آیا فناوری‌های نوین معدنی موجب کاهش انتشار آلودگی فلزات می‌شوند؟

آلودگی فلزات ناشی از فعالیت‌های معدنی، از جمله دغدغه‌های مهم زیست‌محیطی در سطح جهانی به شمار می‎‌‌آید که پیامدهای بلند‌مدت آن بر اکوسیستم‌ها و سلامت انسان قابل‌ توجه است. روش‌های سنتی به کار رفته در بخش معدن شامل حفاری گسترده، غوطه‌ورسازی (فلوتاسیون) و ذوب، موجب آزادسازی فلزات سنگین نظیر سرب، مس، روی و آرسنیک در خاک و آب شده و خطرات زیست‌محیطی و بهداشتی را ایجاد کرده‌اند. با پیشرفت فناوری و افزایش اهمیت‌ به حفاظت از ‌محیط زیست، روش‌های نوینی مانند زیست‌استخراج، انحلال درجا «In-situ Leaching»، تصفیه و بازیافت پیشرفته آب، مدیریت مدرن باطله‌ها و فعالیت‌های معدنی خودکار به وجود آمده است که به‌ طور موثری آلودگی فلزات را کاهش می‌‌دهد. این فناوری‌ها ضمن کاهش تخریب فیزیکی و آلودگی شیمیایی محیط، حجم پسماندهای معدنی را کاهش و نرخ بازیابی فلزات را افزایش می‌دهند. بررسی‌های عملی و تجارب صنعتی نشان می‌دهد که ادغام این روش‌ها، امکان تحقق فعالیت‌های معدنی پایدار، حفاظت از اکوسیستم‌های طبیعی و تمین منابع معدنی ضروری برای جامعه مدرن را فراهم می‌کند.

آلودگی فلزات ناشی از فعالیت‌های معدنی، به یکی از چالش‌های جدی زیست‌محیطی در سراسر جهان تبدیل شده است. نمونه بارز آن، آلودگی ماندگار فلزات در تالاب «Mar Menor» در کشور اسپانیاست که در اثر به‌کارگیری روش‌های سنتی استخراج از معادن طی چندین دهه پدید آمده است. این روش‌ها منجر به آزادسازی فلزات سنگین نظیر سرب، روی، مس، کادمیوم و آرسنیک در خاک و منابع آبی شده‌اند؛ پدیده‌ای که خطرات زیست‌محیطی و بهداشتی بلندمدتی را به‌ همراه داشته است.

در سال‌های اخیر، افزایش آگاهی عمومی و تدوین قوانین زیست‌محیطی جدید، مسیر توسعه فناوری‌هایی را هموار کرده است که هدف از توسعه آن‌ها، کاهش آلودگی‌های فلزی در فرایندهای استخراج از معادن است. در ادامه ضمن بررسی گستره آلودگی ناشی از به‌کارگیری روش‌های سنتی در استخراج از معادن، فناوری‌های نوینی معرفی می‌شوند که در کاهش این آلودگی‌ها نقش موثری خواهند داشت.

وضعیت آلودگی فلزات ناشی از اجرای عملیات معدنی

در گذشته، استخراج از معادن یکی از فعالیت‌های حیاتی برای تامین مواد اولیه محسوب می‌شد. با این‌ حال، انجام آن اثرات زیست‌محیطی مخربی را نیز در سراسر جهان بر جای گذاشته است. در تالاب «Mar Menor» که بزرگ‌ترین تالاب آب شور اسپانیا محسوب می‌شود، بررسی‌های رسوبات به وجود آمده نشان داده که تخلیه پساب‌های معدنی طی بیش از یک قرن اخیر، موجب تجمع فلزات در بستر تالاب و بروز آسیب‌های جدی به اکوسیستم و جوامع محلی شده است.

ارزیابی مطالعات صورت گرفته نشان می‌دهد که فرایند گسترده صنعتی‌سازی و رشد تقاضا برای فلزات، روند آلودگی ایجاد شده ناشی از استخراج فلزات را تشدید کرده است. در سال‌های اخیر، افزایش غلظت فلزات سنگین از جمله منگنز، کروم، نیکل، روی و مس در خاک‌های مجاور مناطق معدنی به‌ طور فزاینده‌ای مشاهده شده است.

