المعادن
يختزن باطن الأرض الكثير من المعادن المختلفة التي تعتبر أساسية في الصناعة المعدنية وتنتشر هذه المعادن على شكل فلزات ممزوجة بمواد أخرى كالكبريت أو الكلور أو الأ**جين الخ … كما قد تكون عروقاً صافية .
وقد تبين لنا أن ما يطلق عليه اسم الصخور هو مجموعات من المواد المعدنية التي تكون القشرة الأرضية .
مع أنه توجد صخور كثيرة تتكون من مادة معدنية واحدة مثل تلك التي توجد بكثرة في منطقة جبال الألب والتي تعطينا الرخام الأبيض فهي تتكون من معدن واحد هو الكالسيت . ومجموعة جبال الدولوميت في شمال إيطاليا تتكون من صخور مركبة هي الأخرى من معدن الدوولوميت . وهذه الصخور تعرف باسم (( الصخور البسيطة )) .
وعلم المعادن هو العلم الذي يهتم بدراسة المعادن التي توجد بحالتها الطبيعية داخل القشرة الأرضية . كما يبحث هذا العلم في خصائص المعادن ويعمل على الكشف عنهما وتحليل العينات تحليلاً دقيقاً للكشف عن تركيبها وخصائصها الطبيعية والكيميائية وغيرها …
وتتكون المعادن من عنصر كيميائي واحد هو أحد أقسام التبويب الشهير المعروف باسم (( جدول مندليف )) . على أنه من النادر أن نجد أياً منهما في عزلة أو في حالة نقاء خالص . إذ غالباً ما نجدها مختلفة بعناصر أخرى من الركائز نفسها ، حتى إذا عثرنا عليها نقية أو بها نسبة ضئيلة جداً من الشوائب فإننا نطلق عليها اسم (( العنصر الخالص )) .
• الذهب : درجة صلادته 2.5 ، كثافته النوعية 19.6 غ/سم3 ، لونه أصفر ولمعانه فلزي . وهو يوجد إما التبر وإما على شكل ذرات أو حبيبات . وأكثر ما يستخدم الذهب في صناعة الحلى ، فإذا كان من عيار 24 قيراطاً كان ذهباً خالصاً وإذا كان 18 قيراطاً كان يحتوى على 75% من الذهب الخالص .
وقد استهوى الذهب الناس منذ أقدم العصور ففتشوا عنه واقتتلوا من أجله . يمكن سحب الذهب على شكل أوراق رقيقة لا تتجاوز سمكها الواحدة منها 12000/1مم . على أنه يكتسب صلابة إذا خلط بالنحاس . أما داخل التربة فهو يأخذ سكل عروق أو يختلط بالرمال وقد أدى البحث عنه إلى اكتشافات جغرافية جديدة وقيام مدن كثيفة السكان في أماكن قد لا تكون صالحة للسكن . كما يستعمل كتغطية للنقد الورقي في معظم دول العالم وفي صناعة الحلى والعملات وطلاء الأواني .
يتوزع الذهب في البلدان التالية أفريقيا الجنوبية ( أنغولا وترانسفاليا ) ، كندا ، الولايات المتحدة ، أوستراليا ، غانا ، روديسيا ، الفيليبين ، مولومبيا ، اليابان ، الم**يك ، الكونغو ، نيكاراغوا ، مصر ، روسيا (سيبيريا ، الأورال ) ، الهند والصين والمملكة العربية السعودية .
• الفضة : درجة صلادتها 2.5 – 3 ، كثافتها النوعية 10.5غ/سم3 لونها أبيض لمعانها فلزي . وهي توجد على شكل كتل شجرية أو على شكل خيوط متشابكة وأكبر مناجمها توجد في الم**يك وفي كندا والبيرو وتستخدم تقريباً كالذهب .
• النحاس : درجة صلادته 3 ، كثافته النوعية 8.9غ/سم3 ، لونه احمر ، لمعانه فلزي . وهو معدن نادر نسبياً ويوجد على شكل بلورات متشعبة ذات مطهر جميل . وقد اكتشف قبل الحديد : فدول شرق البحر الأبيض المتوسط عرفت النحاس واستعملته منذ نحو 3600 سنة قبل الميلاد .
