Διαχρονική σημασία των ορυκτών

Μέταλλα, ορυκτά και πετρώματα:                                    

Λεπίδες οψιδιανού από τη Φυλακωπή Μήλου (πηγή: Μεταλλευτικό μουσείο Μήλου). Από την 8η χιλιετία π.Χ. αυτό το ηφαιστειακό γυαλί εξορρυσόταν στη Μήλο για την παραγωγή εργαλείων και όπλων που εξάγονταν σε ηπειρωτικά και νησιωτικά τμήματα της ΜεσογείουΣυστατικά της οικονομίας μας από την εποχή του λίθου έως σήμερα

Δεν είναι καθόλου τυχαίο ότι η διάκριση των μεγάλων χρονικών ενοτήτων της ανθρώπινης προϊστορίας έγινε με βάση τη χρήση λίθων και ορισμένων μετάλλων, που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή εργαλείων και σκευών.

Κατά την Εποχή του Λίθου ο άνθρωπος χρησιμοποίησε διάφορα είδη πετρωμάτων για την κατασκευή εργαλείων. Ο πυριτιόλιθος και ο οψιδιανός ήταν απαραίτητα σαν πρώτη ύλη για να κατασκευάσει ξέστρα, σφυριά, κοπείς, λιάνιστρα, αιχμές.

Αργότερα χρησιμοποίησε λίθο για αγάλματα, διακοσμητικά υλικά, σκεύη, λίθινα αγγεία. Πετρώματα όπως μάρμαρα, πράσινος πορφυρικός ανδεσίτης, αλάβαστρο, άργιλος για την παραγωγή κεραμικών, ασβεστόλιθοι, στεατίτης χρησιμοποιήθηκαν από την αρχαιότητα και χρησιμοποιούνται έως σήμερα.

Λεπίδες από πυριτιόλιθο από τον Προϊστορικό Οικισμό Ηραίου της Σάμου	Πέλεκυς από Τριαδικό μεταβωξίτη από τις Σίσσες Κρήτης (φωτό Ν. Σκαρπέλης). Ενα από τα ελάχιστα εργαλεία από μετάλλευμα μεταβωξίτη (και σμύριδας)

 

Ξέρετε ότι: Σημαντικά μνημεία της αρχαιότητας χρειάστηκαν μεγάλες ποσότητες δμικών και διακοσμητικών υλικών για την κατασκευής τους. Σήμερα για την κστασκευή ενός σπιτιού χρειάζονται εκατοντάδες τόννοι αδρανών υλικών.   Τεράστιες ποσότητες από χαλίκι, άμμο και τσιμέντο απαιτούνται για την κατασκευή κτηρίων, δρόμων, γεφυρών, σιδηροδρομικών γραμμών και γενικά μεγάλων τεχνικών έργων (π.χ. Φράγμα Πολυφύτου, γέφυρα Ρίου – Αντιρρίου).

 

Ο Χαλκός, η Εποχή του Χαλκού και η διαχρονική του αξία

Η εισαγωγή μεταλλικών εργαλείων επέτρεψε στον άνθρωπο να κάνει ορισμένες εργασίες (π.χ. κοπή, διάτρηση, λείανση υλικών) για τις οποίες χρησιμοποιούσε λίθινα εργαλεία με μεγαλύτερη ακρίβεια, ευκολία και ταχύτητα. Κορυφαίες στιγμές για τη μετάβαση στη χρήση των μετάλλων υπήρξαν η χρήση του χαλκού και η ανακάλυψη της τεχνικής παραγωγής χάλυβα. Αυτά τα γεγονότα οδήγησαν στο θρίαμβο των μετάλλων. Η χρήση μετάλλων, ορυκτών και ορυκτών υλών για παραγωγή ενέργειας συνοδεύθηκε από ραγδαία τεχνολογική εξέλιξη. Από τότε και μετά η χρήση μετάλλων και η ανάπτυξη της οικονομίας είχαν παράλληλη πορεία. Παράλληλη υπήρξε και η πολιτιστική ανάπτυξη της ανθρώπινης κοινωνίας.

