فیدیبو نماینده قانونی انتشارات آوای قلم و بیش از ۶۰۰ ناشر دیگر برای عرضه کتاب الکترونیک و صوتی است .

کتاب ملاحظات زيست‌محيطی در معدنكاری

نسخه الکترونیک کتاب ملاحظات زيست‌محيطی در معدنكاری به همراه هزاران کتاب دیگر از طریق فیدیبو به صورت کاملا قانونی در دسترس است. تنها لازم است اپلیکیشن موبایل و یا نرم افزار ویندوزی رایگان فیدیبو را نصب کنید.

درباره کتاب ملاحظات زيست‌محيطی در معدنكاری

اکتشاف زمین­شناختی، ژئوفیزیکی، و ژئوشیمیایی اثرمحدودی بر محیط­زیست داشته و معمولاً به­احداث جاده­های دسترسی، خطوط نقشه­برداری و حفر ترانشه برای نمونه‌برداری محدود می‌شود و انجام این­کارها منوط به اخذ مجوزهای دولتی است. در مناطق مرطوب، میزان تخریب محیط زیست بیشتر است، زیرا برای دسترسی به­کانسار، کانال­هایی باید حفر شود که رفت­وآمد سنگین قایق­ها را به­دنبال داشته و باعث فرسایش ساحل می­شود، مانند آن­چه که در امتداد ۲۰۰۰۰ کیلومتر از کانال­های دلتای رود می­سی­سی­پی­ روی داده است. در ایالات­متحده، برای تخلیه آب از معادن متروکه به­منظور انجام اکتشافات بیشتر در آن­ها علاوه­بر اخذ مجوز از سازمان­های ایالتی، باید مجوز اداره ملی سیستم دفع و تخلیه مواد آلوده کننده نیز اخذ شود.
از نظر زیست‌محیطی، حفاری نگرانی‌های بیشتری را بر می‌انگیزد چرا که مستلزم احداث راه‌های دسترسی در مقیاس‌های بزرگتری است. حفاری، همچنین باعث وارد کردن سیالات حفاری به­درون زمین و بیرون راندن مواد سیال طبیعی مانند شوراب­ها، گاز طبیعی، و سولفور هیدروژن از زمین و رساندن آن­ها به­سطح می­شود. در اکتشاف نفت و گاز این خطرات بیش از پیش نمایان می‌شود، زیرا در این موارد خصوصیات مخزن نفت وگاز شناخته شده نیست و ممکن است حفاری چاه به‌طور پیش‌بینی نشده‌ای به سیالات تحت فشار برخورد کند. با استفاده از گل حفاری و شیر اطمینان می­توان خروج سیالات تحت فشار از چاه را به­حداقل رساند. گل حفاری حاوی، دانه‌های ریز باریت و رس بنتونیتی است که درآب معلق هستند. چگالی کل این دوغاب به‌اندازه‌ای زیاد است که خرده سنگ‌های بریده شده به‌وسیله سرمته را به سطح زمین انتقال داده و از خروج مایعات تحت فشار نیز جلوگیری می‌کند. در حفر یک چاه می­توان هزاران گالن گل حفاری مصرف کرد و در صورتی که چاه به غار یا حفره بزرگی برخورد نکند، می­توان همه گل حفاری مصرف شده را بازیابی کرد. شواهد اندکی مبنی بر آسیب‌دیدگی مهم زمین در اثر تماس با مقدار کمی گل حفاری که در آن نشست می‌کند به‌دست آمده که با این واقعیت که باریت در شرایط اکسیدکنندگی سطح زمین از نظر شیمیایی خنثی می‌باشد سازگاری دارد. دکل‌های حفاری که در اکتشاف نفت و گاز مورد استفاده قرار می‌گیرد باید دارای شیر بازدارنده فوران چاه باشد. این شیر در زیر سکوی حفاری نصب شده و از خروج سیالات تحت فشار بالا مانند نفت، و گاز، یا آب که نمی‌توان با گل حفاری مانع خروج آن‌ها شد جلوگیری به‌عمل می‌آورد. هنگامی‌که فشار به‌طور ناگهانی افزایش می­یابد، شیر بازدارنده به­طور خودکار چاه را مسدود می­کند. اگر این کار با شکست مواجه شود، نفت یا شوراب­های رها شده در سطح زمین در پشت آب­بندهایی که در اطراف چاه بنا شده متوقف می­شود، هرچند که این روش در چاه­های برون ساحلی عملی نیست. هر جا که نفت و یا گاز تحت فشار به­سطح زمین برسد یک فوران یا چاه فورانی پدید می­آید.

ادامه...
  • ناشر انتشارات آوای قلم
  • تاریخ نشر
  • زبان فارسی
  • حجم فایل 5.36 مگابایت
  • تعداد صفحات ۱۸۸ صفحه
  • شابک

معرفی رایگان کتاب ملاحظات زيست‌محيطی در معدنكاری

شما به آخر نمونه کتاب رسیده‌اید، برای خواندن نسخه کامل، کتاب الکترونیک را خریداری نمایید و سپس با نصب اپلیکیشن فیدیبو آن را مطالعه کنید:

۱- ۶- اثرات زیست­محیطی فرآوری موادمعدنی

مهم­ترین جنبه­ی زیست­محیطی تغلیظ موادمعدنی به­وجود آب و کیفیت آن ارتباط پیدا می کند. در بخش­های وسیعی از غرب استرالیا، تقریباً تمام آب موردنیاز به­وسیله خطوط لوله از ساحل انتقال داده می­شود و عملیات معدنی باید منتظر رسیدن آب بماند یا راهی بیابد که بتوان بدون آب نیز کار کند، و این درحالی است که عملیات معدنی منبع مهم درآمد در این منطقه به شمار می­رود. در غرب ایالات­متحده، وضعیت وجود آب می­تواند فرآوری شیل­های نفتی و خطوط لوله انتقال دوغاب زغال­سنگ(۱۹۸) را محدود کند. درهرحال، نگرانی اصلی اول در مورد کیفیت آبی است که از واحدهای فرآوری خارج می­شود و دوم واکنشی متقابلی(۱۹۹) است که این آب با آب­های سطحی و زیرزمینی محلی انجام می­دهد. در کشورهای توسعه یافته تقریباً تمام واحدهای تغلیظ مواد باید آب مصرفی خود را بازیابی کنند، حتی اگر در مناطق دوردستی، مانند معدن ردداگ(۲۰۰) در شمال غربی آلاسکا واقع شده باشند. آب­های سطحی که از محدوده­ی واحد فرآوری عبور می­کند باید پس از این محدوده دارای استاندارهای کیفی آب محلی باشد، حتی اگر هنگام ورود به­واحد فرآوری دارای چنین استاندارهایی نبوده و مورداستفاده واحد فرآوری هم قرار نگرفته باشد. خروج آب از واحد فرآوری و واردشدن آن به­سفره­های آب زیرزمینی نیز باید محدود شود. همچنین باید معبرهای فرو شست کانی، دپوهای باطله و مواد زاید حاوی سیانور و دیگر محلول­های سمی و سوزآور به­وسیله سدهای نفوذناپذیر عایق شود تا از حرکت روبه­پایین آن­ها جلوگیری به­عمل آید.



شکل ۱-۳
نمودار شماتیک یک پالایشگاه نفت که نشان دهنده ارتباط میان تقطیر، کراکینگ، و بازسازی است. (مر و همکاران، ۱۳۷۵).

