فرآوری و دفع مواد معدنی

معدن محلی است که در آن انواع فلزات و سنگ‌ها که دارای ارزش اقتصادی هستند، انباشته شده‌اند. معدن‌کاری به عمل استخراج کانی‌های ارزشمند یا دیگر مواد از زمین و معمولاً از معادن گفته می‌شود.

موادی که از این کانسارها به‌دست می‌آید شامل فلزات پایه، فلزات قیمتی، آهن، اورانیوم، زغال‌سنگ، الماس، آهک، نمک، پتاس و موادی از این دست می‌شود. استخراج معادن با توجه به فاکتورهای بسیاری نظیر شرایط اقتصادی، فنی، قابلیت دسترسی به کانسار و… به دو صورت کلی روباز و زیرزمینی انجام می‌گیرد. بخش‌های مهمی از فعالیت‌های معدنی که می‌توان از ژئوسینتتیک‌ها در آن استفاده نمود عبارتند از Heap Leaching Pad ، ِDry Stack و Tailing Dam.

به طور کلی در فرآیند Heap Leaching فلزات گرانبها، اورانیوم، مس و … طی یک سری فرایندهای شیمیایی با اضافه نمودن اسید از سنگ معدن خود جداسازی می‌شوند. در طي فرآيند ليچينگ، كانسنگ حاوي كاني‌هاي عناصر (مانند مس) قابل حل توسط يك عامل شيميايي (مانند اسيد سولفوريك)، با قرار گرفتن در مجاورت محلول آبي حاوي اين عامل در شرايط شيميايي و فيزيكي مناسب، دچار انحلال شده و عناصر مورد نظر در اثر اين انحلال به صورت يون درآمده و از آن جدا مي شوند. پس از انجام فرآیند مربوطه، اسید به داخل خاک نفوذ می‌کند. این عمل به شدت برای محیط زیست و خاک خطرناک است و باید به نحوی از نفوذ این اسید به داخل خاک جلوگیری نمود.

سدهای باطله (Dry Stack) مکان‌هایی برای جمع آوری و نگهداری پساب‌ها و مواد باطله حاصل از فرآیند تغلیظ در کارخانه‌های فراوری مواد معدنی می‌باشند. هدف از طراحی سدهای باطله ایجاد مکان امن و پایدار برای دفع مواد باطله کارخانه‌های فرآوری است. طراحی سدهای باطله بر اساس مشخصات باطله مورد نظر، مواد موجود برای ساخت دیواره سد، عوامل مرتبط با محل احداث سد و بودجه ی موجود انجام می‌شود. سدهای باطله در انواع مختلف بالارو، پایین رو و برجا ساخته می‌شوند. مدیریت سدهای باطله شامل طراحی، ساخت و توسعه، استفاده از سد، بسته شدن سد و عملیات پس از آن می‌باشد. سدهای باطله برکیفیت آب‌های سطحی و زیرزمینی، بهداشت و سلامت جامعه، گیاهان، جانوران و خاک اثرات نامطلوبی دارند. خرابی سد در اثر شگستگی و آلودگی‌های ناشی از نفوذ مواد سمی از دلایل عمده مشکلات زیست محیطی سدها به شمار می‌رود. سیانید موجود در پساب معادن طلا ماده‌ای بسیار سمی و خطرناک است و ورود آن به آب‌های سطحی، زیرزمینی و خاک، خسارات جبران ناپذیری را بر محیط زیست و زندگی بشری به همراه دارد.

