高中地球科學/礦物開採與利用
當你買一卷鋁箔或一些爽身粉時，你是否想過這些產品是如何製造的？可能沒有。我們理所當然地接受了許多由礦物製成的日常用品。但是，在這些產品能夠擺上貨架之前，礦物必須從地下開採出來並製造成我們需要的材料。含有足夠礦物以利於開採獲利的礦床被稱為礦石。礦石是含有大量有價值礦物的岩石。圖3.26所示的鋁土礦是一種含有用於製造鋁的礦物的岩石。
- 解釋礦物的開採方式。
- 描述如何從礦石中提煉金屬。
- 概括寶石的用途。
- 識別一些有用的礦物。
地質學家需要找到隱藏在地下的礦石礦床。不同的地質過程會使礦產資源富集。他們研究地質構造，尋找可能含有礦石礦床的區域。他們測試土壤和岩石的物理和化學性質。例如，他們可能會測試岩石，以檢視岩石是否具有磁性或含有某些化學元素。然後，地質學家繪製他們發現的地圖，以確定可能的礦石礦床。如今，衛星為地質學家完成了一些工作。衛星比地面上的地質學家更快地繪製大面積區域的地圖。
發現礦床後，地質學家會確定其大小。他們還會計算他們認為從開採礦床中獲得多少有價值的礦物。只有當開採有利可圖時，才會開採礦物。如果開採礦石有利可圖，他們會決定開採方式。兩種主要的開採方法是露天開採和地下開採。
露天開採用於獲取靠近地表的地表礦石。覆蓋礦石的土壤和岩石透過爆破移除。通常，剩餘的礦石被鑽探或爆破，以便大型機器可以將破碎的岩石裝載到卡車中。卡車將岩石運送到工廠，在那裡將礦石與其他岩石分離。露天開採包括露天開採、採石和剝採。
顧名思義，露天開採會建立一個巨大的採坑，從中開採礦石。圖3.27顯示了俄羅斯的一座露天鑽石礦。採坑的規模會不斷擴大，直到開採剩餘礦石不再有利可圖為止。露天礦與採坑礦類似，但礦石是按大塊條帶開採的。採石場是一種露天開採，生產用於建造建築物的岩石和礦物。
砂礦是有價值的礦物，它們聚集在河流礫石中，無論是現代河流還是古代河床。加利福尼亞州的暱稱“金州”可以追溯到1848年發現砂金。吸引來自世界各地的淘金者的黃金從堅硬的岩石中風化出來，沿著河流向下游移動，然後沉積在沖積層中。黃金起源於西塞拉內華達山脈的變質帶，該地區也含有銅、鉛鋅、銀、鉻鐵礦和其他有價值礦物的礦床。目前，加利福尼亞州有活躍的金礦和銀礦，還有砂石等非金屬礦物，用於建築。
地下開採用於開採位於地球表面深處的礦石。對於深層礦床，移除覆蓋礦石的所有岩石可能成本過高。地下礦可以非常深。南非最深的黃金礦深達3,700多米！（超過2英里！）地下開採方法多種多樣。這些方法比露天開採成本更高，因為要在岩石中開鑿隧道，以便礦工和裝置能夠到達礦石。地下開採是一項危險的工作。新鮮空氣和燈光也必須被送入隧道供礦工使用。礦工在地下工作時會吸入大量顆粒和粉塵。礦石被鑽探、爆破或從周圍岩石中切割出來，然後從隧道中運出。有時會有爆炸，有時礦井在鑽探或爆破礦石時會塌陷。
採礦為人們提供了許多需要的資源，但需要注意減少採礦對環境的影響。採礦結束後，礦區周圍的區域應該恢復到其自然狀態。恢復自然區域的過程被稱為復墾。種植本地植物。採坑礦可以被回填或重新塑造，以便再次成為自然區域。它們也可以被允許注水，成為湖泊。它們也可以被改造成垃圾填埋場。地下礦可以被封存，也可以作為蝙蝠的棲息地而保持開放狀態。
採礦會導致汙染。從採礦中釋放的化學物質會汙染附近的水源。圖3.28顯示了被附近礦山汙染的水。美國政府制定了礦山必須遵守的標準，以保護水質。明智地使用礦產資源也很重要。地球上新的礦床形成需要數百萬年，因此它們是不可再生資源。
