Iedereen die een oude tekenfilm of film over mijnbouw heeft gezien, kent het beeld van een roetzwarte man die zich een weg baant door een donkere tunnel. Wanneer zijn lantaarn op een briljante diamant of een homp goud valt, hakt hij de rots weg totdat het kostbare mineraal vrij is.

In de wereld van vandaag is het natuurlijk een stuk ingewikkelder dan dat. Mineralen die belangrijke metalen herbergen, zoals kobalt, koper, uranium en vanadium, zijn grondig ingebed in minder waardevol gesteente, en het winnen van de metalen vereist kennis van de eigenschappen van de mineralen en het omliggende gesteente, evenals een lange lijst van gereedschappen en processen. Terwijl de wereld evolueert naar duurzame technologieën, variërend van zonnepanelen en windmolens tot elektrische voertuigen, is het ontginnen van het materiaal om deze technologieën te bouwen belangrijker dan ooit.

"Als je kijkt naar de koers van groene energie, betekent dat elke keer dat je fossiele brandstoffen elimineert, dat je meer metaal nodig hebt", zegt Isabel Barton, assistent-professor mijnbouw en geologische engineering. “Maar mineralen zijn ingewikkeld. Mineralen zijn rommelig. Dus de extractieve processen die in theorie geweldig zouden moeten werken, vallen in het echte leven soms tegen.”

Barton ontving een 2021 National Science Foundation CAREER Award, de meest prestigieuze prijs van de stichting ter ondersteuning van beginnende faculteiten. De erkenning gaat gepaard met een subsidie ​​van $ 500,000 om haar onderzoek en outreach te ondersteunen. Ze is op een missie om mijnbouwprocessen efficiënter te maken door silo's af te breken tussen geologen, experts op het gebied van ertsafzettingen en metallurgen, die weten hoe ze de metalen uit gesteente moeten halen. Bartons achtergrond in geometallurgie, die de twee velden overbrugt, maakt haar de perfecte kandidaat voor de baan.

Extractie onderzoeken

Mijnteams voeren tests uit om meer te weten te komen over de eigenschappen van het erts voordat ze een extractieplan ontwikkelen. Er is echter een breed scala aan minerale eigenschappen die ze in de standaardpraktijk niet onderzoeken. Wanneer bijvoorbeeld koper wordt geëxtraheerd uit gewone kopersulfidemineralen in een proces dat uitloging wordt genoemd, kunnen de extractiesnelheden sterk veranderen op basis van subtiele variaties in de kristalstructuur en chemische samenstelling van de mineralen. Het detecteren van kleinschalige structurele kenmerken en onzuiverheden vereist echter relatief geavanceerde tests die geen deel uitmaken van de gebruikelijke reeks tests die op het erts worden uitgevoerd. Daarom controleren wetenschappers alleen het niveau van dergelijke onzuiverheden als er tijdens de extractie iets onverwachts gebeurt.

"Stel dat je naar een andere zone verhuist, en plotseling zakt je herstel - of het percentage waardevol metaal dat met succes uit het erts is gewonnen - als een baksteen, om zo te zeggen," zei Barton. "In dergelijke gevallen beginnen veel bedrijven aan een intensieve karakteriseringscampagne om erachter te komen wat er is veranderd waardoor het herstel is gedaald."

Barton kijkt verder dan het beperkte bereik van minerale eigenschappen die doorgaans worden onderzocht om een ​​meer proactieve benadering van extractie vast te stellen. Ze is van plan gedetailleerde karakteriseringsmethoden toe te passen om alle relevante ertseigenschappen te kwantificeren en ze vervolgens te koppelen aan uitloogresultaten met een reeks experimenten.

"Als de resultaten aangeven dat zaken als kristalliniteit belangrijk zijn bij het bepalen van het extractiegedrag, kunnen we ze toevoegen aan de routinematige reeks analyses en de industrie in een efficiëntere richting wijzen", zei ze.

Hoewel het onderzoek van Barton gericht zal zijn op het Colorado-plateau, hoopt ze dat de methoden die ze ontwikkelt wereldwijd zullen worden gebruikt om mijnbouwactiviteiten te verbeteren.

"Ik ben ervan overtuigd dat het onderzoek van Dr. Barton een paradigmaverschuiving teweeg zal brengen in de productie van essentiële mineralen die nodig zijn voor een groene economie", aldus Moe Momayez, de David en Edith Lowell-leerstoel in mijnbouw en geologische engineering en interim-afdelingshoofd.

Resource Science 'minder eng en raar' maken

In hun dagelijks leven zijn mensen enorm afhankelijk van mijnbouw, maar vaak zijn ze zich niet bewust van de vele manieren waarop ze afhankelijk zijn van minerale hulpbronnen. Barton is van plan daar verandering in te brengen.

Ze doceert een niet-gegradueerde cursus in mijnbouw en antropologie die niet-hernieuwbare hulpbronnen verkent door een historische lens. Discussies variëren van de rol van brons bij het bouwen van oude imperiums, en verkooksing van steenkool in het middeleeuwse China, tot mineralen die vandaag de dag groene energie kunnen aandrijven en de toekomst van ruimtemijnbouw.

Een studente politicologie zei dat de cursus haar had laten zien dat technische concepten 'veel minder eng en raar' waren dan ze had gedacht. Studenten uit etnische minderheden waardeerden vooral het leren over oude metallurgische technologie in Afrikaanse, Aziatische en Zuid-Amerikaanse culturen.

"Een groot deel van de menselijke geschiedenis en de contouren van de moderne samenleving zijn echt bepaald door de toegang, of het gebrek aan toegang, tot minerale hulpbronnen," zei Barton. "Het samenstellen van deze cursus was een gelegenheid om te laten zien hoeveel minerale hulpbronnen te maken hebben gehad met de beschaving zoals wij die kennen."

Als onderdeel van haar NSF-werk maakt Barton een reeks korte, openbaar toegankelijke video's over dezelfde onderwerpen. Daarmee hoopt ze het veld - waarin vrouwen en etnische minderheden historisch gezien ondervertegenwoordigd zijn - voor iedereen gastvrijer en interessanter te maken.

"Mijnbouwkunde heeft een chronisch diversiteitsprobleem", zei ze. “Hoewel mijn eigen ervaringen grotendeels positief zijn dankzij mijn ondersteunende collega's, begrijp ik hoe het soms kan aanvoelen als een vreemde of onvriendelijke omgeving. Dit motiveert me om er echt voor te zorgen dat studenten met alle verschillende achtergronden de kans krijgen om een ​​loopbaan in delfstoffen na te streven.”

###