کاربرد ژئوسینتتیک‌ها در معادن

کاربرد ژئوسینتتیک‌ها در هیپ لیچینگ

در کف Heap Leach Pad برای جلوگیری از نفوذ اسید شوینده‌ی کانی‌ها به خاک زیرین و آب‌های زیرزمینی از پوشش‌های تک لایه یا مرکب ژئوممبرین استفاده می‌شود. با این عمل در استفاده‌ی اسید مصرفی نیز صرفه جویی می‌گردد. ژئوممبرین (Carbofol) و لاینر رسی ژئوسنتتیکی (GCL) از جمله Bentofix ها در استخرهای هیپ لیچینگ به عنوان لایه پوششی مورد استفاده قرار می‌گیرند و در هنگام باروری حوضچه‌ها، استخرهای فراوری، ذخیره سازی آب در محل، پوشش بارانی سنگ های معدن (در حالی که نیاز نیست تا از غلظت کار کم شود) و مدیریت ذخیره سازی آب‌های زائد باعث سرعت بخشیدن به کار می‌شوند.
ژئوممبرین HDPE (High Density Polyethylene) دارای مقاومت شیمیایی استثنائی بوده و در برابر تنش ترک زایی و اشعه UV مقاوم است. این محصول برای مدیریت آب در محل و فرایند اسید شویی بسیار مناسب است. ژئوممبرین همه‌ی نیاز یک فعالیت معدنی برای آب‌بندی نیست. ژئوتکستایل‌ها نیز جهت حفاظت از ژئوممبرین و ثبات اصطکاکی در زمین های سخت و سنگ پشته‌های بلند در دراز مدت مورد نیاز می‌باشند. لازم به ذکر است که مقاومت شیمیایی محصول ژئوممبرین مورد استفاده حتما می‌بایست با PH اسید موجود در فرآیند اسید شویی مطابقت داشته باشد تا با گذشت زمان تضعیف و دچار گسیختگی نشود. در هیپ لیچ‌هایی که طولانی مدت به صورت اکسپوز می‌مانند، استفاده از ژئوممبرین HDPE عادی توصیه نمی‌شود و می‌بایست از ژئوممبرین‌های HDPE با کیفیت بالاتر مانند ژئوممبرین HDPE OIT+ استفاده نمود که تست‌هایی فراتر از استاندارGM13 بر روی آن صورت گرفته باشد شامل :

• شکستگی در دمای پایین
• مقاومت در برابر سوراخ شدگی دینامیکی
• پایداری ابعادی
• کرنش در آزمایش کشش چندمحوره
• همگنی
• چاولگی
• صافی
• رفتار بهینه در زمینه آزادسازی تنش
• کیفیت جوش پذیری
• نوع رزین مورد استفاده
• مقاومت در برابر اشعه UV (3000 ساعت)
• مقاومت در برابر نفوذ ریشه
• مناسب برای سازه‌ها با عمر طولانی

پوشش‌های کامپوزیتی (HDPE Geomembranes with GCL) نیز در دراز مدت یک عملکرد پوششی معتمد وکارامد ارائه می‌کنند که در تمامی عملیات استخراج از معدن از نظر اقتصادی مقرون به صرفه بوده و محیط زیست دوست می‌باشد.

مدیریت باطله‌ها (Tailing Management)

