خلاصه
صنعت معدن طی سالهای گذشته تغییرات قابلتوجهی را به خود دیده است. بخصوص، به دلیل کاهش عیار ذخایر معدنی و نیاز به کاوشهای عمیقتر، باطلههای معدن بیشتری در فرایندهای استخراج تولید میشوند، وضعیتی که بر اکوسیستم اطراف معدن و بهرهوری آن تأثیر منفی گذاشته است. علاوه بر این، شکست فاجعهبار برخی از سدهای باطله فشار را برای جستجوی شیوههای جایگزین در مدیریت باطلههای معدنی افزایش داده است. مدیریت مسئولانه و در عین حال مقرون به صرفه باطلهها نه تنها لازمه تعریف عملیات ایمنتر در معادن، بلکه بایستی برای بهبود بهرهوری کلی شرکتهای معدنی و ایجاد اقتصاد چرخهای در عملیات آنها است.
باطلههای معدنی باقیمانده مراحل مختلف فرآوری مواد معدنی از سنگهای معدن هستند. اگر باطلهها به درستی مدیریت نشوند نتایج زیانباری را برای محیطزیست، جوامع اطراف و اعتبار معدن به وجود میآورند. مدیریت درست باطلههای معدنی به معنای ذخیره، پردازش و دفع ایمن این محصولات جانبی عملیات معدنکاری است.
هر استراتژی اتخاذی برای مدیریت باطله معدنی شامل سه فعالیت کانونی زیر است:
- ذخیره باطلههای معدنی: نگهداری باطلهها در مکانهایی که امکان نشت در آنها به صفر رسیده است.
- پردازش باطلههای معدنی: خنثی کردن یا کاهش تأثیر مواد مضر همراه با باطلهها.
- دفع باطلههای معدنی: دفع همیشگی یا استفاده مجدد از باطلههای معدنی به شیوهای ایمن.
شرکتهای معدنی برای دریافت مجوزهای اجتماعی به جلب اعتماد جامعه پیرامون سایتهای خود نیاز دارند. مدیریت خوب باطله گام شاخصی در ایجاد این ارتباط و تقویت آن است. علاوه بر این، دولتها و سازمانهای بینالمللی شرکتهای معدنی را مستلزم به استفاد از رویکردهای حفظ محیطزیست میکنند. استانداردهای سختگیرانه کنونی و آتی در ارزیابی و گزارش ردپای معدن در تأثیرات زیستمحیطی، آینده حرفهای معدن را شکل میدهد.
علاوه بر اجرای سیستمهای نظارتی و گزارشدهی درباره فعالیتهای مرتبط با مدیریت باطلهها، معادن به شیوههای نوین و متکی به فناوری نیاز دارند. دیگر زمان دفع مستقیم و همیشگی باطلهها گذشته، امروز صنعت معدن قدرت لازم برای مواجه با این چالش، بازاستخراج ارزش از باطلهها و خنثی کردن کامل عوامل منفی آن را دارد.
تکنیکهای اصلی در تحلیل باطلههای معدنی
گام اول در مدیریت باطلههای معدنی، تشخیص ماهیت، میزان تأثیر ممکن آنها بر محیط پیرامون و تحلیل دادههای مرتبط با روشهای مختلف در ارزیابی باطلههاست. مراحل مختلف تحلیل باطله شامل موارد زیر هستند:
- جمعآوری نمونه: باید از محلهای مختلف از محل انباشت باطله، یا حتی قبل از استخراج سنگ معدن، نمونه برداری شود. نمونه برداری استاندارد به معنی ترکیبی از دگرگونسازی، تصادفی بدون و استفاده از تجهیزات دقیق در برداشت نمونهها، همراه با به کارگیری روشهای آماری در تعریف روش نمونهگیری است.
- بررسی فیزیکی: پس از جمعآوری نمونهها باید اندازه ذرات (تحلیل Sieve)، چگالی (آزمون Pycnometer) و رطوبت نمونه (روشهای Gravimetric) بررسی شود. این عوامل نقش مهمی در ماندگاری خواص اجزای باطله و تأثیرات مختلف آن بر محیطزیست ایفا میکنند.
- بررسی ترکیبات شیمیایی: پس از بررسی ساختار فیزیکی باید سراغ تحلیل شیمیایی و تشخیص عناصر موجود در باطله رفت. روشهای مختلف در انجام این بررسی شامل طیفسنجی جذب اتمی (AAS)، طیفسنجی جرمی پلاسمای جفت القایی (ICP-MS) و فلورسانس اشعه ایکس (XRF) هستند.