Χάλκινο μακεδονικό τετράδραχμο του Φιλίππου (348-342 π.Χ.)O χαλκός και τα κράματά του [μπρούντζος (bronze) ή κρατέρωμα: χαλκός-κασσίτερος, ορείχαλκος: χαλκός- ψευδάργυρος] έχουν χρησιμοποιηθεί από τον άνθρωπο για περισσότερα από 6.000 έτη. Ο «αυτοφυής χαλκός» ήταν το πρώτο μεταλλικό ορυκτό, που αξιοποιήθηκε για την παραγωγή αυτού του μετάλλου. Αργότερα, ανακαλύφθηκε μία μεταλλουργική τεχνική για την ανάκτηση χαλκού από οξείδιά του. Οι φυσικοχημικές ιδιότητες του χαλκού βοήθησαν για να χρησιμοποιηθεί σε πολλές εφαρμογές, που συνέβαλαν σημαντικά στην ανάπτυξη του πολιτισμού και της οικονομίας. Ο χαλκός χρησιμοποιήθηκε κατ΄ αρχήν για την κατασκευή νομισμάτων και κοσμημάτων και περίπου από την 5η χιλιετία π.Χ. συνέβαλε στη μετάβαση του πολιτισμού από την Εποχή του Λίθου στην Εποχή των μετάλλων. Κράματά του με αρσενικό (arsenical copper) και κασσίτερο (bronze) χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή εργαλείων και όπλων.

Από τότε και έως σήμερα ο χαλκός βρίσκει συνεχώς περισσότερες εφαρμογές και η ζήτησή του αυξάνεται. Σήμερα, ο χαλκός έχει εφαρμογές σε συστήματα μεταφοράς ηλεκτρισμού, σε ηλεκτρικές και ηλεκτρονικές συσκευές, συστήματα θέρμανσης και ψύξης, στην κατασκευή αυτοκινήτων και μηχανών και άλλες πολλές. Είναι γνωστός για τη φυσική αντιβακτηριακή του δράση, για τη σημασία του στη νομισματοποιϊα, την κατασκευή αγαλμάτων, μουσικών οργάνων και μαγειρικών σκευών.    

Ξέρετε ότι: Περισσότερο από 65% του χαλκού που παράγεται κάθε χρόνο στον κόσμο χρησιμοποιείται σε ηλεκτρικές εφαρμογές. Αν δεν υπήρχαν καλώδια χαλκού, δεν θα μπορούσες να έχεις ηλεκτρικό ρεύμα στο σπίτι ή στο σχολείο, στο γραφείο ή στη βιομηχανία.   Περίπου 7% της παγκόσμιας παραγωγής χαλκού κατευθύνεται στα μέσα μεταφοράς. Ενα αυτοκίνητο μεσαίου κυβισμού χρειάζεται περίπου 30 κιλά χαλκού για καλώδια και εξαρτήματα. Για μία ανεμογεννήτρια 3 megawatt απαιτούνται 9,9 τόννοι χαλκού, που αντιστοιχεί σε περίπου 2.000 τόννους χαλκούχου πετρώματος. Αν δεν υπήρχε χαλκός δεν θα υπήρχαν ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς, αυτοκίνητα και πλήθος απαραίτητων συσκευών και μηχανών.

 

Ο Σίδηρος

H εποχή του Σιδήρου αρχίζει γύρω στο 1350 π.Χ. και φθάνει έως τον 7ο αιώνα π.Χ. Το παλαιότερο σιδερένιο αντικείμενο μορφοποιημένο με σφυρηλάτηση σιδήρου είναι ένα μαχαίρι που βρέθηκε στην Αύγυπτο και πιστεύεται ότι κατασκευάσθηκε από μεταλλοτεχνίτες της Αρχαίας Ανατολίας κατά τον 14ο αιώνα π.Χ.

Η εποχή του Σιδήρου σημαδεύει εκείνη την περίοδο της ιστορίας κατά την οποία οι άνθρωποι έκαναν χρήση του σιδήρου για την κατασκευή εργαλείων και όπλων. Παρ’ όλα αυτά ο χαλκός συνέχισε να βρίσκει πολλές εφαρμογές στην καθημερινή ζωή. Είχαν γίνει πολλές προσπάθειες για την εκμετάλλευση του σιδήρου στο παρελθόν, μόνο που αυτό δεν κατέστη δυνατό πριν από τον 14ο αιώνα π.Χ., γιατί η τήξη του σιδήρου από το σιδηρομετάλλευμα απαιτεί μια θερμοκρασία 1535^οC, την οποία οι παλαιότεροι μεταλλουργοί δεν ήταν σε θέση να πετύχουν.

Ο σίδηρος που παράχθηκε εκείνες τις χιλιετίες ήταν αρκετά σκληρότερος από το καθαρό μέταλλο (Fe), επειδή η σφυρηλάτησή του γινόταν σε φωτιά από καύση ξυλοκάρβουνου, που ήταν πηγή του άνθρακα. Έτσι, προέκυψε ο «χάλυβας». Αυτό το είδος σκληρού σιδήρου άρχισε να παράγεται σε ικανές ποσότητες περίπου από το 1000 π.Χ. Κατά διάφορες απόψεις αυτή η χρονολογία πρέπει να θεωρείται ορόσημο για την έναρξη της εποχής του σιδήρου στον ελλαδικό χώρο.

O σίδηρος παράγεται ανέκαθεν από κατεργασία σιδηρομεταλλεύματος, που αποτελείται κυρίως από τα ορυκτά μαγνητίτη (Fe₃O₄) και αιματίτη (Fe₂O₃). Ο σίδηρος με τη μορφή του σκληρού χάλυβα αποτελούσε την κύρια πρώτη ύλη για την κατασκευή των εργαλείων, τα οποία χρησιμοποιούσαν οι τεχνίτες στην οικοδομή, στις κατασκευές, στη ναυπηγική και σε όλες τις άλλες δραστηριότητες της καθημερινής ζωής (τσεκούρια, αξίνες, δρεπάνια, εγχειρίδια, ξυράφια κ.τ.λ).

Η ανακάλυψη του σιδήρου απετέλεσε πραγματική επανάσταση και στη μέχρι τότε τέχνη του πολέμου, αφού σιδερένια ξίφη, λόγχες, αιχμές και άλλα αντικείμενα χρήσιμα στις μάχες αντικατέστησαν τα χάλκινα όπλα, τα οποία ήταν λιγότερο ανθεκτικά και σκληρά.

Ξέρετε ότι: Τα σιδηρομεταλλεύματα είναι πηγή του σιδήρου για την παγκόσμια βιομηχανία σιδήρου και χάλυβα. Σήμερα εξορύσσονται σε όλο τον κόσμο περί τους 3 δισεκατ. τόννους σιδηρομεταλλεύματος με τα παγκόσμια αποθέματα να αγγίζουν τα 170 δισεκατ. τόννους. Κορυφαία στην παραγωγή είναι η Κίνα με περίπου 1 δισεκατ. τόννους ανά έτος.

 

Χρυσός:  Τόσο παλαιό μέταλλο και όμως συνεχίζει να λάμπει

Ο χρυσός είναι το πρώτο μέταλλο που χρησιμοποιήθηκε από τον άνθρωπο, με μία πρώϊμη εκμετάλλευση στη Νεολιθική περίοδο. Λόγω της μηχανικής του συμπεριφοράς, της χημικής του αδράνειας και της λάμψης του, χρησιμοποιείται για διακοσμητικούς σκοπούς και για κοσμήματα ίσως για περισσότερο από 8.000 χρόνια.
Το μυθικό αυτό μέταλλο παραμένει το σύμβολο της δύναμης και της λάμψης του φωτός. Η κατοχή αντικειμένων από χρυσό αποτελεί διαχρονικά στόχο πολλών ανθρώπων, από τους απλούς πολίτες που εντυπωσιάζονται από τη λάμψη του και ενδιαφέρονται για τη διαχρονική εμπορική του αξία, έως τους άρχοντες που το θεωρούν σύμβολο της δύναμής τους και το μετατρέπουν σε εργαλείο για να επιτύχουν τον έλεγχο του χρήματος και της αγοράς προϊόντων και υπηρεσιών.

