طرق تعدين الألماس ورحلة استخراجه من باطن الأرض

الماس هو من أكثر المعادن قيمة اقتصادية في العالم، ولكنه يختلف عن سائر المعادن في أن تقييمه لا يعتمد فقط على كميته وتركيزه في الرواسب، بل أيضا على جودته ومواصفاته وطرق تعدينه التي تحدد سعر القيراط الواحد منه. فهو مادة صلبة وشفافة تتكون من ذرات الكربون المتراصة بشكل مكعب. يتميز الألماس بلمعانه البراق وصلابته العالية وقدرته على انعكاس وانكسار الضوء. يعتبر الألماس من أقدم المواد في الكون، فقد تشكل قبل مليارات السنين على عمق يزيد عن 150 كيلومترًا تحت سطح الأرض، حيث توجد ظروف عالية من الحرارة والضغط. لا يزال الألماس يتشكل في بعض المناطق النشطة جيولوجيًا، مثل أفريقيا وروسيا وأستراليا وكندا. لكن كيف يصل الألماس إلى سطح الأرض؟ وكيف يتم تعدينه وتصنيفه وتقطيعه وتلميعه؟ هذا ما سنعرفه سويا في هذا المقال الشيق.

نشأة الماس في أعماق الأرض

في باطن الأرض وأغوارها السحيقة يتكون الألماس، هذا الحجر الكريم المتلألئ الذي يخلب الأبصار. ومن الأشياء التي تبعث على الدهشة في هذا المعدن المعروف بالألماس، قضية نشأته. فالدلائل والدراسات العلمية تؤكد أن الألماس يتكون في أعماق سحيقة في باطن الأرض، ربما تزيد عن مائتي كيلومتر. ثم يصل إلى سطح الأرض مع ثوران البراكين المندفعة من الأعماق. وبعد أن تصل الصهارة البركانية إلى سطح الأرض تتصلب وتتبلور مكوناتها المعدنية، وبمرور الأيام قد تنفتت وتنتقل عشرات أو مئات الكيلومترات عبر المجاري المائية والأنهار.ورحلة الماس من جوف الأرض إلى قشرتها رحلة بطيئة للغاية ربما تستغرق ملايين السنين، على الرغم من أن ثوران البراكين واندفاعها الشديد من الممكن أن يوهمنا أن الرحلة لا تستغرق سوى دقائق معدودة. لكن البراكين لا تسرع الخطى إلا عندما تقترب من قشرة الأرض.

رحلة شاقة للإنسان في بحثه عن الماس

وبمجرد أن تصل بلورات الماس إلى سطح الأرض يبدأ الإنسان هو الآخر رحلة شاقة ومضنية في البحث والتنقيب عن هذه البلورات الساحرة، وكثيرًا ما تضطره الظروف إلى التوغل في مغارات عملاقة ومناجم مبهرة تحت سطح الأرض. وقد يكون الإنسان من السعداء إذا حظى بإلقاء عينيه على بلورة ماس ثمينة بينما هو يلهو ويلعب في ملعب الحداثة مع التُّراب والصخور.

ولقد حدثت قصة شبيهة بما نقول في عام 1867م لصبي أفريقي فقير. فبينما كان الصبي يلهو ويمرح في إحدى المزارع الواقعة على شاطئ نهر أورانج، إذا به يعثر على بلورة ماس بلغ وزنها 83.5 قيراطًا. وبمجرد أن شاهد الدكتور “أثربهتون” الماسة في يد الصبي، جن جنونه وفقد عقله وتحايل على الصبي بكل الحيل وأخذ منه الماسة بدراهم معدودة!

ولماسة الصبي هذه الفضل في تكثيف عمليات البحث والتنقيب بالمنطقة التي عرفت لاحقًا باسم مناجم “كمبرلي” الشهيرة، تلك المناجم التي صار لها اسمًا مدويًّا في دنيا الماس. وليس هذا فحسب، بل إن ماسة الصبي كان لها الفضل أيضًا في قيام المؤسسات المالية بالاستثمار في مجال البحث عن الماس واستغلاله في أفريقيا. وآتت عمليات البحث ثمارها وأوكلت قدرًا ما استخرج من الماس في عام 1926م فقط من جنوب أفريقيا وحدها بنحو ثلاثة ملايين قيراطًا من الماس الخالص!

