول ZnS حدود ۶۷.۱ درصد روی دارد، چگالی‌اش نزدیک ۴ است و جلای صمغی تا الماسی دارد. آهن معمولاً جانشین روی می‌شود و رنگ را از کهربایی به سیاه می‌برد؛ به این نوع آهن‌دار، مارماتیت می‌گویند.

در هر معدن روی و سرب، خانوادهٔ اکسیدی نتیجهٔ هوازدگی همان سولفیدهاست. سروزیت با فرمول PbCO3 حدود ۷۷.۵ درصد سرب دارد و در زون اکسیدی به شکل سوزنی و خاکی دیده می‌شود. آنگلزیت با PbSO4 نزدیک ۶۸ درصد سرب دارد. در سمت روی، اسمیت‌زونیت با ZnCO3 حدود ۵۲ درصد روی و همی‌مورفیت با فرمول سیلیکاته نزدیک ۵۴ درصد روی دارند.

این جدول تفاوت دو خانواده را از منظر کارخانه نشان می‌دهد. عیار تئوری یک چیز است و بازیابی واقعی چیز دیگری؛ در معدن روی و سرب، فاصلهٔ این دو، سود یا زیان پروژه را تعیین می‌کند.

دو ستون آخر را جدی بگیرید. بسیار پیش آمده که یک ذخیره با عیار خوب، فقط به دلیل ترکیب کانی‌شناسی نامناسب، هیچ‌وقت به تولید نرسیده است.

سنگ سرب و روی در طبیعت چه شکلی دارد؟

سنگ سرب و روی را بیشتر در سنگ آهک، دولومیت و شیل می‌بینیم. در یک معدن روی و سرب، کانه معمولاً یکنواخت در سنگ پخش نشده؛ در پهنه‌های گسله، حفره‌های انحلالی و مرز لایه‌های کربناته متمرکز می‌شود.

در بیرون هر معدن روی و سرب، نشانهٔ اول اغلب خود کانه نیست. کلاهک اکسیدی یا گوسان است: سنگ زنگ‌زده‌ای با رنگ قهوه‌ای تا زرد که سولفیدهایش شسته شده و سرب و روی به شکل کربناته باقی مانده‌اند. زمین‌شناسان قدیمی از همین رنگ‌ها برای پیدا کردن رگه استفاده می‌کردند.

در نمونهٔ دستی، سه نشانه کمک می‌کند: وزن مخصوص بالای گالن، جلای صمغی اسفالریت و بوی گوگردی در سنگ‌های تازه شکسته. اگر نمونه را روی کاغذ بکشید، گالن خط خاکستری تیره می‌گذارد و اسفالریت خط روشن‌تری برجا می‌گذارد.

کانسار سرب و روی چند تیپ اصلی دارد؟

زمین‌شناسان اقتصادی کانسار سرب و روی را بر پایهٔ محیط تشکیل دسته‌بندی می‌کنند. دو تیپ، بیشتر تولید جهان را می‌سازند و بقیه سهم کوچک‌تری دارند. انتخاب تیپ درست، اولین تصمیم در هر معدن روی و سرب است، چون مسیر اکتشاف را عوض می‌کند.

تیپ اول دره می‌سی‌سی‌پی یا MVT است؛ کانه در سنگ کربناته و در دمای پایین، از شورابه‌ای که در حوضهٔ رسوبی چرخیده، ته‌نشین می‌شود. تیپ دوم رسوبی برون‌دمی یا SEDEX است که در آن سیال گرمابی از بستر دریا بیرون می‌زند و کانه همراه رسوبات دریایی دفن می‌شود. دو تیپ دیگر، اسکارن در مرز تودهٔ نفوذی و سنگ کربناته و رگه‌های گرمابی پلی‌متال هستند.

این جدول تفاوت دو تیپ اصلی را نشان می‌دهد. اگر در حال ارزیابی یک محدوده هستید، همین چند ردیف، حجم حفاری و نوع کارخانه را تعیین می‌کند.

در ایران، بیشتر ذخایر شناخته‌شده از خانوادهٔ رسوبی میزبان کربناته‌اند. بررسی‌های زمین‌شناسی از شناسایی بیش از ۳۰۰ کانسار و رخداد سرب و روی در کشور خبر می‌دهد که بخش عمدهٔ آن‌ها در سنگ‌های کربناته جا گرفته‌اند.

