Geologie

Introductie

Figuur 1. Aluminium wordt gemaakt van de aluminiumhoudende mineralen in bauxiet.

Sommige mineralen zijn zeer nuttig. Een erts is een gesteente dat mineralen met nuttige elementen bevat. Aluminium in bauxieterts (figuur 1) wordt uit de grond gehaald en geraffineerd om te worden gebruikt in aluminiumfolie en vele andere producten. De kosten voor het maken van een product uit een mineraal hangen af van hoe overvloedig het mineraal aanwezig is en hoeveel de extractie- en raffinageprocessen kosten. De milieuschade die deze processen veroorzaken, wordt vaak niet meegerekend in de kostprijs van een product. Het is belangrijk om verstandig met mineralen om te gaan.

Het vinden en delven van mineralen

Geologische processen creëren en concentreren mineralen die waardevolle natuurlijke hulpbronnen zijn. Geologen bestuderen geologische formaties en testen vervolgens de fysische en chemische eigenschappen van grond en gesteente om mogelijke ertsen te lokaliseren en hun omvang en concentratie te bepalen.

Een mineraalafzetting wordt alleen ontgonnen als deze winstgevend is. Een concentratie van mineralen wordt alleen een ertsafzetting genoemd als het winstgevend is om ze te delven. Er zijn vele manieren om ertsen te delven.

Oppervlakte Mijnbouw

Oppervlakte Mijnbouw maakt het mogelijk om ertsen te delven die dicht bij het aardoppervlak liggen. Het bovenliggende gesteente wordt opgeblazen en het gesteente dat de waardevolle mineralen bevat, wordt in een vrachtwagen geladen en naar een raffinaderij gebracht. Zoals afgebeeld in figuur 2, omvat oppervlaktemijnbouw dagbouw en bergtopmijnbouw. Andere methoden van oppervlaktemijnbouw zijn strip mining, placer mining en baggeren. Strip mining is als open-pit mining, maar met materiaal dat langs een strook wordt verwijderd.

Figuur 2. Deze verschillende vormen van oppervlaktemijnbouw zijn methoden om ertsen dicht bij het aardoppervlak te winnen.

Placers zijn waardevolle mineralen die in beekgrind worden gevonden. De bijnaam van Californië, de Gouden Staat, is terug te voeren op de ontdekking van goudafzettingen in 1848. Het goud verweerde zich uit hard metamorf gesteente in de westelijke Sierra Nevada, dat ook afzettingen bevat van koper, lood, zink, zilver, chromiet, en andere waardevolle mineralen. Het goud stroomde door rivieren en kwam vervolgens terecht in grindafzettingen. Momenteel zijn er in Californië actieve mijnen voor goud en zilver en voor niet-metaalhoudende mineralen zoals zand en grind, die voor de bouw worden gebruikt.

Ondergrondse mijnbouw

Ondergrondse mijnbouw wordt gebruikt om ertsen te winnen die zich dieper in het aardoppervlak bevinden. Mijnwerkers boren en graven zich in rotsen om toegang tot de ertsen te krijgen. Hoe de ondergrondse mijnbouw wordt aangepakt – van boven, onder of zijwaarts – hangt af van de plaats van het ertslichaam, de diepte, de concentratie van het erts en de sterkte van het omringende gesteente.

Ondergrondse mijnbouw is erg duur en gevaarlijk. Er moet ook frisse lucht en licht in de tunnels worden gebracht voor de mijnwerkers, en ongelukken komen veel te vaak voor.

Ertswinning

Figuur 3. Het de Young Museum in San Francisco is bedekt met koperen panelen. Koper wordt gedolven en gewonnen uit koperertsen.

De reis van het erts naar een bruikbaar materiaal begint nog maar net als het erts de mijn verlaat (figuur 3). De gesteenten worden gebroken, zodat de waardevolle mineralen kunnen worden gescheiden van het afvalgesteente. Vervolgens worden de mineralen uit het erts gescheiden. Enkele methoden om erts te winnen zijn:

• heap leaching: de toevoeging van chemicaliën, zoals cyanide of zuur, om het erts te verwijderen.
• flotatie: de toevoeging van een verbinding die zich aan het waardevolle mineraal hecht en blijft drijven.
• smelten: roosteren van gesteente, waardoor het in lagen uiteenvalt zodat het mineraal kan worden gewonnen.