أنواع الألماس

وعلى أية حال، أيًّا كانت طريقة البحث والتنقيب، فهناك نوعان من الماسات التي يتعامل معها الإنسان:

1. الماسات التي تتواجد في رواسب الطمى والحصى النهري أو الرواسب الوديانية (رواسب البرقة Placer deposits)، وهي الرواسب التي تتواجد على تخوم الأنهار والوديان الجافة، وعند التقاء المجاري المائية بالبحار والمحيطات.
2. الماسات التي تتواجد في صخور بركانية (Kimberlite)، وهذه هى صخور بركانية خام تشكلت من صهارة غنية بالغازات اندفعت من باطن الأرض إلى سطحها. وغالبًا ما تكون هذه الصخور على شكل أسطوانات ضخمة تسمى “أنابيب كبرية” (Kimberlite pipes)، وتشكل هذه الأنابيب مصادر رئيسية للماس.

صخور الكمبرلايت واللامبرايت وعلاقتها بالماس

هذه أشهر أنواع الصخور التي تحمل الماس،وهي صخور تتكون من ماجما بركانية تنبثق من عمق يصل إلى 200 كيلومتر تحت سطح الأرض، حيث تحمل معها الماس وغيره من المعادن الثقيلة. وعندما تصل إلى سطح الأرض، تتجمد وتشكل أنابيب بركانية على شكل مخروط أو قمع. وهذه الأنابيب هي المصدر الرئيسي للماس في العالم.

الفرق بين الكمبرلايت واللامبرايت هو أن الكمبرلايت أكثر شيوعًا وانتشارًا، وهو صخر غني بالمغنسيوم والحديد، ويحتوي على نسبة قليلة من السيليكا. أما اللامبرايت فهو صخر نادر نسبيًا، وهو صخر غني بالبوتاسيوم والفوسفور، ويحتوي على نسبة عالية من السيليكا. كلاهما يعتبران من مشتقات بيرودوتايت Peridotite، وهو صخر يشكل جزءًا كبيرًا من طبقة المانتل Mantle في باطن الأرض.

ولكن لا يحتوي كل أنبوب كمبرلايت أو لامبرايت على الماس، فقد يكون الماس قد ذاب أو اختفى أثناء صعود الماجما إلى سطح الأرض. لذلك يجب على عمال المناجم فحص هذه الأنابيب بدقة لإيجاد الماس. وعادة ما يستخدمون طرق مختلفة لفصل الماس عن باقي المعادن، مثل استخدام الشحوم أو الأشعة السينية أو الأوساط الثقيلة.

إن اكتشاف هذه الصخور كان له دور كبير في تاريخ صناعة الماس، فقد ازدهر التعدين في جنوب أفريقيا بعد اكتشاف أول أنبوب كمبرلايت في مدينة كيمبرلي Kimberley في عام 1871. وفي هذه المدينة تم اكتشاف أكبر ماسة في التاريخ، وهي ماسة كولينان Cullinan التي تزن 3106 قيراط. كما ازدهر التعدين في أستراليا بعد اكتشاف أول أنبوب لامبرايت في منجم آرغايل Argyle في عام 1979. وفي هذا المنجم تم انتاج أكثر من 90% من الماس الوردي في العالم.

إذن، يمكننا القول أن الكمبرلايت واللامبرايت هما الصخور التي تربط بين الماس والبراكين، وهما الصخور التي تحمل معها قصصًا وأسرارًا عن تكوين وانتقال الماس من باطن الأرض إلى سطحها.

مواصفات الماس الاقتصادية

الماس هو حجر كريم يتميز بشفافيته وبريقه وصلابته، ولكن ليس كل الماسات متساوية في هذه الخصائص. لذلك، توجد معايير دولية تستخدم لتصنيف الماسات وتحديد قيمتها. هذه المعايير تسمى C4 ، وهي اختصار للعوامل الأربعة التالية:

• Carat: وزن الماسة بالقيراط، وهو يساوي 0.2 جرام.
• Clarity: درجة نقاء الماسة من الشوائب والعيوب، وهي تتراوح من Flawless (خالية من العيوب) إلى Included (مشوهة بالشوائب).
• Color: لون الماسة، وهو يتراوح من D (أبيض شفاف) إلى Z (أصفر باهت).
• Cut: شكل الماسة وجودة تقطيعها وصقلها، وهو يؤثر على انعكاس الضوء والبريق.

كلما كانت الماسة أثقل وأنقى وأبيض وأحسن تقطيعا، كان سعرها أغلى. سعر قيراط الماس قد يتأرجح من دولار واحد في حالة الماسات السيئة الجودة، إلى آلاف الدولارات في الأنواع الكريمة عالية الجودة.