والنحاس لين في حالته الطبيعية لكنه يكتسب شيئاً من الصلابة إذا مزج بالقصدير ، بحيث يعطي البرونز على أن تكون نسبة القصدير 8% من مجموع الوزن . ويمزج أيضاً مع النيكل والتوتياء أو مع السيليسيوم والمانغنيز أو مع الذهب فيعطي أشكالاً أخرى من المعادن تستخدم في صناعات مختلفة .
ويوجد النحاس في الطبيعة صافياً وعلى شكل فلزات هي : كبريت النحاس ScU ، أو **يد النحاس CuO ، وفحمات النحاس co3cu . ويمر في صناعته بمراحل ثلاث : الأولى والثانية يخلص فيهما من الشوائب ويفصل عن باقي المعادن والثالثة تجعله صافياً نقياً . وعملية تنقيته هذه تجري بواسطة الحل الكهربائي في مراكز صناعية تتوفر فيها الطاقة الكهربائية . كما يستخدم النحاس في صناعة الآلات والأسلاك وأجهزة الراديو وفي بعض الأدوات المنزلية والسيارات .
يتوزع إنتاج النحاس في البلدان التالية : الولايات المتحدة ، روسيا ، كندا ، التشلي ، البيرو ، الم**يك …الخ . ويقدر احتياطي النحاس في العالم ب130 مليون طن منها 70 مليون طن في القارة الأمريكية وحدها . وهذا ما جعلها لفترة متحكمة بتجارة النحاس إلى جانب اليابان لكن مزاحمة الألمنيوم وغيره من الخلائط المعدنية التي تمكنت من الحلول محل النحاس خففت من هذا التحكم .
• البلاتين : درجة صلادته 4.5 ، كثافته النوعية 21غ/سم3 ، لونه أبيض رمادي ، لمعانه فلزي . وهو يوجد على شكل حبيبات مستديرة وخاصة في الأورال في روسيا ، كندا وكولومبيا . ويستخدم البلاتين في صناعة الحلى الثمينة والواتق وأوعية المعامل إذا تبلغ درجة انصهاره 1750 د.م .
• الحديد : درجة صلادته 5 ، كثافته النوعية 7.8غ/سم3 ، لونه رصاصي ، لمعانه فلزي . ويستعمل الحديد في أكثر الصناعات ومنها الآلات الميكانيكية ، الأساطيل التجارية والحربية ، الأسلحة ، البناء ، الخطوط الحديدية والمصانع . ولا تخلو صناعة ثقيلة كانت أم خفيفة من الحديد حتى قيل (( إن تقدم دولة ما يقاس بمقدار كمية الحديد التي تصنعه تلك الدولة )) . لهذا السبب كثر الطلب عليه وازداد استعماله منذ مطلع القرن التاسع عشر فغدت صناعته من أعظم الصناعات في العالم . مع أنها تتميز بالصفات التالية : ثقيلة تحتاج إلى الكثير من الفحم لإنتاج الصلب ، وتحتاج إلى أيد عاملة كثيرة ، وتجهيزية تقدم المواد اللازمة لمختلف النشاطات الصناعية .
على أنه يجب أن تتوفر في فلزات الحديد ، لكي تكون صالحة للاستعمال الشروط التالية : أن تكون غنية بالحديد أي أن تحتوي على نسبة 60% من الحديد ، أن تكون نقية من الشوائب الضارة كالفوسفور والنافعة كالكروم ، وأن تكون أخيراً وفيرة .
تتصف الصناعة الحديدية بأهمية بالغة وتؤثر تأثيراً عميقاً في الحالة الاقتصادية وبالتالي في الحالة السياسية . وينتشر الحديد في القشرة الأرضية بنسب مختلفة تتراوح بين 5 و 70% . أما أهم الصخور التي يستخرج منها فهي : الماغنيتيت ، ( وهو أجودها ) والهيماتيت والليمونيت والسيدريت .