گرچه معدن­کاری و پرعیارسازی امروزه به­گونه­ای بسیار پاک انجام می­شود، اما واحدهای فرآوری و باطله­های قدیمی، منبع مهم آلودگی محیط­زیست به­شمار می­آید. برای مثال، معدن بیوت در مونتانا(۲۰۱) از دهه­ی ۱۸۸۰ تا دهه­ی ۱۹۴۰، بزرگترین تولید کننده­ی مس در ایالات متحده بوده و حدود ۴۵۰ میلیون تن کانی مس تولید کرده است. پیش از ساخت و نصب حوضچه­های باطله در دهه ۱۹۵۰، حدود ۱۰۰ میلیون تن باطله و مواد زائد کوره ذوب در شاخه­های فرعی رودخانه کلارک فورک(۲۰۲) رها شده بود که تا مسافت ۵۵۰ کیلومتری تا دریاچه پنداوریل(۲۰۳) امتداد می یابد. محتوای مس رسوبات رودخانه­ای در نزدیکی بیوت بیش از ۱۰۰ برابر مقدار میانگین آن در این منطقه از دنیا است، و این ناهنجاری در تمام مسیر تا دریاچه پند اوریل دیده می­شود (آکستمان ولوما(۲۰۴)، ۱۹۹۱) و به­طور شایان توجهی بیش از اکثر نواحی پراکنش فلز ذخایر طبیعی است. فلز موجود در این رسوبات، اکنون راه خود را به­سوی جانوران و گیاهان دریایی باز می­کند. هر بارانی که ببارد، و یا هرگونه افزایشی که در جریان حرکت رودخانه­ها پیش می آید باعث بر هم زدن رسوبات شده و فلز جدیدی را در اختیار سیستم قرار می­دهد. محتوای فلز این رودخانه­ها به­اندازه­ای زیاد است که این فرآیند می­تواند صدها سال به­طول بیانجامد. تنها راه حل واقعی، خارج کردن کامل رسوبات آلوده از رودخانه­ها است، و این کار بزرگی است که درحال حاضر مدنظر قرار دارد. در پیچ­وخم عجیب سرنوشت، این مسئله در کشورهای کمتر توسعه یافته از حساسیت کمتری برخوردار است، زیرا در این کشورها معدن­کاران کوچک در امتداد رودخانه­ها به­کار بازیافت موادمعدنی از رسوبات اشتغال دارند. در شیلی، بسیاری از چنین عملیاتی در امتداد ۱۰۰ کیلومتر از مسیر رودخانه­ای انجام می­شود که باطله­های معدن مس ال سالوادور(۲۰۵) را زهکشی می­کند. با این­حال، نهشته­های ساحلی در چارنارال(۲۰۶)، نقطه­ای که این باطله­ها به­دریا می­رسد، دارای ۳۰ میلیون تن ماسه با عیار ۲۵/ ۰ درصد مس است، زیرا فلز موجود در آن­ها مانع رشد مجدد پوشش گیاهی شده است. در اولدلدبلت(۲۰۷) در جنوب سنت لوییز و ویت واترزرند(۲۰۸) در نزدیکی ژوهانسبورگ، توده­های مواد باطله، منبع ریزش گردوغبار و تامین آب­های پرفلزی است که وارد سفره­های آب زیرزمینی می­شود. به­هرحال، به رغم آلودگی زهکشی پرفلز، بسیاری از این توده­های مواد باطله پس از فرآوری مناسب در صنعت برای جداسازی کانی­های پرفلز، به­منبع آماده­ای برای ماسه ­ساختمانی(۲۰۹) تبدیل می­شود. با توسعه مقررات زیست­محیطی مناسبت­تر، باطله­های معدن به­ندرت در ایالتی که هنوز به­وضع مطلوب نرسیده رها می­شود هر چند که سال­ها به­طول می­انجامد تا آلودگی­های پیش از زمان اجرای مقررات جدید از بین برود.
فرآیند ذوب به­دلیل تولید گازها و گردوغبار، نگرانی­های زیست­محیطی زیادی را برانگیخته است. نگرانی­های اولیه در پیتسبورگ(۲۱۰) و دیگر شهرهای فولادسازی ناشی از متصاعدشدن گردو­غبار بود، پس از آن، این مشکل با فشرده کردن کنسانتره آهن به­صورت گندله(۲۱۱) تا حد زیادی از بین رفت. همان­گونه که پیشتر گفته شد، SO۲ ناشی از کورهای ذوب سولفیدهای فلزی به­دلیل نقشی که در باران­های اسیدی ایفا می­کند، نگرانی­های را برانگیخته است. اثر بارش­های اسیدی(۲۱۲) ناشی از کوره­های ذوب، به­ویژه در مناطق مرطوب آشکارتر است زیرا در این مناطق گیاهان بیشتری برای از بین رفتن وجود دارد و نیز خاک آن­ها طبیعتاً اسیدی­تر است (برخلاف خاک­های قلیایی در بسیاری از مناطق خشک). ناحیه سادبوری(۲۱۳) در انتاریو که بزرگترین منبع نیکل جهان است، یکی از این موارد به­شمار می­آید. یک قرن عملیات ذوب در سادبوری، ۱۰۰ کیلومترمربع زمین بایر و ۳۶۰ کیلومترمربع جنگل درختان افرا و توس که از رشد بازمانده­اند بر جای نهاد (ونتر هالدر(۲۱۴)، ۱۹۸۸). pH خاک­های نزدیک کوره­های ذوب برابر با ۳ و pH خاک­های نزدیک دریاچه­ها تا حد ۴ کاهش یافته بود. فلزاتی مانند جیوه، آرسنیک، و کادمیوم که در دماهای زیاد ذوب کردن کانی­ها تبخیر می­شود، در زمین­های وسیعی در اطراف کوره­های ذوب پراکنده شده بود.
به­هرحال، همه این وضعیت تغییر کرده است. در پاسخ به­قانون هوای تمیز، اکنون کوره های ذوب فلزات در ایالات­متحده تقریباً همه SO۲ و گازهای دیگر خود را بازیابی می کنند. گرچه در این زمینه پیشرفت کانادا به­خوبی آمریکا نبوده است، اما انتشار گازهای مضر در سادبوری از دهه­ی ۱۹۷۰، تاکنون ۵۰ درصد کاهش یافته و طبق برنامه قرار است تا سال ۱۹۹۴، ۵ درصد باقیمانده هم کاسته شود. در پاسخ به این کاهش در اطراف سادبوری مقداری بازیابی طبیعی انجام یافته، اما بهبودی موثر از راه بذرپاشی، درخت­کاری، و آهک زنی دریاچه(۲۱۵) به­دست آمده است. از سال ۱۹۸۷، تاکنون کاشت گیاهی در حدود ۴۰ درصد از زمین­های لم یزرع مجدداً انجام شده و pH دریاچه­های این ناحیه به­طور متوسط ۵ /۰ واحد افزایش یافته است (گان و کلر(۲۱۶)، ۱۹۹۰). کاهش انتشار گازها از کوره­های ذوب فلزات در ایالات­متحده، به­ویژه هنگامی تحسین­برانگیز است که آن را با انتشار گازهای نیروگاه­هایی که سوخت آن­ها زغال­سنگ است مقایسه کنیم. این نیروگاه­ها منبع اصلی آلودگی SO۲ به­وسیله انسان به­شمار می­رود.
کوشش­های جاری برای تمیزکردن گازهای ناشی از کوره­های ذوب فلز برروی کاهش مقدار SO۲ گاز دودکش­ها متمرکز شده است. گازهای ناشی از کوره­های بازتابی(۲۱۷) که متداول­ترین کوره مرحله اول بیشتر واحدهای قدیمی مس است، مقدار اندکی گاز SO۲ دارد که تمیزکردن آن دشوار بود. میزان بازیابی کوره­های ذوب امروزی که با هدف انتشار گازهایی با غلظت SO۲ زیاد طراحی شده است بیش از ۹۰ درصد است، و بدین­ترتیب سالیانه ۴ /۱ میلیون تن SO۲ که وارد محیط می­شد اکنون بازیافت می­شود. کوره­هایی که هم اکنون درحال ساخت است تقریباً ۹۹ درصد SO۲ خود را بازیابی خواهد کرد و به­نحو چشمگیری از فهرست منابع آلودگی این گاز به­وسیله انسان خارج خواهند شد. دستگاه­هایی که قراضه­های فلزات را برای بازیابی ذوب می­کند، یعنی کوره­های ثانویه(۲۱۸) (کوره­های ذوب کننده کنسانتره معدنی را کوره­های اولیه(۲۱۹) گویند)، منبع مهمی برای انتشار گوگرد در هوا به­شمار نمی­آید. به­هرحال، بدون تمیزکردن مناسب گاز خروجی، این کوره­ها نمی­تواند فلزاتی مانند سرب را که در دماهای پایین تبخیر می­شود در هوا متصاعد کند.
مهم­ترین اثرات زیست­محیطی فرآوری سوخت­های فسیلی، ناشی از آزاد شدن هیدروکربورها از پالایشگاه­ها است. هیدروکربورها می­توانند به­صورت ترکیبات آلی فرار(۲۲۰)، مانند گازهای گل­خانه­ای(۲۲۱) مهم، و یا در پساب­ها، نفت خام و مایعات آلی مصنوعی(۲۲۲) رها شود. از نظر زیست­­محیطی، بیشترین توجه به­پساب­ها و لجن پالایشگاه­ها معطوف شده است، زیرا این دو حاوی ترکیبات آلی و فلزات سنگینی است که می­تواند سمی باشد. آزاد شدن این مایعات از پالایشگاه­های قدیمی موجب به وجود آمدن زبانه­های آب زیرزمینی(۲۲۳) شده است که بسته به­میزان حلالیت ماده آلی آلوده کننده در آب، شکل آن­ها فرق می­کند. هم­اکنون پالایشگاه­های مدرن پساب­های خود را بازیابی کرده و به­وسیله لایه­های زیرین نفوذناپذیر نسبت به­سفره­های آب زیرزمینی عایق­بندی شده­اند، اما بسیاری از پالایشگاه­های قدیمی هنوز درحال تمیزشدن هستند.

۱- ۷- نتیجه گیری

امروزه سازمان­های رسمی نسبت به­برآورد صدمات وارده بر محیط­زیست اقدام کرده و ابزارهای مفیدی را برای ارزیابی شیوه­ی کارکرد صنایع معدنی فراهم می­آورد. داده­های اخیر در مورد آلودگی جوی در ایالات­متحده نشان می­دهد که تولید موادمعدنی مسئول ایجاد حدود ۳۰ درصد آلودگی سرب با منشا انسانی، ۲۵ درصدانتشار ذرات در هوا، ۱۸ درصد انتشار گازهایSOx، سیزده درصد انتشار ترکیبات آلی فرار، ۳ درصد انتشار گاز CO، و ۲ درصد انتشار گازهای NOx در جو است. تولید مواد معدنی در سه منبع آلوده کننده محیط زیست نقش اساسی دارد که از میان آنها، معدنکاری مهمترین منبع تولید ذرات، ذوب کردن مهمترین منبع تولید SOx و فرآوری نفت و گاز طبیعی مهمترین منبع تولید NOx به شمار می آید. همان گونه که در شکل ۷-۳ می بینید، میزان انتشار این گازها در هوا که ناشی از استخراج مواد معدنی است در چند دهه ی گذشته به طور قابل توجهی کاهش یافته است. این کاهش ابتدا در انتشار ذرات در هوا، سپس در SOx انتشار و اخیراً در انتشار NOx دیده شد. هنگامی که به این آمارو ارقام در متن کوششهایی که در همه زمینه های صنعت برای پاکیزگی محیط زیست صورت می گیرد نظر بیافکنیم خواهیم دید که صنایع معدنی از دیگر بخش­های صنعتی موفق­تر بوده است.

