Тяжёлые минеральные пески — это класс рудных месторождений, которые являются важным источником циркония , титана , тория , вольфрама , редкоземельных элементов , промышленных минералов: алмаза , сапфира , граната , а иногда и драгоценных металлов или драгоценных камней .
Тяжелые минеральные пески представляют собой россыпные отложения, которые обычно формируются в пляжных условиях путем концентрации из-за удельного веса минеральных зерен. Столь же вероятно, что некоторые концентрации тяжелых минералов (помимо обычных золотых россыпей) существуют в руслах рек , но большинство из них имеют низкую степень чистоты и относительно невелики.
Содержание типичного месторождения песчаной руды с тяжелыми минералами обычно низкое. В 21 веке самые низкие бортовые содержания тяжелых минералов, как общий концентрат тяжелых минералов (THM) из основного песка, в большинстве месторождений руды этого типа составляют около 1% тяжелых минералов, хотя некоторые из них имеют более высокое содержание.
Из этого общего концентрата тяжелых минералов (THM) компоненты обычно следующие:
Как правило, поскольку циркон является наиболее ценным компонентом и критическим компонентом руды, пески с высоким содержанием циркона являются наиболее ценными. Затем следуют рутил, лейкоксен и затем ильменит с точки зрения ценности, придаваемой руде. Как правило, ценные компоненты концентрата THM редко превышают 30%.
Будучи древними системами дюн, тоннаж большинства месторождений превышает несколько десятков миллионов тонн до нескольких сотен миллионов тонн. Например, месторождение минеральных песков среднего размера Кобурн, Западная Австралия , составляет 230 миллионов тонн при 1,1% тяжелых минералов и имеет длину 13 км.
Рудник Тормин, на Западном мысе побережья Южной Африки, обеспечивает уникальную особенность морского пляжа, который подвергает ресурс воздействию волн и приливов, что приводит к естественному эффекту отсадки. Большие доли кварца и легких тяжелых отходов удаляются приливным действием океана [2] , что приводит к содержанию в руднике (ROM) до 86% тяжелого минерального концентрата (HMC). [2]
Источником тяжелых минеральных песков является источник твердой породы в эрозионных зонах реки, которая несет свой груз осадка в океан, где осадки захватываются прибрежным или прибрежным дрейфом . Иногда породы подвергаются эрозии непосредственно под воздействием волн, которые сбрасываются детритом , захватываемым прибрежным дрейфом и вымываемым на пляжи, где более легкие минералы рассеиваются.
Исходные породы, которые обеспечивают тяжелые минеральные пески, определяют состав экономических минералов. Источником циркона , монацита , рутила , иногда вольфрама и некоторого количества ильменита обычно является гранит . Источником ильменита, граната, сапфира и алмаза являются ультраосновные и основные породы, такие как кимберлит или базальт . Гранат также обычно добывают из метаморфических пород , таких как амфиболитовые сланцы . Драгоценные металлы добывают из рудных месторождений, размещенных в метаморфических породах .
Накопление отложений тяжелых минералов требует источника осадка, содержащего тяжелые минералы, на пляжной системе в объеме, превышающем скорость удаления из места ловушки. По этой причине не все пляжи, которые снабжены песками, содержащими тяжелые минералы, будут образовывать экономические концентрации минералов. Этот фактор можно качественно или количественно измерить с помощью индекса ZTR .
Тяжелые минералы в исходных отложениях достигают экономической концентрации путем накопления в низкоэнергетических средах в ручьях и чаще всего на пляжах. В россыпных отложениях пляжа самая низкая энергетическая зона на пляже — это зона прибоя , где турбулентный прибой вымывает береговую линию и теряет энергию. В этой зоне более тяжелые зерна накапливаются и выбрасываются на берег, поскольку они плотнее кварцевых зерен, которые они сопровождают. Именно по этой причине россыпные отложения пляжа часто называют «отложениями линии берега».
Размер и местоположение отложений тяжелых минералов зависят от энергии волн, достигающих пляжа, среднего размера зерен пляжных отложений и текущей высоты океана.