أنواع رواسب الماس

الماس هو مادة صلبة تتكون من ذرات الكربون التي ترتبط ببعضها بشكل متساوٍ في شبكة بلورية. هذه الشبكة تحتاج إلى ظروف عالية من الضغط والحرارة لتتشكل، ولذلك فإن مصدر الماس هو عمق الأرض حيث توجد هذه الظروف.الماس يخرج إلى سطح الأرض عبر ثوران بركاني نادر يحمل صخور خاصة تسمى كمبرلايت أو لامبرايت، والتي تحتوي على حبات صغيرة من الماس. هذه الصخور تشكل رواسب أولية Primary Deposits للماس، وهي عادة ما تكون على شكل أنابيب أسطوانية تسمى أنابيب الماس Diamond Pipes .عندما تتعرض هذه الصخور للتعرية والنحت بفعل العوامل الجوية والمائية، ينفصل الماس عنها وينتقل مع المياه إلى أماكن أخرى. هذه العملية تشكل رواسب ثانوية Secondary Deposits للماس، وهي عادة ما تكون على شكل رواسب وديانية Alluvial Deposits في مجاري الأنهار والوديان، أو رواسب بحرية Marine Deposits في مصبات الأنهار والشواطئ.

طرق تعدين الماس

تعدين الماس يتطلب دراسات جيولوجية واقتصادية مسبقة لتحديد موقع وحجم وجودة الرواسب، واختيار أفضل طريقة لاستخراجها. هناك ثلاث طرق رئيسية لتعدين الماس:

• التعدين المفتوح Open Pit Mining : وهو يستخدم لرواسب الماس الأولية التي تكون قريبة من سطح الأرض، ويتم فيه حفر حفرة كبيرة في شكل مخروطي للوصول إلى الصخور الحاملة للماس.
• التعدين تحت الأرض Underground Mining : وهو يستخدم لرواسب الماس الأولية التي تكون عميقة تحت سطح الأرض، ويتم فيه حفر نفق أو شفير للوصول إلى الصخور الحاملة للماس.
• التعدين بالغسيل Placer Mining : وهو يستخدم لرواسب الماس الثانوية التي تكون مترسبة في الأنهار أو الشواطئ، ويتم فيه استخدام الماء أو الهواء لغسل وفصل الماس من باقي المواد.

بعد استخراج الماس من الرواسب، يتم فرزه وتصنيفه حسب معايير C4 ، ثم يتم إرساله إلى مراكز معالجة خاصة لتقطيعه وصقله وتسويقه.

التعدين في الرواسب الأولية

عندما يتم اكتشاف صخور الكمبرلايت أو اللامبرايت الحاملة للماس في منطقة ما، وتتوافر الظروف الجيولوجية الملائمة من احتواء هذه الصخور على قديمة أو وقوعها ضمن “رسيخة” صخرية Craton مستقرة وثابتة، فإنها تمثل إشارات لوجود الماس بالمنطقة. وفي هذه الحالة يجب أخذ عينات كثيرة، قد تصل إلى عدة أطنان، ويتم فحص هذه العينات يدويًا ثم مجهريًا باستخدام شتى الطرق والوسائل الحديثة. قد يتطلب الأمر الحصول على عينات أسطوانية باستخدام آلة حفر يصل قطرها في العادة إلى 10 سم، وطولها إلى عشرات أو مئات الأمتار. وتقوم هذه الآلة باختراق صخور الكمبرلايت أو اللامبرايت فيما يعرف ب “الحفر التأسيسي للماس” Core Drilling. والحصول على مثل هذه العينات يعتبر غاية في الأهمية، إذ أنه يفيد في التعرف على امتداد الجزء الحامل للماس وكمية الماس به.

ومن الأمر البديهي أن عملية الحفر يجب أن تتم بجوار “الثاقبات” أو أنابيب الكمبرلايت واللامبرايت، والتي تندفع من خلالها المواد الصهارية المحملة بالماس من جوف الأرض. وينظر إلى الماس على أنه ذو عائد اقتصادي إذا كان الصخر الحامل يحتوي على ما مقداره من 0.05 إلى 17 قيراطًا من الماس. كما أن عمليات التقييم التي تتم تعطي تصورًا عن حجم الماسات ومواصفاتها، وعن الطريقة المثلى لتعدين الماس واستخراجه، وتقرير ما إذا كان الحصول على الماسات سوف يتم عن طريق “الحش” والتعدين السطحي Surface Excavation أو أنه يتحتم أن تتم عملية التعدين تحت السطح Underground Mining.

