Geologi

Introduktion

Figur 1. Aluminium tillverkas av de aluminiumhaltiga mineralerna i bauxit.

Vissa mineraler är mycket användbara. En malm är en sten som innehåller mineraler med användbara grundämnen. Aluminium i bauxitmalm (figur 1) utvinns ur marken och raffineras för att användas i aluminiumfolie och många andra produkter. Kostnaden för att skapa en produkt av en mineral beror på hur rikligt förekommande mineralen är och hur mycket utvinnings- och raffineringsprocesserna kostar. Miljöskador från dessa processer räknas ofta inte in i en produkts kostnad. Det är viktigt att använda mineralresurser klokt.

Finnande och utvinning av mineraler

Geologiska processer skapar och koncentrerar mineraler som är värdefulla naturresurser. Geologer studerar geologiska formationer och testar sedan de fysiska och kemiska egenskaperna hos jord och stenar för att lokalisera möjliga malmer och bestämma deras storlek och koncentration.

En mineralfyndighet bryts endast om den är lönsam. En koncentration av mineraler kallas endast en malmfyndighet om det är lönsamt att bryta den. Det finns många sätt att bryta malmer.

Oppåverkad gruvdrift

Oppåverkad gruvdrift gör det möjligt att utvinna malmer som befinner sig nära jordens yta. Överliggande berg sprängs och berget som innehåller de värdefulla mineralerna placeras i en lastbil och körs till ett raffinaderi. Som framgår av figur 2 omfattar ytlig gruvdrift bl.a. dagbrottsbrytning och bergsbrytning. Andra metoder för ytbrytning är bl.a. bandbrytning, placeringsbrytning och muddring. Strip mining är som dagbrottsbrytning men med material som avlägsnas längs ett band.

Figur 2. Dessa olika former av ytbrytning är metoder för att utvinna malmer nära jordens yta.

Placers är värdefulla mineraler som finns i grus i vattendrag. Kaliforniens smeknamn, den gyllene staten, kan spåras tillbaka till upptäckten av placers med guld 1848. Guldet vittrade fram ur hårda metamorfa bergarter i västra Sierra Nevada, som också innehåller fyndigheter av koppar, bly, zink, silver, kromit och andra värdefulla mineraler. Guldet vandrade nedför floder och lade sig sedan i grusavlagringar. För närvarande har Kalifornien aktiva gruvor för guld och silver och för icke-metalliska mineraler som sand och grus, som används för konstruktion.

Underjordisk gruvdrift

Underjordisk gruvdrift används för att utvinna malmer som ligger djupare under jordytan. Gruvarbetarna spränger och gräver tunnlar i berget för att få tillgång till malmen. Hur man närmar sig underjordisk gruvdrift – ovanifrån, underifrån eller i sidled – beror på malmkroppens placering, dess djup, malmkoncentrationen och styrkan hos det omgivande berget.

Underjordisk gruvdrift är mycket dyr och farlig. Frisk luft och ljus måste också föras in i tunnlarna för gruvarbetarna, och olyckor är alldeles för vanliga.

Malmutvinning

Figur 3. De Young Museum i San Francisco är täckt av kopparpaneler. Koppar bryts och utvinns ur kopparmalm.

Malmens resa till att bli ett användbart material har bara börjat när malmen lämnar gruvan (figur 3). Bergarter krossas så att de värdefulla mineralerna kan separeras från avfallet. Därefter separeras mineralerna ur malmen. Några metoder för att utvinna malm är:

• Högutlakning: tillsats av kemikalier, t.ex. cyanid eller syra, för att avlägsna malmen.
• Flotation: tillsats av en förening som fäster vid det värdefulla mineralet och flyter.
• smältning: rostning av sten, vilket gör att den separeras i lager så att mineralen kan utvinnas.

För att utvinna metallen ur malmen smälts stenen vid en temperatur som är högre än 900 °C, vilket kräver mycket energi. Att utvinna metall ur berget är så energikrävande att om du återvinner bara 40 aluminiumburkar sparar du energi motsvarande en gallon bensin.

Brytning och miljö

Figur 4. Syraavrinning från en ytlig kolgruva i Missouri.

Och även om gruvdrift förser människor med många nödvändiga resurser kan miljökostnaderna vara höga. Ytbrytning rensar landskapet från träd och jord, och närliggande vattendrag och sjöar översvämmas av sediment. Föroreningar från den utvunna berggrunden, t.ex. tungmetaller, kommer in i sedimentet och vattensystemet. Syror strömmar från vissa gruvområden och ändrar sammansättningen av närliggande vattendrag (figur 4).

USA:s lagstiftning har ändrats så att ett gruvområde under de senaste decennierna måste återställas till sitt naturliga tillstånd, en process som kallas återställning. Detta gäller inte för äldre gruvor. Gruvor kan fyllas igen eller omformas och vegetation planteras. Gruvorna kan tillåtas fyllas med vatten och bli sjöar eller omvandlas till deponier. Underjordiska gruvor kan förseglas eller lämnas öppna som bostäder för fladdermöss.

Värdiga mineraler

Figur 5. Ädelstenar finns i många färger.

Vissa mineraler är värdefulla för att de är vackra. Jade har använts i tusentals år i Kina. Diamanter gnistrar på många förlovningsringar. Mineraler som jade, turkos, diamanter och smaragder är ädelstenar. En ädelsten, eller ädelsten, är ett material som är slipat och polerat för smycken. Många ädelstenar, inklusive många i figur 5, är mineraler.

Ädelstenar är vanligtvis sällsynta och går inte sönder eller revsas lätt. De flesta slipas längs klyvningsytor och poleras sedan så att ljuset studsar tillbaka från klyvningsytorna (figur 6). Ljuset passerar inte genom ädelstenar som är ogenomskinliga, till exempel turkos.

Figur 6. Oslipad (vänster) och slipad (höger) rubin. Den slipade och polerade rubinen gnistrar.

Ädelstenar används inte bara i smycken. Diamanter används för att skära och polera andra material, till exempel glas och metaller, eftersom de är så hårda. Mineralet korund, som rubin och safir är sorter av, används i produkter som sandpapper.

Mineraler används på mycket mindre uppenbara ställen. Mineralet gips används till väggplattor i bostäder. Fönsterglas tillverkas av sand, som till största delen är kvarts. Halit bryts till stensalt. Koppar används i elektriska ledningar och bauxit är källan till det aluminium som används i läskburkar.

Lektionssammanfattning

• Geologer använder sig av många metoder för att hitta mineralfyndigheter som kommer att vara lönsamma att bryta.
• Malmfyndigheter kan brytas med hjälp av yt- eller underjordiska gruvmetoder.
• Brytning ger viktiga resurser men har miljökostnader.
• Enligt amerikansk lag måste nu bruten mark återställas. Detta gäller inte för gamla gruvor.
• Metallmalmer måste smältas för att göra metaller.
• Många ädelstenar slipas och poleras för att öka deras skönhet.
• Mineraler används på en mängd olika sätt.

Reflexionsfrågor

• Vilken färdighet hjälper detta innehåll dig att utveckla?
• Vilka viktiga ämnen behandlas i det här innehållet?
• Hur kan innehållet i det här avsnittet hjälpa dig att visa att du behärskar en viss färdighet?
• Vilka frågor har du om det här innehållet?