میزان آب مصرفی در صنایع معدنی درصد بسیار کوچکی از حجم مورداستفاده بشر، چه در سطح ملی و چه در سطح جهانی را به خود اختصاص می‌دهد. بااین‌حال، معدن‌کاوی تأثیر بسزایی بر منابع آب آشامیدنی، بسترهای رودخانه و منابع آب زیرزمینی مورداستفاده در مصارف شهری و روستایی دارد. به‌طور ویژه، بسیاری از معادن در مناطقی واقع‌شده‌اند که خود با چالش‌های کمبود آب روبرو هستند و به همین دلیل، فعالیت‌های معدن تأثیرات مخرب دوچندانی را بر وضعیت آب منطقه دارند.
با استفاده از داده‌های حاصل از سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی (GIS) در دو دهه اخیر، مشخص‌شده است که علاوه بر تأثیر بر حجم و کیفیت آب منطقه، معادن بر شکل و موقعیت فیزیکیِ عناصر طبیعی چون تالاب‌ها، مسیرهای آب‌رو، جنگل‌ها و اکوسیستم منطقه فعالیت خود نیز اثرات قابل‌توجهی به‌جای می‌گذارند.
نیاز فناوری به مواد خام در مقابل نیاز معادن به آب بیشتر
هم‌زمان با افزایش تقاضا و توسعه‌های فناوری-محور، مصرف منابع طبیعی در یک دهه اخیر به‌شدت افزایش‌یافته است؛ مهم‌تر اینکه، پیش‌بینی می‌شود چند دهه پیش‌رو نیز این روند نمایی در رشد تقاضا برای منابع طبیعی چون مواد حاصل از استخراج‌های معدنی، همچنان ادامه یابد. به‌طور ویژه، فناوری‌های بالا به مواد معدنی و فلزات پایه (مواد خام حیاتی) متنوع در حجم‌های نجومی نیاز دارند.
عطش جهان برای استفاده و توسعه هرچه بیشتر فناوری، با دوره‌ای چالش‌برانگیز در استفاده انسان از منابع طبیعی زمین هم‌زمان‌شده است. دوره‌ای که در آن نگرانی‌ها از به پایان رسیدن منابع طبیعی و آلودگی زمین از یک سمت و وسوسه اجتناب‌ناپذیر انسان در تجهیز دنیای خود با فناوری‌های هوشمندتر و خودکارتر، درهم‌تنیده شده‌اند.
اصلی‌ترین ماده حیاتی، آب، بیشترین نگرانی‌ها را به همراه دارد. صنایع مختلف موازی با ورود خود به تعاریف و استراتژی‌های جدید از انقلاب صنعتی ۴، منابع آبی را مصرف یا آلوده می‌کنند تا تأثیرات مثبت تحول در آن‌ها زیر سایه کاهش منابع قابل‌مصرف آب، نگرانی‌های جهانی درباره آب را روزبه‌روز شدیدتر و بحرانی‌تر سازند.
در سال‌های اخیر، پروتکل‌ها و فناوری‌های جدید زیادی به صنایعی چون معدن معرفی شده‌اند تا در مدیریت مصرف آب به کار گرفته شوند. مطمئنا اجرای این رویکردهای استراتژیک تأثیرات قابل‌توجهی در نگهداشت و مدیریت مصرف آب در معادن داشته، اما آیا این رویکردها می‌توانند با سرعت سرسام‌آور فناوری و نیاز آن به منابع طبیعی بیشتر سازگار شوند و تعادلی در مصرف آب و حفظ آن در صنایع معدنی ایجاد کنند؟
مصرف آب در معادن
بیشترین مصرف آب در معادن به بخش‌های استخراج و فرآوری سنگ معدن مرتبط است. به‌عنوان‌مثال، عملیات استخراج معدن به سیستم‌های بزرگ پمپاژ، تصفیه، گرمایش و خنک‌کننده آب نیاز دارند که مصرف‌کننده‌های شدید انرژی نیز هستند. بااین‌حال، در بیشتر کشورها، حتی کشورهای خشکی چون استرالیا، افریقای جنوبی و شیلی، حجم آب مصرفی در معادن تقریباً ۲ تا ۴.۵ درصد از کل آب مصرفی در آن کشورها است.