این آلاینده‌ها از مسیرهایی نظیر دفع باطله‌های معدنی، تخلیه پساب‌های صنعتی و نیز انتقال غیرمستقیم از طریق رسوب‌گذاری و رواناب سطحی وارد زیست‌بوم‌های طبیعی می‌شوند. چنین فرایندهایی با اختلال در مسیرهای متابولیکی موجودات زنده، پیامدهای زیست‌محیطی قابل‌ توجهی را به‌ همراه داشته‌اند و از منظر سلامت انسان نیز به‌ سبب ورود تدریجی فلزات به زنجیره غذایی و منابع آب آشامیدنی، نگرانی‌های جدی ایجاد می‌کنند.

فرایندهای پیاده‌سازی شده از طریق روش‌های سنتی در بخش معدن شامل استخراج در مقیاس گسترده، فعالیت واحدهای خردایش، اجرای فرایند فلوتاسیون و ذوب سنگ‌های معدنی است. این فرایندها حجم قابل‌ توجهی از پسماندهای معدنی تولید می‌کنند که غالبا حاوی فلزات سنگین و ترکیبات سمی هستند.

در بسیاری از موارد، باطله‌های معدنی در گودال‌های طبیعی یا سدهای باطله با ایمنی پایین انباشته می‌شوند؛ موضوعی که در بلندمدت می‌تواند موجب نشت تدریجی فلزات به خاک و منابع آبی پیرامونی حتی پس از پایان عمر بهره‌برداری از معادن شود.

یکی از پیامدهای زیست‌محیطی مهم در این زمینه، پدیده زهکشی اسیدی معدن است که در اثر اکسیداسیون کانی‌های سولفیدی رخ داده و با آزادسازی یون‌های فلزی و کاهش «pH» محیط، آلودگی گسترده‌ای در آب و خاک ایجاد می‌کند.

در مجموع، به‌کارگیری روش‌های سنتی در معادن با تکیه صرف بر فرایندهای فیزیکی و شیمیایی انرژی‌بر، منجر به تخریب چشمگیر منابع طبیعی، فرسایش خاک و آزادسازی فلزات سنگین در محیط اطراف می‌شود.

در سال‌های اخیر، تمرکز فناوری‌های نوین در بخش معدن بر کاهش اثرات زیست‌محیطی و کنترل پایدار آلودگی فلزات معطوف شده است. این فناوری‌ها با هدف کاهش تولید پسماند معدنی، اجتناب از به‌کارگیری مواد شیمیایی مضر، افزایش بازیابی فلزات، بهبود فرایند پاکسازی زیست‌محیطی و بهره‌گیری از انرژی‌های تجدیدپذیر طراحی شده‌اند.

روش زیست‌استخراج (بیولیچینگ) و زیست‌پالایی

روش زیست‌استخراج در تولید فلزات از معادن، جایگزینی پاک‌تر برای روش‌های شیمیایی مرسوم است. در این روش از میکروارگانیسم‌ها برای استخراج فلزات از سنگ معدن یا پسماندهای معدنی استفاده می‌شود. این میکروارگانیسم‌ها با کمک متابولیسم خود فلزاتی همچون مس، طلا و اورانیوم را به صورت درجا از سنگ‌ معدنی استخراج و بازیابی می‌کنند. از این رو دیگر نیازی به حفاری‌های تخریبی یا استفاده از مواد شیمیایی خطرناک نخواهد بود.

بررسی مطالعات انجام شده نشان می‌دهد که روش زیست‌استخراج نسبت به روش‌های غوطه‌ورسازی (فلوتاسیون) و ذوب، از نظر هزینه، مصرف انرژی و آلودگی شیمیایی بهره‌وری بالاتری به همراه دارد. به علاوه در روش زیست‌پالایی، از میکروارگانیسم‌ها یا گیاهان برای تثبیت یا جذب فلزات از خاک‌های آلوده استفاده می‌شود که نقش موثری در بازسازی اکولوژیکی مناطق معدنی دارند.

فرایند انحلال درجا «In-situ Leaching»

در این فناوری، محلول‌های شیمیایی به درون رسوبات معدنی زیرزمینی تزریق شده و فلزات بدون استفاده از روش استخراج فیزیکی سنگ‌های معدنی، به صورت درجا استخراج و بازیابی می‌شوند. استفاده از این روش موجب جلوگیری از تخریب گسترده سطح زمین، کاهش تولید پسماند معدنی و جلوگیری از گسترش آلودگی فلزات می‌شود.

به‌کارگیری موفق فرایند انحلال درجا در استخراج اورانیوم و مس نشان داده است که در صورت مدیریت صحیح، این روش می‌تواند در مقایسه با روش‌های مرسوم در استخراج معادن روباز یا زیرزمینی، میزان انتشار آلودگی فلزات در آب‌های سطحی را به‌ طور قابل‌ توجهی کاهش دهد.

