معدنکاری و کشاورزی صنایع پایه کشور هاست. کشاورزی مواد اولیه خوراکی، پوشاکی و تا حدودی بعضی مصالح ساختمانی را تعمین می کند ولی به کمک معدنکاری، مواد اولیه مورد نیاز صنایع مختلف تامین می شود. مواد اساسی ساختمان سازی نظیر سنگ های طبیعی، ماسه، رس و مواد اولیه سیمان، با فعالیت های معدنی تامین می شود. تهیه تمام سوخت ها مثل گاز طبیعی، نفت و زغالسنگ، زمینه دیگری از فعالیت های معدنی است. به عنوان نمونه دیگری از کارهای معدنی، میتوان از استخراج گوگرد، زغالسنگ، مواد دیر گداز، طلا، نقره، مس، سرب، روی، آهن و آلومینیوم، که اهمیت آنها در صنایع بر کسی پوشیده نیست، نام برد.

معدن چیست؟

شاید کمتر کسی بتواند معدن را به درستی تعریف کند. در بسیاری موارد در رسانه های گروهی میخوانیم و یا میشنویم که مثلا «یک معدن بزرگ مس کشف شد». واضح است که چنین مطلبی صحیح نیست، زیرا اگر به محلی معدن گفته می شود، بایستی سال ها پیش کشف شده باشد. به طور کلی برای اینکه یک استعداد بالقوه موجود در طبیعت که به آن کانسار می گوییم به یک معدن تبدیل شود، کانسار است نه معدن. پس از پی جویی و اکتشاف کانسار و آگاهی از اینکه که کانسار در شرایط فنی و اقتصادی موجود قابل بهره برداری است، بایستی معدن طراحی شود. یعنی اینکه ابتدا مشخص شود بهترین راه دست یابی به ماده معدنی چیست. پس از طراحی و انجام حفریات آماده سازی و احداث شبکه معدن، که معمولا چندین سال طول می کشد، آنگاه میتوان محل مورد نظر را معدن نامید.

گذری بر سوابق تاریخ معدنکاری

معدنکاری یکی از قدیمی ترین فعالیت هایی است که توسط بشر اولیه انجام گرفته است از جمله کارهای معدنی قدیمی میتوان جدا کردن طلا از شن های رودخانه، استخراج و ذوب کانی های مس و استفاده از قیر طبیعی را نام برد. اولین کارهای معدنی به صورت ترانشه و حفره های روباز بوده است. بعدها، بشر روش‌های زیرزمینی را برای استخراج کانسنگ های فلزی به کار برد و تا اعماق ۱۵ تا ۲۰ متری در داخل زمین فرو رفت. ابزاری که برای این حفاری‌ها مورد استفاده قرار می گرفت، کلنگ هایی بود که با استفاده از سنگ های آتشزنه ساخته می شد بر اساس اطلاعات موجود، اولین فعالیت های معدنی توسط مصریان برای استخراج فیروزه در شبه جزیره سینا در حدود ۳۴۰۰ سال قبل میلاد انجام شده است. تحقیقات تاریخی نشان داده است که در حدود ۳۵۰۰ سال قبل از میلاد مسیح، نقره توسط بابری ها استخراج می شده و به عنوان واحد پول به کار میرفته است. در زمان های قدیم قسمت عمده طلا از جنوب سودان استخراج می‌شده است. برای استخراج طلا، چاه‌های کوچکی حفر و سپس مخلوط طلا و شن به وسیله سینی های چدنی و به روش شست و شو از هم جدا می شده است.

به نظر میرسد که کار استخراج معادن طلا از حدود ۴۰۰۰ سال قبل در این منطقه آزاد شده باشد.اولین آهنی که در صنعت به کار رفته، از نوع سنگ های آسمانی بوده است و با توجه به نادر بودن این سنگ ها، قیمت آهن اولیه از طلا نیز گرانتر بوده است.