مشکل اصلی، تغییری است که معادن در کیفیت و مسیرهای آبی ایجاد می‌کنند. برای مثال، زهکشی سنگ‌های اسیدی، نشت از باطله‌های معدنی، زباله‌های شیمیایی معدن، دفع مستقیم باطله‌ها در مسیر آبراه‌های سطحی و زیرزمینی، بیشتر از مصرف کمی آب، صدمات کیفی وارد می‌کنند.
در بیشتر نقاط جهان، سنگ‌های معدنی با گرید بالا کمیاب شده‌اند و معادن به حفاری‌های عمیق‌تری نیاز دارند تا به این‌گونه توده‌ها دسترسی پیدا کنند. بنابراین متناظر با افزایش حجم حفاری، به آب بیشتری برای انجام مراحل مختلف فرایند استخراج نیاز دارند.
چالش دیگری که مختص صنایع معدنی است، ناگزیر بودن معادن به فعالیت در نقاطی است که ازنظر مفاهیم اکولوژی و هیدرولوژی دچار بحران هستند. درواقع، برخلاف صنایع دیگر، معادن نمی‌توانند موقعیت مکانی خود را آزادانه انتخاب کنند. آن‌ها همیشه در مناطقی استقرار می‌یابند که منابع قابل‌توجهی از مواد معدنی در آن‌ها پیش‌بینی‌شده است. همین امر باعث می‌شود که مدیریت منابع طبیعی و ریسک‌های متناظر با آن در صنعت معدن، مفاهیم و اصولی متفاوت از سایر صنایع را در خود داشته باشند.
چرا معادن به آب نیاز دارند و چگونه از آن بهره‌برداری می‌کنند
آب در بیشتر مراحل استخراج معدن نقشی کلیدی دارد. برای تصمیم‌گیری درباره نحوه مدیریت آب در معادن، ابتدا باید مفاهیم زیر را درک کرد:
- کاربرد‌های اصلی آب در معدن
- کمیت و کیفیت آب موردنیاز در هر کاربرد
- مقدار آبی که در هر فعالیت معدنی هدر می‌رود
نحوه استفاده از آب و توازن موردنیاز درباره حجم استخراج و آب مصرفی، ارتباط مستقیمی با نوع استخراج و فرآوری مواد معدنی دارند. به‌عنوان‌مثال، در معادن زیرزمینی به حجم‌های بیشتری از جریان‌های زیرزمینی از آب نیاز است. نمونه‌ای از توازن موردنیاز، فرایند هیدرو متالورژیکی است که به حجم‌های فوق‌العاده‌ای از آب، برای شناورسازی مواد معدنی، نیاز دارد؛ درحالی‌که در فرایندهای پایانی کنسانتره، نیاز به استفاده از آب بسیار محدود است.
اصلی‌ترین موارد استفاده از آب در معادن عبارت‌اند از:
۱- انتقال سنگ معدن یا باطله‌های معدنی (دوغاب یا سوسپانسیون)
انتقال سنگ معدن و ضایعات استخراج‌شده، به شکل دوغاب یا سوسپانسیون، معمولاً بزرگ‌ترین حجم آب مصرفی معادن را تعریف می‌کنند. به‌طور ویژه، دفع باطله‌های معدنی همیشه با مصرف زیاد آب همراه است. در این فرایند، باطله‌های معمولی یا دوغابی به منطقه آبگیری با تقریباً ۵۰ درصد عنصر آب منتقل می‌شوند. اگرچه بخش قابل‌توجهی از این آب را می‌توان بازیافت کرد، اما در تکرارهای زیاد از این فرایند، آب کیفیت موردنیاز برای عملیات معدنی را از دست می‌دهد و ناگزیر به‌صورت باطله دفع می‌شود. همچنین، تبخیر آب در مسیر فرایند و نفوذ یا نشت آب به داخل حفره‌های موجود در بین باطله‌ها، قسمتی دیگر از آب را به هدر می‌دهد.
