المعادن العنصرية والفلزية
المعادن العنصرية Native Elements
يوجد حوالي عشورن معدنا في الحالة العنصرية وذلك بالإضافة إلى الغازات الجوية. ويمكن تصنيف هذه المعادن العنصرية إلى مجموعتين: (1) الفلزات ، (2) اللافلزات ؛ وتوجد مجموعة ثالثة تضم أشباه الفلزات. أما المعادن الفلزية فتشمل الذهب والفضة والنحاس والبلاتين والحديد والزئبق والرصاص والبالليديوم والإريديوم والأوزميوم والنانتالوم والقصدير. أم المعادن العصنرية شبه الفلزية فتشمل الزرنيخ والأنتيمون والبزموت وهذه تكون مجموعة بمفردها ، إذ أن بلوراتها المعينية الأوجه تتقارب جدا في قيمة زواياها بين الوجهية. أما أهم المعادن العنصرية اللافلزية فهي الكربون بشكليه الألماس والجرافيت ، والكبريت والسيلينوم والثيلوريوم ؛ وسوف نصف المعادن التالي:
المعادن العنصرية الفلزية Native metals:
الذهب (Au) ، المكعب.
الفضة (Ag) ، المعكب.
النحاس (Cu) ، المكعب.
البلاتين (Pt) ، المكعب.
المعادن العنصرية اللافلزية Native Nonmetals:
الكبريت (S) ، المعيني القائم والميل الواحد.
الألماس (C) ، المعكب.
الجرافيت (C) ، السداسي.
المعادن العنصرية الفلزية
تضم معادن الذهب والفضة والنحاس والبلاتين.
الذهب (Au)
يتبلور الذهب في فصيلة المكعب ، النظام الكامل التماثل (سداسي الثماني الأوجه Hexoctahedral) . والشكل الغالب على البلورات هو ثماني الأوجه. وقد تكون البلورات في هيئة مفلطحة أو شجرية متشابكة. ويوجد المعدن غالبا في هيئة صفائح غير منتظمة الشكل أو قشور أو كتل. الصلادة = 2.5 – 3 ، الوزن النوعي = 15.6 – 19.3. قابل للسحب والطرق. ولا يوجد انفصام ومكسره مسنن. اللون أصفر ذهبي فاقع أو فاتح تبعا لكمية الفضة المختلطة مع المعدن.
يتركب المعدن كيميائيا من عنصر الذهب ولو أنه غالبا يحتوي على كميات متفاوتة من الفضة (قد تصل إلى 40%) ، وكذلك يحتوي على الحديد والرصاص والبزموت .. الخ. ويعرف الذهب الذي يحتوي على كميات عالية من الفضة (من 20 إلى 40%) باسم الاليكتروم. ينصهر المعدن بسهولة. درجة الانصهار 3 (1063ºم) ولا يذوب في الأحماض المختلفة ولكنه يذوب في الماء الملكي (مخلوط حمضي الهيدروكلوكري والنيتريك).
يتميز المعدن عن بعض المعادن الكبريتيدية المشابهة (البيريت والكالكوبيريت) وعن الميكا الصفائحية ذات البريق الأصفر بواسطة قابليته للطرق ووزنه النوعي العالي وعدم قابليته للذوبان في الأحماض . الذهب ولو أنه عنصر نادر إلا أنه يوجد منتشار في الطبيعة بكميات ضئيلة. ويوجد الذهب في الطبيعة على حالتين: (1) في موضعه (رواسب أولية) . (2) في التجمعات (رواسب منقولة).