Отдельные отчеты о некоторых россыпях на пляже, образующихся в современное время, предполагают, что наибольшее обогащение, как правило, происходило во время штормовых событий, достаточно энергичных, чтобы удалить большую часть осадочной нагрузки пляжа — процесс, благоприятствующий более легким минералам. Полученные в результате «клинкерные» пески, оставшиеся после, добывались во время отлива после крупных штормовых событий, что предполагает, что большинство отложений россыпей на пляже образуются во время таких циклов.
Системы окаменелых дюн часто используются для добычи тяжелых минеральных песков, поскольку они имеют океанское происхождение и часто представляют собой остатки прежних внутриледниковых высоких уровней.
Тектоническая активность, которая приводит к подъему береговых линий из океана, может также привести к тому, что пляжная система окажется на мели выше отметки прилива и заблокирует тяжелые минеральные пески. Аналогичным образом, пляжная система, затопленная оседанием береговой линии, может сохраняться, часто в течение миллионов лет, пока она либо не покроется осадочными отложениями, либо не поднимется из океана.
Специфические места ловушек для россыпных отложений тяжелого минерального песка находятся на пляжах с подветренной стороны мысов, где зоны с низкой энергией ловят осадки, переносимые вдольбереговым дрейфом . Кроме того, песчаные отмели, образовавшиеся в устьях рек , питающих россыпные отложения, являются богатыми местами ловушек, где провеивающее действие волн наиболее эффективно, поскольку тяжелые минералы, слишком тяжелые для перемещения, будут откладываться на перешейке, а не дрейфовать дальше по пляжу.
Побережье Намибии является домом для экономических алмазоносных пляжных песков, которые эксплуатируются путем строительства морских стен и изоляции участков береговой линии. Пляжи настолько изолированы, что иногда их обрабатывают целиком, вплоть до коренной породы , в поисках алмазов. Такие месторождения искали по всему миру, со спорадическими сообщениями о высокоценных камнях, но без случаев экономических количеств осадка.
Добыча пляжных песков и окаменелых пляжных россыпей часто вызывает споры, поскольку операция требует открытой добычи на больших площадях. Часто эта земля находится в экологически уязвимой среде и содержит хрупкие экосистемы, построенные на бедных песчаных почвах.
Процесс добычи идеально смоделирован на основе операций по добыче, проводимых в Австралии , где за открытой добычей следует рекультивация отработанных территорий, включая интенсивное восстановление растительности экологически схожими видами, восстановление контура земли до ее первоначальной формы, включая дюны, и управление ресурсами подземных вод . [3] Современные методы добычи, как правило, отдают предпочтение сухой добыче, а не драгированию , из-за появления процессов электростатического разделения минералов .
На практике не вся добыча полезных ископаемых на месторождениях Африки к югу от Сахары осуществляется таким экологически ответственным образом, хотя некоторые южноафриканские шахты практикуют рекультивацию дюн [1]. Добыча полезных ископаемых на побережье Южной Америки , в частности в Чили и Эквадоре , осуществляется экологически ответственным образом.
Примерами экологически и политически чувствительных операций по добыче минерального песка , которые привлекли внимание общественности и побудили активистов-экологов реагировать на предложения по добыче, являются шахта по добыче минерального песка Туарт-Лудлоу в Западной Австралии и кульминация усилий по охране природы по сохранению пляжа Рэйнбоу -Бич и острова Фрейзер в Квинсленде, Австралия. Эти последние кампании успешно лоббировали правительство и добились защиты острова Фрейзер и пляжа Рэйнбоу-Бич Высоким судом Австралии; однако кампания Туарт-Лудлоу не смогла предотвратить горнодобывающие работы в лесах Туарта в прибрежной Западной Австралии. [4]
Аналогичные работы по добыче минерального песка велись в течение 35 лет в национальных парках Хокс-Нест (Новый Южный Уэльс) и рядом с ними и продолжаются на острове Стрэдброк (Квинсленд) .