عیار اقتصادی معدن روی و سرب چقدر است؟

در هر معدن روی و سرب، عیار حد یک عدد ثابت نیست. به روش استخراج، فاصله تا کارخانه، قیمت فلز و هزینهٔ انرژی بستگی دارد. با این حال، بازه‌های تجربی وجود دارد که در بیشتر پروژه‌های دنیا جواب می‌دهد.

در معدن روباز، عیار ترکیبی سرب و روی در حدود ۴ درصد معمولاً کف اقتصادی است و از ۷ تا ۸ درصد به بالا، پروژه وارد منطقهٔ امن می‌شود. در روش زیرزمینی، چون هزینهٔ استخراج بالاتر است، آستانه به ۶ تا ۸ درصد می‌رسد. عیار خود کنسانتره هم مهم است، چون ذوب‌کننده بر پایهٔ آن قیمت می‌دهد.

یک نکتهٔ عملی که در گزارش‌های فنی معدن روی و سرب کم دیده می‌شود: عیار میانگین کل ذخیره، تصمیم ساخت را تعیین نمی‌کند. توزیع عیار در سال‌های اول بهره‌برداری تعیین می‌کند که آیا کارخانه زودتر از موعد به مشکل می‌خورد یا نه. معدنی با میانگین ۸ درصد و پراکندگی وحشتناک، بدتر از معدنی با میانگین ۶ درصد و توزیع یکنواخت است.

معدن روی و سرب در ایران؛ کدام معادن شاخص‌اند؟

ایران روی نقشهٔ جهانی سرب و روی جای کوچکی ندارد، اما از ظرفیتش فاصله دارد. تولید کنسانترهٔ روی کشور در سال‌های اخیر حدود ۲۰۰ هزار تن بر پایهٔ فلز برآورد شده که کمتر از ۲ درصد تولید جهان است.

چهار نام را باید بشناسید. انگوران در استان زنجان، بزرگ‌ترین معدن روی کشور، با پهنهٔ اکسیدی در سطح و سولفیدی در عمق. مهدی‌آباد در ۱۱۵ کیلومتری جنوب شرق یزد، یک ذخیرهٔ مرکب چندفلزی با بیش از ۴۰۰ میلیون تن کانسنگ که سرب، روی، نقره و باریت دارد و یکی از بزرگ‌ترین پروژه‌های توسعه‌نیافتهٔ سرب و روی جهان به شمار می‌رود. کوشک در بلوک پشت‌بادام، شاخص‌ترین نمونهٔ تیپ SEDEX ایران. و ایرانکوه در اصفهان، نمونهٔ کلاسیک تیپ MVT.

برای هر معدن روی و سرب تازه، این چهار محدوده بیش از یک نام‌اند. هر کدام یک الگوی اکتشافی متفاوت را نمایندگی می‌کنند و همین الگوها هستند که در محدوده‌های تازه به کار می‌آیند.

استخراج فلزات پایه چه تفاوتی با استخراج مس دارد؟

زنجیرهٔ کلی شبیه است: حفاری، آتشباری، بارگیری، خردایش و پرعیارسازی. اما در جزئیات، استخراج فلزات پایه مثل سرب و روی یک گلوگاه دارد که مس ندارد: جداسازی دو فلز از هم.

در فلوتاسیون، گالن در pH حدود ۸ تا ۹ و با کلکتور گزانتات به‌راحتی شناور می‌شود. اسفالریت اما در همین شرایط تقریباً بی‌حرکت است و باید فعال شود. کارخانه با سولفات مس سطح اسفالریت را فعال و سپس در pH بالای ۱۱ و با آهک، روی را شناور می‌کند. نتیجه در یک معدن روی و سرب، دو کنسانترهٔ جداگانه است که هر کدام بازار خودش را دارد.

این تفاوت، اقتصاد پروژه را تغییر می‌دهد. در مس، معمولاً یک کنسانترهٔ مس تولید می‌شود و بحث تمام است. در سرب و روی، کیفیت جداسازی و میزان افت هر فلز در کنسانترهٔ دیگری، مستقیم روی درآمد اثر می‌گذارد.

گروه صنعتی و معدنی مس کاوان نماد از مس شروع کرده، اما ساختار فنی و آزمایشگاهی‌اش برای کانسنگ‌های پلی‌متال هم تعریف شده است. شرکت مفرغ مس سربند، از شرکت‌های زیرمجموعه گروه، دقیقاً در همین حوزهٔ کانی‌های پلی‌متال فعالیت می‌کند و تجربهٔ عملیاتی این خانواده از فلزات را در اختیار دارد.