أما الرواسب الموضعية (الأولية) فتشمل الوجود في عروق مائية حارة – أهمها العالية الحرارة ولو أنه يوجد في الأنواع الأخرى – ذات اصل ناري حمضي. ويوجد مصاحبا الذهب في هذه العروق معدن البيريت بصفة شائعة . وكذلك توجد معادن أخرى تشمل كالكوبيريت جالنيا ، ستبنيت ، تتراهيدريت ، سفاليريت ، أرسينوبيريت ، تورمالين ، مولبندنيت ، وبعض هذه المعادن قد يحتوي على الذهب الذي يوجد مختلطا بها وليس في حالة اتحاد كيميائي. وتتحل هذه المعادن بسهولة عند تعرضها للعوامل الجوية على السطح الأمر الذي يؤدي إلى انطلاق الذهب وتجمعه في الرواسب السطحية الناتجة من التحلل والتفتت وبذلك يسهل استخلاصه. والذهب الموجود في العروق المختلفة يكون في هيئة دقيقة جدا لا يرى بالعين المجردة ولكن مثل هذا الذهب يمكن استخلاصه بواسطة الطرق الكيميائية ، والصخر الذي يحتوي على ذهب قيمته حوالي 45 قرشا في الطن الواحد يمكن استغلاله اقتصادية. فاذا علمنا أن قيمة الذهب في الوقت الحاضر حوالي 50 جنيها فإن نسبة الذهب الموجودة في الطن من الصخر تقدر بأقل من 0.001%.
وعندما تتحلل العروق الحاملة للذهب بالعوامل الجوية وتتفتت فإن الذهب ينطلق إلى الرواسب السطحية ، وقد يبقى في التربة الموضعية بالقرب من مصدره أو ينتقل بواسطة السيول والأنهار ليترسب على شواطئها مكونا التجمعات النهرية. ونظرا لوزنه النوعي العالي فإن الذهب ينفصل عن المعادن الحقيقية الأخرى المكونة للرمال والحصى. وينتج عن ذلك أن يتجمع الذهب ويتركز عند النتوؤات التي تعترض مجرى النهر أو السيل أو في الفجوات في قاع مجرى النهر. وتتكون بذلك رواسب الذهب المعروفة باسم التجمعات. ويوجد الذهب في هذه الرواسب في هيئة حبيبات مستديرة أو مفلطحة. أما الذهب الناعم جدا فإنه قد ينتقل مسافات طويلة بواسطة الأنهار ، ويستخلص التراب المحتوي على الذهب في الماء الجاري فيترسب الذهب في القاع بسرعة في حين تظهر الأتربة والمعادن الخفيفة على السطح أو تكون معلقة وتفصل عن الذهب.
توجد العروق الحاملة للذهب في الأماكن الهامة الآتية: ولايات كاليفورنيا ونيفادا وداكوتا الجنوبية وآلاسكا بالولايات المتحدة الأمريكية ومنطقة الراند The Rand في الترنسفال باتحاد جنوب أفريقيا ، وغرب أستراليا ، وجبال الأورال ، واقليم أونتاريو بكندا. أما رواسب التجمعات فتوجد في ولايات كاليفورنيا وكلورادوا وألاسكا ، وفي أستراليا وسيبريا. تنتج منطقة الراند بجنوب أفريقيا 0بالقرب من جوهانسبرج) ما يقرب من 40% من إنتاج العالم للذهب. ويوجد الذهب في هذه المنطقة الغنية منتشرا في طبقة من صخر الكونجلوميرات التي تميل ميلا حادا وتمتد مسافة 90 كيلومترا في الاتجاه الشرقي الغربي.
أما في مصر فيعتبر الذهب أكثر المعادن انتشارا في الصحراء الشرقية حيث يوجد في حوالي 50 منطقة ، وقد فتح قدماء المصريين المناجم في معظمها واستخلصوا منها الذهب إلى درجة كبيرة. ويمكن تقسيم هذه الأماكن حسب مكان وجودها في الصحراء الشرقية إلى ثلاثة أقسام هي:
(1) الجزء الشمالي الأوسط: ويشكل مناجم مختلفة وأهمها أبوجريدة وسمنة وعطا الله وأم عش والفواخير ، وهذه يمكن الوصول إليها من النيل عن طريق قنا – القصير. (2) الجزء المتوسط الأوسط: ويشمك مناجم أوب دبا وزيدان وكريم وأم الروس. (3) الجزء الجنوبي الأوسط: ويشمل مناجم البرامية والدنجاش وحمش وحنجلية والسكرية وعتود وكردومان. وهذه يمكن الوصول إليها عن طريق ادفوا – مرسى علم ، والأربعة الأخيرة قريبة من البحر الأحمر.