۲- فرآوری و جداسازی مواد معدنی (آسیاب کردن، شناورسازی، جداسازی گرانشی، شستشو، هیدرو متالورژی)
فرایندهای معدنی به‌طور ویژه از آب برای انجام عملیاتی چون جداسازی مواد معدنی از گنگ و تولید کنسانتره استفاده می‌کنند. این مرحله دومین رتبه را ازنظر میزان مصرف آب به خود اختصاص می‌دهد. آسیاب کردن، شناورسازی، هیدرو متالورژی و …، ازجمله فرایندهایی هستند که حجم‌های قابل‌توجهی از آب را می‌طلبند. باوجوداین، بیشتر آب مصرفی در این مراحل را می‌توان با روش‌های نوین مدیریت و بازیافت کرد.
۳- استخراج مواد معدنی (استخراج هیدرولیک یا محلول)
برخلاف فرآوری و انتقال سنگ معدن یا باطله‌ها، در مرحله استخراج مواد معدنی، آب کمتری مصرف می‌شود. ازجمله فعالیت‌هایی از استخراج که به آب نیاز دارند، استفاده از دریل‌های هیدرولیک (بیشتر برای خنک‌سازی و تسهیل در نفوذ) و استخراج محلول (استفاده از مواد شیمیایی برای جداسازی مواد معدنی از بستر معدن) هستند.
۴- فرایند خنک‌سازی دستگاه‌ها
خنک‌سازی و شست‌وشوی دستگاه‌ها معمولاً به مقادیر بسیار کمتری از آب نیاز دارند؛ باوجوداین، در بیشتر موارد استفاده، آب موردنیاز غیرقابل‌برگشت و بازیافت است.
موارد زیر فرایندهای دیگری هستند که کمیت‌های قابل ذکری از آب در آن‌ها مصرف می‌شوند:
- مهار گردوغبار
- شستشوی تجهیزات
- آبگیری
- آب مصرفی موردنیاز کارکنان معدن
منابع آبی مورداستفاده در معادن کدام‌اند؟
قوانین ملی و بین‌المللی و امکان دسترسی، اصلی‌ترین مؤلفه‌های تعیین‌کننده در امکان استفاده معادن از منابع آبی مختلف هستند. برای برآورده کردن نیازهای آبی در فعالیت استخراج معدن، معادن می‌توانند روی منابع زیر حساب باز کنند:
- اقیانوسها یا دریاها – آب شور
- دریاچه‌ها یا رودخانه‌ها – معمولاً آب شیرین، اما ممکن است شور هم باشند
- آب‌های زیرزمینی – بیشتر به‌صورت شور
- تالاب‌ها – ممکن است شیرین یا شور باشند
استفاده از هرکدام از این منابع چالش‌های خاص خود را به همراه دارند. تنها منابعی که محدودیتی در عرضه ندارند، اقیانوسها و دریاها هستند. باوجوداین، تعداد محدودی از فرایندهای معدنی را می‌توان با آب شور (با غلظت بالایی از نمک یا املاح مشابه) انجام داد. علاوه بر این، هزینه انجام فرایندهای نمک‌زدایی بسیار بالا و غیراقتصادی است.
منابع آب سطحی شیرین مانند دریاچه‌ها، رودخانه‌ها و تالاب‌ها مطلوب‌ترین گزینه‌ها هستند. بااین‌حال، رقابت بر سر این منابع بسیار بالا است. در این رقابت، نیاز بخش کشاورزی، مسائل مرتبط با تغییرات زیست‌محیطی حاصل و مصارف شهری اصلی‌ترین چالش‌ها در بهره‌برداری معادن از این منابع آبی هستند.