۱ -۸- استخراج مس و مسایل زیست محیطی

اغلب ذخایر مس پورفیری و ذخایر سوپرژن و ثانویه، به صورت روباز استخراج می شود نظیر آنچه که چشم انداز اطراف تاکسون(۲۲۴) آریزونا را نقطه نقطه کرده است این عملیات روزانه صدها تن از هزاران تن کانسنگ و باطله را جابجا و مصرف می کند و از بزرگترین تلاش های جابجایی مواد زمین در روی این سیاره هستند. تعداد کمی از کانسارهای مس پورفیری مثل سان مانوئل(۲۲۵) در آریزوناوال تنینته(۲۲۶) شیلی توسط روش های بزرگ مقیاس حفاری بلوکی زیرزمینی استخراج شده است. ذخایر پرعیارتر ماگمایی، سولفید توده ای و رسوبی نیز در جایی که نزدیک به سطح بوده اند به روش روباز استخراج شده اما به وسیله معدن کاری زیرزمینی حداقل تا اعماق ۲۰۰۰ متری دنبال شده اند (جولی(۲۲۷)، ۱۹۸۵). کانسنگ های سولفیدی مس برای تولید یک کنسانتره سولفیدی جهت ذوب پرعیار می شوند، باطله های این فرآیند که مقدارشان به ۹۸ درصد حجم کانسنگ می رسد به صورت توده های بزرگ دپو شده یا رودها را پر می کنند. معادن روباز مس به ندرت پس از معدن کاری پر می شوند زیرا بسیار بزرگ بوده و کانسار برخلاف معادن نواری به صورت مسطح یا در نزدیکی سطح قرار ندارد. اما معادن جدید پس از متروکه شدن مورد توجه قرار گرفته و مجدداً بازسازی محیطی و درختکاری می شوند. متاسفانه این امر در مورد معادن قدیمی تر مس نظیر بیوت(۲۲۸) صدق نمی کند، و برخی از این معادن قدیمی منابع اصلی آب ها و رسوبات اسیدی و غنی از فلزی هستند که قبلاً مورد بحث قرار گرفت.
در بسیاری از معادن، کانسنگ کم عیار و پسماند به وسیله آب های اسیدی لیچ می شود تا مس آن حل شود. بخش عمده اسید مورد نیاز این فرایند از انحلال طبیعی پیریت موجود در سنگ به دست می آید. مس این محلول ها به وسیله SX-EW یا به وسیله واکنش آن با قراضه فولادی(۲۲۹) و تولید سیمان مس، رسوب می کند و سپس ذوب می شود. در غرب ایالات متحده، قوطی های موجود در زباله شهری از ناحیه خلیج سانفرانسیسکو برای بازیابی مس از ذخایر به کار گرفته می شود. شستشوی اسیدی نیز در کانسارهای ثانوی مس به کار می رود زیرا اکسیدها و کربنات های مس شدیداً قابل انحلال هستند. ذوب مس تا حد زیادی به وسیله روش های پیرومتالورژی(۲۳۰) انجام می شود (گیلکرست(۲۳۱)، ۱۹۸۰). مرحله نخست ممکن است مستلزم تشویه به منظور خارج کردن گوگرد، آرسنیک و سایر عناصری باشد که به راحتی بخار می شوند اما اغلب کنسانتره ها به آسانی در یک کوره انعکاسی، الکتریکی یا شعله ای، خشک و ذوب می شود، جائیکه کنسانتره و کمک ذوب به سرباره محتوی سیلیس و آهن و مات حاوی مس و گوگرد تفکیک می شود (شکل ۱-۴). مات مس سپس به یک کنورتور انتقال می یابد که در آن اکسیژن دمیده می شود تا گازهای گوگرد و مس بلیستر تولید شود. مس بلیستر در یک کوره آندی که اکسیژن باقیمانده را بر می دارد، خالص می شود و سپس آندها به طریق الکترولیتی مس را خالص کرده و مس کاتدی خالص و خمیره ای از طلا، نقره و سایر فلزاتی که در ضمن فرایند ذوب همراه مس جدا شده اند، ایجاد می کند. گرچه روش های ذوب هیدرومتالورژیکی، انتشارات جوی کمتری دارد اما مسائل تکنیکی، کاربرد آنها را محدود می کند.
نگرانی های زیست محیطی تولید و مصرف مس به ندرت بر روی این فلز متمرکز می شود. در حقیقت مس یک عنصر اساسی برای حیات است. کمبود مس در بدن که نادر است، به صورت عدم توانایی استفاده موثر از آهن آشکار می شود که منجر به کم خونی خواهد شد. (هاول و گاوتورن(۲۳۲)، ۱۹۸۷: نریاگو(۲۳۳)، ۱۹۷۹). وجود مس در آب لوله کشی در واقع مفید است زیرا مانع رشد باکتری ها می شود. در معرض مقادیر بالای مس قرارگرفتن می تواند منجر به بروز علائمی از موی سبز گرفته تا مرگ شود، گرچه حتی حداقل علائم جدی نیز نادر است و این ظاهراً منعکس کننده آن است که بدن می تواند در برابر قرار گرفتن در معرض عناصر اصلی مقاومت کند، رفتاری که برای عناصر غیراصلی نظیر سرب و جیوه مشاهده نشده است.
نگرانی های زیست محیطی واقع در رابطه با تولید مس روی انتظار و فلزات تبخیرشونده کمیابی چون آرسنیک، کادمیوم و جیوه از ذوب کننده های مس متمرکز است جایی که پیشرفت های چشمگیری در کاهش آلودگی صورت گرفته است. ذوب کننده های پیرومتالورژیکی قدیمی منتشرکنندگان اصلی بودند زیرا کوره های انعکاسی ایجاد گازهایی می کردند که غلظت در آنها آنقدر کم بود که در واحدهای اسیدی(۲۳۴) یا نظیف کننده(۲۳۵) قابل بازیافت نبود و درنتیجه مقدار زیادی در حین انتقال مس ناخالص از کوره به مبدل توسط ظروف روباز از دست می رفت. این مسائل به وسیله کوره های ذوب پیوسته(۲۳۶) که دو مرحله را یک جا قرار داده است و نیز به وسیله ذوب شعله ای(۲۳۷)، حل شده است. تنها سیستم انعکاسی(۲۳۸) که هنوز در ایالات متحده به کار می رود، در وایت پاین میشیگان قرار دارد که کانی های گوگرددار را به کانسنگ افزوده و محتوای گاز خارج شده را آنقدر بالا می برد که عملکرد نظیف کننده را موثرتر سازد. هشت ذوب کننده اصلی اولیه ایالات متحده در حال حاضر حدود ۹۸ درصد مواد متصاعد شده گوگردی را بازیافت می کند که رکوردی بهتر از واحدهای نیروی سوخت فسیلی است (شکل ۱-۵).
پیشرفت های بیشتری نیز امکان پذیر است، اما با قیمتی بیشتر، به عنوان مثال سیستم ذوب موجود در بینگام، یوتا که دارای کوره های ذوب پیوسته نوراندا(۲۳۹) است و در سال ۱۹۷۶ تاسیس شد،۹۳ درصد کل منتشر شده را بازیابی می کند. این سیستم ۸۸۰ میلیون دلار هزینه در برداشته که باید به وسیله درآمد حاصله پرداخت شود. اگر تورم را که باعث زیاد شدن هزینه ها می شود ندیده گرفته و فرض کنیم که قیمت مس برای یک دهه دیگر ثابت می ماند، سرمایه گذاری نصب این سیستم جدید تقریباً معادل ۱۵ درصد کل درآمد حاصله می شود، که تعمدی بسیار بزرگ به شمار می آید. این گونه هزینه های زیست محیطی در همه جا به طور یکسان اعمال نمی شود.



شکل ۱-۴
نمودار شماتیک فرایند تولید مس. (مر و همکاران، ۱۳۷۵)

گوگرد منتشر شده از کوره های ذوب مس در اواسط دهه ۱۹۸۰ در کانادا، در حدود ۷ /۰ تن به ازاء هر تن تولید مس بوده است، این مقدار در ایالات متحده ۱۱/ ۰ تن، در اروپا ۰۳ /۰ و برای سیستم جدید بینگام ۰۰۲/ ۰ تن می باشد. کوره های ذوب کانادا همچنان به عنوان تولیدکننده های اصلی باقی خواهند ماند زیرا عملیات ذوب مس در مناطق دورافتاده تامپسون(۲۴۰)، فلین فلون(۲۴۱)، مانیتوبا(۲۴۲)، وسایر نقاط از مناطق شهری بزرگ دور بوده و بازار نزدیکی برای فروش اسید سولفوریکی که می تواند از سیستم های بازیابی تولید شود، ندارد. از آنجا که این کوره ها منابع اصلی اشتغال و درآمدزایی نواحی شمالی کانادا به شمار می آید، اقدام دولت برای متوقف کردن آنها بسیار کند است. اقدامات اخیر احتمالاً منجر به انجام عملیات پاکیزه تری می شود. کوره های ذوب واقع درکشورهای در حال توسعه و کشورهای مشترک المنافع شوروی سابق اخیراً شروع به احساس فشارهای زیست محیطی کرده اند. روسیه در آغاز دهه ۱۹۹۰ به جای تقبل هزینه های بالای تمهیدات زیست محیطی در رابطه با واحدهای مهم آلاوردی(۲۴۳) و کاراباش(۲۴۴) اقدام به تعطیل نمودن آنها کرد (مر و همکاران، ۱۳۷۵).



شکل ۱-۵
مقایسه ذرات و اکسید گوگرد آزاد شده از کوره ذوب و نیروگاه تولید برق. لازم به تذکر است که در هر دو منبع آزاد شدن ذرّات متوقف شده است ولی قطع آزاد شدن گاز فقط در کوره های ذوب صورت گرفته است (مر و همکاران، ۱۳۷۵).

۱-۳-۱- اکتشاف و تولید در مناطق دورافتاده

همچنان که کانسارهای نزدیک به­اتمام می­رسد، باید تولید را به­سمت نواحی دوردست انتقال داد. در حقیقت، تشکیل جوامع متکی به­منابع، روشی سنتی بوده است که طی آن مردم، در بسیاری از نواحی دورافتاده سکنی گزیده­اند. چند دهه پیش، برخی از کانادایی­ها می­پنداشتند که جوامع تولید کننده نفت و معدن­کاری در سرتاسر قطب شمال بسط می­یابد. اگرچه تنها تعداد کمی از این جوامع، عمدتاً نانی سیویک(۸۴) و پاین پوینت(۸۵) در سرزمین­های شمال غربی(۸۶) بنا نهاده شد، اما اغلب تسهیلات کنونی تولید از این راه ایجاد نشده است. برای مثال، کارگران معدن طلای لوپین(۸۷) در سرزمین­های شمال­ غربی در ادمونتون(۸۸) و شهرهای دیگر زندگی می­کنند و پس از هر شیفت کاری چند هفته­ای به­تعطیلات و یا این­که در جوامع دورافتاده شمالی زندگی می­کنند و پس از هر شیفت کاری چند هفته­ای به­تعطیلات طولانی می­روند. جابه­جایی این افراد از محل زندگی تا محل­کار به­وسیله هواپیما انجام می­­شود. این ترتیب کار همان­گونه که موجب ثبات و خوشحالی بیشتر کارکنان می­شود، نیاز به احداث تاسیسات زیربنایی بزرگ در محل معدن را برطرف کرده، از مشکلات زیست­محیطی مربوط به آن نیز پیشگیری می­کند همچنین، شهرهای ارواح(۸۹) که میراث کانسارهای به­اتمام رسیده است، نیز به­وجود نخواهد آمد.

