توسعه صنعتی منجر به افزایش مصرف انرژی و مواد خام شد که معمولا همراه با نابود کردن منابع و محیط زیست بوده است. بکار بردن سوختهای فسیلی، آلوده ساختن آبها، هوا و خاک، و انباشته کردن زباله از مهم­ترین مخاطرات می­باشد.

مهم­ترین منابع آلودگی در صنعت متالورژی انتشار ذرات گرد و غبار، گازهای آلوده­کنند، نحوه نامناسب و ناکافی انباشت و رسیدگی به باطله­ها، انتشار آب­های آلوده بدون تصفیه نمودن آن و سطح پایین راندمان انرژی می­باشد.

تقریبا m3 32000 گاز به ازای تولید هر تن آهن خام و فولاد تولید می­شود. بخش­های اصلی این گاز مونواکسید کربن (CO/t Kg 11)، دی­اکسید سولفور (SO2/t Kg 5/4) و اکسید­های نیتروژن (NOx/t Kg 7/0) می­باشد.  محتویات گرد و غبار و گازهاا به شدت تحت تاثیر مواد خام ورودی [از مرحله معدن­کاری] و فرآیندهای تکنولوژیکی می­باشد. تقریبا پیش­بینی می­شود طی تولید یک تن آهن 120-100 کیلوگرم گرد و خاک، گل و باطله­های اکسید آهن تولید شود[1].

منابع آلودگی در معدن و فرآوری مواد معدنی زهاب­های خروجی از معدن، انتشار گرد و خاک، ریزش، تخریب محل معدن و مناطق اطراف، رها کردن تجهیزات، ساخت کارخانه و ساختمان و تخریب و ناپایدار ساختن زمین است[2].

 

کنترل آلودگی هوا

منابع آلوده­کننده هوا شامل گرد و خاک، انتشار گاز می­باشد. در محل معدن مهم­ترین منبع آلوده کننده انتشار گرد و غبار می­باشد. منابع اصلی آلودگی هوا جاده­های شوسه، فعالیت­های حفاری، دامپ­های باطله، نوار نقاله­ها و مناطق روباز می­باشد.

می­توان با بکار بردن تدابیری آلودگی هوا را کنترل یا کم حداقل کم کرد. آب پاشی و محدود کردن سرعت ماشین­ها، جاده­های مناسب، پوشش نوار نقاله­ها، درست کردن مجدد فضای سبز و محدود کردن ریزش خودبخودی سنگ­ها در فرآیند دامپ مواد از مهم­ترین راهکارهای مقابله با آلودگی هوا می­باشد.

ماشین آلات نیز برای کنترل آلودگی هوا بکار می­روند. اتاق­های ته­نشینی[1] و سیکلون­ها برای حذف ذرات درشت موجود در گرد و خاک استفاده می­شود. اتاق­ها ته­نشینی نخستین تکنولوژی­ها بدین منظور بودند. این تکنولوژی شامل اتاقکی بزرگ در محل لوله­ها بود که سرعت گاز را پایین می­آورد و بدلیل اینکه سرعت حرکت گاز کاهش پیدا می­کرد، ذرات درشت­تر گرد و خاک ته­نشین شده و در قسمت تحتانی اتاقک جمع می­شدند.

شکل 1. اتاقک ته­نشینی

اتاقک ته­نشینی عموما برای ذرات درشت­تر از 60 میکرون بکار می­رود و نقش کلینر اولیه را دارد.

سیکلون­ها نیز که از نیروی گریز از مرکز، بجای نیروی ثقلی در اتاقک ته­نشینی، استفاده می­کنند برای جدا کردن قطعات از گاز استفاده می­شوند. نیروی گریز از مرکز تقریبا بیش از 2500 برابر قوی­تر از ثقلی عمل کرده و برای ذرات ریزتر استفاده می­شود(شکل 2).

                                                      شکل 2- سیکلون تصفیه هوا

کنترل آلودگی هوا و خاک

مدیریت رها کردن آب، و هر آنچه که از ذرات کلوئیدی و سایر ذرات موجود در آن، به محیط زیست یکی از مهم­ترین نگرانی­ها در معدن و صنایع وابسته می­باشد.

