ما الفرق بين المعادن والفلزات والخامات؟

يستغرق 9 دقيقة

يخلط العديد من الناس بين ثلاث فئات مختلفة تمامًا من المواد (المعادن minerals، والخامات ores، والفلزات metals)، فيصير الفلز معدنًا، وتضحي كل المعادن خامات. ولذلك سأحاول فيما يلي أن أبرز الفرق بالتفصيل.

المعادن

المعادن هي مواد صلبة غير عضوية (عناصر أو مركبات)، لها خواص فيزيائية مميزة، ولكل مادة منها بنية ذرية معروفة، وتركيب كيميائي ثابت يمكن التعبير عنه بصيغة كيميائية محدَّدة، وتتواجد في الطبيعة على صورتها تلك دون أي تدخل بشري.

وتنقسم المعادن إلى فرعين: المعادن الحاملة للفلزات metalliferous minerals، والمعادن الصناعية غير الفلزية nonmetallic industrial minerals.

المعادن
عدة معادن متراكمة على بعضها. Rob Lavinsky, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0

وعلى الرغم من التعريف السابق، فإن العديد من المعادن تختلف تركيزاتها الكيميائية؛ لأنه أحيانًا ما يحل عنصر ما محل آخر في المعدن. ويحدث هذا الإحلال substitution الذري (أو الأيوني)؛ لأن المعدن يتبلور عادةً من محاليل طبيعية تحتوي على ذرات (أو أيونات) أخرى بالإضافة لتلك اللازمة لتكوين المعدن، وبالتالي غالبًا ما تُدمج ذرات (أو أيونات) غريبة في البنية الذرية للمعدن. على سبيل المثال، في معدن السفاليرايت sphalerite (صيغته الكيميائية ZnS) عادةً ما نجد الحديد Fe محل بعض الزنك في المركب، وبالتالي تصبح صيغته الكيميائية كالتالي: Zn,Fe)S) لكي نوضح أن الحديد يحل محل بعض الزنك.

تُستخرج بعض المعادن لأكثر من غرض، بجانب الاعتماد عليها في إنتاج عناصر معينة. على سبيل المثال، يُستخدم معدن البوكسايت bauxite في صناعة الطوب الحراري، أو المواد الكاشطة abrasives (نستخدمها في ادوات التشكيل)، بالإضافة طبعًا لاستخدامه في إنتاج الألومنيوم.

يمكن أن نستخرج فلز معين من العديد من المعادن المختلفة. فمثلًا، يوجد الكثير من معادن النحاس، مثل: الكالكوسايت chalcocite، والبورنايت bornite، والكالكوبايرايت chalcopyrite، والكوبرايت cuprite، والنحاس الطبيعي native copper. ومن جانب آخر، يمكننا استخراج أكثر من فلز من المعدن نفسه، فنحصل على النحاس والقصدير من معدن الإستنايت stannite مثلًا.

معظم المعادن يجب أن تمر على عدة عمليات مختلفة حتى نستخرج منها منتجات صالحة للاستخدام، مثل: الفلزات ومختلف المواد الكيميائية. والقليل من المنتجات المعدنية تُستخدم على حالها التي استخرجت عليها من المنجم فقط بعد تنظيفها وطحنها وتشكيلها لتغيير الشكل النهائي دون إحداث أي تغير في تركيبها الكيميائي، ويعتبر الفحم أبرز مثال على هذه المعادن.

وما الخامات؟

المواد الصلبة الموجوة على كوكب الأرض والتي نشير إليها بالصخور ما هي إلا ركام لمعدن أو عدة معادن، ومن ضمن هذه الصخور نجد الخامات. وبالتالي يمكننا القول أن: الخامات هي تكتلات طبيعية للمعادن يمكن أن نستخرج منها فلز أو أكثر بما يسمح بربح اقتصادي. وكما نرى، يتحكم العامل الاقتصادي في التعريف، وبناءًا عليه نقول أن كل الخامات هي بالضرورة معادن، ولكن العكس غير صحيح.

نفهم الآن أنه لا يمكننا معاملة أي رواسب معدنية على أنها خامات إلا في حالة احتوائها على نسبة كافية من الفلزات (أو المواد المفيدة) بحيث تسمح باستخراجها بشكل مربح. على سبيل المثال، معدن الموليبدنايت (MoS2) يظل موليبدنايت إلى الأبد، أما الصخرة التي نقوم بتعدينها فربما نعتبرها خام المولبدينايت أو لا، وربما لا نعتبرها خام الآن، ثم نعتبرها كذلك بعد عدة سنوات، حيث يتوقف الأمر على الجدوى الاقتصادية من استخراجها كما ذكرت.