ويستخلص الذهب من العروق الحاملة له بتكسير وطحن الصخر أولا في الطواحين المختلفة ، ثم تمرير المسحوق المطحون في تيار ماء على ألواح من النحاس المغطاة بالزئبق ، فيلتقط الأخير الذهب ويكون معه ملغم ، ويمكن فصل الذهب منه بالتقطير. أما إذا كان الخام يحتوي على كميات كبيرة من معادن الكبريتديات فنستعمل طرق الكلورين أو السيانيد لاستخلاص الذهب. وفي الطريقة الأولى يحمص الخام ثم يتفاعل مه غاز الكلور الذي يكون مع مركب الذهب قابل للذوبان. أنا في طريقة السيانيد فإن الخام المطحون يعالج بمحاليل سيانيد الصوديوم أو البوتاسيوم وينتج عن هذا التفاعل تكوين سينايند الذهب المزدوج الذي يذوب في الماء. وفي كلتا هاتين الحالتين يستخلص الذهب من المحلول إما بواسطة التحليل الكهربائي أو بواسطة تراب الزنك. وهذه الطرق تمكن من استغلال الخام الذي يحتوي على 0.0001% ذهب في الطب [أي ما قيمته 45 قرشا (تعادل دولار) في الطن] استغلالا مربحا.
يستعمل الذهب بكميات كبيرة في صناعة الحلي والعملات الذهبية وتستنفد صناعة الأسنان وبعض الأجهزة العلمية كميات صغيرة.
الفضة (Ag)
تتبلور الفضة في فصيلة المكعب ، نظام سدادسي الثماني الاوجه. البلورات نادرة وغير كاملة ، وتكثر المجموعات الشجرية والمتشابكة ، ويوجد المعدن عادة في هيئة كتل غير منتظمة أو صفائح أو قشور أو في هيئة أسلاك رفيعة أو سميكة. الصلادة = 2.5 – 3 ، الوزن النوعي 10.5 عندما يكون المعدن نقيا ، 10-12 إذا كان المعدن غير نقي. المكسر مسنن ، قابل للطرق والسحب ، البريق فلزي. اللون والمخدش لونهما أبيض فضي ، ولكن اللون يكون عادة بنيا أو أسود رصاصيا نتيجة للصدأ.
توجد رواسب الفضة بكميات كبيرة في العروق المائية الحارة. وهناك ثلاثة أنواع من هذه العروق:
(1) عروق تحوي الفضة العنصرية مع الكبريتيدات ومعادن الفضة الأخرى.
(2) عروق تحوي الفضة مع معادن الكوبالت والنيكل.
(3) عروق تحوي الفضة مع خام اليورانيوم (يورانيوم UO2).
يوجد المعدن في النرويج وألمانيا (فرايبرج) والمكسيك وشيلي وبيرو وبوليفيا وفي الأقاليم الشمالية من كندا وبعض مناطق الولايات الأمريكية المتحدة. وتستخدم الفضة في صناعة المجوهرات والحلي والعملة الفضية ، وكذلك في صناعة بعض الأجهزة الفيزيائية والكيميائية والطبية وأفلام التصوير.
النحاس (Cu)
يتبلور معدن النحاس في فصيلة المكعب ، نظام سداسي الثماني الأوجه . توجد على البلورات أشكال رباعي السداسي الاوجه وكذلك المكعب والإنثى عشر وجها معينا وثماني الأوجه. المجموعات المتبلورة في هيئة شجرية أو متفرعة وعادة يوجد المعدن في هيئة كتل غير منتظمة أو صفائح أو قشور. وفي بعض الأحيان يوجد في هيئة أسلاك. الصلادة = 2.5 – 3 والوزن النوعي = 8.9. قابل للسحب والطرق. المكسر مسنن. اللون أصفر نحاسي على السطح الحديث ولكنه يميل إلى السواد ويصبح العرق مطفي على السطح الصدئ.