Υπάρχει ένα πλήθος από μύθους που δείχνουν την έλξη του ανθρώπου για το μέταλλο. Η μυθολογία είναι γεμάτη από αναφορές για τη σχέση των θεών με τους θνητούς π.χ. μεταμφίεση του Δία σε χρυσή βροχή για να κατακτήσει τη Δανάη, καλλονή από το Αργος, ο άθλος του Ηρακλή με τα χρυσά Μήλα των Εσπερίδων, το χρυσόμαλλο δέρας και ο μύθος του Φρίξου και της Ελλης, αλλά και η πλεονεξία του βασιλιά της Φρυγίας Μίδα και η σωτηρία του στον ποταμό Πακτωλό. Σε όλο τον κόσμο καταγράφονται μύθοι και σημαντικά ιστορικά γεγονότα που δείχνουν την ισχύ του μετάλλου.
Ανεξάρτητα από το γεγονός ότι ο χρυσός μπορεί να αποκαλύπτει σε αρκετές περιπτώσεις τη ματαιοδοξία που χαρακτηρίζει γενικά τη συμπεριφορά ανθρώπων που έχουν τη δυνατότητα να τον αγοράζουν, να τον επιδεικνύουν ή χρησιμοποιούν, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι στο μέταλλο αυτό - όπως συμβαίνει και με άλλες ορυκτές ύλες - οφείλουν την επιβίωσή τους πολλά εκατομμύρια άλλων ανθρώπων που συνέλεγαν ή ακόμη και σήμερα συλλέγουν ψήγματα από προσχώσεις ή εργάζονται στα αντίστοιχα μεταλλεία για την εξόρυξη χρυσοφόρων μεταλλευμάτων. Και δεν μπορεί να αγνοηθεί το γεγονός ότι μοναδικά για την ομορφιά τους κοσμήματα και χρηστικά αντικείμενα κατασκευάσθηκαν σε όλο τον κόσμο, σε όλες τις εποχές από χρυσό. Aξιοσημείωτο είναι ότι ο χρυσός βρίσκει συνεχώς νέες καινοτόμες εφαρμογές σε τομείς της ιατρικής και ηλεκτρονικής.

Για αιώνες, όπως και ο χαλκός, ο χρυσός συλλέγονταν σε αυτοφυή μορφή και χρησιμοποιούνταν χωρίς επεξεργασία. Η εξέλιξη της μεταλλουργίας χρυσού δίνει τη δυνατότητα ανάκτησης του μετάλλου που βρίσκεται σε αυτοφυή μεν μορφή (ελεύθερος χρυσός) αλλά σε πολύ μικρό μέγεθος κόκκων ή ακόμη και όταν είναι εγκλωβισμένος με μορφή ιόντων στην κρυσταλλική δομή διαφόρων ορυκτών (αόρατος ή δυσκατέργαστος χρυσός).
Σήμερα ο χρυσός χρησιμοποιείται κυρίως για την κατασκευή κοσμημάτων και για τραπεζικές επενδύσεις (περίπου το 70% της κατανάλωσης) και σε μικρότερο ποσοστό για ηλεκτρονικές και διάφορες βιομηχανικές εφαρμογές, την κατασκευή μεταλλίων, νομισμάτων και την οδοντιατρική.

 

Η αύξηση της ζήτησης ορυκτών υλών

Η κατανάλωση ορυκτών υλών πριν τη μεγάλη βιομηχανική επανάσταση του 19ου αιώνα σε σχέση με την κατανάλωση στη σημερινή εποχή ήταν πολύ μικρή. Για χιλιετίες τα μέταλλα ήταν είδη υψηλής αξίας σε ανεπάρκεια. Αναφέρεται ότι στο διάστημα του 5ου έως τον 15ο αιώνα μ.Χ., δηλαδή επί 1000 χρόνια, υπήρξε παραγωγή και κατανάλωση περίπου 2.500 τόνων χρυσού. Ομως, η ζήτηση αυξήθηκε σταδιακά έτσι ώστε η παγκόσμια κατανάλωση χρυσού μόνον το έτος 2012 να έχει φθάσει τους 4.386 τόννους, ενώ το 2023 η ζήτηση έφθασε τους 4899 τόνους (World Gold Council).
Αναφέρεται δε χαρακτηριστικά ότι η ποσότητα ορυκτών υλών που απαιτήθηκε από τον 2ο παγκόσμιο Πόλεμο και μετά ήταν περίπου ίση με την ποσότητα ορυκτών υλών που είχε καταναλώσει όλη η ανθρωπότητα έως τότε