فن استخراج آب های زیرزمینی به وسیله قنوات را می‌توان جزو اولین کارهای معدنکاری در نظر گرفت که مبتکر آن ایرانیان بوده اند. با توجه به آنکه طول این قنات ها در بعضی از نواحی ایران مرکزی به حدود ۶۰ کیلومتر میرسد، اهمیت این فن بیشتر مشخص می شود. در بسیاری از معادن فعلی ایران، آثار معدنکاری قدیمی دیده می‌شود که آنها را کارهای شدادی میخوانند. از جمله این معادن می‌توان معادن سرب و روی تخلک (حوالی انارک)، معدن سرب آهنگران (حوالی ملایر)، معدن مس عباس‌آباد (از توابع شاهرود)، معدن سرب و روی ایران کوه (نزدیکی اصفهان) و معدن سرب و روی نمار (حوالی ده نمار از توابع بلده) را نام برد.

با اکتشاف معادن طلا در کالیفرنیا (۱۸۴۸ میلادی)، آفریقای جنوبی (۱۸۷۵ میلادی)، استرالیا (۱۸۸۲ میلادی) و کانادا (۱۸۹۶ میلادی)، صنعت معدن قدم‌های بزرگی در راه تکامل برداشت، به طوری که امروزه در تمام زمینه ها، از اکتشاف گرفته تا لوازم و وسایل استخراج و کارخانه جات کانه آرایی، یکی از مدرن ترین صنایع به شمار می‌آید.

تاریخچه معدنکاری در جهان

ارتباط مواد معدنی با رفاه و آسایش بشر آن چنان قدمتی دارد که محققان اعصار فرهنگی بشر را بر اساس مواد معدنی تقسیم بندی کرده اند (این اعصار به ترتیب عبارتند از: عصر حجر تا ۴۰۰۰ سال قبل از میلاد، عصر برنز از ۴۰۰۰ تا ۱۵۰۰ سال قبل از میلاد، عصر آهن از ۱۵۰۰ سال قبل از میلاد تا ۱۷۸۰ میلادی، عصر فولاد از سال ۱۷۸۰ میلادی تا ۱۹۴۵ میلادی و عصر اتم از سال ۱۹۴۵ میلادی)

در بسیاری از مراحل بارز در تاریخ بشری ( از جمله سفر مارکوپولو به چین، کشف دنیای جدید توسط کلمپ، هجوم جویندگان طلا به سرزمین های کالیفرنیا، آفریقای جنوبی، استرالیا آلاسکای کانادا) دست یابی به مواد معدنی به عنوان هدف و مشوق اولیه مطرح بوده است (هارتمن ۱۹۸۷).

معدنکاری به عنوان یکی از قدیمی ترین فعالیت‌های بشر دارای تاریخچه ای طولانی است. ابزارهای آتش زنه (سنگ چخماق) به همراه اجساد انسان های دوران پارینه سنگی نشان میدهند که بشر در حدود ۴۵۰۰۰۰ سال قبل معدنکاری را شروع کرده است. اولین کارهای معدنی به صورت ترانشه و حفره‌های روباز بوده است. بعدها بشر روش های زیرزمینی را برای اسنخراج مواد معدنی به کار برد. با شروع عصر حجر با حفر فضاهایی به ارتفاع ۶/۰ تا ۹/۰ متر و عمق بیش از ۹ متر استخراج زیرزمینی را شروع کرد. ابزاری که برای این حفاری ها به کار می رفت، کلنگ هایی بود که با استفاده از سنگ های آتش زنه ساخته می شد (هارتمن ۱۹۸۷).

قدیمی ترین معدن زیرزمینی شناخته شده، یک معدن هماتیت در کشور سوئیس بوده که متعلق به عصر حجر است و اعتقاد بر این است که ۴۰۰۰۰ سال سن داشته باشد. معدنکاران قدیمی برای کنترل زمین، تهویه، بالابری، روشنایی و کندن سنگ ها از روش های ابتدایی استفاده می کرده اند. بر اساس اطلاعات موجود اولین کارهای معدنی توسط مصریان برای استخراج فیروزه در صحرای سینا پنینسولا در حدود ۳۴۰۰ سال قبل از میلاد انجام شده است.