Om het metaal uit het erts te halen, wordt het gesteente gesmolten bij een temperatuur van meer dan 900°C, waarvoor veel energie nodig is. Het winnen van metaal uit gesteente is zo energie-intensief dat als u slechts 40 aluminium blikjes recyclet, u het energie-equivalent van één gallon benzine bespaart.

Mijnbouw en milieu

Figuur 4. Zure drainage van een oppervlaktekoolmijn in Missouri.

Hoewel mijnbouw de mensen voorziet van vele noodzakelijke hulpbronnen, kunnen de milieukosten hoog oplopen. Oppervlaktemijnbouw ontdoet het landschap van bomen en grond, en nabijgelegen beken en meren worden overspoeld met sediment. Verontreinigende stoffen uit het gedolven gesteente, zoals zware metalen, komen in het sediment en het watersysteem terecht. Uit sommige mijnterreinen vloeien zuren, die de samenstelling van nabijgelegen waterlopen veranderen (figuur 4).

De Amerikaanse wetgeving is veranderd, zodat de laatste decennia een mijngebied in zijn natuurlijke staat moet worden hersteld, een proces dat “reclamatie” wordt genoemd. Dit geldt niet voor oudere mijnen. Putten mogen worden opgevuld of een nieuwe vorm krijgen en er mag vegetatie worden aangeplant. Men kan toestaan dat mijnen zich vullen met water en meren worden of men kan ze omvormen tot stortplaatsen. Ondergrondse mijnen kunnen worden afgesloten of opengelaten als verblijfplaats voor vleermuizen.

Waardevolle mineralen

Figuur 5. Edelstenen zijn er in vele kleuren.

Sommige mineralen zijn waardevol omdat ze mooi zijn. Jade wordt in China al duizenden jaren gebruikt. Diamanten schitteren op veel verlovingsringen. Mineralen als jade, turkoois, diamanten en smaragden zijn edelstenen. Een edelsteen, of edelsteen, is een materiaal dat wordt geslepen en gepolijst voor juwelen. Veel edelstenen, waaronder veel in figuur 5, zijn mineralen.

Geedelstenen zijn meestal zeldzaam en breken of krassen niet gemakkelijk. De meeste worden geslepen langs splijtvlakken en vervolgens gepolijst zodat het licht weerkaatst op de splijtvlakken (figuur 6). Licht gaat niet door edelstenen die ondoorzichtig zijn, zoals turkoois.

Figuur 6. Ongeslepen (links) en geslepen (rechts) robijn. De geslepen en gepolijste robijn schittert.

Gedelstenen worden niet alleen in juwelen gebruikt. Diamanten worden gebruikt om andere materialen, zoals glas en metalen, te slijpen en te polijsten, omdat ze zo hard zijn. Het mineraal korund, waarvan robijn en saffier variëteiten zijn, wordt gebruikt in producten zoals schuurpapier.

Mineralen worden op veel minder voor de hand liggende plaatsen gebruikt. Het mineraal gips wordt gebruikt voor het pleisterwerk in huizen. Vensterglas wordt gemaakt van zand, dat voor het grootste deel uit kwarts bestaat. Haliet wordt gedolven voor steenzout. Koper wordt gebruikt in elektrische bedrading, en bauxiet is de bron voor het aluminium dat wordt gebruikt in frisdrankblikjes.

Samenvatting van de les

• Geologen gebruiken vele methoden om minerale afzettingen te vinden die winstgevend zijn om te ontginnen.
• Ertsafzettingen kunnen zowel bovengronds als ondergronds worden gedolven.
• Mijnbouw levert belangrijke grondstoffen op, maar brengt milieukosten met zich mee.
• Volgens de Amerikaanse wet moet land waar nu mijnbouw plaatsvindt, worden teruggewonnen. Dit geldt niet voor oude mijnen.
• Metaalertsen moeten worden gesmolten om metalen te maken.
• Vele edelstenen worden gesneden en gepolijst om hun schoonheid te vergroten.
• Mineralen worden op verschillende manieren gebruikt.

Reflectievragen

• Welke vaardigheid helpt deze inhoud je te ontwikkelen?
• Wat zijn de belangrijkste onderwerpen die in deze inhoud aan bod komen?
• Hoe kan de inhoud in dit onderdeel je helpen om aan te tonen dat je een specifieke vaardigheid beheerst?
• Welke vragen heb je over deze inhoud?