التعدين المكشوف

في هذه الطريقة يتم الحصول على الماس دون حاجة إلى حفر تحت سطحي عميق. وتقوم هذه الطريقة على إزالة الغطاء الصخري، الذي يتألف عادة من صخور فتاتية، باستخدام المعدات الحديثة، حتى نصل إلى صخور الكمبرلايت أو اللامبرايت الصلبة الحاملة للماس. في هذه الحالة يتم حفر بعض التجاويف والثقوب بزاوية معينة على “الثاقبات”، ويوضع في هذه التجاويف نوعية معينة من الديناميت والمتفجرات، مع الأخذ في الاعتبار ألا تؤدي عمليات الانفجار إلى تكسير أو تشويه بلورات الماس. وبعد ذلك يتم إزالة الفتات الحامل للماس والناجم عن الانفجار، ثم يُنقَل لمحطة لفصل بلورات الماس. وبطبيعة الحال فإن عمق الحفر يحدده العائد الاقتصادي للرواسب.

التعدين تحت السطح

في هذه الطريقة يتم الحصول على الماس عن طريق حفر تحت سطحي عميق، وذلك عندما تزيد كلفة التعدين المكشوف عن العائد من تعدين أي خام. ويتم في هذه الطريقة حفر مجموعة من الممرات المنجمية Drifts وفتحات التهوية الرأسية والمائلة Shafts وبعض الأنفاق الجانبية Laterals .وفي حالة تعدين الماس يتم حفر ممرات تهوية رأسية في الصخور الصلبة بجوار “الثاقبات” أو أنابيب الكمبرلايت واللامبرايت، والتي تحتوي على الماس. وتستخدم هذه الممرات في التهوية، وكذلك في عملية دخول وخروج العمال ومهندسي المناجم والمعدات. أما الممرات المائلة فتستخدم في استخراج صخور الكمبرلايت أو اللامبرايت المحملة بالماس بعد تفجيرها في الأعماق. وذلك عن طريق مجموعة من العربات الصغيرة التي تأخذ طريقها إلى الخارج على شبكة من السكك الحديدية باستخدام ماكينات ضغط الهواء.

وباستخدام الممرات الجانبية يمكن الوصول إلى امتدادات “الثاقبات” الأنبوبية التي تحتوي على الماس، ثم تتم عملية “حش” الصخور المحملة بالماس على أن تترك أعمدة معينة حتى لا تنهار الصخور وتسقط من أعلى على العاملين والآلات. وبعد ذلك يتم التخلص من الأعمدة حيث يتلاقى سقف وأرضية المكان بعد الحصول على الصخور المحملة بالماس. وتعرف هذه الطريقة باسم “الغرف والأعمدة” Room and Pillar.

التعدين في الرواسب الوديانية

معظم اكتشافات الماس كانت تتم في الرواسب الوديانية. ومع أن كميات الماس التي يتم استخراجها من هذه الرواسب تعتبر محدودة، إلا أن هذه الكميات المحدودة غالبًا ما تكون ذات عائد اقتصادي عالٍ نظرًا لعدم حاجتها إلى مجهود كبير في عملية التعدين أو إلى كلفة عالية في الاستخراج. كما أن دراسة واستخراج الماس من هذه الرواسب قد يفيد في التعرف على الموقع الأصلي لصخور الكمبرلايت واللامبرايت التي تحتوي على الماس. وطريقة فصل الماس عن الرواسب الوديانية تكون بسيطة يطلق عليها “طريقة التجريف والغربلة” Dredging and Screening. باستخدام هذه الطريقة يتم فصل الماس والمعادن الثقيلة من جهة عن الفتات الصخري والمعادن الخفيفة من جهة أخرى. ثم يتم فصل الماس عن المعادن الثقيلة بعد ذلك عن طريق إمرار تيار من الماء بسرعة في أحواض لها زاوية ميل معينة. ونفس هذه الطريقة كان يستخدمها المصريون القدماء في عملية فصل الذهب عن الصخور التي تحتوي عليه في معظم مناجم الذهب الشهيرة بالصحراء الشرقية المصرية.