تحقیقات تاریخی نشان داده است که در حدود ۳۵۰۰ سال قبل از میلاد، نقره توسط بابلی ها استخراج می‌شده است و به عنوان واحد پول به کار میرفته است. در زمان قدیم عمده طلا از نوبیا واقع در جنوب سودان استخراج می شده است. برای استخراج طلا، چاه‌های کوچکی حفر و سپس مخلوط طلا و شن به وسیله سینی های چدنی و به روش شستشو از هم جدا می‌شده است. به نظر میرسد که کار استخراج معادن طلا از حدود ۴۰۰۰ سال قبل در این منطقه شروع شده باشد

اولین آهنی که در صنعت به کار رفته است از نوع سنگ‌های آسمانی بوده و با توجه به نادر بودن این سنگ‌ها، احتمالا قیمت آهن اولیه از طلا نیز گرانتر بوده است. با توجه به مشاهده آثار سرب در خرابه‌های تِروی که متعلق به ۲۵۰۰ سال قبل از میلاد مسیح است، می‌توان گفت که این فلز نیز از زمان‌های خیلی قدیم استخراج می شده است (هارتمن ۱۹۸۷).

در ابتدا بشر از فلزات به شکل طبیعی استفاده می‌کرد با شروع عصر برنز و آهن، بشر ذوب را کشف کرد و تبدیل مواد معدنی به فلزات را فرا گرفت. فن خرد کردن سنگ ها سابقه بسیار طولانی دارد و در زمان های مختلف روش های گوناگونی برای این منظور به کار می‌رفته است.

بشر ابتدا با استفاده از استخوان، چوب و سنگ، ماده معدنی را از دل زمین استخراج می کرد. این روش کارآیی چندانی برای سنگ های سخت نداشت مگر آن که شکافی در سنگ وجود داشته باشد و یا درزه هایی در آن ایجاد شود و با گوه گذاری در سنگ بتوان آن را جدا کرده (هارتمن ۱۹۸۷).

با کشف روش آتش افروزی معدن کاران با افروختن آتش فراوان، سنگ ها را داغ می کردند و پس از آن که سنگ ها به اندازه کافی گرم می شدند، به طور ناگهانی آب بر روی آنها می ریختند. سرد شدن ناگهانی سنگ‌ها باعث ایجاد شکاف های متعدد در سنگ ها می شد و در مرحله بعد به کمک دیلم، قطعات خرد شده سنگ را از هم جدا می کردند این روش در بسیاری از معادن قدیمی به کار میرفته است و در آن زمان، هر معدن به میزان زیادی سوخت برای آتش افروزی نیاز داشت.

بعدها در مصر باستان روش حفر به وسیله گوه برای استخراج سنگ های لازم برای ساختن اهرام ثلاثه به کار رفت. در این روش ابتدا به وسیله قلم و چکش تعدادی چال در سنگ حفر و سپس داخل آن گوه‌های چوبی خشک فرو می‌کردند. هنگامی که به تعداد کافی چال پر شده آماده می شد، روی گوه های چوبی آب می ریخته و آنها را مرطوب می‌کرده اند. در اثر رطوبت حجم چوب ها زیاد می‌شده و فشار ناشی از این ازدیاد حجم به قدری زیاد بوده که باعث خرد شدن قطعات عظیم سنگ می شده است.

اختراع باروت یک انقلاب ناگهانی در صنعت معدن کاری به وجود آورد. باروت برای اولین بار در سال ۱۶۳۵ میلادی توسط یک مهندس معدن آلمانی در معدن نقره ناسا به کار رفت زیرا در حوالی معدن مزبور هیزم به‌اندازه کافی برای آتش افروزی موجود نبود. با توجه به نتایج خوبی که از به کارگیری باروت در حفر کارهای معدنی به دست آمده، به کارگیری آن به سرعت در معادن مختلف رایج شد. با وجود این در بعضی معادن تا اواسط قرن نوزدهم هنوز از روش قدیمی آتش افروزی استفاده می شد.

در سال ۱۸۴۶ میلادی یک دانشمند ایتالیایی به نام سوبرو موفق به اختراع نیتروگلیسرین شد. در ابتدای کار برای استفاده از نیتروگلیسرین مشکلاتی وجود داشت. به علت مایع بودن جسم، تنها در چال‌های سرپایین از آن استفاده می شد، مشکل دیگر نیتروگلیسرین نقطه انجماد بالای آن بود که در دمای ۱۳ درجه سانتیگراد یخ میزد و کاربرد این جسم در حالت یخ زده فوق العاده خطرناک است.

