توسعه پایدار
امروزه صنایع معدنی در جهان به دنبال تحقق تعهدات خود نسبت به رعایت اصول توسعه پایدار با کاهش عملیات استخراج، معدنکاری و فرآوری مواد معدنی میباشند. بهترین فرصت در کاهش تاثیر عملیات معدنکاری در مقایسه با بهرهبرداری و یا پس از خاتمه عملیات، مرحله طراحی معدن است. کاهش تاثیر عملیات معدنکاری به تنهایی برای پیشبرد صنعت به سمت پایداری کافی نخواهد بود و باید موقعیتهایی جهت کاهش میزان تاثیر در امتداد و مابین زنجیرههای تولید و بازیافت درنظر گرفته شود. علاوه بر این، احداث کارخانههایی با کارایی بالاتر نیز به دلیل اثرات بازگشتی مربوط به اهمیت استفاده از یک فلز و ارتباط آن با میزان مصرف در صنعت و ارائه خدمات در یک جامعه، به خودی خود منجر به توسعه پایدار نمیشود.
توسعه پایدار (Sustainable Development) مفهومی است که اهمیت روزافزونی در دنیای مدرن دارد. امروزه تلاشهای قابل توجهی توسط معدن و صنایع معدنی در پرداختن به مسائل پایداری انجام شدهاست. بیشتر این امر ناشی از رویکرد تطابق یا تمایل به حفظ مجوز بهره برداری بوده و بر روابط اجتماعی، مصرف آب و انرژی متمرکز شدهاست. با این حال، نیاز به تمرکز گستردهتر بر فناوریهای جدید و تأثیرات اجتماعی و زیستمحیطی گستردهتر وجود دارد. درک مزایای بالقوه این فناوریها و در صورت امکان کمّی کردن این مزایا، ملاحظات مهمی در تعیین مناسبترین راهحلهای پایداری برای صنعت معدنی است.
صنعت معدن و مواد معدنی بخش کوچکی از اقتصاد جهانی را شامل میشود اما تنوع آن بسیار است. فرآوری مواد معدنی عملکر موثری در این زمینه داشتهاست. کشور ایران با توجه به وجود بیش از 57 میلیارد تن ذخایر معدنی کشف شده و با تنوع بیش از 64 نوع ماده معدنی یکی از معدنخیزترین کشورهای دنیا محسوب میشود. سیاستها و برنامههایی که برای صنعت معدن کشور اتخاذ شدهاند به شرح زیر است:
- سياستگذاري، هدايت و نظارت موثر بخش معدن و صنايع معدني
- ارتقا كمي و كيفي بخش معدن
- توسعه خصوصي سازي
- حمايت از اشتغالزايي مولد
- بازسازي و نوسازي معادن و صنايع معدني
- كسب حداكثر ارزش افزوده از مواد معدني كشور.
- صيانت از نيروي انساني و محيط زيست در فعاليتهاي معدني
صنعت فرآوري مواد معدني نيز با بهبود عملکرد خود میتواند کمک شایانی در رسیدن به این برنامهها انجام دهد. احداث و توسعه كارخانههاي فرآوري به صورت مستقیم و غیرمستقیم بر اشتغالزایی تاثیرگذار است. امروزه روشهای نوینی که به منظور فرآوری مواد معدنی توسعه یافتهاند، امکان استفاده حداکثری از مواد معدنی کشور راه فراهم ساختهاست و بازسازی و ادامه فعالیت معادنی که استخراج آنها به دلایل تکنولوژیکی متوقف شده بود را به همراه دارد.
ذخایر معدنی موجود در طبیعت به منور استفاده در صنایع مختلف بایستی پرعیار شوند. پرعیارسازی مواد معدنی مجموعهای از روشهای فیزیکی، شیمیایی و فیزیکو شیمیایی است که کانی باارزش را از سایر کانیهای باطله و بیارزش جدا میکند. بعنوان مثال در یک کارخانه فرآوری مس، کانسنگ حاوی 3 – 5/0 درصد مس در طی عملیات پرعیارسازی به کنسانتره مس با عیار حداکثر 35 – 30 درصد تبدیل شده و سپس با استفاده از سایر روشهای فرآوری، شمش مس با عیار 98/99 درصد تولید میشود. لذا به منظو جلوگیری از خامفروشی محصولات در صنعت فرآوری بایستی توجه لازم به اصول توسعه پایدار توسط این صنعت انجام شود.