وتدخل بعض المعادن في صناعة الحديد فيزداد قساوة ومقاومة هي : المنغنيز . وأهم الدول التي تنتجه هي روسيا ، الهند ، أفريقيا الجنوبية والبرازيل . ويدخل أيضاً المروم وأهم الدول المنتجة له هي : روسيا ، أفريقيا الجنوبية ، تركيا ، كوبا وروديسيا . التانغستين وأهم الدول المنتجة له هي ماليزيا ، الصين ، الولايات المتحدة .
ويتوزع إنتاج الحديد في البلدان التالية : الولايات المتحدة ، البرازيل ، فنزويلا ، بريطانيا ، ألمانيا ، فرنسا ، السويد ، تشيكيا ، سلوفاكيا ، هنغاريا ، رومانيا …الخ .
أخيراً نشير إلى أن 85% من إنتاج أمريكا الشمالية من الحديد هو في منطقة البحيرات وأن البيرو وروسيا ينتجان معدناً يخلط مع الحديد فيزيد من صلابته هة الفاناديوم .
• الألمنيوم : وهو معدن حديث الاكتشاف ، إذ أنه اكتشف فقط في أواخر القرن التاسع عشر وبعد التقدم الملحوظ في علم الكيمياء ز يستخرج ممزوجاً بالأ**جين على شكل فلزات تدعى البو**يت ، نسبة إلى مدينة Bauxe الفرنسية ، حيث عرف فيها للمرة الأولى ، العالم الكيماوي وكلر Wokler .
وفلزات البو**يت تحتوي على نسبة متراوحة بين 20 و 25% من الألمونيوم الخام . وبعد تخليصه من شوائبه نحصل على أو **يد الألمونيوم النقي ( ألومين ) ثم يفصل الأو**جين عن الأمين بواسطة التيار الكهربائي فنحصل على الألمنيوم الصافي .
يمتاز الألمونيوم بأنه أخف المعادن وزناً وناقل للتيار الكهربائي وبفضل لونه الأبيض الضار إلى الزرقة يكتسب مقاومة إذا خلط بالنحاس والمغنيزيوم ويستخدم في صنع الأدوات المطبخية وفي صناعة السيارات والأسلاك وصناعة المحركات والطائرات .
يتوزع إنتاج الألمنيوم في البلدان التالية : فرنسا ، هنغاريا ، إيطاليا ، …الخ . على أن جمايكا تحتل المرتبة الأولى في الإنتاج .
المعادن المشعة : اليورانيوم
لم تكن فلزات اليورانيوم معرفة قبل الحرب العالمية الثانية ثم أخذ التنقيب عنه يتزايد في العالم . أنه معدن موجود في صخور تعود إلى عهد ما قبل الكمبري وفي صخور الطور الأول . وهو شديد الانفجار يستخدم في صنع الطاقة النووية التي تسير بدورها السفن والغواصات وتولد الكهرباء . كما أن العالم يستخدم اليورانيوم لأغراض سلمية في محال الطب ولأغراض عسكرية .
هناك معادن أحرى مشعة هي الطوريوم والليثيوم والهيدروجين والبلوتونيوم وكلها قايلة للانشطار .
يتوزع إنتاج هذه المعادن في روسيا ، الصين الشعبية ، الولايات المتحدة …الخ . لكن كمياتها تبقى سرية لأسباب عسكرية .
لا تصلح فلزات اليورانيوم للاستغلال ما لم تكن تحوي على نسبة لا تقل عن 2 بالإلف من المعدن أي 2 كلغ من المعدن في ألف كلغ من الفلزات .
المعادن اللافلزية : وأهمها .
• الماس : تركيبه الكيميائي هو الكربون التقي ، درجة صلادته 10 ، كثافته التوعية 3.5غ/سم3 . والماس الخام ليس بلمعان الماس المصقول وتظهر تقوسات في وجهه . ثم إنه نادر الوجود .