我們依賴於鋁、銅、鐵和金等金屬。環顧四周。有多少物品有金屬部件？請務必包括任何使用電力的物品。金屬被用於你電腦內部的微小部件和大型建築物的外牆，例如圖3.29所示的建築物。無論是用於你喝水的鋁罐還是電腦中的銅線，金屬最初都是礦石。但礦石變成可用金屬的旅程，從礦石離開礦山才剛剛開始。
採礦會產生包含礦石的岩石和不包含礦石的其他岩石的混合物。因此，必須將礦石與不需要的岩石分離。然後，需要將礦物從礦石中分離出來。一旦礦物從不需要的材料中分離出來，工作還沒有完成。
大多數礦物不是純金屬，而是含有金屬和其他元素的化合物。礦物必須經過化學反應才能製成純金屬。為了使反應發生，必須在熔化的礦石中新增化學物質。熔化礦石需要高溫。想想你在家裡使用鋁箔的方式。它被放入高溫烤箱中，在烤架上用火焰加熱，但不會融化。製造鋁需要大量的能量。製造純鋁需要超過900°C的溫度。然後，需要大量的電力將鋁與其他元素分離，從而生產出純鋁。如果你回收了40個鋁罐，你將節省一加侖汽油的能量。我們每年使用超過800億個罐子。如果所有這些罐子都被回收利用，我們將節省20億加侖汽油的能量！
有些礦物因為漂亮而變得有價值。玉在古代中國已有數千年的使用歷史。北美原住民從古代就開始用綠松石裝飾物品。玉、綠松石、鑽石和祖母綠等礦物是寶石。寶石是一種被切割和拋光以用於珠寶的材料。許多寶石，例如圖3.30所示的寶石，是礦物。
除了漂亮之外，寶石還很稀有，不容易斷裂或刮傷。通常，更稀有的寶石價值更高。其他因素，如寶石的受歡迎程度、大小和切割方式也會影響其價值。
大多數寶石在自然界中被發現後並不完全被使用。寶石通常需要切割和拋光。圖 3.31 顯示了一塊未切割的紅寶石和一塊經過切割和拋光的紅寶石。礦物沿表面分裂或解理的方式決定了如何切割它以產生光滑的表面。請注意，切割和拋光的紅寶石看起來更閃亮。寶石看起來閃亮是因為光線在碰到它們時會反射回來。一些光線會穿過一些寶石，例如紅寶石和鑽石。這些寶石的切割方式是為了儘可能地反射最多的光線。光線不會穿過不透明的寶石，例如綠松石。因此，這些寶石的切割方式與鑽石和紅寶石不同。
寶石以其在珠寶中的用途而聞名，但它們還有其他用途。大多數鑽石實際上不用作寶石。鑽石被用來切割和拋光其他材料，如玻璃和金屬，因為它們非常堅硬。剛玉礦物，其中紅寶石和藍寶石是變種，用於砂紙等產品。合成紅寶石和藍寶石也用於雷射。
金屬和寶石通常有光澤，所以它們會吸引你的眼球。我們日常使用的許多礦物並不那麼引人注目。例如，你街區的建築物如果沒有礦物就無法建成。你家裡的牆壁可能使用石膏礦物來製作石膏板。你窗戶上的玻璃是用沙子製成的，而沙子主要由石英礦物組成。滑石曾經被廣泛用於製造爽身粉。滷石礦物被開採用於岩鹽。鑽石被用作寶石，但通常用於鑽頭和鋸片以提高其切割能力。銅用於電線，而鋁土礦是你的汽水罐中鋁的來源。
- 地質學家使用多種方法來尋找有利可圖的礦床。
- 靠近地表的礦石透過露天開採方法開採。深埋地下的礦石透過地下開採方法開採。
- 金屬礦石必須熔化才能製成金屬。
- 許多寶石被切割和拋光以增加它們的美麗。
- 礦物在各種用途。
- 什麼型別的開採方法用於提取靠近地球表面的礦石？
- 描述露天開採中使用的一些方法。
- 地下開採的一些缺點是什麼？
- 在採礦後，可以採取哪些措施來恢復或恢復一個地區的自然狀態？
- 從礦石中提取純金屬需要哪些步驟？
- 是什麼讓寶石變得有價值？
- 寶石
- 任何被切割和拋光以用於珠寶的材料。
- 礦石
- 包含足夠礦物以進行開採以獲利的礦床。
- 所有礦床都是礦石嗎？
- 一個露天鑽石礦有一天可能會變成一個地下礦。為什麼會這樣？
- 鑽石並不一定是稀有的寶石。為什麼人們比大多數其他寶石更看重鑽石？