نحوه تشکیل سنگ آهن و روش‌های تشخیص آن

روش شناسایی و تشخیص سنگ آهن

بشر از چند هزار سال پیش توانایی استخراج استفاده از آهن را به دست آورده است. آهن معمولاً به شکل ناخالص در طبیعت دیده می‌شود و برای مورد استفاده قرار گرفتن، نیازمند استخراج و پالایش است. تنها آهن خالص و طبیعی که می‌توان در سطح کره‌ی زمین یافت، مربوط به “شهاب سنگ‌های آهنی” است که آنقدر کمیاب و اندک است که نمی‌توان به عنوان ذخیره‌ی معدنی روی آن حساب کرد! هسته‌ی کره‌ی زمین نیز سرشار از عنصر آهن است، ولی دسترسی به آن کاملاً غیرممکن است.

بنابراین، تنها گزینه‌ای که باقی می‌ماند استفاده از کانسارهای آهن است. نخستین مرحله برای استفاده از این منابع یافتن این کانسارها است و برای چنین کاری، بایستی قادر به تشخیص سنگ آهن باشیم. به طور کلی برای تشخیص سنگ آهن، ابتدا بایستی بدانیم که سنگ آهن چیست و چگونه و در چه شرایطی تشکیل می‌شود.

سنگ آهن چیست؟

چگونگی تشکیل و نحوه تشخیص سنگ آهن در فیلد

مهمترین کانسارهای سنگ آهن را می‌توان در سنگ‌های رسوبی پیدا کرد. این کانسارها حاصل واکنش‌های شیمیایی درون دریاها و به طور دقیق ترکیب آهن و اکسیژن هستند. مهمترین کانی‌های این نهشته‌ها اکسیدهای آهن هستند که به دو شکل هماتیت (Fe2O3) و مگنتیت (Fe3O4) دیده می‌شوند. تقریباً تمامی ابزار آهنی که امروزه استفاده می‌کنیم، از ورقه‌های فلزی گرفته تا خودروها و تیرهای فلزیِ آسمان خراش‌ها حاصل استخراج این کانسارهای آهنی هستند.


بیشتر بخوانید:


اکسیدهای آهن می‌توانند تنوع رنگی وسیعی از قهوه‌ای تیره تا زرد روشن و یا بنفش تیره تا قرمز زنگ زده و یا خاکستری روشن تا سیاه را داشته باشند.

جدول زیر فروانی عنصر آهن (Fe) را در میان کانی‌های آهنی اصلی مهم نشان می‌دهد.

نام کانی درصد عنصر آهن
مگنتیت ۷۲٫۴ %
هماتیت ۶۹٫۹ %
ژئوتیت ۶۲٫۹ %
لیمونیت ۵۵ %
سیدریت ۴۸٫۲ %

با توجه به فراوانی دو کانی هماتیت و مگنتیت و همچنین درصد بالای عنصر آهن در میان این دو، مورد هدف قرار گرفتن آن‌ها برای استخراج منابع اصلی سنگ آهن کاملاً واضح و بدیهی است.

در زیر به اختصار به شرح خصوصیات هماتیت و مگنتیت به عنوان مهمترین منابع تأمین آهن مورد نیاز بشر پرداخته می‌شود.

هماتیت

ویژگی ها و راه های شناسایی هماتیت

کانی هماتیت که مهمترین منبع تأمین آهن به شمار میرود یکی از اکسیدهای آهن با ترکیب شیمیایی Fe2O3 است که در همه‌ی انواع سنگ‌ها یعنی رسوبی، دگرگونی و آذرین یافت می‌شود.

هماتیت از نظر شکل ظاهری ممکن است بسیار متنوع باشد. این کانی می‌تواند جلای خاکی تا شبه فلزی داشته باشد. رنگ آن نیز در ابعاد ماکروسکوپی (قابل رؤیت با چشم غیرمسلح) در بازه‌ای از رنگ‌های قرمز، قهوه‌ای، سیاه، خاکستری و نقره‌ای قرار دارد. ساختار آن در طبیعت نیز می‌تواند به صورت‌های مختلفی از جمله متبلور، توده‌ای، خوشه‌ای، فیبری، دانه‌ای و … باشد.