فرایند تصفیه و بازیافت پیشرفته آب

برای پیاده‌سازی فرایندهای معدنی، معمولا به میزان زیادی از آب نیاز خواهد بود. این آب ممکن است که در جریان تماس با مواد معدنی و باطله‌ها، اغلب به فلزات محلول و ترکیبات شیمیایی خطرناک آلوده ‌شود.

به‌ منظور کاهش اثرات زیست‌محیطی و ارتقای بهره‌وری مصرف آب، فناوری‌های نوین تصفیه آب همچون لخته‌سازی الکتریکی «Electrocoagulation»، تبادل یونی «Ion Exchange»، نانوفیلتراسیون «Nanofiltration» و اسمز معکوس «Reverse Osmosis» به‌ کار گرفته می‌شوند. این فناوری‌ها قادر هستند غلظت فلزات سنگین را به‌ طور موثری کاهش دهند و در برخی سامانه‌ها، امکان بازیافت بیش از ۹۵ درصد آب مصرفی را فراهم آورند.

چنین رویکردهایی نه‌ تنها نیاز به منابع آب شیرین را به میزان قابل‌ توجهی کاهش می‌دهند بلکه با جلوگیری از تخلیه پساب آلوده در محیط‌های طبیعی، نقش مهمی در حفظ تعادل اکولوژیکی معادن ایفا می‌کنند. در این میان، سامانه‌های حلقه‌بسته مدیریت آب به‌ عنوان یکی از پیش‌نیازهای کلیدی پایداری زیست‌محیطی در معادن مدرن شناخته می‌شوند.

مدیریت نوین باطله‌های معدنی

انباشت باطله‌های معدنی، یکی از مهم‌ترین منابع ایجاد خطر زیست‌محیطی در فعالیت‌های معدنی به‌ شمار می‌رود. نشت فلزات سنگین، ناپایداری سدهای باطله و آلودگی آب‌های سطحی و زیرزمینی از جمله پیامدهای جدی این اتفاق است.

در سال‌های اخیر، تعدادی از فناوری‌های نوین مدیریت باطله معدنی با هدف کاهش این مخاطرات توسعه یافته‌اند. از جمله این فناوری‌ها می‌توان به روش پسماند غلیظ شده «Thickened Tailings» و باطله‌های خشک همراه با روش انباشته‌سازی پسماند خشک «Dry Stacking» اشاره کرد که با کاهش محتوای آب و افزایش پایداری ژئوتکنیکی، خطر نشت و شکست سدهای باطله را به‌ طور چشمگیری کاهش می‌دهند.

همچنین، با به‌کارگیری روش پر کردن حفره‌های معدنی با استفاده از خمیر پسماند «Paste Backfill»، نه‌ تنها نیاز به دفن سطحی باطله‌ها کاهش می‌یابد بلکه نشت آلودگی نیز به طور قابل توجهی کاهش پیدا خواهد کرد.

در کنار این اقدامات، به‌کارگیری سامانه‌های هوشمند پایش زیست‌محیطی در سدهای باطله، امکان شناسایی زودهنگام نشت آلودگی‌ها و مداخله فوری در مراحل اولیه آلودگی را فراهم می‌کند. این رویکردها در مجموع گامی موثر در جهت مدیریت پایدار پسماندهای معدنی و کاهش اثرات زیست‌محیطی فعالیت‌های معدنی به‌ شمار می‌آیند.

خودکارسازی فعالیت‌های معدنی

استفاده از فناوری‌های دیجیتال و خودکارسازی، پایه و اساس فعالیت‌های معدنی مدرن را تشکیل می‌دهد. این فناوری‌ها با هدف‌گیری دقیق کانسنگ‌ها، حجم تولید سنگ باطله را کاهش می‌دهند و بازیابی منابع معدنی را بهینه می‌کنند.

استفاده از پایش لحظه‌ای و حسگرهای از راه دور، کنترل فرایند استخراج را بهبود می‌بخشد و از انتشار آلودگی ناخواسته جلوگیری می‌کند.

مقایسه تاثیرگذاری فناوری‌های جدید با روش‌های سنتی در کاهش آلودگی نشای از استخراج از معادن

روش‌های سنتی استخراج از معادن عموما بر حفاری‌های گسترده، استفاده وسیع از مواد شیمیایی و مدیریت ناکارآمد پسماندهای معدنی استوار بوده‌اند؛ رویکردهایی که پیامد آن، آلودگی پایدار خاک و منابع آبی محیط اطرف است. در مقابل، نسل جدید فناوری‌های معدنی با تمرکز بر پایداری زیست‌محیطی، بهینه‌سازی بهره‌وری و کاهش اثرات تخریبی ارائه شده‌اند.