Η αύξηση της κατανάλωσης χαλκού στον κόσμο κατά τον 20ο αιώνα (πηγή: Wikipedia)Για όλες τις ορυκτές ύλες παρατηρείται τάση ραγδαίας αύξησης της ζήτησης και κατανάλωσης, σαν αποτέλεσμα της αύξησης του πληθυσμού της γης, της τεχνολογικής εξέλιξης και της ανόδου του βιοτικού επιπέδου των ανθρώπων.
Ο χαλκός είναι μία χαρακτηριστική περίπτωση. Υπάρχει πρόβλεψη ότι η παγκόσμια κατανάλωση χαλκού το 2020 θα φθάσει τους 27 εκατ. τόννους, όταν το 2010 ήταν 19.4 εκατ. τόννοι και το 1998 ήταν 12.2 εκατ. τόννοι. Η κατάσταση αυτή δημιουργεί ανάγκη για έρευνα εντοπισμού νέων κοιτασμάτων, ανάπτυξη νέων μεταλλείων και ένταση της ανακύκλωσης. O εντοπισμός νέων κοιτασμάτων (mineral exploration), η αξιολόγησή τους, η εξόρυξη και παραγωγή τελικών προϊόντων καθώς και η προστασία του περιβάλλοντος από μεταλλευτικές δραστηριότητες, αποτελούν πρωταρχικούς στόχους των κοιτασματολόγων, των μεταλλειολόγων-μεταλλουργών και των μηχανικών ορυκτών πόρων.

Η πιθανότητα περιορισμένης προσφοράς ορυκτών και μετάλλων στο μέλλον σε σχέση με την αύξηση της κατανάλωσης, ιδιαίτερα αυτών που χρειάζεται η υψηλή τεχνολογία, καθιστά αναγκαία την εντατικοποίηση της έρευνας εντοπισμού τους και επομένως δημιουργεί πρόσθετες υποχρεώσεις για τους γεωεπιστήμονες και τους μηχανικούς, έτσι ώστε να τροφοδοτείται κανονικά η παγκόσμια οικονομία. Με τα σημερινά τεχνολογικά δεδομένα, η έρευνα για ανακάλυψη νέων κοιτασμάτων, η εξόρυξη με εφαρμογή κανόνων βιώσιμης ανάπτυξης, η χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και η επέκταση της ανακύκλωσης μετάλλων είναι απαραίτητες για να υπάρξει δυνατότητα κάλυψης των μελλοντικών αναγκών της ανθρωπότητας.

Βέβαια, η εξέλιξη της τεχνολογίας οδηγεί - σε ορισμένες περιπτώσεις - σε σημαντική μείωση της χρήσης μίας ορυκτής ύλης ή υποκατάσταση μίας ορυκτής ύλης από άλλη, που είναι δυσκολότερο να παραχθεί. Για παράδειγμα: τα καλώδια του τηλεφώνου αντικαταστάθηκαν από οπτικές ίνες κατασκευασμένες από πυρίτιο. Η μεταφορά σήματος με ασύρματη τεχνολογία (ραδιοφωνικές κεραίες ή δορυφόροι) μείωσε σημαντικά την κατανάλωση της αντίστοιχης ύλης.

 