تهیه آب یکی از مقدمات اصلی در معدن­کاری می­باشد که در فرونشادن گرد و خاک، استفاده در حفاری، در شستشو و فرآوری محصولات معدنی و نیز طی ایجاد فضای سبز در معدن بکار می­رود. معدن­کاری با چرخه طبیعی آب در طبیعت نیز سر و کار دارد.

در رابطه با در معرض هوا و آب قرار گرفتن مواد معدنی، باطله­های غنی از کانی­های سولفیدی می­توانند اسید سولفوریک تولید کنند. کانسنگ­های حاوی عناصر سمی مانند آرسنیک و سیانور می­بایست بطور صحیحی جابجا شوند. در برخی از چرخه­ها آب استفاده شده در کارخانه را می­توان تصفیه کرد و نیز مواد با ارزش را نیز از آن بازیابی نمود(شکل 3).

شکل 3- فلوچارت تصفیه و بازیابی آب در شرکت Hovione


باطله­های معدنی

یکی از مهم­ترین منابع آلوده­کننده خاک در صنعت معدن باطله­های آن می­باشد که معمولا بصورت گلاب دانه­ریز با یک بخش درشت دانه می­باشد. در حالی که بخش دانه درشت را می­توان بخوبی جدا کرد اما بخش دانه­ریز به­کندی ته­نشین می­شود. می­توان با استفاده از تجهیزات آبگیری مانند کلاسیفایرهای مارپیچی برای ذرات درشت و تکینرها یا مکانیزم فیلتراسیون برای ذرات ریزتر آب بیشتری را از باطله­ها جدا نمود.

باطله و پساب­ها معمولا به سدهای بزرگی پمپ شده که غالبا توسط یک لایه نفوذ ناپذیر در بخش تحتانی پوسیده شده­اند( اغلب رس) و در مواردی نیز توسط غشاهای پلاستیکی برای این کار استفاده می­شود. موقعیت و محل سد باطله نیز مشخص کننده پتانسیل آلوده­کنندگی این سدها می­باشد. در معدن مس کودلکو[1] شیلی محل سدهای باطله در مناطقی که درای مواد با نفوذپذیری کم، عدم وجود جریان­های دائمی آب و نیز اطمینان از عدم آلودگی آبهای زیر زمینی ایجاد شد. همچنین نحوه طراحی سیستم ذخیره­سازی باطله یک استراتژی کلیدی در کم کردن آلودگی می­باشد.

یکی از مهم­ترین منابع آلوده­کننده دامپ­های باطله سیانور می­باشد. بخشی از آبهای آلوده به سیانور ضمن تصفیه مجددا وارد چرخه فرآوری طلا می­شود تا مصرف سیانور کاهش یابد، اما بخشی دیگر وارد دامپ باطله می­شود.

فرآیند INCO-SO2 یکی از راه­کارهای اصلی در مدار فرآوری طلا می­باشد. در فرآیند مزبور، SO2 و هوا به باطله­های غنی از سیانور اضافه شده و سولفات مس نیز بمنظور کاتالیز فرآیند اکسیداسیون اضافه می­شود و در نهایت سیانید آهن در نمک مس محلول ترسیب می­شود. سپس سولفات آهن بمنظور ترسیب آرسنیک و آنتیموان و ته­نشینی سیانید آهن باقی­مانده، اضافه می­شود. سولفات آهن بیشتری برای کاهش آنتیموان به سیستم اضافه می­شود. در این صورت غلظت سیانور موجود در دامپ به کمتر از ppm 1 کاهش می­یابد (شکل 4).

 شکل 4- چرخه سیانور در لایه­های رسوبی و آبی سدهای باطله و واکنش با هوا

ترکیبات سولفوری

پیش­گیری و دامپ ترکیبات سولفوری یکی دیگر از چالش­های جدی زیست محیطی در صنعت معدن­کاری می­باشد. در صورتی که کانی­های سولفوری در معرض هوا قرار گیرند می­توانند اسید سولفوریک تولید کنند که در صورتی که این اسید خنثی نشود می­تواند فلزات موجود را حل و مخاطرات زیست محیطی جدی را ایجاد کند.