چالش‌های فرآوری کانسنگ‌های اکسیدی کم‌عیار چیست؟

در یک معدن روی و سرب با پهنهٔ اکسیدی، بخش سخت ماجرا از کارخانه شروع می‌شود. کانسنگ اکسیدی با روش‌های متعارف سولفیدی جواب نمی‌دهد و هر اشتباه در طراحی مدار، خودش را در بازیابی نشان می‌دهد.

اولین مشکل، نبود کانی سولفیدی برای شناور شدن است. کربنات‌ها آب‌گریز نیستند و باید سطحشان با سولفید سدیم اصلاح شود؛ فرآیندی که کنترل مقدار مصرفش سخت است و اگر بیش از حد باشد، فلوتاسیون را کاملاً مختل می‌کند.

دومین مشکل، نرمه‌ها هستند. کانسنگ اکسیدی اغلب خاکی و نرم است و در خردایش حجم زیادی نرمه تولید می‌کند که کلکتور را می‌بلعد و بازیابی را پایین می‌آورد. سوم، مصرف اسید در مسیر لیچینگ است؛ سنگ آهک و دولومیت با اسید واکنش می‌دهند و بخش زیادی از اسید صرف خنثی‌سازی گنگ می‌شود، نه حل کردن روی.

چهارم، جریمهٔ ناخالصی است. کانسنگ‌های اکسیدی و پلی‌متال بیشتر آرسنیک، آنتیموان و آهن دارند و ذوب‌کننده برای همین عناصر جریمه می‌بندد. معدنی که در محاسبات اولیه سودده به نظر می‌رسد، با یک بند جریمه در قرارداد فروش، زیان‌ده می‌شود. پنجم، مسئلهٔ باطله است؛ پساب مدارهای اسیدی و فلزات سنگین نیاز به خنثی‌سازی و مدیریت دقیق دارند و این هزینه در مدل مالی پروژه‌های کوچک اغلب دیده نمی‌شود.

آیندهٔ سرب و روی در گذار انرژی چگونه است؟

خلاف تصور رایج، این دو فلز قربانی گذار انرژی نشده‌اند. سرب همچنان ستون فقرات باتری‌های استارت خودرو و سیستم‌های پشتیبان است و نرخ بازیافتش از همهٔ فلزات پایه بالاتر است. روی هم در گالوانیزه‌کردن فولاد، ریخته‌گری دایکست و باتری‌های نوظهور کاربرد دارد.

برای هر معدن روی و سرب، این یعنی تقاضای نسبتاً باثبات با نوسان قیمتی متوسط. برخلاف لیتیوم که با یک خبر قیمتش دو برابر می‌شود، بازار سرب و روی بیشتر تابع چرخهٔ ساخت‌وساز و تولید خودرو است.

فرصت واقعی جای دیگری است: ذخایر اکسیدی و کم‌عیاری که سال‌ها کنار گذاشته شده‌اند. با فناوری‌های جدید و قیمت‌های فعلی، بخشی از این ذخایر دوباره قابل ارزیابی است. این همان جایی است که دانش فرآوری، به جای سرمایهٔ کلان، مزیت می‌سازد.

پرسش‌های متداول درباره معدن روی و سرب

سرمایه‌گذاری در معدن روی و سرب از کجا شروع می‌شود؟

از زمین‌شناسی، نه از قیمت. اولین کاری که در ارزیابی یک معدن روی و سرب باید انجام شود، تعیین تیپ کانسار است، چون هر تیپ الگوی اکتشافی، عمق حفاری و مدار فرآوری خودش را دارد.

دوم، کانی‌شناسی. یک مقطع نازک و چند آنالیز XRD می‌تواند ماه‌ها کار بیهوده را از پروژه حذف کند. سوم، آزمایش فلوتاسیون در مقیاس آزمایشگاهی روی نمونهٔ معرف، پیش از هر تصمیم سرمایه‌ای.

و چهارم، مدل مالی با فرض‌های بدبینانه. معدن روی و سرب با یک بند جریمهٔ آرسنیک یا یک سال توقف کارخانه، از سودده به زیان‌ده می‌رسد. ذخیرهٔ خوب فقط نصف ماجراست؛ نصف دیگر، کارخانه‌ای است که بتواند آن ذخیره را با هزینهٔ قابل قبول به کنسانتره تبدیل کند.