- تجزیه و تحلیل ژئوشیمیایی: هدف از انجام این تحلیل (آزمایشهای لابراتواری) تشخیص پتانسیل زهکشی اسیدی معدن و چگونگی حرکت فلزات سنگین در خاک منطقه تجمیع باطله معدنی است.
- بررسیهای کانیشناسی: در این مرحله از ابزارهایی چون پراش اشعه ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) برای تعیین دقیق ترکیب مواد معدنی استفاده میشود. هدف تشخیص مواد معدنی موجود در رگههای مختلف باطله معدنی است.
تحلیل دادهها
در گام قبلی هدف تجمیع دادههای مختلف از نمونههایی بود که از باطلههای مختلف جمعآوری میشوند. مرحله مهم بعدی، تحلیل این دادهها و دریافت بینش لازم برای تعیین استراتژیهای مدیریت باطله است.
- تحلیلهای آماری: استفاده از روشهای آماری برای تشخیص روندها و ایجاد بستر لازم برای پیشبینی موقعیت و وضعیت باطلهها در آینده.
- مدیریت ریسک: تشخیص پارامترهای مختلف مانند آبوهوای منطقه، عناصر خطرناک موجود در باطله، فعالیتهای خطرناک در عملیات معدنی و سایر عوامل انسانی و طبیعی که میتوانند ریسک بروز حادثه را افزایش دهند.
- تشخیص تأثیرات زیستمحیطی: تعیین نوع و شدت تأثیرات ممکن در صورت بروز یک فاجعه، یا در عدم بروز فاجعه چشمگیر و تنها با در نظر گرفتن گذر زمان و رسوب مواد در اجزای خاک.
- گزارشبرداری: مستندسازی تمام مراحل انجام شده مرتبط با مدیریت باطله و ایجاد گزارشها برای مدیران، نهادهای نظارتی و جوامع متأثر از عملیات معدنکاری.
- برنامهریزی برای توسعه پایدار: پس از دریافت بینشها از دادههای میدانی، مرحله نهایی در تحلیل داده، تعریف استراتژیهایی کارا برای مدیریت موثر این باطلهها و به حداکثر رساندن ریسک، همزمان با افزایش پتانسیل بهرهوری برای شرکت معدنی است.
ایدههایی برای مدیریت نوین باطلههای معدنی
در سال ۲۰۱۹ شکسته شدن سد معدنی شرکت ویل در Brumadinho برزیل باعث مرگ بیشتر از ۲۵ نفر و تخریب صدها خانه در کیلومترها دورتر از منطقه معدنکاری شد. به طور مشابه در سال ۲۰۱۵ فاجعه معدن Hpakant jade منجر به مرگ ۱۱۳ نفر شد. بدتر اینکه فجایع از این دست قابل پیشبینی و پیشگیری بودهاند، فجایعی که نتیجه مستقیم مدیریت ناکارآمد باطلههای معدنی هستند. علاوه بر این، این موارد جزء حوادث قابل روئیت و ارزیابی بودهاند و فجایع خاموش و مرتبط بیشتری از نشت مواد شیمیایی از این ذخیره و دفع نامطلوب باطلهها در طول زمان رخ دادهاند و همچنان این تأثیرات ادامه دارند.
دفع خشک
دفع خشک باطلههای معدنی مختص تودههایی است که مراحل حذف مواد زائد از آنها تا حدودی انجام شده و شرکت قصد دفع مقدار باقیمانده را دارد. با حذف آب اضافی از باطلهها حجم آن تا حدود زیادی کاهش مییابد تا حملونقل آن سادهتر شود و اثرات مضرر زیستمحیطی آن کنترل گردد.
در این روش، از فیلترهای خلاء و فشار بالا برای آبگیری حداکثری استفاده میشود. به طور دقیقتر، دوغاب باطله روی یک سطح صاف (از جنس الیاف پارچهای یا پلاستیکی) پخش میشود و با فشار هوا آب از توده باطله جدا میگردد. در فیلتراسیون با فشار بالا نیز از جکهای مکانیکی برای انقباظ توده و جدا کردن آب از آن بهره گرفته میشود.