• الغرافيت : تركبه الكيميائي هو الكربون الطبيعي أو الصناعي ، درجة صلادته 1 ، كثافته النوعية 2.2غ/سم3 ، لونه أسود ، لمعانه شبه فلزي ، ومظهره شحمي . وإذا كان الماس نادر الوجود فإن الطبيعة توفر نوعاً من الكربون لا يقل في نقائه عن كربون الماس ، ألا وهو الغرافيت .
وتستغل قابلية الغرافيت للتفتت ولونه الأسود في صناعة أقلام الرصاص كما يمكن استخدامه كموصل للكهرباء وهو موجود في جزيرة سيلان وسيبيريا وأمركا الشمالية .
المعادن المركبة من الكبريت
• ركاز الزنك : تركيبه الكيميائي هو كبريتوز الزنك ، درجة صلادته ، كثافته النوعية 3.9غ/سم3 ولونه يتفاوت بين الأبيض والبني الغامق وبعض أنواعه ذات إشعاع ضوئي وهو متوفر بكثرة ويستخرج منه الزنك .
• السينابار : تركيبه الكيميائي هو كبريتوز الزئبق ، درجة صلادته 2.5 ، كثافته النوعية 8.1غ/سم3 ، لونه قرمزي أو أسود ، لمعانه ترابي ، وهو متوفر في إسبانيا ( في مناجم المدائن التي كان القرطاجيون يستغلونها ) وفي إيطاليا والولايات المتحدة .
• البييريت : وتركيبه الكيميائي هو كبريتوز الحديد ، درجة صلادته 6 ، كثافته النوعية 5غ/سم3 ، لونه أصفر ولمعانه فلوي . ويوجد على شكل بلورات جميلة ويستخدم في إنتاج حامض الكبريتيك . وهو متوفر بكثرة في العديد من البلدان خاصة في الولايات المتحدة ، إسبانيا وروسيا .
• الشالكوبيريت : وتركيبه الكيميائي مزدوج من كبريتوز الحديد والنحاس . درجة صلادته 4 ، كثافته النوعية 4.3غ/سم3 ، لونه أصفر ذهبي متموج لمعانه فاقع . يوجد بكثرة في أمريكا الشمالية والجنوبية وفي إسبانيا .
معادن الأ**يد :
• المرو ( الكوارتز ) : تركيبه الكيميائي هو السيليكا أو أو **يد السليكون ، درجة صلادته 7 ، كثافته النوعية 2.65غ/سم3 . يوجد في البرازيل وإيطاليا وهو إما شفاف نقي عديم اللون ويطلق عليه اسم البلور الصخري . وإما بنفسجي ( لأنه يحتوي على القليل من المنغنيز ويعرف باسم الجشمت أو الياقوت الجمري ) . ويوجد في الأوروغواي والبرازيل . أما إذا كان لونه أصفر فيعرف باسم الزمرد الزائف ( البرازيل ) . وإذا كان لونه بنياً فيعرف باسم الكوارتز اللباني ويوجد في جبال الألب في مقاطعة أوري Uri في سويسرا ، على أن كافة أشكاله هذه هي نصف شفافة .
• العقيق : وهو إما معتم كالسيدون أو أبيض اللون إذا كان نقياً . أما إذا شابته حمرة فيعرف بالعقيق الأحمر ، وباسم اليشب إذا كان لونه بنياً مائلاً للاصفرار وباسم الكريزويراز إذا كان أخضر ، وعندما يكون مكوناً من شرائط مختلفة الألوان فيعرف باسم اليشب الشريطي ، وباسم العقيق اليماني إذا كانت ألوتنه مجزعة . وكل هذه الأحجار تعرف بالأحجار الصلدة وحين تصقل تستخدم في صناعة الحلى والجواهر .
• الياقوت : تركيبه الكيميائي هو أو**د الألمونيوم ، درجة صلادته 9 ، كثافته النوعية 4غ/سم3 وهو عديم اللون إذا كان نقياً . وتتكون أحجار كثيرة من الياقوت إذا كان يحتوي على بعض الشوائب فيعرف بالياقوت الأحمر إذا كانت حمراء ( يوجد في بورما ) وبالياقوت الأزرق إذا كانت شوائبه زرقاء ( يوجد في تايلاند ) . كما توجد بعض أحجار الياقوت الأقل جمالاً وتعرف باسم حجر الضفرة .