راه‌حل‌هایی برای بهبود در مدیریت مصرف آب در معادن
صنعت معدن یکی از اصلی‌ترین بازیگران در انتقال جهان به دنیایی بدون کربن است. اگر رهبران جهان بخواهند متوسط دمای جهانی را به عدد ۲ درجه سانتی‌گراد برسانند (و ثابت نگه‌دارند)، باید بیشتر از ۳.۳ میلیارد تن مواد معدنی و فلزات برای تولید و ذخیره انرژی تجدید پذیر در اختیار داشته باشند. بر همین اساس، و به گزارش بانک جهانی، تا سال ۲۰۵۰ استخراج مواد معدنی مانند لیتیوم، گرافیت و کبالت بیشتر از ۵۰۰ درصد افزایش می‌یابد.
این اعداد را در کنار اعداد و وضعیت‌های توصیف‌شده از مصرف آب در معادن بگذارید تا میزان ریسک و چالش زیست‌محیطی ممکن را دریابید. چنانچه کارشناسان حوزه آب درباره کمبود جدی و جهانی آن، هم‌زمان با تغییرات شدید اقلیمی، هشدار می‌دهند، مدیریت پایدار آب در صنایع معدنی بیش از هر برهه زمانی دیگری در کانون توجه است.
بر اساس تحقیق آژانس‌های بین‌المللی در حوزه‌های انرژی و محیط‌زیست، در چند سال اخیر سطح آگاهی صنایعی پر ریسکی چون معدن از وضعیت اقلیمی و کمبود آب بالا رفته است. بر اساس یکی از این تحقیقات، ۶۱ درصد مدیران معدنی بر این باورند که خطرات پیش‌بینی‌شده مربوط به آب جدی و تا سال ۲۰۲۵ اتفاق می‌افتند.
چنانکه عنوان کردیم، عوامل زیادی، ازجمله نوع استخراج و محیط معدنی، بر مدیریت و استراتژی کاهش ریسکِ مرتبط با منابع آبی مؤثر هستند، اما تکنیک‌های استانداردی برای بهینه‌سازی ریسک وجود دارند که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌کنیم.
تصفیه فاضلاب و بازیافت حلقه-بسته
یکی از رایج‌ترین راه‌ها برای به حداکثر رساندن استفاده مجدد از آب، استقرار واحد تصفیه آب در سایت معدن است. در یک دهه گذشته فناوری‌های کارآمد زیادی برای تصفیه فاضلاب (منظور از فاضلاب آبی است که در مراحل مختلف استخراج به کار گرفته‌شده است) معرفی‌شده‌اند. باوجوداین، هر پروژه معدنی به مطالعات و طراحی سیستم تصفیه مختص خود نیاز دارد. ازجمله راه‌حل‌های متداول می‌توان به فناوری غشاء و عملیات حرارتی برای حذف آلاینده‌ها با پایه نمک اشاره کرد. همچنین، استفاده از مواد بیوراکتور و پلیمری برای تصفیه آلاینده‌های آلی مفید هستند.
واحدهای تصفیه فاضلاب، پساب را تصفیه و آب حاصل را برای استفاده مجدد، حتی آشامیدنی، وارد چرخه‌های مختلف از فعالیت‌های معدن می‌کنند.
علاوه بر این، می‌توان در فرایندهای تصفیه به چالش‌های زیست‌محیطی پرداخت و فیلترهایی را برای جلوگیری از ورود آلاینده‌های خاص به محیط نصب کرد. استفاده از دوز شیمیایی مناسب برای هر کیفیت از فاضلاب بسیار مهم است. همچنین، برنامه‌ریزی زمانی و نگهداری از دستگاه‌های تصفیه باید به‌گونه‌ای طراحی شوند که از اتلاف زمانی و کاهش میزان دقت در فرایند تصفیه جلوگیری شود.
اکثر معادن از نوعی سیستم بازیافت استفاده می‌کنند که در آن جذب آب شیرین توسط باطله‌های معدنی به حداقل ممکن می‌رسد. باوجوداین، منظور از “حلقه بسته” نه کاهش میزان تلفات، بلکه پایان دادن به تلفات آب شیرین در فرایندهای استخراج معدن است.
به‌عنوان‌مثال، شرکت انگلیسی انگلو امریکن[۱] یک استراتژی جدید در مدیریت منابع آبی اتخاذ کرده که دو هدف عمده در آن پیگیری می‌شود: اندازه‌گیری میزان تبخیر آب در هر فرایند و دفع باطله‌های کاملاً خشک.
هدف این شرکت درک عوامل مؤثر در هدر رفت آب و تلاش برای بازیافت صددرصدی آن است.
مدیریت نشت
شبیه هر صنعت دیگری، عملیات آب‌رسانی به بخش‌های مختلف سایت، از طریق شبکه‌ای از پمپ‌ها، شیرها و لوله‌ها انجام می‌گیرد. متناظراً، شبیه بیشتر صنایع، نشت چالشی در تولید و ایجاد ریسک‌های اقتصادی برای شرکت‌های معدنی است.
در بیشتر موارد، اندازه نشتی بسیار کوچک است، اما وقتی مجموعه قابل‌توجهی از آن‌ها در جریان باشند، حجم زیادی از آب را به هدر می‌دهند. موارد زیر بهترین فعالیت‌های تحقیق‌شده در مدیریت نشت آب در معادن هستند:
- با در نظر گرفتن ظرفیت آب موردنیاز، احتمال نشتی و تکرار آن‌ها، برنامه‌های ارزیابی و نصب تجهیزات جدید را در دستور کار قرار دهید. همچنین، ارزیابی دقیقی از تأثیرات حاصل از یک نشت قابل‌توجه در شبکه آب‌رسانی، بر سایت یا محیط معدنی، داشته باشید.
- بازرسی‌های دوره‌ای و تعمیر یا تعویض‌های مرتبط را برای شبکه لوله‌کشی تعریف کنید.
- از ابزارهای فناوری مانند تجهیزات اینترنت اشیاء (حسگرهای هوشمند) برای تشخیص و گزارش نشتی در سایت معدن بهره بگیرید.
- در صورت وقوع نشت، آن را بلافاصله برطرف کنید.
تحقیق و توسعه و نوآوری
قسمت عمده‌ای از جهش‌های فناوری در طول تاریخ، متأثر از مواجه انسان با بحران بوده است؛ جایی که ذهن‌ها راهی به‌جز توسعه راه‌حل‌هایی جدید و مبتکرانه پیش رو ندارند. اولین مرحله در تولید نوآوری، تحقیق و توسعه ایده‌های موجود است. متناسب با سطح فعالیت خود، واحدی را به تحقیق درباره شیوه‌های نوین در نگهداری و بازیافت آب اختصاص دهید.
گروه HIF از آلمان، پس از مطالعه روش‌های مختلف در بهینه‌سازی استفاده از آب در استخراج فلوریت (یک ماده خام مهم مورداستفاده در ذوب‌آهن و استخراج آلومینیوم)، به‌روشی بهینه رسیدند که سال‌ها پیش و در مقالات زمین‌شناسی و شیمی مطرح‌شده بود. رویکرد تحقیق‌شده شرکت انگلو امریکن در جداسازی خشک نیز در مراحل اولیه خود بهبودی ۴۰ درصدی در کاهش مصرف آب را حاصل کرده است.
بهینه‌سازی فرایند مبتنی بر داده
استفاده اهرمی از فناوری‌های جدید در هوش مصنوعی و حسگرهای اینترنت اشیاء میتواند جهشی در برنامه‌های استخراج معدن ایجاد کند. شرکت‌های معدنی باید فرایندهای مختلف خود را به‌منظور کشف عملیات ناکارا ارزیابی کنند و از داده‌های موجود برای خلق مدل‌های هوشمند بهره بگیرند.