در سال ۱۸۶۷ میلادی آلفرد نوبل سوئدی به قدرت جذب ماده ای به نام گیسلگور (نوعی خاک دیاتومه دار) پی برد و بدین ترتیب با جذب نیتروگلیسرین توسط این جسم، توانست دینامیتی به نام دینامیت گور بسازد. در اثر مخلوط شدن نیتروگلیسرین با خاک دیاتومه دار، قدرت انفجار آن به طرز فاحشی کاهش یافت و این امر موجب اعتراض معدنکاران شد.

در سال ۱۸۷۹ خاک دیاتومه دار با نیتروسلولز تعویض شد و در نتیجه اختلاط این جسم با نیتروگلیسرین، مخلوطی خمیری شکل به دست آمد که قدرت آن دست کمی از نیتروگلیسرین نداشت و در عین حال کاربرد آن بسیار ساده و بدون خطر بود. بعدها با توجه به هدف استفاده از مواد منفجره، ترکیبات مختلفی از دینامیت ها ساخته شد.

تاریخچه معدنکاری در ایران

علم معدنکاری و صنایع وابسته به آن در کشور ما سابقه بس طولانی دارد. وجود آثار فعالیت های معدنی و ذوب فلزات در نواحی مختلف نشان دهنده سابقه طولانی معدن کاری در ایران و شناخت ایرانیان از علوم مربوطه است. صدها نام به جا مانده از روزگاران گذشته مانند آهنگران، کوه زر، زرشوران، کوه سرمه، کوه نقره و طالمسی گواه این مدعاست.

در بسیاری از معادن فعلی ایران آثار معدنکاری قدیمی وجود دارد از جمله این معادن میتوان معادن سرب و روی نخلک در حوالی انارک، معدن مس عباس آباد در حوالی شاهرود، معدن سرب آهنگران در حوالی ملایر، سرب و روی ایران کوه در نزدیکی اصفهان و معدن سرب و روی نمار در حوالی ده نمار از توابع بلده را نام برد.

معدنکاری باستانی که در اصطلاح معدن کاری شدادی نیز گفته می شود، به طور سنتی در هزاره چهارم قبل از میلاد و احتمالا قبل از آن انجام می شده است. بازمانده چوب های مورد استفاده برای کوه های ذوب شدادی در چند ناحیه کرمان آزمایش شده و سن رادیومتری را با روش رادیوکربن ۵۰۰۰ سال قبل تعیین کرده است.

کوره های قدیمی ذوب فلزات و سرباره های باقی مانده از آنها دلالت بر فعالیت های بی وقفه معدن کاری در مقیاس وسیع در فلات ایران دارد. کوره های ذوب و سرباره های باقی مانده آنها از دامنه رشته کوه‌های سر به فلک کشیده زاگرس در غرب و البرز در شمال گرفته تا اعماق کویر یزد و دامنه رشته کوه‌های بلوچستان همراه با سرباره های معدن مس مثل چهل کوره واقع در ناحیه کراوه و معادن متروکه مس بین ناحیه خارستان و بیدستر تفتان گرفته تا کوه‌های مرکزی ایران دیده می شوند.

شواهد دیرین شناسی نشان میدهد که شمال و مرکز ایران قدیمی ترین مناطق متالوژنی در دنیای قدیم بوده اند و ساکنان فلات ایران جزو اولین اقوامی بوده‌اند که به کشف فلز دست یافته اند.

معدن کاران ایرانی در استخراج مواد مهارت زیادی داشته‌ند. دلیل این ادعا وجود شبکه وسیع حفریات زیرزمینی معدن قدیمی فیروزه نیشابور است که طی چند هزار سال به وجود آمده و در بعضی مواقع برای پیشگیری از ریزش آن از ستون‌ها و داربست‌هایی استفاده شده است که امروزه مایه حیرت اهل فن می‌باشد.