در طول دهه گذشته، بسیاری از شرکتهای معدنی و ارگانهای صنعتی، مانند شورای بینالمللی معدن و فلزات (ICMM) و شورای معدنی استرالیا (MCA)، اصول و سیاستهای پایداری را به عنوان استراتژی برای نشان دادن تعهد خود و صنعت به ساخت و اجرای عملیات به شیوهای مسئولانه از نظر اجتماعی و زیستمحیطی توسعه داده و اتخاذ کردهاند. با این حال، چالشهای جدی در به کارگیری این اصول سطح بالا برای مهندسانی که در حال توسعه یک پروژه جدید یا اجرای فعالیتهای روزانه در یک سایت عملیاتی هستند، وجود دارد. معمولاً برای اطمینان از این که پروژه یا عملیات با تمام اصول کلیدی مطابقت دارد، از اصول توسعه پایدار استفاده میشود. در نتیجه، عملیات استخراج جدید بهطور معمول به روشی مشابه عملیات قبلی طراحی، ساخته و اجرا میشود. بنابراین، مهندسین و مجریان عملیات بهطور کامل برای مقابله با جنبههای حیاتی پایداری آماده نیستند و این امر فعالیت آنها را تحت تأثیر قرار میدهد (به عنوان مثال دستاندازی جامعه، افزایش فشارهای دولت، افزایش کمبود و هزینههای بعدی مواد خام، آب و انرژی). در مقابل هر پروژه و جامعهای، مجموعهای منحصر به فرد از فرصتها و خطرات پایداری را ارائه میکند که میتواند الهامبخش زیادی برای راهحلهای جدید و نوآورانه باشد.
برای پرداختن به مسائلی مانند کاهش انتشار کربن، حداقل اثرات زیست محیطی، و حفظ مجوز اجتماعی برای فعالیت، اصول توسعه پایدار باید از طریق معرفی یک مکانیسم سیستماتیک و دقیق در چارچوب سیستمهای مدیریتی تثبیت شود. چنین مکانیزمی سازگاری پروژهها با یکدیگر را تضمین میکند و منجر به درک جامع تری از سهم کلی یک عملیات جدید یا موجود در توسعه پایدار میشود.
اصول توسعه پایدار در فرآوری مواد معدنی
آمادهسازی نمونه، جدایش فیزیکی و جدایش شیمیایی بیشترین پیشرفت را در اصول توسعه پایدار در فرآوری مواد معدنی دارند. در این قسمت به تشریح هر یک از این موارد پرداخته میشود.
1) آمادهسازی نمونه
سنگهای استخراج شده از معدن دارای قطعات نسبتا درشت بوده پس از ورود به کارخانه برای قابل استفاده بودن در مراحل پرعیارسازی باید به ابعاد کوچکتر تبدیل شوند. این کاهش سایز به وسیله مراحل سنگشکنی و آسیاکنی انجام میشود که هدف آن دستیابی به درجه آزادی مطلوب است. در این مرحله میتوان با کنترل عملیات انفجار در معدن از تولید ذرات ریز و نرمه جلوگیری کرده و هزینههای خردایش را کاهش داد. در آسیاها نیز استفاده از پوششها و لاینرهای مقاوم در برابر ضربه، سایش و حرارت میتواند در صرفهجویی انرژی و کاهش هزینههای تعیر و نگهداری تجهیزات نرمکنی موثر واقع شود. حدود 70 درصد انرژی مصرفی در فرآوری مواد معدنی مربوط به بخش آمادهسازی است. همچنین عملیات خردایش و آسیاکنی بیشترین میزان آلودگی (هوا، صوتی و …) و گرد و غبار را به خود اختصاص دادهاند. در شکل 1 نقشه راه آمادهسازی مواد معدنی در سه بازه زمانی کوتاه مدت، میان مدت و بلند مدت مورد بررسی قرار گرفتهاست که شامل روشهایی جدید به منظور کاهش هزینههای ناشی از نمونهبرداری، سنگشکنی و آسیاکنی میباشد. این امر به وسیله استفاده از تجهیزات پشرفتهتر، سنسورهای جدید در بخش نمونهبرداری و جدایش مواد معدنی میسر خواهد شد.