این روش چندین مزیت زیستمحیطی دارد؛ برای مثال، تقریبا ۸۵ درصد از آب همراه با باطله جذب و دوباره وارد فرایندهای فرآوری سنگ معدن میشود. مهمتر اینکه دفن خشک باطلهها باعث میشود امکان نفوذ مواد شیمیایی همراه با آنها در اعماق زمین و رسیدن به آبهای زیرزمینی به شکل قابلتوجهی کاهش یابد.
مشکل اصلی این شیوه ورود مواد شیمیایی پس از بارشهای قابلتوجه در منطقه و یا عبور آبراههها از مناطق دفع باطله خشک معدنی است. به همین دلیل، توصیه میشود که مکان دفع نهایی باطله خشک با دقت بالایی انتخاب شود. بخصوص، در نزدیکی رودخانهها، آبراهههای فصلی یا مناطق عبور آبهای زیرزمینی نباشد. همچنین، زیرساختها برای مناطق دفع زباله باید امکان هرگونه نشت را به حداقل برسانند.
فناوری ساخت خمیرهای باطله
فناوری خمیر یا Paste Technology مزایای زیادی در حفاظت از محیطزیست، کاهش هزینهها و افزایش ایمنی دارد و جایگزین خوبی برای سیستمهای سنتی در مدیریت باطله معدنی است. ازجمله مزیتهای شاخص آن قابلیت دفع باطلهها با مواد شیمیایی خطرناک، با غیرفعال کردن آنها و خنثیسازی تحرکات توده باطله در مناطق معدنی است.
این خمیرها سیالهای قابل پمپاژ، روان و غیرنیوتنی هستند که معمولا از ترکیب باطله پردازش شده و سیمان به وجود میآیند. هدف در استفاده از مکمل سیمان به حداقل رساندن قابلیتهای حرکت توده در لایههای زمین و یا استفاده از آن در زیرساختهای خود معدن است.
در این فناوری، طی چند مرحله و با استفاده از فیلترهای جذب مواد شیمیایی اقدام به جذب حداکثری آب باطله میشود. در ادامه از یک مکمل (معمولا سیمان) برای تثبیت ذرات باطله و تولید خمیر استفاده میگردد. واکنشهای شیمیایی این مکمل با عناصر باطله باعث خنثی شدن عاملهای اسیدی و کاهش تحرک فلزات مضر موجود در آن میشود. برای بهرهگیری از این روش، معمولا باید ۱۵ درصد از توده باطله جامد و اندازه ذرات آن کوچکتر از ۲۰ میکرومتر باشد.
مدیریت باطلههای معدنی با کمک مواد ژئوتکستایل
مواد ژئوتکستایل برای اولین بار در دهه ۷۰ میلادی در صنایعی که به فرایندهای جذب آب نیاز داشتند مورد استفاده قرار گرفتند. در دو دهه اخیر از این مواد برای کنترل گسترده تودههای معدنی بهره گرفته شده است. این روش شامل پمپاژ، آبگیری و دفع باطله درون محفظههای کیسه مانند و از جنس یک ماده ژئوتکستایل است.
مزیت اصلی این روش عدم نیاز به ایجاد محیطهای اختصاصی برای دفع باطله معدنی است، چراکه تیوب ژئوتکستایل مورد استفاده خود همان زیرساخت لازم برای کنترل ایمن باطله به حساب میآید. علاوه بر این، این الیاف شبیه فیلتر عمل میکنند و امکان کنترل ورود و خروج مواد شیمیایی را به معدن میدهند.
این روش جزء انواعی به حساب میآید که معدنکاران بسیار به بهبود آن و استفاده موثرتر در فعالیتهای توسعه پایدار و کاهش تأثیرات زیستمحیطی معدن امیدوارند. همچنین، این رویکرد بهترین نمونه در مدیریت آب و ایجاد چرخهای استفاده از آن در فرایندهای مختلف معدن است. بخصوص، در صورت نیاز به جابهجایی باطلههای معدنی، دیگر مشکلات مرتبط با سدها و نفوذ مواد در لایههای مختلف زمین وجود ندارد و معدن میتواند تودههای معدنی محبوس در تیوبهای ژئوتکستایل را به نقاط مختلف منتقل کند.