۱- ۴- اثرات زیست­محیطی استخراج مواد معدنی

معادن ایالات متحده حدود ۳۷۰۰ کیلومترمربع (حدود ۲۶ /۰ درصد کل مساحت کشور) زمین را اشغال کرده است، و این درحالی است که فرودگاه­ها و خطوط آهن هر کدام ۲۵۰۰ کیلومترمربع، بزرگ­راه­ها ۱۳۵۰۰ کیلومترمربع، پارک­های ملی و پناه­گاه­های حیات­وحش ۱۰۰۰۰۰ کیلومترمربع از زمین­های این کشور را به­خود اختصاص داده است (بارنی(۹۰)، ۱۹۸۰). براساس برآورد بارنی، مجموع استفاده زمین توسط معدن­کاری در سرتاسر دنیا، در فاصله سال­های ۱۹۷۶ و ۲۰۰۰ بالغ بر حدود ۳۷۰۰۰ کیلومترمربع یا حدود ۲ /۰ درصد سطح زمین خواهد بود. از آن­جاکه مصالح ساختمانی(۹۱) مهم، یعنی سنگ، خاک رس، و شن و ماسه کسر بزرگی از مواد معدنی استخراج شده (جدول ۱-۳) را به­خود اختصاص می­دهد، کشورهای توسعه یافته تاکنون از راه معدن­کاری بیش از سهم زمین­های خود از دنیا نسبت به­تخریب زمین اقدام کرده­اند. حدود ۶۰ درصد زمین­های تخریب شده برای کندن زمین و ۴۰ درصد بقیه برای دور ریختن مواد روباره و باطله­های دیگر مورداستفاده قرار می­گیرد که، به­نوبه خود حدود ۴۰ درصد مواد زاید جامدی را که سالانه در ایالات متحده تولید می­شود، تشکیل می­دهد.
مهمترین قانون حاکم بر معدن­کاری سطحی در ایالات­متحده، قانون کنترل احیای اراضی و معدن­کاری سطحی ۱۹۷۷(SMCRA)(۹۲)، می­باشد که عمدتاً مربوط به­معادن زغال­سنگ است و به وسیله دفتر معدن­کاری سطحی(۹۳) و موسسات ایالتی مربوط اعمال می­شود. تنظیم مقررات مربوط به­مواد باطله حاصل از معدن­کاری در ایالات­متحده بر عهده­ی سازمان حفاظت محیط زیست (EPA)(۹۴) و موسسات ایالتی مربوط به آن است و با استفاده از قوانینی از قبیل قانون آب تمیز(۹۵)، قانون هوای تمیز(۹۶)، قانونی واکنش زیست­محیطی جامع(۹۷)، قانون بدهی و غرامت(۹۸)، قانونی کنترل مواد سمی(۹۹) اداره می­شود. در این میان بخش کوچکی از مواد باطله معدن­کاری با عنوان فرعی C از قانون بهره­برداری و حفظ منابع طبیعی ۱۹۸۶ (RCRA)(۱۰۰)، اداره می­شود که درمورد دور ریختن مواد زاید خطرناک بحث می­کند، اما فرض بر آن است که اکثر آن­ها خطرناک نیست. نهایتاً، طبق قانون سیاست ملی محیط­زیست(۱۰۱) پیش از آغاز هر عملیات معدنی بزرگ باید یک اعلامیه اثرات زیست­محیطی(۱۰۲) تهیه شود، و براساس مقررات دولت فدرال، مجری هر نوع عملیاتی که به­بیش از ۵ جریب (۳۵/ ۱۲ هکتار) از زمین­های کشور صدمه واردکند باید طرح­های بهره­برداری و بازسازی محل معدن را ارائه کرده و به تایید برساند، و اوراق بهاداری را برای اطمینان از اجرای احیای اراضی در گرو دولت بگذارد.

جدول ۱-۱
برآورد مساحت زمین­هایی که سالیانه در انواع متعدد تولید مواد معدنی در دنیا در سال­های ۱۹۷۶، ۱۹۸۵، و ۲۰۰۰ مورداستفاده قرار گرفته و خواهد گرفت (بارنی ۱۹۸۰).



در بریتانیا، جنبه­های زیست­محیطی معدن­کاری براساس قانون حفاظت محیط­زیست(۱۰۳) ۱۹۹۰ (آی ام ام، ۱۹۹۲(۱۰۴))، اداره می­شود. در کانادا، مقررات محیط­زیست عمدتاً از سوی دولت­های ایالتی اعمال می­شود. نخستین و جامع­ترین قوانین عبارت بود از لایحه قانونی ۵۶(۱۰۵) در ایالت بریتیش کلمبیا و لایحه قانونی ۷۱ (۱۰۶) در ایالت اونتاریو (شامپینی و ابوت(۱۰۷)، ۱۹۹۲).
احیای اراضی معدن در برگیرنده­ی برداشتن ساختمان­ها، تسطیح زمین تا حد خط تراز قابل قبول، و کاستن از زهکش اسیدی معدن است که در اثر هوازدگی سنگ و کانی استخراج نشده حاصل گردیده است. در ایالات متحده، طبق قانون کنترل احیاء اراضی و معدن­کاری سطحی، معادنی که به­روش نواری استخراج می­شود باید به­حالت خط تراز اولیه خود بازگردانده شده و شیب آن­ها از ۲۰ درجه تجاوز نکند. بهره­برداری از یک معدن به­معدن دیگر گسترش می­یابد بدین صورت که با استفاده از باطله­های معدن جدید، گودال معدن قدیمی را پر می­کنند، اما معمولاً امکان پرکردن محل معادنی که به­روش­هایی به­جز نواری استخراج می­شود وجود ندارد چرا که درهمان محل معدن عملیات استخراج در اعماق بیشتر ادامه می­یابد. طرح استفاده از معادن مترو که روباز برای دور ریختن زباله­های شهرداری نیز مدنظر قرار گرفته است. اکنون، آزمایش­های اولیه این طرح در معدن طلای مزکوایت(۱۰۸)، در کالیفرنیا انجام می­شود و پیشنهاد شده است که این کار در معدن مس آیلند(۱۰۹) در جزیره ونکوور کانادا(۱۱۰) انجام گیرد. حتی در جاهایی که معادن روباز پر نشده باشد طبق مقررات موجود، دیواره­های معدن و دپوی باطله باید دوباره و به­گونه­ای سازگار با توپوگرافی محل، شکل داده شده و درخت­کاری شود. احیاء اراضی معدن می­تواند کاملاً موفقیت­آمیز باشد و برای مثال، بوچارت گاردنز(۱۱۱)، یکی از جاذبه­های اصلی توریستی در ویکتوریا، بریتیش کلمبیا، همانند پارک ملکه الیزابت(۱۱۲) در ونکوور، روزگاری یک معدن سنگ روباز بود و تعداد زیادی خانه و مراکز تفریحی در اطراف دریاچه­هایی ساخته شده که روزگاری معدن شن و ماسه بود. اکثر دولت­ها، پیش از آغاز استخراج، طرح احیاء اراضی معدن را برای تایید درخواست کرده و برای حسن انجام کار، سند معتبری را از مجری عملیات طلب می­کنند. همچنین در جایی که مجری بخواهد معدنی را تعطیل کند، غالباً باید سند معتبری را در گرو دولت بگذارد تا هزینه صدمات زیست­محیطی آتی معدن به رودخانه­های اطراف، و یا ریزش معدن را جبران کند.
گرچه الزام­های احیاء اراضی معدن، بخشی از قانون معادن فعال در بیشتر مناطق است، با این حال بسیاری از معادن، پیش از تصویب این قوانین متروکه شده­اند. همین معادن قدیمی برای ایمنی و سلامتی خطرساز است، اما نگرانی واقعی ناشی از باطله­های معادنی است که دارای فلزات و ترکیبات شیمیایی بالقوه سمی بوده که در سطح زمین­های اطراف و آب­های زیرزمینی پراکنده شده است. برخی برآوردها حاکی از آن است که برای زدودن این باطله­ها ۷۰ میلیارد دلار پول موردنیاز است، اما همه این تخمین­ها اساساً بی­معنی است. اصولاً هر موفقیت را باید به­­تنهایی مورد قضاوت قرار داد. برخی از باطله­ها را باید با ریختن آن­ها به­درون گودال­های جدید که در زیر آن­ها لایه­های رسی نفوذناپذیر قرار گرفته کاملاً از محیط جدا کرد. برخی دیگر، مانند آن­هایی که در پارک سیتی در یوتا(۱۱۳) هستند، را می­توان در زیر لایه­های خاک مدفون کرد. حال پرسش واقعی این است که چه کسی باید هزینه­­های احیاء اراضی معدن را بپردازد.
درحالی­که دولت فدرال پول قابل توجهی را برای زدودن مواد زاید شیمیایی(۱۱۴) هزینه کرده، اما پول کمتری از سوی دولت برای زدودن مواد زاید معدنی هزینه شده است. بنابر اقدامات جاری، در برخی حوزه­های قضایی، صاحبان معادن قدیمی باید مسئولیت پاکیزه کردن محیط­زیست را بپذیرند، حتی اگر خود آن­ها مسئول مشکل اصلی نبوده باشند. برای مثال جلوگیری از زهکشی اسیدی از معادن قدیمی در ناحیه لدویل در کلرادو(۱۱۵)، حدود ۱۷ میلیون دلار هزینه دربردارد که بیشتر آن را صاحبان کنونی معادن و نه صاحبان پیشین خواهند پرداخت. گرچه این رویه­ی کار از نظر اجرایی آسان است، اما روش خوب و جاافتاده به­دنبال فیل گشتن در کشور فیل­ها (یعنی، به­دنبال ذخایر بزرگ گشتن در نزدیکی معادن بزرگ) را سست و بی­اعتبار کرده و مسئولیت کلی جامعه در برابر آشفتگی­های اولیه را درنظر نمی­گیرد. راه­حل منصفانه­تر این است که سرمایه لازم برای احیای اراضی معدن از مالیات­های تفکیک(۱۱۶) تامین شود، همان­گونه که اکنون در مورد زغال­سنگ اعمال می­شود. آخرین نکته­ای که باید مدنظر قرار داده شود این است که باید به­طریقی از مواد باطله معدنی رهایی یافت که نسل آینده بتواند به­آن­ها دسترسی پیدا کند. روی­هم­رفته، احتمال دارد باطله­های امروز کانسنگ­های فردا باشد.
ملاحظات ایمنی و بهداشت(۱۱۷) نیز یکی از جنبه­های مهم مقررات جاری معدن­کاری به­شمار می­آید. گرچه در اثر ریزش سنگ و خرابی دستگاه­ها و تجهیزات، مرگ و میرهایی روی می­دهد، اما جدی­ترین مشکل در معادن زیرزمینی ناشی از آتش­سوزی است. بیشتر آتش­سوزی­ها از چوب­های مورداستفاده در نگه­داری معدن آغاز می­شود، حتی سولفیدهای فلزی نیز آتش می گیرد. مرگ و میرهای آتش­سوزی معمولاً ناشی از گاز مونواکسیدکربن(۱۱۸) بوده که بسیار سمی است. از زمان وقوع آتش­سوزی در معدن نقره­سان شاین در آیداهو(۱۱۹)، مقرر شد که در تمام معادن ایالات­متحده باید تمام معدن­کاران مجهز به­دستگاه قابل حملی باشند که گاز مونواکسید کربن را به گاز دی­اکسید کربن(۱۲۰) تبدیل می­کند، هر چند که این دستگاه­ها هنوز در بسیاری از کشورهای دیگر مورداستفاده قرار نمی­گیرد، حقیقتاً در مورد گردوغبار، نگرانی­های بیشتری وجود دارد، زیرا منبع بسیاری از بیماری­های مزمن ریوی و گوارشی است (جدول ۲-۱). بزرگترین مشکل، وجود دانه­های متبلور سیلیس شامل کوارتز در گردوغبار است که موجب نوعی بیماری به نام سیلیکوسیس(۱۲۱) می­شود. این بیماری تا قرن بیستم به­درستی شناخته نشده بود، و کنترل ضعیف گردوغبار در معادن غنی از سیلیس موجب شیوع بیماری­های زیادی شده بود. از این رو، امروزه حفاری قانوناً باید به روش تر(۱۲۲) انجام شود و همه گردوغبار ناشی از دستگاه­های سنگ­شکن و آسیا جمع­آوری شود. گردوغبار و ذرات دیگر در معادن اورانیوم نیز موجب نگرانی­های عمیقی می­شود، زیرا در سطح آن­ها ایزوتوپ­های رادیواکتیو حذب شده و پس از قرارگرفتن در شش­های انسان، در اثر تشعشع این ایزوتوپ­ها بیماری سرطان ریه(۱۲۳) به­وجود می­آید. بیماری مشابهی در کارگران معادن زغال­سنگ دیده شده که به نام بیماری شش سیاه(۱۲۴) یا نوموکونیوسیس کارگر معدن (CWP)(۱۲۵) مشهور است.
فرار سیالات زیرزمینی(۱۲۶) و نیز نشست زمین(۱۲۷)، مشکلات اصلی زیست­محیطی در استخراج نفت و گاز به­شمار می­آید. فرار سیالات در مقیاس بزرگ از سیستم­های محلی توزیع و چاه­ها به گونه­ای حیرت­انگیز نادر است و از ۱۳ میلیارد بشکه نفتی که بین سال­های ۱۹۶۴ و ۱۹۹۱، از میادین برون ساحلی ایالات­متحده تولید شد فقط ۰۰۳/ ۰ درصد را به­خود اختصاص داده است. از تعداد ۳۰۰۰۰ چاهی که دراین دوره حفر شده فقط یک چاه فوران کرده است­. لیکن در نواحی پست حتی مقدار کمی نشست می­تواند مخرب باشد. در ناحیه دلتای می­سی­سی­پی(۱۲۸) که برای کنترل سیلاب­ها، کانال­هایی را از رودخانه به­سمت خلیج حفر کرده­اند، مشکلات مهمی پیش­ آمده، زیرا این کار باعث گردیده که درست در زمانی که جهت مقابله با نشست ناشی از تولید بیشترین نیاز به­رسوبات رودخانه­ای وجود دارد، عرضه آن­ها قطع شود.
مشکل سازترین ماده­ای که از چاه­های نفت و گاز بیرون می­آید.، شوراب است. گرچه برخی شوراب­ها، دارای مقادیر فراوانی سدیم، پتاسیم، و برم، و یا عناصر دیگری است که از نظر تجارت اهمیت دارد، اما بیشتر آن­ها بدون ارزش اقتصادی بوده و معمولاً باید با تزریق آن­ها به­درون لایه های رسوبی منشا، از آن­ها رهایی یافت. پیش از این شوراب­ها را در حوضچه­­های بدون پوشش داخلی به نام چاله­های نفتی(۱۲۹) در نزدیکی چاه­های فعال جمع­آوری می­کردند، اما امروزه این کار مجاز نیست، زیرا موجب آلودگی آب­های زیرزمینی محلی می­شود. در عوض، شوراب­ها را باید در حوضچه­های با پوشش داخلی یا در مخازنی نگه­داری کرد تا دوباره به­درون زمین تزریق شود. به­دلیل وجود فلزات و ترکیبات آلی حل شده در شوراب­ها، نگرانی­های زیادتر در این مورد برانگیخته شده، زیرا این مشاهدات با این واقعیت همخوان است که شوراب­ها به مثابه محلول های گرمابی(۱۳۰) عمل می­کند. تعداد اندکی از شوراب­ها دارای مقادیر غیرعادی رادیوم هستند که خود ناشی از واپاشی هسته­ای اورانیوم و توریوم است که احتمالاً از سنگ­های اطراف فرو شسته شده و وارد این شوراب­ها شده است. رادیوم نیز عنصری رادیواکتیو است و برخی از لوله­ها، چاله­های نفتی و دیگر تاسیساتی که در اطراف این قبیل چاه­ها هستند رادیواکتیوتر از معادن اورانیوم و نیروگاه­های هسته­ای است. امروزه این مشکل با تزریق مجدد شوراب­ها به­درون چاه به­حداقل رسیده است (اشنایدر، ۱۹۹۰)(۱۳۱).