التعدين في الرواسب البحرية

معظم أنهار العالم تصب في بحار أو محيطات أو بحيرات. وعندما تمر هذه الأنهار من مناطق المنبع على صخور كمبرلايت أو لامبرايت حاملة للماس، فإنها تنقل ما يتم تحريره من هذه الصخور الغنية بالماس وترسبه بالقرب من شواطئ البحار والمحيطات. كما حدث في نهر أورانج وغيره من أنهار جنوب أفريقيا، والتي تمر خلال رحلتها من المنبع إلى المصب على ثلاثة آلاف كتلة جبلية أو نحوها من الكمبرلايت الغني بالماس. وذلك يؤدي إلى صب مياهها “الماسية” في المحيط الأطلسي. وعندما تلتقي مياه الأنهار بمياه المحيط يحدث تباطؤ في سرعة المياه، فترسب بعض حمولتها بما فيها الماس بالقرب من الشاطئ. ويقال إن نحو 1400 متر من هذه الرواسب الغنية بالماس قد ترسبت على “الرسيخة” كلاهاري Kalahari Craton خلال مائة مليون عام. وتقدر كمية الماس التي نُحِتَتْ ونُقِلَتْ من منجم كيمبرلي Kimberley Mine وحده حوالى 14.5 مليون قيراط. ويُعْقَدُ أيضًا أن 10% فقط من هذه الكمية الضخمة من الماس تتواجد مع الرواسب الوديانية، وما بين 90-95% تتواجد في الرواسب البحرية. والشيء المثير للدهشة هو أن احتكاك وارتطام الأمواج البحرية والمحيطية بالشواطئ ينجم عنه عملية تصنيف طبيعية للماسات حيث تتكسر الأنواع الرديئة وتذهب جفاء، وتتركز الأنواع عالية الجودة.

كيفية فصل الماس من صخور الكمبرلايت

صخور الكمبرلايت أو اللامبرايت هي الصخور الحاملة للماس التي يتم استخراجها وتجميعها سواء بطريقة التعدين المكشوف أو التعدين تحت السطح. لكن لا يمكن استخدام هذه الصخور مباشرة في صناعة المجوهرات، بل يجب فصل الماس منها بطرق مختلفة تعتمد على خصائص الماس والصخور.هذه اهم طرق فصل الماس من الصخور:

تكسير الصخور

أول خطوة في عملية فصل الماس من صخور الكمبرلايت هي تكسير هذه الصخور إلى أحجام أصغر (150 مم في العادة). ويلاحظ أنه أثناء هذه العملية تتهشم صخور الكمبرلايت واللامبرايت بسرعة، بينما تقاوم الماسات عملية التكسير بسبب صلادتها العالية وشكلها المنظم. لذلك تدخل الصخور والماسات التي بداخلها مرحلة أخرى من عملية التكسير بهدف توحيد الحجم إلى ما بين 25 و 50 مم، إلا أنه قبل الدخول في هذه المرحلة يجب التقاط الماسات الكبيرة التي يزيد حجمها عن 50 مم. فمثلا ماسة كولينان Cullinan Diamond التي سوف نتعرف عليها وعلى قصاتها “العالمية” تحت عنوان “أشهر الماسات العالمية” كان حجمها نحو 100 مم (3.9 بوصة). وهذا يعني أن مثل هذه الماسة لو تُرِكَتْ لتُعَرَّضَ في المرحلة التالية للتكسير والتهشيم.

باستخدام الأوساط الثقيلة

بعد تكسير الصخور، يجب فصل الماس من باقي المواد التي لا قيمة لها. وفي المناجم ذات حجم التشغيل الكبير يتم فصل الماس من الصخور الحاملة له باستخدام طريقة يطلق عليها “طريقة الفصل باستخدام الأوساط الثقيلة” Heavy-media Separation. وتقوم هذه الطريقة على وضع نواتج عملية التكسير في قمع كبير يتحرك بشكل دائري، أو في جهاز يُعْرَفُ بـ”السَّيْكْلُون” Cyclone ، وهو جهاز يستخدم قوة الطرد المركزي لفصل المادة حسب كثافتها. ثم يضخ سائل مُمَزَّجٌ ببعض المواد التي تقارب الماس في الكثافة، مثل سائل الفيروسيليكون. وتؤدي عملية الدوران السريع داخل القمع أو السيكلون إلى طفو المعادن الخفيفة والنفايات لأعلى حيث يتم التخلص منها، أما الماس والمعادن الثقيلة فتغوص لأسفل حيث يتم سحبها باستخدام هواء مضغوط أو شفطها باستخدام شفاط هوائي.

استخدام الشحوم أو الأشعة السينية

بعد كل هذا تأتي المرحلة الأخيرة، وهي عملية فصل الماس من المعادن التي تشابهه في الكثافة. وتتم هذه العملية عادة باستخدام منضدة عليها بعض الشحوم أو باستخدام “جهاز فصل أشعة إكس” X-ray Fluorescence Separator. والمبدأ الذي تقوم عليه هذه الطرق هو أن الماس يمتاز من غيره من المعادن في أن الهيدروكربونات والزيوت والشحوم لا تلتصق به. ويزيد على ذلك أنه عند استخدام جهاز إكس، فإن الماس سوف يسمح بنفاذ الأشعة إلى داخله وإصدار ضوء مُضِيءٌ يُمَكِّنُ من تحديده.