آثار سفالینه و سنگینه های کشف شده و در برخی معادن دال بر قدمت صنعت معدن کاری در ایران پیش و پس از اسلام بوده و از طریق این گونه ابزار مشکوفه می‌توان تاریخچه معادن را شناسایی و تاریخ دقیق شروع به کار این حرفه را در کشور تعیین کرد. یکی از قدیمی ترین مناطق سکونت در فلات ایران که قدمت آن به هزاره ششم قبل از میلاد میرسد، تپه سیلک بوده است که در ۵ کیلومتری غرب کاشان و سر راه فین قرار دارد. کاوش های تپه سیلک به وسیله یک هیئت فرانسوی به سرپرستی گیرشمن در سال ۱۹۳۳ میلادی انجام شده است که از طرف موزه لوور ماموریت داشته‌اند. در سیلک بهتر از سایر نقاط ایران می‌توان آثار نحوه سکونت انسان های ما قبل تاریخ ایران و نیز سیر تکاملی پیشرفت فرهنگ آنها را مشاهده کرد. در سیلک آثار دوران های مختلف تکامل بشر اولیه کشف شده اند. آثار کشف شده نشان میدهد که کشاورزی اولیه، گله داری و استفاده از فلزات در این محل بیش از سایر نقاط ایران انجام می گرفته است. در سیلک قدیمی ترین آثار مسی متعلق به ۴۱۰۰ سال قبل از میلاد کشف شده است که به روش سرد چکش کاری شده اند. از این واقعیت چنین استنباط می شود که در سیلک گذر از عصر حجر به عصر فلزات در هزاره پنجم پیش از میلاد صورت گرفته است.

عدم کشف کوره های ذوب مس متعلق به آن دوران و همچنین شکل ابزارهای کشف شده موید این نظریه است که ابزار آلات ساخته شده در آن دوران در اثر چکش کاری مس آزاد ساخته شده اند. در سیلک آثار مربوط به عصر مفرغ (اواخر هزاره چهارم تا عصر آهن یعنی تا هزاره دوم قبل از میلاد) از مس و مفرغ از جمله سنجاق، دست بند، قلاب کمر و… کشف شده است.

از بررسی آثاری که از تپه زاغه (سگزآباد قزوین) به دست آمده و نیز برداشتی که از نحوه زندگی ساکنان آن منطقه شده است، چنین استنباط می شود که ساکنان آن از نظر دامداری، کشاورزی و زندگی در ساختمان‌های گلی جزو پیشرفته ترین اقوام فلات ایران بوده اند. زیرا در این منطقه از جمله قدیمی ترین روش‌های احیای سنگ مس و نیز ذوب و ریخته گری مس، کشف شده است که متعلق به ۴۹۰۰ سال قبل از میلاد می باشد چون آثار کشف شده مبتنی بر وجود کارگاه های متالوزی در سگزآباد، قدیمی تر از آثار پیدا شده در سیلک دیده است لذا احتمال میرود اولین متالوژیست های ایرانی نخستین تجارب عملی خود را در این محل بدست آورده باشند.

ناحیه دیگر متالوژی در ایران قدیم، تپه حصار در حوالی دامغان در ۳۶۱ کیلومتری تهران بوده است. ساکنان این منطقه همانند مردم سیلک به ساختن آلات و ابزار مسی مانند خنجر، سنجاق، میخ و میله تسلط داشته اند. ابزارهای مسی کشف شده در این منطقه از مس خالص طبیعی می باشد. همچنین در این منطقه اشیای مفرغی نیز پیدا شده است که متعلق به ۳۶۰۰ تا ۳۲۰۰ سال قبل میلاد می باشند. به استناد آثار کشف شده میتوان این دوره را آغاز عصر مفرغ در ایران به شمارآورد.

در اواسط هزاره چهارم قبل از میلاد، گویا مردم تپه حصار نیز به روش های ذوب و ریخته گری مس در کارگاه های مس گری آشنا بوده اند و لذا احتمالا این منطقه نیز می‌تواند در زمینه متالوژی جزو پیشرفته‌ترین نقاط ایران قدیم به شمار آید.

همچنین از قدیمی ترین مراکز تولید مس در ایران «تل ابلیس» واقع در ۸۰ کیلومتری جنوب غربی کرمان، «تپه یحیی» واقع در ۲۲۵ کیلومتری جنوب کرمان، خبیص کرمان (شهداد کرمان) واقع در حاشیه غربی کویر لوت و «تل آتشی» در نزدیک بم هستند.