جدول ۱-۲
بیماری­های ریوی (نوموکونیوسیس) ناشی از گردوغبار و بخارهای معدنی



۱- ۵- فرآوری منابع معدنی

۱-۵-۱- فرآوری کانسنگ­های فلزی

تولید فلز از کانسنگ معمولاً طی یک فرآیند دو مرحله ای انجام می­شود. در بیشتر کانسنگ های کبالت، مس، کروم، آهن، نیکل، سرب، قلع، و روی اولین مرحله شامل، تولید کنسانتره­ای(۱۳۲) است که عمدتاً متشکل از کانی فلزی است. این فرآیند را تغلیظ می­نامند و کانی­های زائدی را که دور ریخته می­شود باطله(۱۳۳) می­گویند. سپس کنسانتره را به­طریقه شیمیایی تجزیه کرده و فلز موردنظر را از کانی فلزی جدا می­کنند، این مرحله ذوب(۱۳۴) نامیده می­شود. در اکثر کانسنگ ای آلومینیم، و برخی کانسنگ­های اورانیوم، وانادیوم، طلا و دیگر کانسنگ­ها هیچ­گونه کنسانتره تولید نمی­شود، بلکه فلز را مستقیماً از کانسنگ به­دست می­آورند.
برای خودداری از پرداخت هزینه حمل سنگ­های بی­ارزش، معمولاً فرآیند تغلیظ که شامل سنگ شکنی و آسیاب کردن کانی­ها برای جداسازی دانه­های کانی فلزی از دانه­های کانی­های باطله است، در محل معدن انجام می­گیرد. گاهی اوقات دانه های درشت کانی های فلزی را می توان با سنگ جوری دستی(۱۳۵) جدا ساخت، اما بیشتر کانسنگ­ها آن­قدر ریزدانه­اند که باید ابتدا به­صورت پودر ریزدانه نرم درآمده و سپس به­وسیله­ی روش­های پیچیده­تر و براساس تفاوت خصوصیات فیزیکی کانسنگ فلزی و باطله جداسازی شود. در ساده­ترین روش، به­وسیله یک الکترومگنت(۱۳۶) دانه­های کانی­های مغناطیسی، مانند مگنتیت و پیروتیت بازیافت می شود. از آن­جا که اکثر کانسنگ­های فلزی، سنگین تر از کانی های باطله است، می توان از تفاوت چگالی آن ها نیز استفاده کرد. در یکی از این روش ها، کانسنگ پودر شده را به درون یک محیط سنگین(۱۳۷) فرو می­برند که خود متشکل از ذرات ریز یک کانی سنگین است که، مانند گل حفاری، در آب غوطه­ور است. دانه­های مواد معدنی نسبت به­این­که چگالی ظاهری محیط سنگین باشد در آن شناور شده و یا ته­نشین می­شود. در روش فلوتاسیون کف(۱۳۸) که بیشترین کاربرد را در پرعیارسازی دارد، از یک مایع آلی هیدروفوب(۱۳۹) برای پوشش سطحی کانی­های معینی استفاده می­شود که پس از جذب سطحی این مایع به­حباب­هایی که از محیط سنگین عبور کرده­اند چسبیده و بدین­ترتیب در سطوح سلول فلوتاسیون شناور می­شود. کانی­های نامطلوب که توسط مایع آلی پوشش سطحی پیدا نمی­کند به این حباب­ها نمی­چسبد و بنابراین ته­نشین می­شود (شکل ۱-۲). در یک روش خیال­پردازانه که ایده آن از شیوه­ی جداساختن سنگریزه­هاو دانه­های برنج سیاه از برنج سفید گرفته شده، یک دستگاه حسگر(۱۴۰) دانه­های مواد معدنی درحال سقوط از انتهای یک نوار نقاله را مورد آزمایش قرار داده و به­وسیله جریان هوا دانه­هایی را که با معیارهای از پیش تعیین شده هم­خوانی ندارد دور می­ریزد.
جداسازی فلز از کنسانتره معمولاً در کوره­های ذوب(۱۴۱) و با استفاده از تکنولوژی پیرومتالورژی(۱۴۲) انجام می­شود که در آن کنسانتره­ی مذاب به دو مایع تفکیک می­شود (گیلکرست(۱۴۳)، ۱۹۸۰). یکی از این دو حاوی فلز، و دیگری که سرباره(۱۴۴) نامیده می­شود حاوی عناصر زائد است. مایع فلزدار سنگین­تر از سرباره بوده و در کف کوره ته­نشین شده و از آن­جا برداشته می­شود (جدول ۱-۳). در اثر ذوب کردن کانی­های آهن در کوره­های بلند(۱۴۵) مایعی فلزی به نام چدن(۱۴۶) به­وجود می­آید که برای فرآوری بیشتر و تبدیل به­فولاد به­کوره دیگری منتقل می­شود. ذوب عادی کنسانتره سولفیدهای فلزات پایه(۱۴۷) موجب به­وجود آمدن مایع سولفید فلزی به­ نام مات(۱۴۸) می­شود که برای بازیافت فلز محتوی آن باید به کوره دیگری به نام کنورتور(۱۴۹) انتقال داده شود. فلز به­دست آمده در مرحله نهایی پالایش(۱۵۰) می­شود و در همین مرحله مقادیر ناچیز طلا، نقره، و فلزات فرعی(۱۵۱) از فلز اصلی جدا می­شود. در روش­های جدید ذوب برای محدود کردن مصرف انرژی و فرار گازها از کوره، فرآیند تولید را به یک مرحله پیوسته کاهش داده­اند. این روش­ها عبارت­است­از احیا مستقیم(۱۵۲) برای تولید آهن و ذوب پیوسته(۱۵۳) برای تولید مس و دیگر فلزات پایه که هر کدام در جای خود مورد بحث قرار می گیرد.



شکل ۱-۲
مقطع یک سلول کف آلایی که نشان می دهد چگونه کانی ها به حباب ها چسبیده و در سطح سلول شناور می گردند. (مر و همکاران، ۱۳۷۵).