خام الحديد
خام الحديد. http://images-of-elements.com/iron.php

تتوقف الجدوى الاقتصادية على عدة عوامل منها: طبيعة المعدن في الخام، ونسبة الشوائب، والحالة الفيزيائية للخام، وموقع الصخور وكميتها وقربها من وسائل النقل، والسعر العالمي للفلز الذي ننوي استخراجه كذلك. الجدير بالذكر أنه في السنوات الماضية اشترطنا ألا يقل تركيز النحاس في خام النحاس عن 5% حتى نعتبره خامًا. أما الآن، فبفضل التقدم الهائل في تكنولوجيا استخلاص الفلزات نقوم بتعدين الصخور التي تحتوي على نسبة ضئيلة من النحاس تصل إلى 0.5% بشكل اقتصادي فعّال.

يجب التنويه على أنه لكي نصنف المصدر المعدني على أنه خام، فيجب أن نضع في اعتبارنا استخداماته الأخرى أيضًا، حيث إذا كانت استخداماته الأخرى أكثر شيوعًا من استخدامه لإنتاج الفلزات؛ لا نعتبره ضمن الخامات. على سبيل المثال، صخور الدولومايت dolomite، والحجر الجيري limestone، ليست خامات؛ لأنها تستخدم بشكل أساسي كمواد خام raw materials في الصناعة (في صناعة الحديد والصلب على سبيل المثال).

ما هي الفلزات؟

في عام 1996 كتب عالم الفيزياء البريطاني نيفيل موت Nevill Mott خطابًا إلى زميله بيتر إدوارد Peter P. Edwards، وأقتبس منه التالي:

عزيزي بيتر،
لقد فكّرت كثيرًا في إجابة على سؤال ’ما هو الفلز؟’ وأظن أن المرء لا يمكنه الإجابة إلا عند درجة حرارة تساوي صفرًا (الصفر المطلق)، وحينئذ الفلز هو الذي يوصل الكهرباء، وغير الفلز هو ما دون ذلك. (2)

ومن وجهة نظر كيميائية بحتة يمكننا القول أن الفلزات هي تلك العناصر التي تشكل أكثر من ثلاثة أرباع الجدول الدوري الحديث، وتتحد مع أيون الهيدروكسيد OH مكونةً مركبات قاعدية. (3)

وعمومًا، يمكننا تمييز الفلزات بأنها:

  1. مواد برّاقة غير شفافة.
  2. مواد جيدة التوصيل للحرارة والكهرباء.
  3. مواد تعكس الضوء بصورة جيدة، عندما تُصقَل.
  4. مواد لها مطيلية ductility وضغوطية malleability عالية.

 

فلز الحديد
فلز الحديد. http://images-of-elements.com/iron.php

ملخص

نجد على كوكب الأرض مواد صلبة نشير إليها بالصخور.

تلك الصخور ما هي إلا ركام لمعدن أو عدة معادن.

والمعادن هي مواد صلبة غير عضوية (عناصر أو مركبات)، لها خواص فيزيائية مميزة، ولكل مادة منها بنية ذرية معروفة، وتركيب كيميائي ثابت يمكن التعبير عنه بصيغة كيميائية محدَّدة.

إذا كانت نسبة المعدن أو المعادن في الصخر كافية لدرجة تسمح باستخراجها فإننا نسميها الآن خامات.

أما الفلزات، فهي تلك العناصر الكيميائية التي تشكل ثلاثة أرباع الجدول الدوري ولها الخصائص الفيزيائية والكيميائية التي أشرنا لها في المقال.


المصادر:

(1) Chiranjib Kumar Gupta. 2003. Chemical Metallurgy: Principles and Practice. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim. Chapter 1: Acquaintance; p. 35-39.

(2) Yonezawa, F (2017). Physics of Metal-Nonmetal Transitions. Amsterdam: IOS Press. p. 257.

(3) ASM International. Handbook Committee. 1998. Metals Handbook Desk Edition 2nd Edition. Taylor & Francis. p. 2494.

تعليقات الفيسبوك

تعليقات

المساهمون في المقال

كتابة: محمد عبد العليم

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *