高中地球科学/矿物开采与利用
当你买一卷铝箔或一些爽身粉时，你是否想过这些产品是如何制造的？可能没有。我们理所当然地接受了许多由矿物制成的日常用品。但是，在这些产品能够摆上货架之前，矿物必须从地下开采出来并制造成我们需要的材料。含有足够矿物以利于开采获利的矿床被称为矿石。矿石是含有大量有价值矿物的岩石。图3.26所示的铝土矿是一种含有用于制造铝的矿物的岩石。
- 解释矿物的开采方式。
- 描述如何从矿石中提炼金属。
- 概括宝石的用途。
- 识别一些有用的矿物。
地质学家需要找到隐藏在地下的矿石矿床。不同的地质过程会使矿产资源富集。他们研究地质构造，寻找可能含有矿石矿床的区域。他们测试土壤和岩石的物理和化学性质。例如，他们可能会测试岩石，以查看岩石是否具有磁性或含有某些化学元素。然后，地质学家绘制他们发现的地图，以确定可能的矿石矿床。如今，卫星为地质学家完成了一些工作。卫星比地面上的地质学家更快地绘制大面积区域的地图。
发现矿床后，地质学家会确定其大小。他们还会计算他们认为从开采矿床中获得多少有价值的矿物。只有当开采有利可图时，才会开采矿物。如果开采矿石有利可图，他们会决定开采方式。两种主要的开采方法是露天开采和地下开采。
露天开采用于获取靠近地表的地表矿石。覆盖矿石的土壤和岩石通过爆破移除。通常，剩余的矿石被钻探或爆破，以便大型机器可以将破碎的岩石装载到卡车中。卡车将岩石运送到工厂，在那里将矿石与其他岩石分离。露天开采包括露天开采、采石和剥采。
顾名思义，露天开采会创建一个巨大的采坑，从中开采矿石。图3.27显示了俄罗斯的一座露天钻石矿。采坑的规模会不断扩大，直到开采剩余矿石不再有利可图为止。露天矿与采坑矿类似，但矿石是按大块条带开采的。采石场是一种露天开采，生产用于建造建筑物的岩石和矿物。
砂矿是有价值的矿物，它们聚集在河流砾石中，无论是现代河流还是古代河床。加利福尼亚州的昵称“金州”可以追溯到1848年发现砂金。吸引来自世界各地的淘金者的黄金从坚硬的岩石中风化出来，沿着河流向下游移动，然后沉积在冲积层中。黄金起源于西塞拉内华达山脉的变质带，该地区也含有铜、铅锌、银、铬铁矿和其他有价值矿物的矿床。目前，加利福尼亚州有活跃的金矿和银矿，还有砂石等非金属矿物，用于建筑。
地下开采用于开采位于地球表面深处的矿石。对于深层矿床，移除覆盖矿石的所有岩石可能成本过高。地下矿可以非常深。南非最深的黄金矿深达3,700多米！（超过2英里！）地下开采方法多种多样。这些方法比露天开采成本更高，因为要在岩石中开凿隧道，以便矿工和设备能够到达矿石。地下开采是一项危险的工作。新鲜空气和灯光也必须被送入隧道供矿工使用。矿工在地下工作时会吸入大量颗粒和粉尘。矿石被钻探、爆破或从周围岩石中切割出来，然后从隧道中运出。有时会有爆炸，有时矿井在钻探或爆破矿石时会塌陷。
采矿为人们提供了许多需要的资源，但需要注意减少采矿对环境的影响。采矿结束后，矿区周围的区域应该恢复到其自然状态。恢复自然区域的过程被称为复垦。种植本地植物。采坑矿可以被回填或重新塑造，以便再次成为自然区域。它们也可以被允许注水，成为湖泊。它们也可以被改造成垃圾填埋场。地下矿可以被封存，也可以作为蝙蝠的栖息地而保持开放状态。
采矿会导致污染。从采矿中释放的化学物质会污染附近的水源。图3.28显示了被附近矿山污染的水。美国政府制定了矿山必须遵守的标准，以保护水质。明智地使用矿产资源也很重要。地球上新的矿床形成需要数百万年，因此它们是不可再生资源。