فناوری‌هایی همچون زیست‌استخراج و انحلال درجا با حذف یا کاهش مصرف مواد شیمیایی خطرناک و محدود کردن عملیات فیزیکی در سطح زمین، به‌ طور چشمگیری آسیب‌های زیست‌محیطی را کاهش می‌دهند. از سوی دیگر، روش‌های تصفیه پیشرفته آب با استفاده از روش‌هایی نظیر نانوفیلتراسیون، اسمز معکوس و لخته‌سازی الکتریکی از انتشار آلودگی ناشی از استخراج فلزات در محیط جلوگیری کرده و امکان بازیافت موثر آب را فراهم می‌کند.

همچنین، به‌کارگیری فناوری‌های نوین مدیریت باطله معدنی از جمله باطله‌های خشک و پر کردن حفره‌های معدنی با استفاده از خمیر پسماند، خطر شکست سدهای باطله و نشت فلزات سنگین را به حداقل می‌رسانند.

استفاده از روش خودکارسازی و استقرار سیستم‌های نظارت هوشمند با کاهش خطای انسانی و افزایش کنترل بر متغیرهای زیست‌محیطی، زمینه برای توسعه فعالیت‌های معدنی هوشمند و پایدار را ایجاد کرده است.

در مجموع، استفاده از این نوآوری‌های جدید منجر به کاهش چشمگیر انتشار آلودگی فلزات در فرایند استخراج از معادن و حرکت تدریجی صنعت معدن به سوی الگوی توسعه پایدار شده‌اند.

شرکت‌های پیشگام در کاهش آلودگی فلزات ناشی از فعالیت‌های معدنی

شرکت‌های بزرگ معدنی و نهادهای پژوهشی جهانی تاکنون سرمایه‌گذاری‌های گسترده‌ای در توسعه فناوری‌های دوستدار محیط‌ زیست انجام داده‌اند. شرکت‌هایی نظیر «Newmont Corporation»، «Rio Tinto» و شرکت «Uranium Energy Corp» از فناوری‌های زیست‌‌کاوی «Bio-mining» و استخراج درجا «In-situ Extraction» برای بهره‌برداری از منابع مس، طلا و اورانیوم بهره می‌برند؛ رویکردی که حجم پسماندهای معدنی را به حداقل رسانده و بازدهی فرایند بازیابی فلزات را افزایش می‌دهد.

علاوه‌براین، همکاری‌های بین‌المللی و حمایت‌های مالی در مقیاس جهانی، زمینه‌ساز گسترش استفاده از فرایندهای شیمی پایدار، انرژی‌های تجدیدپذیر و هوش مصنوعی در بخش معدن شده است.

این نوآوری‌ها امکان مدیریت و پایش پویای آلودگی محیطی را فراهم می‌آورند و فعالیت‌های معدنی را به سمت پایداری زیست‌محیطی و بهره‌وری عملیاتی بالاتر سوق می‌دهند.

چشم‌انداز آتی استفاده از روش‌های نوین در استخراج فلزات در معادن

پیاده‌سازی پروژه‌‎های معدنی برای تامین نیازهای جوامع مدرن به فلزات، ضرورتی انکارناپذیر است. با این حال، در طول تاریخ یکی از عوامل اصلی انتشار آلودگی‌های زیست‌محیطی محسوب می‌شود.

امروزه، توسعه فناوری‌های نوین در بخش معدن امکان کاهش چشمگیر گسترش آلودگی فلزات و افت حداقلی اثرات مخرب زیست‌محیطی را فراهم کرده‌اند. این فناوری‌ها در مقایسه با روش‌های مرسوم در بخش معدن، ضمن کاهش تخریب فیزیکی و آلودگی شیمیایی محیط زیست، حجم پسماندهای معدنی را کاهش و بازدهی فرایند استخراج و تولید فلزات را افزایش می‌دهند.

ارزیابی پژوهش‌ها و ابتکارات صنعتی صورت گرفته نشان می‌دهند که این فناوری‌ها از نظر فنی و صرفه اقتصادی، قابلیت اجرا و توسعه داشته و می‌توانند مسیر پیاده‌سازی فعالیت‌های معدنی پایدار را هموار کنند؛ مسیری که در آن حفاظت از اکوسیستم‌های طبیعی و سلامت انسان در کنار تامین منابع معدنی تحقق خواهد یافت.

منبع: فلزات آنلاین