شکل 1- نقشه راه آمادهسازی مواد معدنی در سه بازه زمانی کوتاه مدت، میان مدت و بلند مدت
در مرحله آمادهسازی نمونه هدف اصلی کاهش میزان هزینه و انرژی مورد نیاز در خردایش مواد معدنی است. مطالعات فراوانی جهت انتقال انرژی ورودی به کانسنگ و درک ارتباط آن با میزان نرمه تولیدی و و جلوگیری از تولید ذرات ریز انجام شدهاست. بدین منظور روشهایی ارائه شده که مبنای آنها استفاده از سیستمهای پیشرفته شبیهسازی و مدلسازی جهت پیشبینی عملیات خردایش مواد معدنی و استفاده از پوشهای مقاوم در سیستم آسیاها به منظور کاهش هزینهها و افزایش طول عمر تجهیزات سنگشکنی و آسیاکنی میباشد.
از دیگر مواردی که باید در بخش آمادهسازی مدنظر قرار گیرد، مسائل زیستمحیطی از جمله آلودگی آب و هوا، پسابهای صنعتی ذرات ریز تولید شده که عملیات جدایش بر روی آنها صورت نگرفته و به بخش باطله منتقل شدهاند. بطور کلی هدف از انجام مرحله آمادهسازی، افزایش ظرفیت کارخانه و تناژ باز ورودی همراه با کاهش هزینههای خردایش و به دنبال آن کاهش تاثیرات مخرب عملیات فرآوری بر محیط زیست میباشد.
2) جداسازی فیزیکی
در جداسازی فیزیکی، عملیات جدایش کانیها با استفاده از تجهیزاتی صورت میگیرد که اساس آنها نیروهای ثقلی (اختلاف در وزن مخصوص مواد)، خواص الکتریکی و خواص مغناطیسی مواد میباشد. این دستگاهها عبارتند از انواع جیگ، جدایش در جریانهای نازک لایهای، میزهای نرمه، جداکننده نواری، میز لرزان، کلسیفایرها، جداکنندههای واسطه سنگین، جداکنندههای الکتریکی و جداکنندههای مغناطیسی. در شکل 2 نقشه راه جداسازی فیزیکی مواد معدنی در سه بازه زمانی کوتاه مدت، میان مدت و بلند مدت ارائه شدهاست.
شکل 2- نقشه راه جداسازی فیزیکی مواد معدنی در سه بازه زمانی کوتاه مدت، میان مدت و بلند مدت
از آنجا که این روشها عمدتاً به صورت تر بوده و برای جداسازی مواد به آب احتیاج دارند، لذا مقدار مصرف آب و انرژی در این روشها حائز اهمیت است. بطور متوسط در کارخانههای فرآوری مواد معدنی برای انجام عملیات جدایش فیزیکی به حدود 2 الی 3 تن آب به ازای هرتن ماده معدنی مورد نیاز است. درنتیجه با طراحی ساده و بهینه مدارهای فرآوری میتوان در مصرف آب و انرژی صرفهجویی کرد. تاکنون مطالعات زیادی در زمینه استفاده بهینه از سیستمهای جدایش، یکپارچهسازی مدیریت مصرف آب و انرژی و استفاده از طرحهای پیشرفته و امروزی انجام شدهاست.
در این بخش تاکید زیادی بر جداسازی نرمهها و ذرات ریز شدهاست. حضور این ذرات در سیستم، جدایش را با مشکل مواجه میسازند لذا سعی میشود تا با کنترل این ذرات در ابتدای مدار از انتقال آن به مراحل بعد جلوگیری شود. در این زمینه پیشنهاداتی جهت طراحی تجهیزاتی به منظور قابلیت فرآوری نرمهها و افزایش بازیابی این ذرات پیشنهاد شدهاست. استفاده از نیروی ثقلی برای انتقال مواد، استفاده از دستگاههای پنوماتولیکی، مجهزکردن قسمتهای مختلف با سنسورهاي آناليز و اتوماتيكي كردن دستگاهها، استفاده از فرايندهاي خشككني مانند ماكروويو براي كاهش هزينههاي خشك كردن مواد، مدلسازي و شبيهسازي تجهيزات مختلف، استفاده از فلزات و آلياژها در تجهيزاتي كه در برابر سايش قرار دارند و كاهش باطله خروجي از اين عمليات، از مجموعه اقداماتی است كه ميتوان به منظور پیادهسازی و اجراي اصول توسعه پايدار در بخش جدایش فیزیکی صنعت فرآوري مواد معدني انجام داد. بطور کلی هدف از اجرای اصول توسعه پایدار در این بخش افزایش کارایی و بازیابی سیستمها و تجهیزات جداسازی فیزیکی همراه با کاهش مشکلات زیستمحیطی و صرفهجویی در مصرف آب و انرژی میباشد.