تولید فلزات از راه تکنولوژی هیدرومتالورژی(۱۵۴) نیز امکان­پذیر است. در این روش برای لیچ کردن فلز از کانی و یا کنسانتره از یک محلول قلیا(۱۵۵) یا حلال استفاده می­کنند.

جدول ۱-۳
واکنش های شیمیایی عمومی که در خلال ذوب شدن کانی های آهن و فلزات پایه رخ می دهد.



بازیافت فلز از این محلول به وسیله ی ترسیب(۱۵۶) (معمولاً به­صورت ترکیب حاوی فلز) و یا یک فرآیند الکترولیتی به نام تغلیظ الکترولیتی(۱۵۷) انجام می­گیرد که در آن فلز خالص برروی کاتد(۱۵۸) یک سلول الکتروشیمیایی(۱۵۹) رسوب می­کند. این فرآیند کلی در بسیاری از سیستم­های بازیافت فلزات به­طور گسترده­ای به­کار گرفته شده و غالباً آن را تحت عنوان (SX-EW)(۱۶۰) می­شناسند. برای انجام برخی فرآیندهای هیدرومتالورژی واحدهای فرآوری موردنیاز است، درحالی­که برخی را می­توان برروی کومه­ای از کانسنگ­ در هوای آزاد انجام داد. فرآیند اخیر که آن را لیچ کردن انبوه(۱۶۱) می­نامند به سرمایه گذاری کمتری نیاز داشته و فقط برروی برخی از کانی­های طلا، نقره، مس و اورانیوم- وانادیوم موثر است. اگرچه فرآیندهای کنونی هیدرومتالورژی بر پایه شیمی معدنی(۱۶۲) بنا شده، اما احتمالاً در آینده از میکروب­ها نیز استفاده خواهد شد.

۱ -۵ -۲- فرآوری سوخت­های فسیلی(۱۶۳)

سوخت­های فسیلی متشکل از کربن و هیدروژن و مقادیر کمی گوگرد، اکسیژن و نیتروژن بوده و مولکول­هایی را تشکیل می­دهد که از ۵ اتم تا هزاران اتم در مواد دیگر را در بر می­گیرد. زمین، این مولکول­ها را به­گروه های بخارها(۱۶۴) (گاز طبیعی)، مایعات(۱۶۵) (نفت خام)، و جامدات(۱۶۶) (زغال­سنگ، آسفالت(۱۶۷)، بیتومن(۱۶۸)، شیل نفتی(۱۶۹)، ماسه­های قیری(۱۷۰)، گیلسونیت(۱۷۱)) تقسیم کرده است. گاز طبیعی و عمدتاً شامل متان (CH۴) و مقادیر کمی از گازهای طبیعی دیگر، مانند اتان (C۲H۶)، پروپان (C۳H۸) بوتان (C۴H۱۰)، سولفید هیدروژن(H۲S)، هلیوم (He)، دی اکسید کربن (CO۲)، و نیتروژن (N۲) است. پنتان (C۵H۱۲) و مولکول­های سنگین­تر که می­توانند به­صورت بخار در گازطبیعی در اعماق پوسته­ی زمین وجود داشته باشند، در سطح زمین به­مایع تبدیل شده و معمولاً برای درست کردن کاندنسات(۱۷۲) یا گاز مایع طبیعی(۱۷۳) از شیر سرچاه(۱۷۴) برداشت می شود.
فرآوری گازهای طبیعی برای جداکردن گازهای اتان، پروپان، بوتان، و گازهای مربوطه­ای انجام می­شود که مجموعاً گازهای نفتی مایع(۱۷۵) و نیز گازهای غیر هیدورکربوری را تشکیل می دهند، که ممکن است مقدار آن­ها زیاد بوده و به­نوبه خود منابعی را تشکیل دهد. زدودن کامل سولفید هیدروژن اهمیت ویژه­ای دارد، زیرا سمی بوده و با رطوبت موجود در خطوط لوله انتقال نفت و گاز واکنش شیمیایی انجام می­دهد و موجب تولید اسید­سولفوریک می­شود که ماده­ای بسیار خورنده(۱۷۶) است.
فرآوری نفت­خام در پالایشگاه انجام می­شود. در آن­جا مولکول­های هیدروکربور را برحسب وزن مولکولی جدا کرده و پس از اصلاحاتی صدها فرآورده از قبیل آسفالت، نفت کوره، بنزین، سوخت هواپیما، روغن­های روان­کننده، بنزین­های سنگین(۱۷۷)، پارافین­ها، کک نفتی(۱۷۸)، موم(۱۷۹)، وازلین طبیعی(۱۸۰)، وایت اسپریت(۱۸۱)، و مواد اولیه تولیدات پتروشیمی را عرضه می کنند. اگرچه پالایشگاه­ها بسته به­نوع نفتی که پالایش و فرآورده­هایی که تولید می­کنند، با هم تفاوت دارند، اما معمولاً کار آن­ها در سه مرحله انجام می­شود (شکل ۱-۳). نخستین مرحله تقطیر(۱۸۲) است که در آن بخش عمده­ای از نفت­خام به­کمک حرارت به­بخار تبدیل می­شود. این بخار از برج تقطیر با فشار اتمسفر(۱۸۳) عبور داده می­شود تا در آن­جا سرد گردد و در نتیجه مولکول­های سبک­تر، مانند بنزین در طبقات بالایی برج، و مولکول­های سنگین تر مانند نفت کوره در طبقات پایینی برج به مایع تبدیل می شود. نفت سنگینی که در برج اول تبخیر نشده است به برج تقطیر خلاء(۱۸۴) فرستاده می شود تا در آن­جا تبخیر شده و به­چند بخش مایع تفکیک شود. در مرحله دوم به نام کراکینگ(۱۸۵) مولکول­های سنگین به جا مانده از مرحله تقطیر، تحت فشار حرارت داده شده و به­مولکول­های کوچک­تری شکسته می­شود که می­تواند در تهیه بنزین یا سایر فرآورده­های هیدروکربوری سبک مورد استفاده قرار گیرد. مرحله سوم، به نام رفورمینگ(۱۸۶) عموماً مشابه مرحله دوم است که در آن ساختمان مولکولی واقعی(۱۸۷) هر محصول به­گونه­ای تغییر داده می­شود تا آن را برای بازار امروز مقبول تر گرداند. مهمترین محصول پالایشگاه، بنزین بدون سرب است که در هر گالن آن کمتر از ۰۵ /۰ گرم سرب و ۰۰۵/ ۰ گرم فسفر وجود دارد.
فرآوری سوخت­های فسیلی جامد بسته به­محصول موردنظر گسترده است. ساده­ترین شکل فرآوری زغال­سنگ عبارت­است­از شستشوی آن برای جداکردن خاکستر غیرقابل احتراق و منابع گوگرد همچون پیریت. طی فرآیندی به نام گازی کردن زغال­سنگ(۱۸۸) می­توان زغال­سنگ را حرارت داد تا با بخار واکنش انجام داده، گازطبیعی ناخالصی را تولید کندکه می­توان پس از به­سازی آن محصولات زیادی مانند بنزین تولید کرد. از دیگر هیدروکربورهای جامد و نیمه جامد(۱۸۹) هم می­توان نفت­وگاز به­دست آورد، و این کار عمدتاً با حرارت دادن برای خارج کردن مولکول­های سبک از آن­ها، انجام می­شود تا در مراحل بعدی بتوان آن­ها را براساس روش­های مرسوم تصفیه کرد (هاموند و بارون(۱۹۰)، ۱۹۷۶).

۱ -۵ -۳- فرآوری کانسنگ کانی­های صنعتی(۱۹۱)

بیشتر کانی­های صنعتی نسبت به­فلزات و یا سوخت­های فسیبلی به­فرآوری کمتری احتیاج دارد که عمدتاً به­پرعیارسازی آن­ها محدود می­شود. برخی از کانی­های صنعتی، مانند شن­وماسه فقط به­شستشو و دانه­بندی(۱۹۲) احتیاج دارد. برخی دیگر، مانند الماس به­تکنیک­های جداسازی پیچیده­ای نیاز دارد که با روش­های به­کار گرفته شده در هر کانی فلزی دیگر رقابت می­کند. در میان منابعی که به­تجزیه شیمیایی اولیه نیاز دارد، می­توان به­برخی از کودهای فسفاته و پتاس اشاره کرد که خالص سازی آن­ها از راه انحلال(۱۹۳) و ترسیب مجدد(۱۹۴) انجام می­شود و نیز سیمان، آهک، و گچ که بر اثر حرارت دادن سنگ آهک(۱۹۵)، رس(۱۹۶) و سنگ گچ(۱۹۷) تولید شده و در حقیقت کانی­های جدیدی را تشکیل می­دهد.