دکتر کالدول که در این زمینه در استان کرمان مطالعاتی انجام داده می نویسد: «در بین قطعات سفالینی که از طبقات اول و دوم تل ابلیس در کرمان جمع آوری کرده‌ایم، تعدادی از نمونه‌ها دارای بقایای رنگ مس بوده‌اند و چنین به نظر می‌رسید که از بقایای سفالین ذوب فلزات بوده باشند… پس از به دست آوردن نتایج آزمایش‌های رادیوکربن مشخص شد که این قطعات مربوط به توده‌های سفالین ذوب‌فلز بوده و ۶۰۰۰ سال قدمت دارند… به نظر می‌آید منطقه تل ابلیس قدیمی‌ترین محل صنعت ذوب فلز در دنیا بوده است».

در دهه اخیر در خبیص کرمان در بیش از بیست منطقه و در زمینی به وسعت ۶۰ کیلومتر مربع، توده‌های سرباره متعلق به کوره های تولید مس، کشف شده است. در این منطقه، کارگاه های مس گری برای تولید مس، آن هم از سنگ معدنی پیدا شده که در آنها کوره ها و بوته‌هایی برای تولید مس وجود داشته است. این کوره ها به شکل مکعب مستطیل و به ابعاد ۵۰ سانتی متر و ارتفاعی حدود یک متر بوده و متغلق به هزاره چهارم و یا اواسط هزاره سوم پیش از میلاد می باشد.

در خبیص کرمان آثار هنری زیادی کشف شده که حدود ۲۰ درصد آنها فلزی است. از جمله این اشیاء می‌توان انواع ظروف، پیاله، دیزی‌های کوچک و بزرگ و درفش از جنس مس و مفرغ و نیز زیورآلاتی نظیر انگشتر، گوشواره و حلقه های مسی و نقره ای و طلایی و سنگ های مزین به طلا را نام برد.

از دیگر مناطق مهم معدنی ایران قدیم، طالمسی، مسکنی، انارک و نخلک می باشند. در کاوش هایی که تیله کوت به همکارانش از این منطقه به عمل آورده‌اند چند توده کوچک سرباره در کنار جاده طالمسی-مسکنی در فاصله ۵/۲ کیلومتری طالمسی و چند توده سرباره در مسکنی در ۵ کیلومتری طالمسی و نیز کوره کوجکی در تزدیکی معدن نو و توده های سرباره در فاصله ۲۰ کیلومتری جاده طالمسی- نائین پیدا کرده‌اند علاوه بر این توسط این محققین یک کارگاه تولید مس در ۷ کیلومتری غرب طالمسی و فاصله یک کیلومتری از جاده کشف شده است.

به طور کلی اشیای کشف شده در سراسر ایران نشان می‌دهد که اکثر نقاط ایران معادنی مختلفی وجود داشته و مورد بهره برداری قرار گرفته اند. یک کارشناس خارجی در دوره صدارت میرزا تقی خان امیرکبیر می‌گوید: «من کشوری نمی شناسم که از حیث غنای فلزات خصوصا مس به پای ایران برسد. تقریبا در تمام استان های ایران یک معدن مس وجود دارد». جالب توجه است که تعدادی از کانی‌ها و مواد معدنی نیز در ارتباط با ایران و به اسم دانشمند ایرانی نامگذاری شده اند.

اهمیت صنایع معدنی:

اهمیت منابع معدنی چه در زمان صلح و چه در زمان جنگ بر کسی پوشیده نیست. در حقیقت میتوان گفت کشورهایی از نظر صنعتی موفقیت یافته اند که یا خود دارای منابع معدنی مهم بوده اند و یا به آسانی از منابع معدنی سایر کشورها بهره برداری کرده اند.

در بین منابع معدنی، سوخت ها و آهن در درجه اول اهمیت قرار دارند و در مرحله بعد مس، سرب و روی قرار می گیرند. موادی نظیر فسفات ها، پتاس، نیترات و گوگرد نیز برای صنایع شیمیایی اهمیت بسیار دارد. طلا و نقره گرچه با ارزش هستند ولی از نظر پایه‌گذاری صنایع اصلی، نقش چندانی ندارند.

رابطه استخراج معدن با سایر علوم و فنون

استخراج معدن را نمی توان به عنوان یک درس کاملا مستقل مورد مطالعه قرار داد بلکه این درس در حقیقت تلفیقی از سایر رشته های مهندسی نظیر عمران، مکانیکی، برق، شیمی و زمین شناسی است که این فنون، خود براساس علوم ریاضی، فیزیک و مکانیک، پایه‌گذاری شده‌اند.