Ξέρετε ότι: Για την παραγωγή πράσινης ενέργειας από τον ήλιο επεκτείνεται συνεχώς σήμερα η χρήση φωτοβολταϊκών συστημάτων. Για την κατασκευή των φωτοβολταϊκών αυτών απαιτούνται μέταλλα ή ορυκτά προϊόντα, όπως: Αρσενίδια γαλλίου για ημιαγωγούς, αλουμίνιο, ορυκτά βορίου, κάδμιο, ίνδιο, σελήνιο, τελλούριο και γάλλιο για ηλιακά κύτταρα, κωκ για την παραγωγή χάλυβα, χαλκός για καλώδια, σίδηρος για τον χάλυβα, μολυβδένιο για φωτοβολταϊκά κύτταρα, μόλυβδος για συσσωρευτές.   Ενα κινητό τηλέφωνο απαιτεί: Αρσενίδιο του γαλλίου, χαλκό, ενώσεις μαγνησίου, μικρές ποσότητες χρυσού και παλλαδίου, άργυρο, βολφράμιο και προϊόντα που παράγονται από επεξεργασία πετρελαίου.     Για να κατασκευασθεί και εγκατασταθεί μία ανεμογεννήτρια χρειάζονται: Aλουμίνιο (παράγεται από επεξεργασία βωξίτη), Σπάνιες Γαίες για μαγνήτες και συσσωρευτές, Κοβάλτιο για συσσωρευτές, σίδηρος-μαγγάνιο-Μολυβδένιο για χάλυβα, Χαλκός για καλώδια, Κώκ (παραπροϊόν επεξεργασίας λιθάνθρακα) για την παραγωγή χάλυβα, Χαλίκι και άμμος για το μπετόν, Γύψος, Ασβεστόλιθος και Αργιλικά για τσιμέντο, Ψευδάργυρος για γαλβανικά στοιχεία.   Για ένα υβριδικό αυτοκίνητο χρειάζονται κυρίως: Aλουμίνιο (παράγεται με επεξεργασία βωξίτη), χρώμιο, σίδηρος-μαγγάνιο-μολυβδαίνιο-νικέλιο για τα χαλύβδινα μέρη, κάδμιο-κοβάλτιο-μόλυβδο-λίθιο-νικέλιο για συσσωρευτές, χαλκός και βολφράμιο για καλώδια, κώκ (παραπροϊόν επεξεργασίας λιθάνθρακα) για την παραγωγή χάλυβα, Σπάνιες Γαίες (Λανθάνιο για συσσωρευτές και Νεοδύμιο για ηλεκτρικά μοτέρ), ψευδάργυρος για γαλβανικά στοιχεία, χαλκός και βανάδιο για διάφορα κράματα

 

Ορυκτά στους πυθμένες των ωκεανών: μία μελλοντική πηγή μετάλλων

Μετά από έρευνα δεκαετιών έχει προκύψει ότι ο πυθμένας των ωκεανών, σε βάθη μερικών χιλιάδων μέτρων, φιλοξενεί πολύ μεγάλες ποσότητες ορυκτών, από τα οποία είναι δυνατή η ανάκτηση μετάλλων, όπως μαγγάνιο, χαλκός, νικέλιο, κοβάλτιο, χρυσός και αρκετά άλλα στοιχεία κρίσιμα για την τεχνολογία, όπως οι σπάνιες γαίες. Η εκμετάλλευση αυτών των ορυκτών υλών αποτελεί έναν παλαιό στόχο, αλλά θα γίνει εφικτή με τη βελτίωση της τεχνολογίας εξόρυξης και ενδεχομένως με υψηλότερες τιμές των μετάλλων. Ο αριθμός των γνωστών υποθαλάσσιων μεταλλοφόρων πεδίων έχει διπλασιασθεί την τελευταία δεκαετία, φθάνοντας τα 521.

Ενα πρόσφατο ερευνητικό πρόγραμμα για αξιολόγηση ενός μεταλλοφόρου πεδίου στον πυθμένα της Θάλασσας Bismarck (Papua New Guinea) από την εταιρεία Nautilus Minerals Inc. είχε θετικά αποτελέσματα και ενδέχεται να επεκταθεί στον υποθαλάσσιο χώρο κοντά στα νησιά Fiji, New Zealand και Tonga.
Στόχος είναι η μεταφορά του μεταλλοφόρου υλικού από τον πυθμένα, πάνω σε πλοία με χρήση υδραυλικών αντλιών και η επεξεργασία επί τόπου για την ανάκτηση μετάλλων. Σε θειούχες αποθέσεις τοπικά αναφέρονται συγκεντρώσεις χαλκού της τάξης του 11%, ψευδαργύρου 6.5%, χρυσού 10γρ/τόννο, και αργύρου 112γρ/τόννο, οι οποίες θεωρούνται πολύ υψηλές.

Φωτογραφία δείγματος από το μετάλλευμα (αριστερά) και χάρτης που δείχνει τη γεωγραφική θέση του μεταλλοφόρου πεδίου (δεξιά) (πηγή: http://www.nautilusminerals.com/s/Home.asp)