يوجد المعدن العنصري بكميات صغيرة في العروق المائية الحارة ويتأكسد المعدن عادة في المناطق السطحية الأكسيدية ، ويوجد معه في هذه الحالة معادن كوبريت (Cu2O) ، ملاكيت ، أزوريت (كربونات النحاس القاعدية).
تعتبر شبه جزيرة كيويناو (Keweenaw) في شمال ولاية متشيجان بأمريكا أهم منطقة في العالم يوجد بها معدن النحاس العنصري حيث يوجد النحاس في هيئة عروق تقطع صخور بركانية وكونجلوميرات ، كما أن النحاس يوجد في هيئة مادة لاحمة بين حبيبات الكونجلوميرات ويوجد مع النحاس معادن داتوليت ، إبيدوت ، فضة ، أنالسيت ومعادن زيوليت أخرى ، وقد كانت هذه المنطقة من المناطق الهامة لسنوات عديدة في إنتاج النحاس. فقد وصل الإنتاج السنوي في بعض الأوقات إلى 175 مليون رطل نحاس.
يستخدم النحاس بكميات كبيرة في الصناعة فتستهلك كميات كبيرة منه في صناعة الأسلاك النحاسية والمسامير والصفائح النحاسية والنحاس الأصفر والبرونز والأجهزة اللاسلكية والكهربائية والذخائر الحربية. وكذلك في صناعة العملة والأغراض الكيميائية ، ويقال أنه يوجد أكثر من 600 إستعمالا مختلفا لا غنى للنحاس عنها.
البلاتين (Pt)
يتبلور معدن البلاتين في فصيلة المكعب ، نظام سداسي الثماني الأوجه. البلورات مكعبة ولكنها نادرة ، يوجد المعدن غالبا في هيئة قشور أو حبيبات أو كتل غير منتظمة. الصلادة = 4 – 4.5 (تعتبر عالية بالنسبة لفلز). الوزن النوعي = 21.4 عندما يكون نقيا ، ولكن عادة يتراوح بين 14 – 19 لوجود شوائب. معتم قابل للطرق والسحب. اللون أبيض فضي أو رصاصي. بريق ناصع ، ربما يكون مغناطيسيا إذا كان يحتوي على كمية كبيرة من الحديد. التركيب الكيميائي: عنصر البلاتين ، ولكنه عادة يحتوي على الحديد (تبلغ نسبته 19.5%) وكميات بسيطة من إلاريديوم والروديوم والاوزميوم والنحاس وفي بعض الأحيان الذهب.
يوجد البلاتين في معظم الحالات في الهيئة العنصرية إذ لا يوجد غير معدن واحد نادر الوجود (سبيريليت Sperryliter) يتركب من البلاتين والزرنيخ. ويوجد البلاتين في الرواسب الأولية في الصخور فوق القاعدية وخصوصا صخر الدونيت Dunite حيث يوجد مع معادن الأوليفين والكروميت والبيروكسي والماجنتيت. ولكن المعدن يوجد بكميات اقتصادية في الرواسب الثانوية المعروفة باسم رواسب التجمعات الناتجة من تفتت وتحلل الصخور الأولية الحاملة للبلاتين والتي تتجمع بالقرب من مصادرها (البلاتين وزنه النوعي كبير). ومن أمثلة رواسب التجمعات الرواسب الموجودة في كولومبيا بجنون أمريكا ، والاتحاد السوفييتي (جبال الأورال) ، وكندا (التي تعتبر أكبر منتج لهذا المعدن الآن).
يستعمل البلاتين بكميات كبيرة كعامل مساعد في صناعة أحماض الكبريتيك والخليك والنيتريك. وكذلك في صناعة الأجهزة الكيميائية والفيزيائية والكهربائية وفي صناعة المجوهرات والأسنان والساعات غير المغناطيسية وأدوات الجراحة.