وقتی از یک سنگ معدن، فلز با ارزش آن مانند طلا و مس استخراج می‌شود چیزی که باقی می‌ماند باطله سنگ معدن است. بعضاً مقدار زیادی سنگ معدن مورد استخراج قرار می‌گیرند. این ضایعات حاصل از استخراج می‌توانند ترکیبات مضری برای محیط زیست باشند، باطله ها باید منزوی شده و از خسارت آنها به محیط زیست در طولانی مدت جلوگیری شود.
مهندسین طراح می‌بایست فضای بزرگی را به محصولات حاصل از استخراج و فرآوری اختصاص دهند. همه یا قسمتی از این فضا باید توسط ژئوسینتتیک‌ها (مانند ژئوممبرین) و یا سیستم پوشش کامپوزیتی (به عنوان مثال ژئوممبرین / لاینر رسی ژئوسنتتیکی) مهر و موم شود. این سیستم ضد آب، دیواره‌ها و کف را آب بندی می‌کند. در این سازه‌ها در صورت نشت احتمالی از محصول ژئودرین جهت زهکشی استفاده می‌شود.
همانطور که سایت‌های معدن بزرگتر می‌شوند حجم باطله ها نیز بیشتر می‌شود. این افزایش حجم محتوای تیلینگ‌ها، نه تنها نیازمند یک سیستم پوششی است بلکه نیازمند مسلح سازی و آب‌بندی می‌باشد که در باریکه‌ی حوضچه‌های تیلینگ قرار می‌گیرند. باریکه‌های ضعیف تر که فقط از زمین خالی تشکیل شده اند در خطر شکست، فرسایش و اشباع قرار دارند.
همچنین، افزایش عمق حوضچه‌های تیلینگ ما را نیازمند یک طراحی مهندسی بهتر می‌کند. ژئوسینتتیک‌های استفاده شده برای مدت زمان طولانی باید دوام بیشتری داشته باشند و در برابر تنش‌های تشدید شده مقاوم تر باشند. برای مثال عمق یک حوضچه تیلینگ در نهایت ممکن است بیش از 75 متر شود. در این موارد، پسماند بسیار خطرناک و پر از لجن است بنابراین می‌بایست یک سیستم پوششی تقویت شده مد نظر قرار گیرد. برای حفاظت محیط زیستی سایت، باید محصولات ژئوسینتتیکی مورد اعتماد انتخاب شوند.
همچنین ژئوگریدها استقامت بسیار بالایی در برابر خطرهای شیمیایی و زیستی داشته و میله های تخت همگن واتصالات جوش داده شده با مقاومت بالا سازه های خاکی قوی و محکم مسلح شده در دراز مدت ارائه می‌دهند. به علاوه، سیستم پوشش کامپوزیتی (ژئوممبرین HDPE و GCL) یک پوشش استثنایی بهینه و با طول عمر بالاست که از محیط زیست سیستم تیلینگ محافظت می کند.

حوضچه های تبخیر

تبخیر در بسیاری از عملیات حفاری برای جداسازی مواد از آب یا آب شور استفاده می‌شود. مثلاً انواع نمک با استفاده از تبخیر استحصال می‌شود. آب‌های شور حاوی لیتیوم در حین تبخیر تغلیظ می‌شوند. این مواد وقتی از حوضچه‌های خورشیدی برداشت می‌شوند قابلیت تبدیل به موادی را دارند که در صنایع مختلف مثل مواد غذایی، کشاورزی و … استفاده شوند.
در محل هایی که ایزوله کردن یا اصلاح آلودگی ها هدف ما است، حوضچه های های مهندسی شده می‌توانند راهکاری مناسب باشند مخصوصاً اگر مواد مورد مد نظر ما رسوبات آلوده شده باشد.
ژئوممبرین HDPE ویژگی های شیمیایی ویژه دارد. همچنین در برابر ترک و اشعه ماورای بنفش مقاوم است. پایداری آن در شرایط سخت آن را محصولی مناسب جهت استفاده به عنوان بستر و عایق در بسیاری از سیستم‌ها از جمله حوضچه‌های تبخیر نموده است. در حوضچه‌های اکسپوز نیز استفاده از ژئوممبرین HDPE عادی توصیه نمی‌شود و می‌بایست از ژئوممبرین‌های HDPE با کیفیت بالاتر مانند ژئوممبرین HDPE OIT+ استفاده نمود
در حوضچه‌های فرآوری و تبخیر، جهت زهکشی در صورت نشت احتمالی از محصول ژئودرین استفاده می‌شود که می‌بایست دارای دوام کافی، مقاومت در برای فشارهای قائم و مقاومت شیمیایی مناسب باشد.
بسترهای (GCL) نیز با در نظر گرفتن نوع مواد ذخیره ای در حوضچه‌های تبخیر می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند. همان طورکه باید مطمئن شد که ژئوممبرین‌های پلیمری با مواد موجود در محلول‌ها از نظر شیمیایی سازگار باشند، برای GCL ها نیز باید مطمئن شد که مواد شیمیایی با پایه ی بنتنونیت سازگار باشند.