فصل اول

۱- اثرات زیست محیطی فعالیت های معدن کاری

۱-۱- اثرات زیست محیطی اکتشاف معدنی

اکتشاف زمین­شناختی، ژئوفیزیکی، و ژئوشیمیایی اثرمحدودی بر محیط­زیست داشته و معمولاً به­احداث جاده­های دسترسی، خطوط نقشه­برداری و حفر ترانشه برای نمونه برداری محدود می شود و انجام این­کارها منوط به اخذ مجوزهای دولتی است. در مناطق مرطوب، میزان تخریب محیط زیست بیشتر است، زیرا برای دسترسی به­کانسار، کانال­هایی باید حفر شود که رفت­وآمد سنگین قایق­ها را به­دنبال داشته و باعث فرسایش ساحل می­شود، مانند آن­چه که در امتداد ۲۰۰۰۰ کیلومتر از کانال­های دلتای رود می­سی­سی­پی­ روی داده است (گت شاور و پتزینگر(۱) ۱۹۸۴). در ایالات­متحده، برای تخلیه آب از معادن متروکه به­منظور انجام اکتشافات بیشتر در آن­ها علاوه­بر اخذ مجوز از سازمان­های ایالتی، باید مجوز اداره ملی سیستم دفع و تخلیه مواد آلوده کننده(۲) نیز اخذ شود.
از نظر زیست محیطی، حفاری نگرانی های بیشتری را بر می انگیزد چرا که مستلزم احداث راه های دسترسی در مقیاس های بزرگتری است. حفاری، همچنین باعث وارد کردن سیالات حفاری(۳) به­درون زمین و بیرون راندن مواد سیال طبیعی مانند شوراب­ها(۴)، گاز طبیعی، و سولفور هیدروژن از زمین و رساندن آن­ها به­سطح می­شود. در اکتشاف نفت و گاز این خطرات بیش از پیش نمایان می شود، زیرا در این موارد خصوصیات مخزن(۵) نفت وگاز شناخته شده نیست و ممکن است حفاری چاه به طور پیش بینی نشده ای به سیالات تحت فشار(۶) برخورد کند. با استفاده از گل حفاری و شیر اطمینان(۷) می­توان خروج سیالات تحت فشار از چاه را به­حداقل رساند. گل حفاری حاوی، دانه های ریز باریت و رس بنتونیتی است که درآب معلق هستند. چگالی کل(۸) این دوغاب(۹) به اندازه ای زیاد است که خرده سنگ های بریده شده به وسیله سرمته را به سطح زمین انتقال داده و از خروج مایعات تحت فشار نیز جلوگیری می کند. در حفر یک چاه می­توان هزاران گالن گل حفاری مصرف کرد و در صورتی که چاه به غار یا حفره بزرگی برخورد نکند، می­توان همه گل حفاری مصرف شده را بازیابی(۱۰) کرد. شواهد اندکی مبنی بر آسیب دیدگی مهم زمین در اثر تماس با مقدار کمی گل حفاری که در آن نشست می کند به دست آمده که با این واقعیت که باریت در شرایط اکسیدکنندگی سطح زمین از نظر شیمیایی خنثی(۱۱) می باشد سازگاری دارد (میلر و پسران(۱۲) ۱۹۸۰). دکل های حفاری که در اکتشاف نفت و گاز مورد استفاده قرار می گیرد باید دارای شیر بازدارنده فوران چاه باشد. این شیر در زیر سکوی حفاری نصب شده و از خروج سیالات تحت فشار بالا مانند نفت، و گاز، یا آب که نمی توان با گل حفاری مانع خروج آن ها شد جلوگیری به عمل می آورد. هنگامی که فشار به طور ناگهانی افزایش می­یابد، شیر بازدارنده به­طور خودکار چاه را مسدود می­کند. اگر این کار با شکست مواجه شود، نفت یا شوراب­های رها شده در سطح زمین در پشت آب­بندهایی(۱۳) که در اطراف چاه بنا شده متوقف می­شود، هرچند که این روش در چاه­های برون ساحلی(۱۴) عملی نیست. هر جا که نفت و یا گاز تحت فشار به­سطح زمین برسد یک فوران یا چاه فورانی پدید می­آید. در بدترین حالت، در اثر فروریختن تجهیزات حفاری و رسیدن گرما و یا جرقه ناشی از آن به­نفت و گاز و مشتعل شدن آن­ها ستونی از آتش به­وجود می­آید. پس از خاموش کردن چاه، برخی از فوران­ها را می­توان به­وسیله در پوش گذاشتن(۱۵) روی چاه متوقف کرد، درحالی­که توقف دیگر فوران­ها با حفر چاه­های جدید مورب که در عمق مخزن آن را قطع می­کنند و تزریق گل و سیمان امکان­پذیر است.

۱- ۲- معدن کاری

اگر ذخیره­ای معدنی کشف شده و معلوم گردد که دارای جاذبه اقتصادی است و اگر خواستار سودبری از آن به­هر راهی باشیم باید آن را استخراج کنیم. این کار می­تواند به­وسیله معدن­کاری(۱۶) انجام شود که طی آن سنگ را به­طور فیزیکی از زمین خارج می­کنند. یا در حالتی که ماده معدنی سیال باشد با حفر چاه و بدون خارج کردن سنگ، آن را استخراج می کنند. چنین روش های استخراج طبیعتاً به محیط زیست آسیب می رساند هر چند که میزان آسیب را می توان به حداقل رساند. این موضوع در بخش های بعدی مورد بحث قرار خواهد گرفت.
معدن کاری عبارتست از خارج کردن سنگ از زمین (هارتمن(۱۷)، ۱۹۸۷). به­طورکلی، کانسارهایی که تا عمق حدود یک صد متری قرار دارد با روش­های روباز(۱۸) و کانسارهای موجود در اعماق بیشتر با روش­های زیرزمینی(۱۹) استخراج می­شود (شکل ۱-۱). کانسارهایی که در آن­ها کانی و باطله کاملاً مخلوط شده است با استفاده از روش­های کلی(۲۰)، ولی مناطق غنی از کانی غالباً با روش­های گزینشی استخراج می­شود. در روش­های روباز تقریباً همواره موقعیت استفاده از روش­های انتخابی کمتر پیش می­آید. به­طورکلی، هرچه عمق معدن­کاری بیشتر شود، هزینه­ها و دشواری­ آن افزایش می­یابد و استخراج کانسارهای فوق­العاده عمیق با هیچ روشی مقرون به­صرفه نیست.
شگفت­آور است که بیش از ۹۰ درصد از معادن در ایالات­متحده به­روش روباز استخراج می شود درحالی­که این رقم در دیگر نقاط جهان فقط ۵۰ درصد است. از نظر زمین­شناسی هیچ دلیلی بر این امر وجود ندارد، و از سوی دیگر در کشورهای کمتر توسعه یافته نیز مقررات زیست محیطی شدیدتر از ایالات­متحده نیست که موجب سوق پیدا کردن معدن­کاری به­­سمت روش­های زیرزمینی شده باشند. در عوض، عامل کنترل کننده همانا اقتصادی است و به­میانگین میزان دستمزد در کشورهای کمتر توسعه یافته مربوط می­شود. از آن­جا که استخراج زیرزمینی به ازاء هرتن کانی تولید شده به­کارگر- ساعت بیشتری نیاز دارد، دستمزدها نسبت بزرگتری از هزینه­های معدن­کاری را به­خود اختصاص می­دهد. بنابراین، در مناطقی که دستمزدها پایین تر است، معدن کاری زیرزمینی و دیگر فرآیندهای تغلیظ کانه­ی کارگر بر را می­توان در کانسارهایی به کار گرفت که در حالت مشابه نمی­توان در ایالات­متحده و دیگر کشورهای توسعه یافته به انجام رساند.



شکل ۱-۱
مقطع عرضی نشان دهنده عمق چهار کانسار فلزی واقعی و روشی که می توان آنها را به صورت روباز یا زیرزمینی استخراج کرد. (مر و همکاران، ۱۳۷۵).

در یک معدن روباز تیپیک، کانسنگ و باررویی(۲۱)، یعنی سنگ بی­ارزشی که روی کانی را می پوشاند، از معدن خارج می­شود. نسبت میان حجم باررویی و کانسنگ، یعنی نسبت باطله برداری(۲۲)، به­ندرت از ۱۰ تجاوز کرده و معمولاً کمتر از ۵ است. شیب عمومی دیواره معدن(۲۳) باید به­اندازه­ای کم باشد که از ریزش آن توسط زمین لغزش­ها پیشگیری شود. دیواره­های معدن دارای پلکانی است که مانع از پرتاب سنگ به­سمت پایین که کارگران مشغول کار هستند، می شود. در نتیجه، بخش بالایی معادن روباز، وسیع­تر از بخش پایینی آن­ها است و در نزدیکی سطح زمین دارای حجم زیادی از سنگ تهی(۲۴) از ماده معدنی است. در بیشتر معادن، پیش از حمل سنگ از بالای معدن و یا از راه تونل­های عمود بر لایه(۲۵) در پایین معدن باید آن­را به­وسیله انفجار(۲۶) خرد کرد. در یکی از بزرگترین معادن روباز دنیا، یعنی معدن بینگ­هام(۲۷) درست در خارج از شهر سالت لیک، یوتا(۲۸) روزانه ۲۲۵۰۰۰ تن سنگ استخراج می­شود که فقط ۲۰ درصد آن کانسنگ است.
استخراج انواری(۲۹) روش روباز ویژه­ای است که برای استخراج کان­تن­های (توده­های معدنی) مسطح افقی و کم­عمق، مانند زغال­سنگ به­کار برده می­شود (اَتوود(۳۰) ۱۹۷۵). به­رغم معنای بی­مسمای نامش، استخراج نواری واقعاً یکی از مقبول­ترین روش­های معدن­کاری از نظر زیست­محیطی است زیرا در آن حفره معدن پس از استخراج پر شده و زمین به­حالت اولیه باز می­گردد. استخراج هم ارزی(۳۱)، یکی از گونه های ویژه استخراج نواری است که تقریباً منحصراً برای زغال­سنگ و در جاهایی به­کار برده می­شود که باطله بسیار ضخیم و یا لایه زغال­سنگ آن­قدر نازک است که استخراج آن به­روش نواری کامل مقرون به­صرفه نیست. لایروبی(۳۲)، نیز یکی از انواع روش های روباز است و در مواردی استفاده می­شود که ورود آب به­داخل معدن آن­قدر زیاد است که تخلیه آن به­وسیله پمپ به­صرفه نیست و از سوی دیگر کانسنگ به­اندازه کافی سست است که بتوان آن را بدون نیاز به­انفجار استخراج کرد. این روش تقریباً همواره در ذخایر پلاسر(۳۳) مورد استفاده قرار می­گیرد. کشتی لایروب زمین را کاویده و راه خود را به­جلو باز می­کند و مواد را در امتداد کانالی که خود ایجاد کرده استخراج می­کند، مواد استخراج شده در کشتی فرآوری شده و کانی­های باطله از عقب کشتی لایروب درحال پیشروی تخلیه می­شود. استخراج هیدرولیکی(۳۴) راه میان بر بین روش های مرسوم و لایروبی است که در آن جریان سریع و پرفشار آب، سنگ را ترکانده و آب آن را به­سمت واحد فرآوری انتقال می­دهد.
برای ورود به­ یک معدن زیرزمینی، از چاه قائم(۳۵) یا تونل عمود بر لایه افقی استفاده می­شود (هارتمن(۳۶)، ۱۹۸۷). تونل­های دنبال لایه(۳۷) در سطوح گوناگون وارد کانسار شده و استخراج کانی از راه نقب­هایی به نام کارگاه استخراج(۳۸) انجام می­شود. این مواد به­وسیله واگن یا نوار نقاله(۳۹) به­سطح زمین آورده شده، و یا به­وسیله دلوهای بزرگی به­نام اسکیپ(۴۰) و از طریق چاه قائم به­بالا انتقال داده می­شود. در معادن زیرزمینی قدیمی برای حمل کانی از تجهیزات کوچکی استفاده می­شد که بر روی خط آهن حرکت می­کرد، اما در بسیاری از معادن زیرزمینی مدرن این کار به­وسیله ماشین­های دیزل چرخ لاستیکی انجام می­شود که از راه پاگردهای مارپیچی، همانند پارکینگ­های چند طبقه در معدن رفت­وآمد می­کنند. در بیشتر معادن، سیستم دوره­ای شامل حفاری- انفجار- کندن مواد معدنی خرد شده، و باربری(۴۱) مواد رعایت می­شود. در معادنی که کانسنگ آن­ها، مانند پتاس و زغال­سنگ مسطح است، از روش استخراج پیوسته(۴۲) استفاده می­کنند که در آن یک ماشین به­طور مستمر پیش رفته، کانه را خرد کرده و آن را به­وسیله نوار نقاله به ایستگاه گردآوری مواد(۴۳) ارسال می­کند. گزینش روش معدن­کاری به­میزان زیادی به شکل(۴۴) و نحوه جایگیری کان تن بستگی دارد. کانسارهای تخت(۴۵) و مسطح، مانند زغال­سنگ و نمک، به­روش­های بسیار انتخابی، همانند برش افقی و خاک ریزی(۴۶) و یا با روش­های کلی، همانند ریزش طبقات فرعی(۴۷) و ریزش تخریب بزرگ(۴۸) استخراج می­شود. عوامل زمین­شناختی موجود در پیچیده­تر کردن عملیات معدن­کاری زیرزمینی عبارت­است­از، سنگ سستی که به­درون کارگاه­های استخراج فروریخته و موجب کاهش عیار کانسنگ شود، و آب زیرزمینی که سرعت جریان آن به­درون معدن آن­قدر زیاد است که تخلیه آن به­وسیله پمپ اقتصادی نیست.
حد عمق(۴۹) در معادن روباز ناشی از عواملی است از قبیل حجم فزاینده باطله­هایی که باید برداشته شود تا گودال مخروطی شکل معدن بتواند به­اعماق زیاد دسترسی یابد، مشکلات نگه­داری دیواره­های بلند معدن، و سرانجام هزینه­های زیاد باربری کانی به­خارج از معدن. در عمل، عمق تعداد کمی از معادن روباز به­بیش از ۲۰۰ متر می­رسد. در این حال، شیب زمین گرمایی(۵۰)، و افزایش حرارت زمین به­ازای عمق بیشتر، محدودیت­هایی را برای عمق معادن زیرزمینی به­وجود می­آورد. شیب زمین گرمایی در نواحی آتشفشانی فعال، زیاد است درحالی­که، در پوسته پرکامبرین نسبتاً کم است. برای مثال عمق معدن طلای لیمون(۵۱) در امتداد کمان آتشفشانی(۵۲) آمریکای مرکزی در غرب نیکاراگوئه فقط چند صد متر است، اما درجه حرارت آب در آن به ۷۵ درجه سانتیگراد می رسد. در اعماق بیش از ۱۰۰۰ متر، برخی از معادن دچار انفجار ناگهانی سنگ(۵۳) می­شود که عبارت­است­از انفجار کوچکی که در اثر آزاد شدن فشار همه جانبه از روی سنگ در کارهای معدنی زیرزمینی جدید پدید می­آید (هونیس(۵۴)، ۱۹۸۵). همچنین، حداکثر طول کابلی که می­توان به­کار گرفت تا در اثر وزن خودش پاره نشود، عمق چاه قائم را محدود می­کند و این طول معمولاً ۲۶۰۰ متر است برای دسترسی به­طبقات عمیق­تر باید چاه­های قائم داخلی(۵۵) حفر شود که البته این امر موجب افزایش زمان رسیدن کارگران به­ایستگاه­های خود و نیز افزایش زمان انتقال مواد معدنی به­سطح زمین می­شود. تمام این عوامل دست­به­دست هم داده و عمق معدن­کاری زیرزمینی را به­نزدیک ۲۲۵۰ متر محدود می­کند، هر چند که تاکنون عمیق­ترین معدن فعال زیرزمینی دنیا، یعنی معدن طلای وسترن دیپ لولز(۵۶) در نزدیکی کارلتون ویل(۵۷) در آفریقای جنوبی، به­عمق ۳۴۶۶ متر رسیده است.