我们依赖于铝、铜、铁和金等金属。环顾四周。有多少物品有金属部件？请务必包括任何使用电力的物品。金属被用于你电脑内部的微小部件和大型建筑物的外墙，例如图3.29所示的建筑物。无论是用于你喝水的铝罐还是电脑中的铜线，金属最初都是矿石。但矿石变成可用金属的旅程，从矿石离开矿山才刚刚开始。
采矿会产生包含矿石的岩石和不包含矿石的其他岩石的混合物。因此，必须将矿石与不需要的岩石分离。然后，需要将矿物从矿石中分离出来。一旦矿物从不需要的材料中分离出来，工作还没有完成。
大多数矿物不是纯金属，而是含有金属和其他元素的化合物。矿物必须经过化学反应才能制成纯金属。为了使反应发生，必须在熔化的矿石中添加化学物质。熔化矿石需要高温。想想你在家里使用铝箔的方式。它被放入高温烤箱中，在烤架上用火焰加热，但不会融化。制造铝需要大量的能量。制造纯铝需要超过900°C的温度。然后，需要大量的电力将铝与其他元素分离，从而生产出纯铝。如果你回收了40个铝罐，你将节省一加仑汽油的能量。我们每年使用超过800亿个罐子。如果所有这些罐子都被回收利用，我们将节省20亿加仑汽油的能量！
有些矿物因为漂亮而变得有价值。玉在古代中国已有数千年的使用历史。北美原住民从古代就开始用绿松石装饰物品。玉、绿松石、钻石和祖母绿等矿物是宝石。宝石是一种被切割和抛光以用于珠宝的材料。许多宝石，例如图3.30所示的宝石，是矿物。
除了漂亮之外，宝石还很稀有，不容易断裂或刮伤。通常，更稀有的宝石价值更高。其他因素，如宝石的受欢迎程度、大小和切割方式也会影响其价值。
大多数宝石在自然界中被发现后并不完全被使用。宝石通常需要切割和抛光。图 3.31 显示了一块未切割的红宝石和一块经过切割和抛光的红宝石。矿物沿表面分裂或解理的方式决定了如何切割它以产生光滑的表面。请注意，切割和抛光的红宝石看起来更闪亮。宝石看起来闪亮是因为光线在碰到它们时会反射回来。一些光线会穿过一些宝石，例如红宝石和钻石。这些宝石的切割方式是为了尽可能地反射最多的光线。光线不会穿过不透明的宝石，例如绿松石。因此，这些宝石的切割方式与钻石和红宝石不同。
宝石以其在珠宝中的用途而闻名，但它们还有其他用途。大多数钻石实际上不用作宝石。钻石被用来切割和抛光其他材料，如玻璃和金属，因为它们非常坚硬。刚玉矿物，其中红宝石和蓝宝石是变种，用于砂纸等产品。合成红宝石和蓝宝石也用于激光。
金属和宝石通常有光泽，所以它们会吸引你的眼球。我们日常使用的许多矿物并不那么引人注目。例如，你街区的建筑物如果没有矿物就无法建成。你家里的墙壁可能使用石膏矿物来制作石膏板。你窗户上的玻璃是用沙子制成的，而沙子主要由石英矿物组成。滑石曾经被广泛用于制造爽身粉。卤石矿物被开采用于岩盐。钻石被用作宝石，但通常用于钻头和锯片以提高其切割能力。铜用于电线，而铝土矿是你的汽水罐中铝的来源。
- 地质学家使用多种方法来寻找有利可图的矿床。
- 靠近地表的矿石通过露天开采方法开采。深埋地下的矿石通过地下开采方法开采。
- 金属矿石必须熔化才能制成金属。
- 许多宝石被切割和抛光以增加它们的美丽。
- 矿物在各种用途。
- 什么类型的开采方法用于提取靠近地球表面的矿石？
- 描述露天开采中使用的一些方法。
- 地下开采的一些缺点是什么？
- 在采矿后，可以采取哪些措施来恢复或恢复一个地区的自然状态？
- 从矿石中提取纯金属需要哪些步骤？
- 是什么让宝石变得有价值？
- 宝石
- 任何被切割和抛光以用于珠宝的材料。
- 矿石
- 包含足够矿物以进行开采以获利的矿床。
- 所有矿床都是矿石吗？
- 一个露天钻石矿有一天可能会变成一个地下矿。为什么会这样？
- 钻石并不一定是稀有的宝石。为什么人们比大多数其他宝石更看重钻石？