رویکردهایی در استفاده مجدد از باطلههای معدنی
“ایمنترین مجموعه ذخیره باطله، مکانی است که هرگز ساخته نشده باشد”
منظور از جمله بالا بسیار روشن است، ذخیره و دفع باطلههای معدنی به هر شکلی که باشد، با هرچقدر تمهیدات ایمنسازی که اتخاذ گردد، بازهم تأثیرات منفی آن به صفر نمیرسد. برای جلوگیری از تأثیرات منفی با منشأ باطلههای معدنی باید رو به شیوههایی آورد که هدف آنها کاهش میزان استخراج توأم آنها با مواد معدنی اصلی و یا بازیافت و استفاده مجدد از آنها پس از استخراج است.
تقریبا هر ماده معدنی با گنگهای اختصاصی آن را میتوان به شیوهای بازیافت و در محصولات جانبی به کار گرفت. رویکردهای زیر تنها چند نمونه انگشت شمار از دهها شیوه ممکن در استفاده مجدد از باطلههای معدنی هستند.
استفاده از باطلههای معدنی در مصالح ساختمانی
باطلهها را میتوان به شیوههای مختلف پردازش و به عنوان مصالح ساختمان مانند آجر، کاشی و بتن استفاده کرد. به عنوان نمونه، در چین باطلههای سنگ آهن برای تولید نوع خاصی از بتن با کیفیت بالا استفاده میشود. برای تولید این نوع بتن ابتدا دانهبندی و ترکیب ذرات موجود در باطله تعیین میگردد. در ادامه از مکملهایی چون سیمان، آهک یا خاکستر بادی برای ایجاد انسجام و شکل دادن به محصول نهایی استفاده میشود.
استفاده به عنوان مواد پرکننده
تقریبا تمام گنگهای معدنی را میتوان برای پرکردن چالههای حاصل از حفاری استفاده کرد. به ویژه، معادن زیرزمینی پس از بستن معدن و برای احیای منطقه استخراج شده به حجم بالایی از مواد پرکننده نیاز دارند. در این شیوه نیز از ماده مکملی چون سیمان برای ایجاد خمیر و تثبیت باطله در منطق دفن آن استفاده میشود. معدن کیدکریک در کانادا از خمیر معدنی متشکل از باطلههای معدنی، ریزچوبها و سیمان برای ایجاد خمیر و پرکردن مناطق حفاری استفاده کرده است.
استفاده در فرایندهای اصلاح خاک
انواع خاصی از باطلههای معدنی را میتوان پس از تصفیه مناسب در فرایندهای اصلاح بهبود کیفیت خاک و آمادهسازی آن برای پذیرش پوششهای گیاهی استفاده کرد. در استرالیا معادن طلا و سنگ آهن از این رویکرد برای غنیسازی خاک مناطق نیمهبیابانی استفاده میکنند و توانستهاند در بازههای ۵ ساله به موفقیتهای چشمگیری برسند.
فراوری مجدد
باطلههایی چون انواع استخراج شده از معادن طلا را میتوان با فرایندهای دقیقتر و بهرهگیری از فناوریهای تشخیص پیشرفته دوباره فراوری کرد. DRD Gold از این شیوه برای بازاستخراج طلا از باطلههای خود بهره گرفته و توانسته ردپای زیستمحیطی خود را سبزتر کند.
توجه کنید که رویکردهایی اینچنین تنها برای مواد معدنی با ارزش بالا قابل اجرا هستند، یا حداقل توجیه اقتصادی دارند. در نتیجه، اگر چنین رویکردی برای، به عنوان مثال، یک معدن استخراج سنگ آهن با گرید پایین استفاده شود، نه تنها بهرهوری بسیاری پایینی دارد، در بلندمدت نیز کنار گذاشته میشود و صدمه جدی به برنامه بلندمدت مدیریت باطله وارد میگردد (چراکه وقفههای بلندمدتی در تعریف و اجرای استراتژیها به وجود میآورد).
تولید شیشه و سرامیک
باطلههایی چون باطله معادن مس و سنگ آهن حاوی سلیس و مواد معدنی مناسب برای تولید شیشه و سرامیک هستند. این باطلهها خواص حرارتی خوبی دارند و از شیشه و سرامیک آنها در پروژههای بزرگ شهری و صنعتی بهره گرفته شده است.