۱-۲-۱- پمپاژ و سیستم چاه­ها

پمپاژ و سیستم چاه برای بهره­برداری از آب­های زیرزمینی، نفت خام، گاز طبیعی، و برخی کانی­هایی به­کار می­رود که حل کردن و یا ذوب کردن آن­­ها امکان­پذیر است. بیشتر سیستم­های چاه به­استخراج نفت و گاز اختصاص دارد و یک نظام کامل به­نام مهندسی مخزن(۵۸) وظیفه تعیین بهترین شیوه توزیع و نوع چاه برای کارآمدترین بهره­بردای را به­عهده دارد (کودریتز(۵۹) و دیگران ۹۸۹). طبق تعریف، سنگ­های مخازن نفت و گاز متخلخل(۶۰) و تراوا(۶۱) است، اما به­طور معمول در ناحیه چاه­های بهره­برداری، ماسه و یا ماده دانه­ای دیگری را با فشار زیاد تزریق می­کنند، تا سنگ­ها شکاف برداشته و بدین ترتیب تراوایی(۶۲) آن­ها افزایش یابد.
آزمایش با ساقه­مته(۶۳) برای تعیین مقدار نفت و گازی که می­توان از یک چاه به­دست آورد با عبور آن از یک شکاف با اندازه معین انجام می­شود. اگر نتیجه این نوع آزمایش­ها مثبت باشد، فرآیند تکمیل چاه(۶۴)، یعنی نصب تجهیزات تخلیه و ذخیره­سازی، انجام می­گیرد و بدین­ترتیب چاه اکتشافی به­ چاه بهره­برداری تبدیل می­شود.
بهره­برداری از میدان­های ساحلی(۶۵) به­آسانی با اتصال به­خط لوله نفت و یا گاز طبیعی انجام می­شود. چاه­های مناطق دور افتاده ممکن است سال­ها در انتظار رسیدن خط لوله باشند، درهمین­حال، نفت را می­توان به­داخل مخازن ذخیره­سازی تخلیه کرده و با کامیون حمل کرد و یا آن را به­وسیله تانکرهای نفت­کش­ به­خط لوله یا پالایشگاه رساند. بهره­برداری از میدان های برون ساحلی با استفاده از سکوها و جزایری انجام می­شود که از کارهای شگفت­انگیز مهندسی در دنیا به­شمار می­آید (کورک و اوتمان(۶۶)، ۱۹۸۴). عمق آب­هایی که این سکوها در آن کار می­کند در دهه­ی اخیر پیوسته افزایش یافته و به­ ۷۰۰ متر نزدیک می­شود. اگرچه سکوهای آب­های عمیق­تر در مراحل مختلف توسعه هستند، بهره برداری در آب­های عمیق­تر با استفاده از سیستم­های سر چاهی زیر دریایی(۶۷) انجام می­شود. میدان­هایی که بیش از یک مالک دارند، معمولاً به­یکدیگر اتصال داده شده و در این صورت هر مالک با سهم معینی از تولید موفقت می­کند.
استخراج انحلالی(۶۸)، فرآیندی است که در آن کانی­های جامد ابتدا حل یا ذوب شده و سپس از راه چاه به­سطح زمین منتقل می­شود. از آن­جا که در این روش هیچ سنگ باطله­ای از زمین برداشته نمی­شود، از نظر زیست­محیطی مقبول­ترین روش به­شمار می­آید. کانی­های تبخیری(۶۹) مانند نمک طعام(۷۰) و سیلویت(۷۱)، به­دلیل انحلال آسان در آب منحصراً برای استفاده از این روش مناسب است. نوعی روش انحلالی به نام فرآیند فراش(۷۲) برای استخراج گوگرد آزاد(۷۳) به­کار رفته و طی آن گوگرد را که به­وسیله بخار فراتافته(۷۴) ذوب شده با فشار آب از ته چاه به­سمت بالا هدایت می­کنند. این موضوع در مورد دیگر کانی­ها بدین سادگی نیست زیرا به حلال­های قوی­تری نیاز دارد. برخی از کانی­های اکسیدی فلزی و کربناته به­وسیله اسید سولفوریک، اکسید اورانیوم توسط محلول­های اسیدی و قلیایی، و طلا به­وسیله محلول­های سیانوری حل می­شود. موثر بودن این محلو­ل­ها به­عنوان واکنشگرهای(۷۵) شیمیایی در معدن­کاری منوط به­ آن است که فقط با کانی موردنظر واکنش شیمیایی انجام دهد. برای مثال نمی­توان از اسید­سولفوریک برای لیچ(۷۶) کردن فلزات استفاده کرد، زیرا این اسید ابتدا با سنگ آهک واکنش کرده و مصرف خواهد شد. مشکل دیگر استخراج انحلالی آن است که محلول مورداستفاده برای لیچ کردن مواد مسیرهای آسانی را در کانسنگ پیدا کرده و هرگز با بقیه آن تماس پیدا نمی­کند. این پدیده را کانالی شدن(۷۷) می­گویند.
این احتمال وجود دارد که معدن­کار در آینده دچار دگرگونی­های بزرگی شود، و در این رهگذر نیاز به­کاهش هزینه­های نیروی کار و تمایل تولید مواد با صدمات زیست­محیطی کمتر، به این احتمال دامن می­زند. به­رغم مشکلات موجود در استخراج انحلالی، با توسعه یافتن حلال­های بهتر و نیز دست­یابی به­راه­های جدید شکافتن سنگ، به­طور یقین این روش در آینده گسترش خواهد یافت. میکروب­ها، تجزیه انتخابی(۷۸) فلزات و مواد آلی را نوید می­دهند، و استخراج بیولوژیکی(۷۹) احتمالاً در آینده رایج­تر خواهد شد (بریرلی(۸۰)، ۱۹۸۲). در تمام روش­های بهره­برداری از موادمعدنی بر این مسئله تاکید خواهد شد که تبدیل ماده خام به­ماده قابل عرضه به­بازار حتی المقدور به­محل کار کانسار نزدیک باشد. احتمالاً آغاز اولیه این کار بر روی احراق درجا(۸۱) متمرکز خواهد شد، در طی این فرآیند کانسنگ­های قابل احتراق(۸۲) در زیرزمین به­آتش کشیده می­شود، تا گاز یا مایعی را تولید کند که بتوان آن را به­وسیله پمپ به­سطح زمین انتقال داد (هاموند و بارون(۸۳)، ۱۹۷۶). در جایی که هنوز برداشت فیزیکی کانی الزامی باشد، این­کار بدون تردید به تجهیزات معدن کاری بزرگتر و پیوسته ای نیاز خواهد داشت که حجم فرآوری را افزایش داده، اما هزینه های واحدکار را کاهش دهد.

نظرات کاربران درباره کتاب ملاحظات زيست‌محيطی در معدنكاری