• حجر الدم : وتركيبه الكيميائي هو او**يد الحديد ، تتفاوت درجة صلادته من 1 إلى 6 ، كثافته النوعية 5.2غ/سم3 لونه رمادي أو بني وحين يتحول إلى مسحوق يصبح لونه أحمر قانياً ويلعب دوراً مهماً في عمليات استخلاص الحديد ، يوجد بكثرة في السويد وإسبانيا وكند والبرازيل وفرنسا وجزيرة ألبا .
• خام القصدير : تركيبه الكيميائي هو أ**يد القصدير ، درجة صلادته 6.5 ، كثافته النوعية 7غ/سم3 ، لونه مائل إلى الاصفرار أو هو بني أو أسود ، وله أهمية أولى في عمليات استخراج القصدير وهو يوجد في الصخور الغرانيتية في جزيرة القصدير الشهيرة ( كورنوال ) والتي كانت شهرنها واسعة منذ الرومان ، وفي جزر الصوند وفي سبه جزيرة ملقو في بوليفيا .
• البو**يت : تركيبه الكيميائي هو أو **يد الألمونيوم المائي ، درجة صلادته من 1 إلى 3 كثافته النوعية 2.5غ/سم3 ، لونه أبيض ويميل أحياناً إلى الاحمرار أو إلى البني حسب الشوائب التي فيه .
يشتق اسمه من قرية بو** في مقاطعة بروفانس الفرنسية ويستخرج منه الألمنيوم ويوجد في فرنسا ، إيطاليا ، الولايات المتحدة ، ويوجد بكمية هائلة في أفريقيا الاستوائية الغربية .
معادن الأملاح :
• الكالسيت : تركيبه الكيميائي هوكربونات الكالسيوم ، درجة صلادته 3 ، كثافته النوعية 2.72غ/سم3 ، وهو عديم اللون وشفاف إذا كان أنواعه شفافية وثمناً ما يعرف (( ببلورات أيسلند ) وهي تستخدم في صناعة الأدوات البصرية بسبب ازدواجية انعكاساتها الضوئية ، أي أنها تعطي صورتين للشيء نفسه ، وهناك أنواع أخرى من الكالسيت تختلف في درجة نقاوتها ، مكا توجد جبال كاملة مكونة من الكالسيت . والواقع أن الرخام البلوري كاه يتكون من حبيبات الكاليست . كذلك الامر بالنسبة إلى الأعمدة الكلسية الصاعدة والهابطة الموجودة في المغاور والكهوف الباطنية .
زمن الكربونات الأخرى المهمة مربونات المغنيزيوم وكربونات الحديد وكربونات الزنك وتمكن أهميتها في كونها مصدراً للحصول على معادنها . وهناك أسضاص كربونات النحاس وهي أحجار كريمة تستخدم في الزينة .
البسيليكات : ( أملاح حامض السيلسيك ) وهي كثيرة العدد وواسعة الانتشار في الطبيعة ولها أهميتها الصناعية في أغلب الاحيان ومنها :
• الميكا : سيليكات الألمنيوم وبعض المعادن الأخرى : درجة صلادتها 2.5 ، كثافتها النوعية 2.9غ/سم3 وهي معدن لامع شبه شفاف إذا كان لونه صافياً . وتوجد على شكل بلورات أو رقائق وأهم مناجمها في مدغشقر والهند .
• الحرير الصخري : ويطلق هذا الاسم على مجموعة من المعادن الليفية المختلفة التركيب ومنها معدن الامفيبول والسرينتين وتوجد على شكل كتل ليفية يمكن نسجها وتصنع منها أقمشة غير قابلة للاحتراق . وهذه الألياف تستعمل في أعمال البناء إذا خلطت بالاسمنت . واهم مناطق وجودها في كندا ( السرينتين ) وفي إفريقيا الجنوبية ( الامفيبول ) .