3) جدایش شیمیایی
در جداسازی شیمیایی فرایند جدایش مواد با کمک یک سری مواد شیمیایی انجام میشود. اهم فرایندهای جدایش شیمیایی عبارتند از پیرومتالورژی، هیدرومتالورژی و الکترومتالورژی. در روش پیرومتالورژی استخراج فلز از طریق حرارت انجام میشود که آلودگی هوا و اثرات مخرب زیستمحیطی را به دنبال دارد لذا از این روش کمتر استفاده میشود. در روش هیدرومتالورژی استخراج فلز در محیطهای آبی صورت میگیرد و با توجه به پیشرفتهای به وجود آمده در این زمینه، این روش جایگزین پیرومتالورژی شدهاست. در روش الکترومتالورژی نیز با ایجاد یک جریان و ولتاژ در محلول فلز موردنظر استخراح میشود. هر دو روش هیدرومتالورژی و الکترومتالورژی میتوانند جایگزین مناسبی برای پیرومتالورژی باشند درصورتی که آلودگیهای حاصله از این دو روش مربوط به آلودگی ناشی از نشت مواد شیمیایی نباشد. امروزه پیشنهاداتی در زمینه مکانیزمهای جدیدی در استفاده از این روشها ارائه شدهاست (شکل 3).
با بهکارگیری اصول توسعه پایدار در این بخش ضمن افزایش سینتیک واکنشها و به دنبال آن افزایش تولید، کاهش زمان فرایند، تعداد تجهیزات مورد استفاده را به همراه داشته و موجب صرفهجویی در مصرف انرژی میشود. استفاده از سیستمهای جدید فرآوری، افزایش راندمان فیلترها، بهکارگیری بیوفناوری در صنعت فرآوری مواد معدنی، افزایش کارایی تجهیزات تنظیم دما، افزایش بهرهوری الکترودهای مورد استفاده در الکترومتالورژی، کاهش میزان مصرف مواد شیمیایی، جایگزین کردن مواد شیمیایی جدید، اتوماتیزه کردن تجهیزات، کاهش انرژی پمپاژ محلولها و بازیابی کامل فلزات و مواد شیمیایی از مجموعه اقداماتی است که میتوان در این زمینه انجام داد.
سازمانهاي مرتبط با اجراي اصول توسعه پايدار در طراحي كارخانههاي فرآوري
به منظور قانونگذاری، اجرا و نظارت بر اجرای اصول توسعه پایدار در صنعت معدن و فرآوری مواد معدنی سازمانهای متعددی شکل گرفتهاند. یکی از این ارگانها شوراي بينالمللي معدن و فلزات (ICMM) است که در سال 2001 با هدف بهبود عملكرد توسعه پايدار در صنعت معدن و رسيدگي به چالشهاي این حوزه تاسیس شد. در حال حاضر ICMM بهعنوان یکی از عوامل تغییر و بهبود اجرای اصول توسعه پایدار در حوزه معدن و صنایع معدنی فعالیت میکند. این شرکت همچنین در تلاش است تا با تقويت استراتژيك بين شركتهای معدنی، دولت، سازمانهاي بينالمللي، جوامع و مردم بومي، جامعه مدني و دانشگاهها رسیدن به این اصل را محقق سازد. شرکت ICMM بر این باور است که همكاري رهبران حوزه معدن ميتواند عامل موثری جهت بهبود عملكرد اصول توسعه پايدار باشد. اصول شوراي ICMM به منظور هدايت این سازمان و تعامل با ديگران به شرح زیر میباشد:
- حفظ ايمني، مراقبت از بهداشت و رفاه كارگران، پيمانكاران، جوامع ميزبان و استفاده درست از مواد تولیدی
- احترام به مردم، محيطزيست و ارزشهاي جوامع
- صداقت به عنوان مبنايي براي تعامل با كاركنان، جوامع، دولتها و ساير افراد
- پاسخگويي در برابر تعهدات
- همكاري به عنوان يك ابزار مهم براي پرداختن به چالشها
سایر بخشها و سازمانهای فعال در حوزه تحقق اصول توسعه پایدار در صنعت معدن و فرآوری مواد معدنی در جدول 1 ارائه شدهاند.
جدول 1- سازمانهای فعال در حوزه تحقق اصول توسعه پایدار در صنعت معدن و فرآوری مواد معدنی