تولید اسید سولفوریک را می­توان با محدود کردن در معرض بودن باطله­های حاوی کانی­های سولفیدی در معرض اکسیژن  و نیز کم کردن انتقال و حرکت آب در باطله، کم کرد.

معدن طلای مونت لیشون[1] در کوئینزلند هر دو استراتژی را بمنظور کاهش تولید اسید سولفوریک استفاده کرد. در این معدن دامپ باطله توسط سنگ­های (خاک) پرفیری به ضخامت یک متر پوشیده و متراکم شد. این­کار موجب به­حداقل رساندن نفوذ اکسیژن و به حداکثر رساندن زهکشی نمود (شکل 5).

شکل 5- استراتژی استفاده شده برای کم کردن نفوذ اکسیژن و نفوذ آب

آلودگی صوتی

آلودگی صوتی در معدن و صنایع وابسته ناشی از فرآیندهای است که موجب ایجاد فشار، ارتعاش، سایش و توربولانس می­شوند. می­توان این آلودگی را از طریق بکار بردن برخی از راهکارهای زیر کاهش داده و کنترل نمود:

·         جدا کردن فعالیت­های صنعتی و مناطق مسکونی

·         ایجاد فاصله کافی بین جاده­های حمل و نقل و ترابری با مناطق مسکونی با در نظر گرفتن حایل­های مانند تپه­های و برآمدگی­ها و تعمیر و نگه­داری جاده

·         پوشش دادن به ماشین­هایی که سر و صدای زیادی ایجام می­کنند، بوسیله پوشش­های آکوستیکی

·         ایجاد خاکریزهایی در اطراف مناطقی که سر و صدای زیادی ایجاد می­کنند

·         محدود کردن ساعت کاری. می­بایست عملیاتی که بیشترین سر و صدا را ایجاد می­کنند در روز باشد که تاثیر کمتری داشته باشد

بررسی­های موردی تولید پاک (CP)[1]

1- زغال دانه­ریز[3]

صنعت زغال آفریقای جنوبی دارای حدود 10 میلیون تن زغال دانه­ریز (µm 150- ) در سال می­باشد. در صورت رها کردن این حجم از زغال، که حاوی سولفید­های دانه ریز می­باشد، علاوه­بر مشکل زهاب­های اسیدی و سایر مشکلات زیست محیطی، حجم زیادی از درآمد نیز هدر می­رود.

طی یک پروژه که توسط کمسیون تحقیقات آب بمنظور بررسی تولید پاک در صنایع معدنی انجام شد، مشکل زغال دانه ریز بررسی شد. بدین منظور یک ارزیابی CP بر روی سه گالری در منطقه زغال­خیز ویت بانک[2] انجام شد. پس از نمونه­برداری، موازنه جرم، تحقیقات آزمایشگاهی و بررسی­های فنی – اقتصادی گزینه­های مختلفی پیشنهاد شد.

با جلوگیری از جدایش قطعات درشت از ذرات بسیار ریز دانه زغال، مقدار زغال ریزدانه در معرض در هر سه گالری کاهش یافت. بالا بردن حد بزرگترین قطعات[3] در سنگ شکن یکی دیگر از راهکارها می­باشد که موجب کاهش مقدار زغال زیر 150 میکرون در آسیا می­شود. راه­کار بعد فلوتاسیون ذرات بسیار دانه­ریز زغال می­باشد که منجر به بازیابی کامل زغال می­شود.

2- نزدیک شدن به تخلیه پساب صفر درصد با CP. مطالعه موردی: کارخانه فلوتاسیون کانی­های سولفیدی[4]

بمنظور کاهش باطله از کارخانه فلوتاسیون کانی­های سولفیدی و همچنین بازیابی و استفاده مجدد از آن بر روی چندین کارخانه مطالعه انجام شد. ذرات پساب­های کارخانه فلوتاسیون پس از جمع­آوری با کواگولاسیون ته­نشین و سپس توسط کربن فعال جذب شد. سپس پساب تصفیه شده (effluent) بمنظور استفاده مجدد در سیکل فلوتاسیون بررسی شد. به­علاوه این پساب با اکسیداسیون توسط هیپو کلرایت عمل­آوری شد، تا از آلودگی در مورادی که پساب به طور اتفاقی تخلیه می­شود جلوگیری کرد.