• الطلق : سليكات المغنزيوم المائي : درجة صلادته 1 ، كثافته النوعية 2.79غ/سم3 وحين يتحول إلى مسحوق يصبح شحمي المظهر ( بودرة التلك ) ويستخدم في صناعة العطور والطلاء والمبيدات الحشرية والمطاط والورق .
• الياقوت الأصفر : ( التوباز ) تركيبه الكيميائي هو سيليكات الألمنيوم والفور ، درجة صلادته 8 ، كثافته النوعية 3.5غ/سم3 ، لونه أصفر أو أخضر شفاف ويستخدم كأحجار ثمينة ويوجد في الأورال ، البرازيل وجزيرة ألبا .
• حجر النوتيا : ( الكالامني ) : تركيبه الكيميائي هو سيليكات الزنك وله دور أساسي في استخراج الزنك . يوجد في بلجيكا وألمانيا .
• الأباتيت : تركيبه الكيميائي هو فوسفات الكالسيوم المحتوية على الفلور ويكثر في النرويج ويستخدم في صناعة الأسمدة .
• الماغنيتيت : تركيبه الكيميائي هو او**يد الحديد الطبيعي ، درجة صلادته 6 ، كثافته النوعية 5.2غ/سم3 وهو أحد ركائز الحديد ، لونه يميل إلى السواد مغناطيسيته قوية يكثر وجوده في السويد والأورال وله منجم في فرنسا هو منجم أنجو Anjpu .
• الجبس : تركيبه الكيميائي كبريتات الكالسيوم المائي ، درجة صلادته 2 ، كثافته النوعية 2.3غ/سم3 وهو معدن رخو عديم اللون أو مائل إلى البياض إذا كان نقياً وهو عندما يتسخن يفقد جزءاً من مائه ويتحول إلى جص . كما يدخل الجبس في صناعة الإسمنت .
• الذهب في جنوب أفريقيا : تنتج جنوب أفريقيا 970 طناً من الذهب سنوياً أي ما يعادل 76.8% من الإنتاج السنوي في العلم الغربي . وينتج الاتحاد السوفياتي 450 طناً من الذهب سنوياً .
• القصدير في ملايو : كانت كورنوول مصدراً مهماً للقصدير ولكن مالايو تنتج اليوم أكثر من ثلث احتياجات العالم منه . إذا يبلغ إنتاجها السنوي منه 73000 ألف طن .
• المعادن في الكونغو : عرف الكونغو ، منذ زمن بعيد ، بثروته المعدنية .فمنطقة كاساي تشتهر بالماس إذ يستخرج أكثر من نصف إنتاج العالم من الماس من هذه المنطقة كما تأتي الكونغو في المرتبة السادسة من حيث إنتاج النحاس . وتكتسب أهمية حديثة لإنتاجها اليورانيوم .
• النحاس في تشيلي : تعتبر التشيلي رابع دول العالم في إنتاج النحاس ، إذ يبلغ إنتاجها السنوي 669 مليون طن . وفي مناجم ضخمة مثل منجم شوكيكاماتا الواقع على ارتفاع 3478م . كما تنتج التشيلي تشكيلة من الخاملت المعدنية إلا أن صناعتها التعدينية الرئيسة الوحيدة لا ترتكز على النحاس بل على الموليبدينوم Molybdenum . وهي تنتج منه 2440 طناً سنوياً .
• البو**يت في جامايكا : بدأت بإنتاجه منذ عهد قريب ، فحتى سنة 1952 كانت تعتبر سابع دولة بإنتاجه إذ لم يكن إنتاجها يعتدى 420000 طن . فإذا بها تصبح اليوم أهم مصدر للبو**يت في العالم إذ بلغ إنتاجها منه 10319000 طن أي ما يعادل ربع الإنتاج العالمي الذي يبلغ نحو 46 مليون طن
03-01-2011, 08:56 AM
بحث علمي عن المعادن