هوش مصنوعی به نقطه‌ای از کارایی رسیده که میتواند میزان انرژی موردنیاز در فرایندهای تصفیه فاضلاب را به حداقل برساند، در هزینه‌ها صرفه‌جویی کند و استفاده مکرر و بهینه از منابع محدود آب را فراهم آورد. تمام این فعالیت‌ها در سایه استفاده شرکت‌های معدنی از حسگرها، داده‌ها، مدل‌های هوشمند، همزادهای دیجیتال و … امکان‌پذیر است.
حسابرسی مدیریت آب
بخش اساسی در هر برنامه حفاظت از منابع آبی، ممیزی منظم مدیریت آب است. این روش به کاربران معدن اجازه می‌دهد تا به‌طور مداوم فرصت‌های بهبود را ارزیابی و اتخاذ کنند. ممیزی شامل محاسبه هر فوت مکعب آبی است که وارد سایت یا از آن خارج می‌شود. در این عملیات، هر یک از فرایندها تجزیه‌وتحلیل می‌گردند و اعداد به تفسیرهای مدیریتی تبدیل می‌شوند.
گام بعدی در این حسابرسی، بنچ‌مارک کردن و مقایسه وضعیت شرکت با شرکت‌های پیشرفته و موفق است. بر اساس گزارش شورای بین‌المللی معدن و فلزات (ICMM)، شرکت‌هایی که از یک ممیزی جامع برای مدیریت منابع آب استفاده کرده‌اند، پیشرفت‌های قابل‌توجهی در این زمینه و کاهش ریسک‌های متناظر با آن داشته‌اند.
آموزش و ترغیب به مشارکت کارکنان
آموزش همیشه قوی‌ترین ابزار در ایجاد تحول و خلق وضعیت‌های بهینه‌تر بوده است. آموزش کارکنان معدن در مورد اهمیت حفظ آب به آن‌ها کمک می‌کند تا درک کنند که بهبود مستمر چه ضرورتی برای محیط و فعالیت‌های آینده معدن دارد. حفاظت از محیط‌زیست یک فعالیت همه‌گیر است و نیاز است که تمام اعضای سازمان به آن ایمان داشته باشند و برای تحقق آن بکوشند. به‌طور ویژه، خلق ایده‌های نو و کمک به طرح برنامه‌های کاربردی جدید، نیازمند همکاری همه کارکنان و مشارکت آن‌ها در تمام سطوح تصمیم‌گیری است.
جمع‌بندی
معدن همیشه با چالش‌های زیست‌محیطی مواجه بوده و خواهد بود. مدیریت فعالیت‌های مرتبط با منابع آبی و کمک به بهبود وضعیت استفاده از آن‌ها، با آینده موفقیت حرفه‌ای شرکت‌های معدنی هم‌ارز است. در ۳ دهه آتی، آب باارزش‌ترین عنصر طبیعی و موردِ تقاضای بخش‌های مختلف صنعت و جامعه خواهد بود.
بر اساس پیش‌بینی حاصل از تحقیق صورت گرفته در مجمع جهانی اقتصاد، تا سال ۲۰۲۳ بین میزان عرضه و تقاضای آب، شکافی ۴۰ درصدی به وجود خواهد آمد. این کمبود پیش‌بینی‌شده در منابع آب، بزرگ‌ترین چالش برای کشورهای مختلف و صنایع آن‌ها خواهد بود.
بر این اساس، هدف‌گذاری شرکت‌های معدنی در مدیریت استراتژیک باید به‌صورت ویژه به ارزیابی نحوه استفاده و نگهداری منابع آبی در اختیار آن‌ها بپردازد. همچنین، استفاده از فناوری به‌عنوان بازوی قدرتمندی در ایجاد تحول و بهبود در فرایندهای مختلف، باید بیشتر از هرزمانی موردتوجه قرار گیرد و تصمیمات متناظر با آن عملیاتی شوند.
کلمات کلیدی:
منابع آبی – صنایع معدنی – معادن – مدیریت مصرف آب – آب – بازیافت – تصفیه – شرکت‌های معدنی
[۱] Anglo American