نتایج نشان داد که ذرات آلوده­کننده پساب فلوتاسیون بطور کامل حذف می­شوند. استفاده مجدد از پساب تصفیه شده نیز در چرخه فلوتاسیون طی شش سال اثرات مضر خاصی در پی­نداشت. به­علاوه مصرف مواد شیمیایی فلوتاسیون به میزان چشمگیری کاهش یافت، زیرا پساب برگشتی اغلب شامل کف­سازهایی بود که می­توانست مجددا استفاده شود.

نتایج این راه­کار نشان داد که علاوه­بر کاهش هزینه­های زیست محیطی و مصرف مواد شیمیایی، مصرف آب تازه[4] نیز کاهش می­یابد.

3- گزینه­های تولید پاک زغال در یک کارخانه فرآوری زغال در ویتنام[5]

در این مورد وضعیت کنونی بزرگترین کارخانه زغال­شویی در ویتنام بررسی و گزینه­های CP برای برخی از مشکلات کارخانه ارائه شد. در سال 2005 تقریبا 30% زغال استخراج شده از معدن در این کارخانه شسته شده و بقیه به سایر زغال­شویی­ها ارسال شده است. کارخانه مطالعه شده ظرفیت تقریبی 1/6 میلیون تنی را دارد. نتایج ارزایبی­های اولیه نشان داد که کارخانه با مشکلات متعددی، مانند حجم بالای زغال دانه­ریز، هدر رفتن بخش زیادی از مگنتیت، کارایی پایین سیستم چرخه کلاسیفایر، مقدار بالای خاکستر در محصول و حجم زیاد پالپ زغال مواجه می­باشد.

بمنظور پیاده کردن CP در کارخانه زغال­شویی کارهای زیر انجام شد:

·          پیش­ارزیابی: این کار بمنظور بررسی و ارزیابی کارخانه زغال­شویی بوسیله تحقیق و جمع­آوری داده انجام شد

·          مصاحبه: با سر شیفت­ها، مهندسین و کارگران بمنظور بررسی اجمالی قبل از اعمال تغییرات مصاحبه شد

·          اعمال تغییرات: این کار با تحقیق و بررسی، مصاحبه و نمونه­برداری و آنالیز نمونه­ها در زغال­شویی انجام شد. به­علاوه بمنظور یافتن فرآیند مناسب، کارایی مناسب و کیفیت محصول، ماشین­آلات و تجهیزات مطالعه شدند.

 

منابع:

1- Kamberovic, Zeljko J. "Cleaner metallurgical industry in Serbia: A road to the sustainable development." Chemical Industry & Chemical Engineering Quarterly15.1 (2009): 1-4.

2- Driussi, Catherine, and Janis Jansz. "Technological options for waste minimisation in the mining industry." Journal of Cleaner Production 14.8 (2006): 682-688.

3- Reddick, J. F., H. von Blottnitz, and B. Kothuis. "A cleaner production assessment of the ultra-fine coal waste generated in South Africa." Journal of the South African Institute of Mining & Metallurgy 107.12 (2007): 811.

4-  Yuan, Z., and Sh Sun. "Approaching Zero-discharge with Cleaner Production: Case Study of a Sulfide Mine Flotation Plant in China." International Journal of Environmental Research 4.4 (2010): 759-764.

5- Bach, L. B. V., and S. H. Gheewala. "Cleaner Production Options at a Coal Preparation Facility in Vietnam." Journal of Sustainable Energy & Environment1.2 (2013): 41-46.


[1] Cleaner Production

[2] Witbank

[3] Top Size

[4] Fresh


[1] Mount Leyshon 

[1] Codelco 

[1] Settling Chamber