با این حال، چنین فرایندهای تولیدی هرگز سرراست نیستند و نیاز به تحقیق و توسعه، نوآوری و آزمایش و خطای زیادی دارند. به عنوان مثال، برای استفاده از سیلیس باطلهها باید چند مرحله پردازش دیگر را بگذرانند تا ناخالصی آنها گرفته شود، که خود فرایندی هزینهبر است. در سال ۲۰۲۲ بنیاد Ennomotive مسابقهای را طراحی کرد که در آن ۲۰ هزار یورو برای تعریف یک رویکرد کارا در تبدیل باطلههای حاوی سیلیس به شیشه جایزه داده میشد. جالب اینکه نزدیک به ۱۵ روش قابل اجرا برای این فرایند تولیدی پیشنهاد شدند.
مصالح پایه راهسازی
تقریبا تمام انواع باطلهها را میتوان به نوعی در فرایندهای راهسازی و بخصوص در مراحل ایجاد زیرساخت جادهها به کار گرفت. بخصوص انواع سنگ آهن که از مراحل مختلف خرد سازی عبور کردهاند، گزینههای خوبی برای این عملیات هستند. در ایران نیز از این شیوه به خوبی در مدیریت باطلههای معدنی بهره گرفته میشود.
جمعبندی
انقلاب صنعتی ۴ همزمان با انقلابی در بازتعریف فرایندهای صنعتی و کاهش تأثیرات زیستمحیطی آنها همراه بوده است. شرکتها دیگر فقط بر روی توسعه فناوریها، رویکردها و مدلهای کسبوکار با بهرهوری بیشتر تمرکز ندارند، بلکه تأثیرات زیستمحیطی این فعالیتها نیز باید مدنظر قرار بگیرند و همزمان با مدلسازی برای بهبود کارایی، استراتژیهای باید برای کاهش ردپای زیستمحیطی شرکتها نیز اتخاذ شوند.
معدن از این روند جدید در آشتی صنعت با محیطزیست مستثنا نیست، حتی فشار بیشتری برای بهبود عملیات خود به نفع محیطزیست سالمتر را احساس میکند. مدیریت باطلههای معدنی همیشه یک چالش برای صنعت معدن و نقطه تمرکز انتقادات به عملیات این صنعت بوده است. از دید ما، اتخاذ یک استراتژی قابل اجرا، کلینگر و اختصاصی برای هر سایت، برگ برنده معادن برای بهبود جایگاه خود بین جوامع و دریافت مجوزهای اجتماعی است.
از بین تمام شیوههایی که برای مدیریت باطلههای معدنی وجود دارند، ترکیبی از پردازش، کمخطر کردن ترکیبات و استفاده مجدد از آنها برای هر مدل کنترل تأثیرات باطله الزامی است. در نهایت، تنها داشتن یک مدل راهگشای این معزل نیست، بلکه این استمرار در پیادهسازی آن، دریافت مشاوره از متخصصان حوزه مدیریت باطله و برونسپاری بهینه برخی از عملیات است که منجر به موفقیت بلندمدت این مدلها میشود.
سوالات متداول
باطله معدنی چیست؟
منظور از باطله معدنی مواد اضافی است که همراه با ماده معدنی هدف از سایتهای مختلف معدنی استخراج میشوند. این مواد درصد بسیار پایین از ماده اصلی را در خود دارند که از نظر اقتصادی فرآوری آنها مقرون به صرفه نیست و بخش عظیمی از آن در نهایت دفن میشود.
بزرگترین فاجعه معدن جهان کدام است؟
بزرگترین فاجعه معدنی جهان در سال ۱۹۴۲ و در منطقه Liaoning چین رخ داد. در جریان بروز فاجعه در معدن زغال سنگ Benxihu Colliery نزدیک به ۱۵۴۹ معدنکار جان خود را از دست دادند. از میان بدترین فاجعههای مرتبط با مدیریت غلط باطلههای معدنی نیز میتوان به فاجعه شکست سد Brumadinho شرکت Vale در برزیل اشاره کرد که در سال ۲۰۱۹ رخ داد و منجر به مرگ بیشتر از ۲۷۰ نفر شد.
زهکشی اسیدی و فلزی یا AMD چیست؟
زهکشی اسیدی و فلزی یک جریان اسیدی است که در سایتهای معدنی به وجود میآید. کانیهای سولفیدی وقتی در معرض آب و اکسیژن قرار میگیرند اسید سولفوریک تولید میکنند که قابلیت شستن فلزات سنگینی چون آهن، مس، سرب و روی را دارد. اگر این جریان به خاکهای منطقه نفوذ کنند قابلیت آلوده کردن خاکهای کشاورزی و آبهای زیرزمینی را دارند.