در جدول زیر مهمترین ویژگی‌های فیزیکی-پترولوژیکی کانی هماتیت ذکر شده است:

رنگ خاکستری فلزی، قرمز خاکی تیره تا روشن، نقره‌ای تا تیره، قهوه‌ای
سختی (موس) ۵٫۵ الی ۶٫۵
چگالی ۵٫۳
رنگ خاکه قرمز مایل به قهوه‌ای
سیستم کریستالی سه وجهی
شکل تبلور شش ضلعی
کلیواژ (رَخ) ندارد؛ ممکن است به صورت بخشی رخ نشان دهد

یکی از مهمترین ویژگی‌های سنگ شناختی هماتیت رنگ خاکه‌ی آن است؛ به طوری که ممکن است کانی هماتیت در رنگ‌ها و اشکال مختلفی دیده شود ولی رنگ خاکه آن همواره رنگی مایل به قرمز است.

مگنتیت

خصوصیات و روش تشخیص کانی مگنتیت

مگنتیت در بین تمام کانی‌ها، دارای بیشترین میزان عنصر آهن است. این کانی دارای ترکیب شیمیایی Fe3O4 است و همانند هماتیت می‌تواند در انواع سنگ‌ها یعنی رسوبی، دگرگونی و آذرین حضور داشته باشد.


بیشتر بخوانید:


مگنتیت از معدود کانی‌هایی است که به آهنربا جذب می‌شود؛ بنابراین شناخت آن بسیار ساده است. مگنتیت معمولاً دارای جلای شبه فلزی تا فلزی و چرب است و به رنگ‌های تیره و بویژه سیاه رنگ دیده می‌شود.

در جدول زیر مهمترین ویژگی‌های فیزیکی-پترولوژیکی کانی مگنتیت ذکر شده است.

رنگ سیاه، خاکستری مایل به قهوه‌ای در جلوی نور خورشید
سختی (موس) ۵٫۵ الی ۶٫۵
چگالی ۵٫۲
رنگ خاکه سیاه
سیستم کریستالی همسان (مکعب مربع)
شکل تبلور شش ضلعی
کلیواژ (رَخ) ندارد؛ گاهی رخ نامعین

کانی مگنتیت را می‌توان قویترین آهنربای طبیعی برشمرد، و به همین دلیل نام مگنتیت (مگنت + یت = سنگ مغناطیسی) را بر روی آن گذاشته‌اند.

سنگ آهن چگونه تشکیل می‌شود؟

تقریباً تمامی ذخایر کانسار آهن عمده‌ی زمین، در سنگ‌هایی یافت می‌شود که در حدود ۱٫۸ میلیارد سال پیش تشکیل شده‌اند. در آن زمان اقیانوس‌ها سرشار از آهن محلول بوده‌اند و تقریباً هیچ اکسیژن محلولی در آن آبها وجود نداشه است. زمانی که نخستین ارگانیسم‌های قادر به فتوسنتز، شروع به آزاد کردن اکسیژن در آبها کرده‌اند، تشکیل کانسارهای سنگ آهن نیز آغاز شده است. اکسیژن و آهن محلول در آب به سرعت با یکدیگر واکنش می‌دهند و کانی‌های هماتیت و مگنتیت را ایجاد می‌کنند.

کانسار آهن نواری یا باندهای تشکیلات نواری سنگ آهن
لایه‌های رسوبی سنگ آهن، در تناوب با شیل و چرت. این ساختار به آهن نواری معروف است.

کانی‌های یاد شده، همراه با دیگر اکسیدهای فلزی در کف اقیانوس ها ته نشین شده و ساختاری را ایجاد می‌کنند که امروزه به آن کانسارهای آهن نواری یا تشکیلات نواری سنگ آهن (Banded Iron Formation) گفته می‌شود. علت ایجاد این ساختارهای نواری تناوب رسوبگذاری اکسیدهای آهن با کانی‌هایی نظیر سیلیس (Silica) و شیل (Shale) است. این تناوب ها می‌تواند حاصل تغییرات فصلی در فعالیت ارگانیسم‌ها و یا سایر دلایل زمین‌شناختی – زیستی باشد.

روش‌های شناسایی و تشخیص سنگ آهن

در گذشته، یکی از نخستین منابع استخراج نشهته‌های آهنی تورب‌های مردابی یا پوده خَلاش‌ها (peat bog) بوده است. تورب‌های مردابی به مرداب‌ها یا باتلاق‌های اسفنج مانندی گفته می‌شود که حاوی مقادیر زیادی زغال سنگ نارس هستند. در زیر چنین باتلاق‌هایی نهشته‌های غنی از سنگ آهن را می‌توان یافت. این نشهته‌ها منبع اصلی تولیدات فلزی عصر آهن بوده‌اند.

امروزه چنین ذخایری عموماً غیراقتصادی در نظر گرفته می‌شوند؛ علاوه بر این، حجم کم آن‌ها باعث می‌شود تا جوابگوی نیاز روز افزون انسان‌ها به منابع آهن نباشند.

از عصر آهن که صرف نظر کنیم، یکی از مهمترین نکات در تشخیص سنگ آهن، شستشوی نمونه‌ی محتمل، با استفاده از محلول آب و صابون و سپس خشک کردن آن جهت شناسایی ساده‌تر نمونه‌ی برداشت شده است. سنگ آهن درصورتی که در معرض اکسیژن قرار نگرفته باشد، به صورت لایه‌های فلزی و براق با رنگ خاکستری و نقره‌ای دیده می‌شود. شکل ظاهری آن نیز در صورتی که از نوع نواری باشد، به صورت لایه لایه و حالتی رگه مانند است.


بیشتر بخوانید: سفرنامه‌ی الماس؛ از سنگ معدن تا جواهر بی‌نظیر


ویژگی‌های سنگ شناسی کانی‌ها مانند چگالی و سختی موس، سیستم کریستالی، رنگ، رَخ، نوع شکستگی و … نیز می‌تواند در تشخیص آنها بسیار مؤثر باشد.

رنگ خاکه مایل به قرمز کانی هماتیت
رنگ خاکه کانی هماتیت که همواره به رنگ‌های قرمز و قهوه‌ای دیده می‌شود.

معمولاً هر کانی یک یا چند خصوصیت بسیار بارز دارد که آن را از دیگر کانی‌ها متمایز می‌کند. هماتیت و مگنتیت نیز به عنوان اصلی‌ترین کانی‌های سنگ آن ویژگی‌های منحصر به فردی دارند. مهمترین ویژگی جهت تشخیص هماتیت رنگ خاکه مایل به قرمز آن و مهمترین ویژگی مگنتیت خاصیت مغناطیسی بسیار قوی آن است.

خاصیت مغناطیسی و آهنربایی کانی مگنتیت
خاصیت مغناطیسی بسیار قوی کانی مگنتیت

یکی از دیگر راه‌های تشخیص سنگ آهن، مشاهده‌ی زنگ زدگی آن است. آهن وقتی در معرض هوای باز قرار گرفته باشد، شروع به واکنش می‌کند و اکسید می‌شود. پس وجود سنگ‌های زنگ زده در منطقه‌ای که حاوی سنگ آهن فراوان باشد، کاملاً طبیعی است. نکته‌ی مهم در مورد این سنگ‌های زنگ زده این است که حتی با وجود اینکه ممکن است دارای منافذ و شکستگی نباشند، از درون نیز اکسید می‌شوند و بنابراین ممکن است خاصیت مغناطیسی خود را از دست دهند.

سنگ آهن اکسید شده و زنگ زده
سنگ آهن اکسید شده (زنگ زده) در معرض هوای آزاد

در پایان مهمترین روش شناخت سنگ آهن و بویژه هماتیت و مگنتیت، تمرین دادن چشم به تشخیص این دو کانی است. یقیناً کسی که در این زمینه تخصص کافی دارد، حتی بدون استفاده از روش‌های فوق، قادر به شناسایی نمونه خواهد بود.

منابع:

geology.com

ourpastimes.com

Wikipedia.org

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *