روش‌های نوین دفن پسماندهای جامد عملیات‌ استخراج و فرآوری مواد معدنی با تاکید بر تکنولوژی دفن‌هم‌زمان

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی معدن، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران. *(مسوول مکاتبات)

2 کارشناسی ارشد فرآوری مواد معدنی، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران.

چکیده

پسماند جامد تولیدی در طی یک عملیات معدن­کاری را می­توان به دو گروه سنگ باطله بخش استخراج و باطله فرآوری تقسیم نمود. برای امکان­پذیری استخراج کانسنگ، سنگ باطله باید برداشته شده و در یک دمپ قرار داده شود. دمپ سنگ باطله دارای ساختار و توزیع ابعادی ناهمگن است. سنگ باطله ممکن است دارای ابعادی کم­تر از mm1/0 تا بزرگ­تر از m1 باشد. باطله فرآوری به آن پسماند جامدی گفته می­شود که پس از عملیات فرآوری دور ریخته می­شود. پایداری مکانیکی توده باطله به دلیل توزیع اندازه ابعادی کوچک و محتوی آب بالا ضعیف است. آن ممکن است همچنین محتوی فلزات سنگین و واکنش­گرهای فرآیندی مختلف باشد که احتمالاً برای موجودات زنده در یک اکوسیستم سمی هستند. بنابراین، باطله فرآوری باید در مکان­های خاصی با لحاظ موارد ایمنی دفن شود. در این مقاله   روش­های متداول و نوین موجود برای دفن باطله­های فرآوری شامل دفن در سدهای باطله، پرکردن مجدد، دفن در پیت معدن و دفن در زیردریا معرفی شده­اند. همچنین روش نوین دفن هم­زمان که در آن باطله­های بخش فرآوری در منافذ موجود در سنگ­های باطله بخش استخراج قرار می­گیرد معرفی شده و مزایای آن برشمرده شده است. سپس پارامترهای مرتبط با برآورد امکان­پذیری روش دفن هم­زمان معرفی شده و تکنیک­های مختلف برای اختلاط دو نوع پسماند جامد در این روش ذکر شده­اند و یک مثال موردی گزارش شده است.      با توجه به مزایای بی­شمار روش دفن هم­زمان، می­توان آن­را در معادن کشور نیز بکار گرفت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 

 

 

 

 


 

 

فصلنامه انسان و محیط زیست، شماره 47، زمستان 97

 

روش‌های نوین دفن پسماندهای جامد عملیات­ استخراج و فرآوری مواد معدنی با تاکید بر تکنولوژی دفن­هم­زمان

 

علی بهنام فرد [1] *

behnamfard@birjand.ac.ir

سلمان قاسمی [2]

 

تاریخ دریافت: 04/08/1395

تاریخ پذیرش:15/10/1395

 

چکیده

پسماند جامد تولیدی در طی یک عملیات معدن­کاری را می­توان به دو گروه سنگ باطله بخش استخراج و باطله فرآوری تقسیم نمود. برای امکان­پذیری استخراج کانسنگ، سنگ باطله باید برداشته شده و در یک دمپ قرار داده شود. دمپ سنگ باطله دارای ساختار و توزیع ابعادی ناهمگن است. سنگ باطله ممکن است دارای ابعادی کم­تر از mm1/0 تا بزرگ­تر از m1 باشد. باطله فرآوری به آن پسماند جامدی گفته می­شود که پس از عملیات فرآوری دور ریخته می­شود. پایداری مکانیکی توده باطله به دلیل توزیع اندازه ابعادی کوچک و محتوی آب بالا ضعیف است. آن ممکن است همچنین محتوی فلزات سنگین و واکنش­گرهای فرآیندی مختلف باشد که احتمالاً برای موجودات زنده در یک اکوسیستم سمی هستند. بنابراین، باطله فرآوری باید در مکان­های خاصی با لحاظ موارد ایمنی دفن شود. در این مقاله   روش­های متداول و نوین موجود برای دفن باطله­های فرآوری شامل دفن در سدهای باطله، پرکردن مجدد، دفن در پیت معدن و دفن در زیردریا معرفی شده­اند. همچنین روش نوین دفن هم­زمان که در آن باطله­های بخش فرآوری در منافذ موجود در سنگ­های باطله بخش استخراج قرار می­گیرد معرفی شده و مزایای آن برشمرده شده است. سپس پارامترهای مرتبط با برآورد امکان­پذیری روش دفن هم­زمان معرفی شده و تکنیک­های مختلف برای اختلاط دو نوع پسماند جامد در این روش ذکر شده­اند و یک مثال موردی گزارش شده است.      با توجه به مزایای بی­شمار روش دفن هم­زمان، می­توان آن­را در معادن کشور نیز بکار گرفت.

کلمات کلیدی: فعالیت­های معد­ن­کاری، سنگ باطله بخش استخراج، باطله فرآوری، روش­های دفن باطله، دفن هم‌زمان.

 

 


 

Human & Environment., No. 47, winter 2019

 

 

 

 


The novel disposal methods of solid wastes of a mining and milling operation with emphasise on Codisposal technology

 

Ali behnamfard [3]*(Corresponding Author)

behnamfard@birjand.ac.ir

Salman Ghasemi [4]

 

Abstract

The solid waste materials produced during mining activities can be divided into two categoriesof waste rock and tailing. The waste rock must be removed and placed in a dump to mine the ore. The waste rock dump is heterogeneous in terms of structure and grain size. The waste rock may range in size from less than 0.1 mm to greater than 1 m in diameter. Tailing is said to the material which is discarded after ore processing. The tailing has usually a small particle size distribution and high water content which results in a poor mechanical stability. It may also contains heavy metals and different process reagents which probably toxic to biota in an ecosystem. Hence, they must be disposed of in certain locations with implementing safety issues. In this article, the conventional and novel disposal methods including tailing dam disposal, backfilling, in-pit disposal and submarine disposal have been introduced. Furthermore, the novel codisposal method which uses the open void space in waste rock for disposal of the tailing has been introduced and its advantages have been listed. Then, the relevant parameters for the evaluation of the applicability of this method have been introduced and different techniques for mixing of two solid wastes in this method have been mentioned and a case study has been reported. Considering to the high benefits, codisposal method can be applied in different mine sites in our country.

Key Words: Mining Activities, Waste Rock, Mill Tailing, Disposal Methods, Codisposal.

 
مقدمه

 

فرآیندهای معدن­کاری بستر رشد و توسعه جوامع بشری است و بدون آن نیاز بشر به فلزات و مواد معدنی مختلف برطرف نمی‌شود. تنها در سال 2010 حدود 14 میلیارد تن پسماند جامد در نتیجه فرآیندهای معدن­کاری در جهان تولید شده است (1). پسماندهای جامد فرآیندهای معدن­کاری در دو گروه سنگ باطله بخش استخراج[5] و باطله فرآوری[6] قرار می­گیرند. سنگ باطله بخش استخراج به آن­سری از سنگ­های          فاقد ارزش اقتصادی که در مرحله استخراج ماده معدنی برای دسترسی به ماده معدنی به‌ اجبار باید جابه‌جا ­گردد گفته    می­شود (2). مورد دوم پسماندهای جامد فرآیندهای معدن­کاری باطله فرآوری است که در واقع کانسنگ بی‌رمق[7] باقی‌مانده  پس از استحصال ماده باارزش از کانسنگ استخراجی است (3). این دو نوع پسماند جامد به لحاظ ماهیت فیزیکی و شیمیایی کاملاً از هم متفاوت هستند (3،4).

سنگ‌های باطله بخش استخراج دارای اندازه ابعادی بسیار متنوع از کم­تر از mm1/0 تا بزرگ­تر از m1 بوده و معمولاً آلوده به واکنشگرهای فرآیندی نیستند و معمولاً آن­ها را در دمپ­هایی در نزدیکی پیت معدن و یا چاه اصلی معدن دپو  می­کنند. مشکل زیست‌محیطی عمده مرتبط با این دمپ­های سنگ­ باطله، تشکیل زهاب اسیدی معدن[8] است که در صورت وجود کانی‌های سولفیدی در آن احتمال رخداد دارد (5، 6).

گروه دوم پسماندهای جامد فعالیت­های معدن­کاری که همان باطله فرآوری است معمولاً بسیار ریزدانه (کمتر از 100 میکرومتر) بوده که بیان می‌نماید سطح واکنشی کانی‌های موجود در آن بسیار بالا است و در صورت مناسب بودن شرایط، انحلال فلزات از آن‌ها با نرخی زیاد امکان‌پذیر است.    باطله‌های فرآوری همچنین آلوده به واکنش­گرهای فرآیندی برای مثال سیانور، انواع اسیدها، بازها و واکنش­گرهای فلوتاسیون هستند (7-9). علاوه بر این درصورتی‌که محتوی کانی‌های سولفیدی در آن زیاد باشد امکان تشکیل زهاب اسیدی معدن وجود دارد (5،6). بواسطه این موارد معمولاً باطله‌های کارخانه فرآوری در رده پسماندهای خطرناک قرار می­گیرند و باید اقدامات مدیریتی لازم بر روی آن انجام شود. روش متداول برای مهار باطله­های فرآوری، دفن آن­ها           در سدهای باطله است. در این مقاله انواع روش­های ساخت سدهای باطله به اختصار معرفی شده و مزایا و معایب آن­ها بیان شده است. با توجه به اینکه کشور ما جزو کشورهای معدن­خیز بوده و تعداد زیادی معادن و کارخانه­های فرآوری در آن وجود داشته و همچنین در آینده نیز معادن زیادی به بهره­برداری خواهند رسید لزوم آشنایی با روش­های نوین دفن پسماندهای جامد معدن­کاری ضروری به نظر می­رسد. به این منظور در این مقاله روش‌های نوین دفن باطله شامل روش­های پرکردن مجدد، دفن در پیت معدن و دفن در زیردریا توضیح داده شده و مزایا و محدودیت­های هر روش بیان شده است. در این مقاله همچنین تکنولوژی تازه بکار گرفته شده دفن همزمان[9] که    در آن سنگ­های باطله بخش استخراج و باطله­های فرآوری بطور   هم­زمان دفن می­شوند معرفی خواهد شد.

سد باطله

در اکثر پروژه‌های معدن­کاری، طراحی، ساخت و بهره‌برداری از سد باطله که معمولاً برای دفن باطله­های فرآوری بکار گرفته می­شود مورد توجه خاص قرار دارد. سدهای باطله براساس  نحوه ساخت به انواع بالارو[10]، پایین­رو[11] و برجا[12] تقسیم می­شوند. انتخاب نوع روش ساخت براساس میزان زلزله­خیز بودن     محل قرارگیری معدن، ویژگی‌های باطله و پایداری آن، توزیع ابعادی باطله، شرایط هیدرولوژیکی و سایر عوامل محیطی انجام     می­شود (10).

در ساخت سد باطله به روش بالارو، ابتدا یک سد اولیه و کوچک در پایین‌ترین نقطه ممکن ساخته می‌شود و دیواره سد به‌طور مداوم به سمت بالادست در طرف سد باطله انتقال می‌یابد (شکل 1-الف). مواد لازم برای بالابردن سد باطله معمولاً از بخش دانه‌درشت باطله که توسط هیدروسیکلون از بخش دانه‌ریز جدا می‌گردد تامین ‌می­شود و بخش دانه‌ریز آن به داخل سد باطله ریخته می‌شود (شکل 1-ب). مزایای اصلی ساخت سد باطله به روش بالارو، هزینه کم و سرعت زیاد افزایش ظرفیت سد بواسطه قرار گرفتن هر پشته است. ضعف این روش آن است که دیوار سد بر روی نرمه‌های باطله که قبلاً درون آب­گیر ریخته شده است و هنوز متراکم نیست بنا می‌گردد. به ‌این ‌علت وقتی ارتفاع سد از حد خاصی تجاوز می‌کند شکست رخ می‌دهد و جریان باطله به بیرون آن سرازیر می­شود. به این دلیل، ساخت سد به روش بالارو در حال حاضر معمولاً کم­تر استفاده می‌شود. تاکنون چندین مورد شکست سد باطله ساخته ‌شده به روش بالارو مشاهده ‌شده است. در مناطق زلزله­خیز امکان ساخت سد باطله به روش بالارو بواسطه پایداری کم آن اصلاً وجود ندارد (11، 13).

 

(ب)

 

(الف)

 

شکل 1- الف) نمای شماتیک از سد باطله بالارو

ب) تصویری از ساخت دیواره سد باطله با استفاده از ته­ریز هیدروسیکلون­ها (12)

 

 

با بالا رفتن دیواره سد باطله در روش پایین­رو، محور طولی آن در امتداد شیب بستر به سمت پایین جابه‌جا می‌شود (شکل 2-الف). این سد بر روی بخش دانه‌درشت باطله که از پایداری کافی برخوردار است احداث می­گردد و به این دلیل تنها روشی است که اجازه طراحی و ساخت سدهای باطله را با لحاظ استاندارهای مهندسی و ایمنی قابل‌قبول می‌دهد. به این دلیل ساخت سدهای باطله خصوصاً در مناطق زلزله‌خیز باید به این روش انجام ­گیرد. بزرگ‌ترین اشکال این روش، لزوم دسترسی به مقدار زیادی ماسه برای بالا بردن دیواره سد است. تهیه مقدار کافی از بخش دانه درشت باطله ورودی به سد، به­خصوص در مراحل اولیه کار ممکن است غیرعملی باشد. در این صورت لازم است یا ارتفاع سد اولیه را افزایش داد و یا از محل دیگری ماسه مورد نیاز را تأمین نمود که این امر منجر به افزایش هزینه‌های ساخت این نوع سد باطله می‌شود (11).

سد باطله برجا یکی از انواع سدهای باطله پایین‌رو است که در آن خط مرکزی دیواره سد با بالا رفتن آن در موقعیت ثابتی باقی می‌ماند (شکل 2-ب). مزیت آن نسبت به روش پایین‌رو آن است که در هر مرحله نیاز به ماسه کم­تری برای بالا بردن دیواره سد وجود دارد و بنابراین می‌توان سد را با سرعت بیش­تری بالا برد. همچنین سد بر روی مواد دانه­ریز موجود در داخل آبگیر احداث نشده و مشکل سدهای باطله بالارو را کم­تر دارد. با این ‌وجود باید دقت شود که شیب دیواره مشرف بر آبگیر، در وضعیت ناپایدار نباشد (11).

 


 

شکل 2- نمای شماتیک از سد باطله (الف) پایین‌­رو، (ب) برجا  (12)

 

 

درصورتی‌که سنگ­های باطله بخش استخراج به مقدار کافی موجود باشند، بهترین مواد برای ساخت سد باطله هستند زیرا خصوصیات مکانیکی و ژئوتکنیکی ایده­آلی از جمله توزیع ابعادی مناسب، زاویه اصطکاک داخلی بالا و ظرفیت توزیع آب منفذی بالا دارند (14). شکل 3 نمایی از این نوع سد باطله را نشان می­دهد. در این روش، برای ساختن سد نیازی به باطله  به‌ دست ‌آمده در بخش فرآوری نیست لذا باطله فرآوری را می‌توان بدون نیاز به جدایش بخش ریزدانه از درشت‌دانه       به داخل آبگیر تخلیه نمود. در برخی موارد، امکان دارد سنگ باطله بخش استخراج برای ساختن دیواره سد تا ارتفاعی بالاتر از سطح آبگیر کافی نباشد. در این صورت ممکن است لازم باشد که سنگ‌های باطله بخش استخراج و بخش دانه‌درشت باطله فرآوری را با هم مخلوط نمود تا از نظر اقتصادی ساخت سد مقرون به‌ صرفه باشد (11).

 

 

شکل 3- سد باطله ساخته‌ شده با استفاده از سنگ­های باطله بخش استخراج (11)

 


پر­کردن مجدد

 

در معادن زیرزمینی می­توان از باطله کارخانه فرآوری و یا سنگ­های باطله برای پر کردن آن­سری از کارگاه­های استخراج که عملیات استخراج آن­ها به اتمام رسیده است استفاده نمود. پس از گذشت چند ماه از پر کردن مجدد کارگاه استخراج،  مواد پرکننده می‌توانند به‌عنوان یک ستون نگهداری مناسب عمل نمایند و اجازه استخراج پایه‌های کارگاه که معمولاً از جنس خود کانسنگ است و قبلاً امکان استخراج آن وجود نداشت را بدهد. پر کردن مجدد کارگاه‌های استخراج شده همچنین حجم باطله که باید بر سطح زمین در سد باطله نهشته شوند را کاهش می‌دهد و بنابراین حجم سد باطله و هزینه­های مدیریت آن­ها به میزان قابل‌توجهی کاهش می‌یابد.  از این روش در حال حاضر در بسیاری از معادن زیرزمینی مدرن استفاده می‌شود (11). سه نوع اصلی پر کردن مجدد شامل پر کردن به طریق هیدرولیکی[13]، پر کردن سنگی[14] و      پر کردن با مواد چسبان شده با سیمان[15] است. پر کردن هیدرولیکی به‌وسیله باطله فاقد نرمه ایجاد می‌شود و نیاز به اتصال‌دهنده[16] برای فراهم کردن مقاومت مکانیکی مناسب توده پرشده پس از گذشت مدت ‌زمان لازم وجود دارد. در روش پر کردن سنگی، سنگ‌های باطله بخش استخراج توسط کامیون یا نوار نقاله به کارگاه استخراج انتقال می‌یابد (11). پر کردن با مواد چسبان شده با سیمان از سال 1990 شروع شد و به‌ سرعت به دلیل مزایای بالای آن نسبت به پر کردن   به طریق هیدرولیکی محبوبیت پیدا کرد. ازجمله این مزایا شامل استفاده از کل باطله و نه‌ فقط باطله نرمه‌زدایی شده، بهبود مقاومت مکانیکی و امکان بازگرداندن باطله‌های مستعد تولید زهاب اسیدی معدن می‌شود (15). این نوع پر کردن شامل مخلوطی از باطله، آب و مواد اتصال‌دهنده ( به‌ عنوان‌مثال، سیمان پرتلند) است که معمولاً به کارگاه زیرزمینی با 70 تا 80 درصد وزنی جامد پمپاژ می شود (شکل 4-الف). نوع و میزان ماده اتصال‌دهنده به ترکیب باطله و آب، مقاومت مکانیکی مورد نیاز و در نهایت به اقتصاد فرآیند بستگی دارد. معمولاً مقدار ماده اتصال‌دهنده بین 3٪ تا 7٪ وزن خشک باطله است. هزینه عمده در یک عملیات پر کردن با مواد چسبان شده هزینه مربوط به خرید ماده اتصال‌دهنده است و بنابراین ترجیح داده می‌شود به‌جای سیمان از مواد زاید سایر صنایع که دارای خواص مناسب هستند مانند خاکستر بادی و سرباره استفاده شود (16). ازآنجایی‌که خواص باطله و آب بر روی میزان مقاومت مکانیکی توده ایجادشده تأثیرگذار هستند این روش در هر سایت از طریق آزمایش‌های آزمایشگاهی و پیگیری‌های منظم باید بهینه‌سازی شود  (17، 18، 19).

دفن باطله در پیت معدن

در این روش از پیت‌های معادن روباز پس ‌از اتمام عملیات استخراج آن‌ها برای دفن باطله­های فرآوری استفاده می­شود (20، 21). مزیت عمده این روش عدم نیاز به ساخت سد باطله در سطح زمین است و در نتیجه هزینه­های ساخت و مدیریت این سدهای باطله و همچنین خطرات مرتبط با شکست این سدهای باطله وجود ندارد. اصلی‌ترین ریسک همراه با این روش، آلودگی آب‌های زیرزمینی بواسطه ورود فلزت انحلال یافته از باطله به داخل آن است (22). این خطر برای معادنی روبازی که جریان آب‌های زیرزمینی به سمت پیت معدن است یا هنگامی‌که در زیر پیت معدن یک‌لایه سنگ ‌بستر غیرقابل نفوذ وجود داشته باشد، به حداقل می‌رسد. برای اطمینان یافتن از این­که پس از دفن باطله به این روش کیفیت آب‌های زیرزمینی نیز حفظ می‌شود باید مطالعات هیدروژئولوژیکی حوزه پیت معدن انجام شود (11).

دفن باطله زیردریا

هنگامی‌که عملیات معدن­کاری نزدیک به دریا باشد این روش دفن باطله جایگزین مناسب نسبت به روش‌های فوق‌الذکر است منوط به این­که قوانین اجازه دفن باطله به این روش را بدهد. شکل 4-ب نمایی از این روش را نشان می­دهد. همان­طور که مشاهده می­شود اجزای اصلی این روش شامل یک­سری لوله برای انتقال باطله به محفظه‌های هواگیری/اختلاط، شبکه لوله برای خارج کردن آب دریا و شبکه لوله برای انتقال باطله از محفظه اختلاط به عمق دریا می‌شود. در این روش، انتقال باطله به محل نهشته شدن نهایی معمولاً به‌صورت ثقلی انجام می‌شود و باطله معدن وارد عمق‌هایی از سطح دریا می‌شود که بر طبق مقررات زیست‌محیطی به لحاظ کدورت آب جزو مناطق حفاظت‌ شده نیستند. این روش دفن باطله، حساسیت گروه­های دوست­دار محیط‌زیست را برانگیخته است زیرا دفن نهایی باطله‌ها در سدهای غیرقابل‌کنترل انجام ‌شده و بواسطه افزایش کدورت آب در اعماق دریا، اکوسیستم این نواحی شدیداً  تحت تاثیر قرار می­گیرد. صنایع معدنی در منطقه آسیا و اقیانوس آرام استدلال کرده که دفن باطله­های معدن­کاری در زیردریا برای مردم و محیط‌زیست امن‌تر است زیرا شرایط سطح زمین به دلیل توپوگرافی طبیعی، زلزله‌خیز بودن بالای این مناطق و بارش شدید باران برای ساخت سد باطله نامناسب است. از این رو، دفن باطله در این مناطق به­طور رایج به روش دفن زیردریا انجام می­شود (11، 23).

 

 

شکل 4- الف) دفن باطله­ فرآوری به روش الف) پر کردن مجدد (11)، ب) سیستم دفن باطله زیردریا (23)

 


تکنولوژی دفن هم‌زمان باطله‌ها

 

سنگ‌های باطله بخش استخراج عمدتاً دانه درشت بوده و حفره‌های بزرگی بین آن­ها پس از قرار گرفتن در دمپ ایجاد می‌شود. این حفرات می‌توانند فضای مناسبی برای            دفن باطله‌های فرآوری باشند. دفن هم­زمان باطله‌ها           یک تکنولوژی جدید است که از حفرات موجود در لابه­لای سنگ باطله بخش استخراج برای دفن باطله‌های دانه‌ریزتر بخش فرآوری استفاده می‌نماید. درصورتی‌که سنگ‌های باطله بخش استخراج در حد ابعادی رس و ماسه باشند به واسطه کم بودن نسبت منافذ در دسترس آن‌ها نمی­توان این روش دفن را استفاده کرد (24).

مهم‌ترین مزیت روش دفن هم‌زمان باطله‌ها، حذف سد باطله باشد. با توجه به مشکلات فراوان مشاهده‌ شده برای سیستم‌های نگهداری سد باطله و وقوع حوادث بی­شمار        در خصوص شکستن سد باطله (25)، مزایای قابل‌توجهی برای حذف سدهای باطله از پروژه‌های جدید معدنی وجود دارد. به‌احتمال ‌زیاد در آینده نزدیک بسیاری از سازمان‌های نظارتی و همچنین سهام‌داران شرکت‌های بزرگ معدنی،                روش دفن هم‌زمان را نسبت به سیستم‌های متداول مدیریت باطله‌ ترجیح خواهند داد (24).

مزیت دیگر تکنولوژی دفن هم­زمان، کاهش تولید زهاب اسیدی است. دلیل آن این است که در این روش، می­توان مواد قلیایی را در قالب مواد متصل‌کننده مانند آهک، سیمان و یا خاکستر به باطله­ها اضافه نمود که از طریق آن، محصورسازی مؤثری از مواد معدنی سولفیدی ایجاد شده و یا سلول‌های مهار داخلی برای جداسازی سنگ با پتانسیل زهاب اسیدی بالاتر به وجود می­آید (24).

در مناطق خشک با وزش باد فراوان، این روش می‌تواند انتشار گردوغبار را کاهش دهد. صرف‌نظر از نوع روش اختلاط، سطح کم­تری از باطله‌های فرآوری در معرض وزش باد قرار می‌گیرند. بنابراین، کاهش گردوغبار در طول عملیات و بعد از اتمام آن وجود دارد. علاوه بر این، اگر از مواد اتصال‌دهنده استفاده شود، باطله‌های در معرض باد نیز اصلاً منبع انتشار گردوغبار نمی‌شوند.

مزیت دیگر آن در فرآیندهایی است که پساب‌های خطرناک تولید می‌کنند. از جمله این فرآیندها می­توان کارخانه­های فرآوری کانسنگ طلادار را نام برد که باطله­های آن­ها آلوده به سیانور است. در صورت استفاده از روش دفن هم‌زمان باطله در این کارخانه­ها، پروژه تبدیل به یک پروژه بدون تخلیه پساب می­شود و از این طریق صرفه‌جویی قابل‌توجهی در هزینه‌های سرمایه‌گذاری و عملیاتی و همین‌طور بهبود سازگاری پروژه     با مقررات زیست‌محیطی قانونی خواهد شد (26).

جدول 1 خلاصه‌ای از مقدار هزینه‌های تجربی به‌ دست ‌آمده برای دفن باطله به چند روش را نشان می­دهد. علاوه بر این­که هزینه­های روش دفن هم­زمان با سایر روش‌های دفن باطله در رقابت است، کاهش هزینه‌های مدیریت سد باطله حین و پس از اتمام عملیات معدن­کاری نیز وجود دارد (26). جدول 2 برخی از مزایای استفاده از این روش دفن باطله را به اختصار نشان می­دهد.


جدول 1- هزینه‌های دفن باطله­های معدنی به چند روش مختلف (26)

روش‌های دفن باطله

هزینه (برحسب دلار آمریکا بر هر تن)

باطله‌های سیانیدی طلا: ساخت دیواره سد باطله، ساخت تجهیزات پایین‌دستی، نفوذناپذیر ساختن کف سد باطله از طریق کشیدن لاینر

5/0 تا 20/1 دلار آمریکا

باطله‌های سولفیدی مس: افزایش دیواره سد باطله با بخش دانه‌درشت باطله‌های فرآوری پس از جدایش با هیدروسیکلون بخش دانه‌ریز باطله‌ها، بدون ساخت لاینر

2/0 تا 5/0 دلار آمریکا

دفن هم‌زمان با سنگ باطله بخش استخراج

15/0 تا 5/0 دلار آمریکا

 

 


جدول 2- برخی از مزایای روش دفن هم‌زمان (24)

موارد

مزایا

برهم‌خوردگی زمین

تأثیر کم­تر بر زیستگاه‌های حیات‌وحش و کاربری‌های کشاورزی زمین / اغتشاش کم­تر حوزه‌های آبریز / تأثیر کم­تر بر آبراهه‌های محلی

آب

کاهش مصرف آب / کاهش نشت توسط تلنبار سنگ باطله، بنابراین کاهش خطرات افت کیفیت آب

کاهش در معرض آب‌وهوا قرار گرفتن باطله‌ها و بنابراین کاهش خطر تولید زهاب اسیدی

خطرات بلندمدت

پایداری بیشتر تلنبار باطله / شکافی در سد باطله رخ نداده و اقدامات حفظ پایداری کم­تری نیاز است / خطرات شکست‌های فاجعه‌بار سد باطله کاهش می‌یابد

پس از بستن شدن معدن

منطقه کم­تری اشغال می‌شود / بستر خوبی برای پوشش گیاهی است / مشکلات گردوغبار کم­تر است / نفوذپذیری بسیار کم به‌آسانی از طریق اختلاط باطله‌ها ایجاد می‌شود / حفظ پایداری باطله پس از اتمام کار راحت­تر است

 

 

 

 

روش‌های زیادی برای اختلاط باطله‌های بخش فرآوری با سنگ‌های باطله بخش استخراج وجود دارد که در بخش بعد   به آن پرداخته خواهد شد. به منظور انتخاب روش مناسب ابتدا باید ارزیابی باطله‌های فرآوری و سنگ باطله انجام گیرد.      این ارزیابی شامل یک برنامه دقیق از تست‌ها و آنالیزهای ژئوتکنیکی است تا ابتدا گزینه‌های محتمل اجرایی تعیین شود و سپس این گزینه‌ها به لحاظ هزینه و عملکرد بهینه‌سازی شود. مهم‌ترین معیارهای ژئوتکنیکی مقاومت و نفوذپذیری است زیرا مقاومت، پایداری کوتاه‌مدت و بلندمدت را کنترل نموده و نفوذپذیری بر مواردی هم­چون انتقال آلودگی و زهاب تأثیر می‌گذارد (24).

معمولاً مقاومت وابسته به نسبت سنگ باطله بخش استخراج به باطله فرآوری است و زاویه اصطکاک داخلی درصورتی‌که      این نسبت خیلی کوچک باشد تقریباً معادل جایی است که باطله فرآوری به‌تنهایی وجود داشته باشد. شکل 5-الف تغییر در زاویه اصطکاک داخلی را با نسبت‌های اختلاط مختلف نشان می‌دهد. مشخص است که بین نسبت‌های 4 به 1 و 2 به 1 (سنگ باطله بخش استخراج به باطله فرآوری)، ویژگی‌های مقاومتی مخلوط از حالتی که رفتار شبیه به سنگ باطله بخش استخراج داشته باشد به حالتی که شبیه به باطله بخش فرآوری رفتار نماید تغییر می‌کند (24).

نفوذپذیری نیز رفتاری مشابه با مقاومت دارد، بنحوی­که نفوذپذیری با کاهش در نسبت سنگ باطله بخش استخراج به باطله فرآوری کاهش می‌یابد و در نسبت‌های اختلاط بسیار کم مشابه باطله فرآوری رفتار می­نماید. رابطه نفوذپذیری با نسبت سنگ باطله بخش استخراج به باطله فرآوری در شکل 5-ب نشان داده ‌شده است. همان­طور که مشاهده می­شود 5 برابر افت در مقدار نفوذپذیری با کاهش در نسبت سنگ باطله بخش استخراج به باطله فرآوری از 4 به 1 به 1 به 1 وجود دارد.       با توجه به مطالب فوق، نسبت مناسب سنگ باطله بخش استخراج به باطله فرآوری در روش دفن هم‌زمان در جدول 3 آمده است (24).

 

 

شکل 5- الف)تغییر زاویه اصطکاک داخلی و

ب) تغییر نفوذپذیری با نسبت سنگ باطله بخش استخراج به باطله فرآوری (24)

 

جدول 3- پایداری روش دفن هم‌زمان بر اساس نسبت سنگ باطله به باطله (26)

              نسبت سنگ باطله به باطله

پایداری روش دفن هم‌زمان

بیش­تر از 8: 1

احتمالاً برای این روش مناسب است

بین 4: 1 و 8: 1

نیاز به آزمایش قابل‌توجه و تجزیه‌وتحلیل دقیق برای تعیین مناسب بودن این روش

کم­تر از 4: 1

احتمالاً برای این روش مناسب نیست

 


روش‌هایی برای دفن هم‌زمان باطله‌ها

 

چهار روش مختلف برای اختلاط سنگ­های باطله بخش استخراج با باطله­های فرآوری وجود دارد که در ادامه هر روش معرفی شده و مزایا و معایب آن­ها بیان می­شود.

- باطله­های قرار گرفته در حوضچه­هایی در داخل دمپ سنگ  باطله

یک روش برای ایجاد این شکل­بندی آن است تا با ایجاد خاک­ریز­هایی از سنگ باطله، حوضچه­های جداگانه­ای شکل گیرد و  باطله­های فرآوری در آن قرار داده شود. هنگامی­که  یک حوضچه پر شد سلول دیگر ساخته می­شود و به همین ترتیب کار ادامه می­یابد. خاک­ریز­ها هرچند ساختارهای مجزایی تشکیل می­دهند ولی آب در این حوضچه محصور نشده و به داخل سنگ باطله­ای که در زیر آن قرار دارد نفوذ می­کند. پس از یک بازه زمانی، پشته باطله دیگر بر روی باطله­های فرآوری قرار خواهد گرفت و این سیکل تکرار خواهد شد.             سطح مقطع­های عرضی این شکل­بندی در شکل 6 نشان داده شده است (24).

این روش مزایای زیادی به دنبال خواهد داشت ولی یکی از مزیت­های اصلی آن این است که در این روش ماشین­آلات   راه­سازی برای حمل و توزیع باطله­ها مورد نیاز نیست.           با این وجود، عیب عمده این روش آن است که لایه سنگ باطله  به سرعت بر روی آن قرار ­گرفته و فشار منفذی در باطله محصور خواهد شد و لایه باطله می­تواند در معرض شکست ناگهانی قرار گیرد و نه تنها ناحیه در حال کار دمپ بلکه همچنین تجهیزات نزدیک به خاک­ریز را در معرض ریسک قرار ­دهد. برای غلبه بر این نگرانی می­توان سیمان پرتلند یا برخی از واکنش­گرهای اتصال دهنده را اضافه نمود تا چسبندگی بین مواد را افزایش داده و مقاومت کلی مواد بهبود یابد. این مثال را توجه نمایید: در یک مورد بدون سیمان و نرخ پیشرفت      قابل قبول، 20 متر سنگ باطله بر روی 5 متر باطله فرآوری قرار می­گیرد و فاکتور ایمنی منتج ممکن است کم­تر از 1 باشد. برای نرخ پیشرفت مشابه ولی افزودن 1 و 3% سیمان درصورتی­که ما فرض کنیم بهبود در مقاومت صرفاً به دلیل افزودن سیمان باشد، فاکتور ایمنی به ترتیب به 4/1 و 4/2 افزایش می­یابد (24).

 

 

شکل 6- نمایی از قرار دادن باطله‌های فرآوری به‌ صورت حوضچه‌هایی در بین سنگ‌های باطله بخش استخراج (24)

 

 


- اختلاط باطله فرآوری با سنگ باطله در سطح

 

در این روش اختلاط باطله‌های فرآوری با سنگ باطله بخش استخراج به‌صورت ترکیبی تقریباً هموژن انجام می‌گیرد. اختلاط این دو نوع باطله می‌تواند به‌طور خودبه‌خودی در قسمت تاج دمپ باطله از طریق پمپاژ باطله فرآوری و ریختن سنگ باطله بخش استخراج بوسیله کامیون انجام گیرد (شکل 7-الف) و یا این­که اختلاط دو نوع باطله به‌صورت ترکیبی تقریباً هموژن می‌تواند توسط بولدوزر در سطح دمپ باطله به انجام رسد (شکل 7-ب). مزیت اصلی این روش آن است که هموژن کردن مخلوط، خواص یکنواخت­تر و بنابراین قابل اتکاتری در سرتاسر دمپ فراهم می­آورد. همچنین احتمال احتیاج به یک واکنش­گر اتصال دهنده[17] را کاهش داده و ممکن است منجر به افزایش نسبت مجاز باطله فرآوری به سنگ باطله استخراج در مخلوط نهایی شود. عیب عمده این روش مربوط به هزینه­های عملیاتی و در تماس مستقیم بودن ماشین­آلات با باطله باشد که  نگرانی­هایی در مورد سلامت افرادی که بر روی آن­ها کار      می­کنند ایجاد می­نماید.

 

 

شکل 7-(الف) اختلاط خودبه‌خودی دو نوع باطله به‌وسیله پمپاژ باطله بخش فرآوری و تخلیه سنگ باطله بخش استخراج توسط کامیون در تاج دمپ باطله، ب) اختلاط دو نوع باطله با استفاده از بولدوزر در سطح دمپ باطله (27)

 


- تزریق به دمپ سنگ باطله

 

سومین روش شامل تزریق باطله فرآوری به داخل دمپ    سنگ باطله است. اعتقاد بر آن است که روش بهینه برای دست­یابی به این هدف قرار دادن لوله­هایی بر سطح دمپ و سپس پوشاندن آن بوسیله سنگ­های باطله است. هنگامی­که جبهه دمپ به میزان کافی پیش رفت، لوله­ها در دمپ          به سیستم توزیع باطله فرآوری متصل خواهد شد و باطله­ها    به توده دمپ تزریق خواهد گشت. این روش در شکل 8 نشان داده شده است. اگر روش خواباندن لوله­ها در جبهه دمپ امکان­پذیر نباشد می­توان گمانه­های قائم را حفاری نمود و سپس لوله­های سوراخ­دار را در گمانه قرار داد که این روش در شکل 9 نشان داده شده است. گزینه حفاری گمانه همچنین این اجازه را می­دهد تا دمپ­های سنگ باطله قدیمی برای دفن باطله­های فرآوری مورد استفاده قرار بگیرد (24).

تزریق باطله فرآوری به داخل سنگ باطله در سایت معدنی Esquel در آرژانتین نشان داده است که باطله­ها در شعاعی  به
میزان 30 متر در توده دمپ نفوذ می­کند. در معادن زیرزمینی در کانادا که باطله­های فرآوری به داخل سنگ باطله تزریق شد، نفوذ باطله به میزان 10 متر دست­یابی گشت. این مورد برمبنای خصوصیات رئولوژی باطله فرآوری و توزیع ابعادی و شرایط منفذی دمپ سنگ باطله تعیین می­شود (24).

تزریق باطله فرآوری به داخل دمپ دارای این مزیت است که مخلوط باطله فرآوری و سنگ باطله هنگامی تشکیل می­شود که شکل نهایی دمپ حاصل شده باشد. همچنین در این روش تماس تجهیزات با باطله حداقل می­شود. همچنین ممکن است در این روش نسبت­های بالاتر باطله فرآوری به سنگ باطله دست­یابی شود و احتیاج به ماده اتصال دهنده را کاهش دهد. تزریق همچنین این اجازه را می­دهد تا روش دفن هم­زمان در دمپ­های قدیمی سنگ باطله انجام شود. با این وجود، هزینه­ها این روش نسبت به سایر روش­ها در بیش­ترین مقدار قرار دارد (24).

 

 

شکل 8- تزریق بوسیله شبکه لوله­ در ابتدا قرار گرفته بر جبهه پیش رونده دمپ (24)

 

شکل 9- تزریق باطله فرآوری به داخل سنگ‌های باطله بخش استخراج از طریق گمانه­ی حفر شده در داخل آن (24)

 

 


- قرار دادن یک لایه نازک از باطله فرآوری بر روی سطح سنگ باطله

چهارمین روش شامل قرار دادن یک لایه نازک باطله فرآوری  بر روی سطح سنگ باطله و سپس زمان دادن تا آب باطله فرآوری به داخل سنگ باطله نفوذ نموده و خشک شود. پس از یک بازه زمانی کوتاه، یک لایه سنگ باطله دیگر بر روی این لایه باطله فرآوری خشک شده قرار داده می­شود. شکل 10 سطح مقطع عرضی این روش را نشان می­دهد. لایه باطله    می­تواند دارای ضخامت 20 تا 40 سانتی­متر بوده و سنگ باطله دارای ضخامت 5/1 تا 3 متر باشد. به منظور قرار دادن لایه نازک باطله در سطح سنگ باطله، یک لوله سوراخ­دار در قسمت بالای شیب سنگ باطله قرار گرفته و اجازه داده می­شود        تا باطله به آرامی در سطح سنگ باطله توزیع شود. عرض    ناحیه در حال کار بستگی به ارتفاع جبهه دمپ و نرخ تولید باطله داشته ولی ناحیه در حال کار به­طور روزانه جابه­جا خواهد شد (24).

 


 

 

شکل 10-لایه نازک از باطله قرار گرفته بر سطح دمپ (24)

 

 

به دلیل اینکه لایه­های باطله فرآوری بسیار نازک است،  نگرانی­ها در مورد فشار آب منفذی که در روش اول وجود داشت کاهش می­یابد. همچنین، انتظار می­رود آبگیری باطله فرآوری به میزان قابل توجهی انجام گیرد. علاوه­براین، به دلیل این­که سنگ­های باطله نسبت به باطله فرآوری بسیار زیاد هستند، مقدار قابل توجهی سنگ باطله در لابه­لای لایه باطله فرآوری قرار خواهد گرفت. مزایای این روش شامل هزینه کم و رصد کردن آسان نتایج با چشم است. این سیستم نیازمند قضاوت­های زیاد اپراتورها بویژه در طی فصول مرطوب برای اجتناب از تخلیه­ رسوبات و فرسایش است. نگرانی­های مربوط به ناهمگنی در مخلوط احتمال دارد منجر به طراحی­های  محافظه­کارانه­تر شود (24). 

مثالی از روش دفن هم‌زمان در Cerro de Maimon جمهوری دومنیکن

- مقدمه

معدن Cerro de Maimon یک معدن روباز قرار گرفته در 75 کیلومتری شمال غربی Santo Domingo در جمهوری دومنیکن است. این معدن کنسانتره­های طلا و مس تولید   می­کند. نرخ اسمی فرآوری معدن 2500 تن در روز است. معدن تولید 14 میلیون تن سنگ روباره خنثی، 8/4 میلیون تن سنگ باطله مستعد تولید زهاب اسیدی[18] (PAG)، 2/27 میلیون تن سنگ باطله خنثی، و 2/5 میلیون تن باطله­های فرآوری مستعد تولید اسید می­نماید. واحدهای سنگ­شناسی اصلی در این معدن شامل کلریت شیست، کوارتز-کلریت شیست، سولفید توده­ای[19] (کانسنگ)، توف­ و سنگ آهک می­شود. ضخامت زون هوازده در ناحیه معدن روباز از 10 تا 40 متر متغیر است. در نهایت معدن روباز دارای عمق تقریبی 137 متر خواهد بود (28). محلی که معدن در آن واقع شده، به لحاظ لرزه­ای فعال است. میانگین بارندگی و تبخیر در سایت معدن به ترتیب برابر با 2012 میلی­متر و 1710 میلی­متر است. دمای متوسط سالیانه برابر با oC26 و دمای تابستان از 21 تا oC35 و دما زمستان از 17 تا oC32 متغیر است (28).

- مدیریت باطله فرآوری و سنگ باطله در این سایت

 سنگ­های باطله و روباره خنثی به لحاظ تولید زهاب اسیدی به صورت جداگانه دپو می­شوند. این طرح وجود دارد تا سنگ باطله و باطله­های فرآوری PAG به طور هم­زمان دفن شوند و سپس مقداری از سنگ باطله خنثی بر روی آن قرار داده شود (شکل­های­ 11 و 12). دفن هم­زمان باطله­های فرآوری و    سنگ باطله PAG به این دلیل انتخاب شده است تا تشکیل زهاب اسیدی معدن را از سنگ باطله PAG حداقل نماید.  هم­چنین این سایت دارای فضای محدود برای دفن جداگانه این دو جریان باطله است.


 

 

 

 

شکل 11- طرح کلی قرارگیری تاسیسات دفن هم­زمان سایت Cerro de Maimon در دو مرحله (28)

 

شکل 12- سطح مقطع عرضی تاسیسات نهایی دفن هم­زمان سایت Cerro de Maimon (28)

 


- خصوصیات باطله­های تیکنر شده و سنگ باطله PAG

باطله­های فرآوری، تیکنر شده تا درصد جامد آن به 55 تا 60% قبل از ارسال برای دفن برسد. توزیع ابعادی نمونه­های گرفته شده از باطله تیکنر شده در شکل 13 نشان داده شده است. نتایج نشان می­دهد باطله­ها محتوی 20 تا 30% ذرات ماسه­ای کوچک و 70 تا 80% ذرات در حد سیلت و رس است. حد مایع شوندگی متوسط[20]، حد پلاستیک شوندگی[21] و اندیس پلاستیک شوندگی[22] به ترتیب برابر با 25%، 19% و 7 است. وزن مخصوص
متوسط باطله­ها 13/3 است. نسبت منفذی متوسط باطله­های تیکنر شده برابر با 1/1 است. پیک مقاومت برشی زهکش نشده باطله­های خشک شده (پس از دو هفته نهشته کردن) تقریباً برابر با 5 کیلوپاسکال است. سنگ باطله PAG دارای 7 تا 16% ذرات دانه­ریز است که در شکل 13 نشان داده شده است. همچنین تست­های انجام شده بر روی دو نمونه سنگ باطله PAG نشان داد که نسبت منفذی از 29/0 تا 41/0 متفاوت است (28).

 

 

شکل 13- توزیع ابعادی منفذی سنگ باطله PAG و باطله فرآوری تیکنر شده سایت Cerro de Maimon (28)

 


- آزمایشات ارزیابی روش دفن­همزمان در محل

 آزمایشاتی در محل در دو مرحله انجام شد تا استراتژی بهینه دفن هم­زمان باطله­های تیکنر شده و سنگ باطله PAG تعیین شود. مرحله نخست شامل تست­های بررسی کارایی    استراتژی­های مختلف دفن هم­زمان با هدف شناسایی استراتژی بهینه است و مرحله دوم شامل تست­های تفصیلی به منظور بررسی عملکرد استراتژی بهینه دفن هم­زمان بود (28).

استراتژی نخست دفن هم­زمان شامل حمل سنگ باطله PAG به حاشیه باطله تیکنر شده خشک شده با استفاده از تراک و سپس پخش کردن آن به صورت یک لایه نازک بر روی باطله فرآوری خشک شده توسط یک بولدوزر CAT D6 است (شکل 14-الف). در استراتژی دوم دفن­هم­زمان ابتدا حوضچه­ای توسط خاک­ریزهایی از سنگ باطله ایجاد می­شود و باطله فرآوری تیکنر شده در آن ریخته می­شود. سپس بلافاصله یک لایه سنگ باطله با ضخامت تقریبی 1 متر بر روی آن توسط بولدوزر پخش می­شود (شکل 14-ب). دفن هم­زمان نوع 3 در سلول مشابهی با سلول محصور ساخته شده برای دفن هم­زمان نوع دوم تست شد. این تست شامل ریختن سنگ باطله PAG توسط بیل مکانیکی از ارتفاع بالا بر روی باطله­های فرآوری   تازه نهشته شده می­شود (شکل 14-ج).

 

 

 

شکل 14- دفن هم­زمان سنگ باطله و باطله فرآوری در استراتژی الف) اول، ب) دوم و ج) سوم  (28)

 

 

اشکال 15 الف تا ج سطح مشترک باطله فرآوری و سنگ باطله را به ترتیب در استراتژی­های اول تا سوم نشان می­دهد.   همان­طور که مشاهده می­شود اختلاط باطله در هیچ کدام از سه استراتژی دفن هم­زمان رخ نمی­دهد. این مورد برای استراتژی اول قابل قبول است زیرا سنگ باطله بر روی باطله فرآوری خشک شده ریخته می­شود و قاعدتاً اختلاطی نیز رخ نمی­دهد. در استراتژی­های دوم و سوم با توجه به این­که باطله فرآوری تازه نهشته شده است انتظار می­رود که پس از قراردادن سنگ باطله بر روی آن مقداری اختلاط صورت گیرد ولی بر خلاف انتظار این امر به­وقوع نمی­پیوندد. دلیل این امر آن است که پس از ریختن سنگ باطله، باطله فرآوری پس زده می­شود و عملاً اختلاطی رخ نمی­دهد. همچنین گودال­هایی در لایه سنگ باطله حفر شد تا به سطح لایه باطله فرآوری برسد. شکل­های 16 الف تا ج گودال­های حفر شده در سنگ باطله به ترتیب استراتژی اول تا سوم نشان می­دهد. همانطور که مشاهده    می­شود در گودال آزمایشی استراتژی اول آب دیده می­شود (شکل 16-الف) ولی در گودال­های استراتژی دوم و سوم آبی دیده نمی­شود (شکل 16-ب و ج). این امر می­تواند نشانه­ای از متراکم­شدگی قابل توجه باطله فرآوری در نتیجه وزن       سنگ باطله قرار گرفته بر روی آن در استراتژی اول باشد. براساس این نتایج، استراتژی اول دفن هم­زمان که در آن لایه­ای از سنگ باطله PAG بر روی باطله فرآوری خشک شده      قرار داده می­شود به عنوان استراتژی بهینه تشخیص داده شد.

 

 

 

 

شکل 15- سطح مشترک سنگ باطله و باطله فرآوری در استراتژی­های الف) اول، ب) دوم و ج) سوم (28)

 

شکل16- الف) گودال­های حفر شده در سنگ باطله تا رسیدن به سطح باطله در استراتژی الف)اول، ب) دوم و ج) سوم (28)

 

 

مرحله دوم تحقیق صرفاً بر روی طرح دفن هم­زمان ترجیح داده شده در مرحله اول آزمایشات انجام گرفت. هدف این تحقیق  آن بود تا جزئیات استراتژی دفن هم­زمان لایه­ای بکار گرفته شده تعیین شود. برای این منظور، دو سلول نهشته­سازی       به ابعاد 9 متر در 9 متر ساخته شد و یک سلول توسط یک متر و سلول دیگر توسط 2 متر باطله فرآوری پر شد. سلول­های تست، مجهز به سنسورهای اندازه­گیری رطوبت متصل به ثبت کننده داده[23]، شاخص اندازه­گیری ارتفاع[24] و یک صفحه         ته­نشینی[25] گردید. شکل 17-الف چیدمان آزمایش را نشان   می­دهد. پس از ریختن باطله فرآوری به داخل سلول­ها (شکل 17-ب)، اجازه داده شد تا باطله­ها ته­نشین شوند و پیرامون سلول باز شد تا آب زلال شده سرریز شود. در طی فاز خشک شدن که به مدت 13 روز طول کشید، باطله­ها به طور روزانه رصد شدند و توسعه مقاومت برشی، مکش[26]، محتوی رطوبت و عقب نشینی ساحل اندازه­گیری شد.


 

 

 

شکل 17- سلول­های آزمایش الف)قبل از ریختن باطله فرآوری ب) بعد از ریختن باطله فرآوری (28)

 

 

شکل 18 ته­نشینی مشاهده شده در سطح سلول یک و دو بعد از ریختن باطله فرآوری را نشان می­دهد. در هر دو سلول تست، عمده کاهش ارتفاع در طی 4 روز نخست ته­نشینی اتفاق    می­افتد. باطله­ها سپس اجازه داده شد تا برای 10 تا 15 روز خشک شوند که پس از آن هیچ­گونه کاهش ارتفاع مهم سطح باطله اندازه­گیری نشد (28). پس از خشک شدن نسبی باطله­های فرآوری، هر دو سلول توسط لایه­هایی از سنگ باطله PAG به ضخامت 1 متر توسط بیل مکانیکی پوشانده شدند (شکل 19 الف و ب) (28).

 

 

 

 

 

 

شکل 18-ته­نشینی سطح باطله قبل از قرار دادن سنگ باطله PAG (28)

 
   

 


 

شکل 19- قرار دادن لایه سنگ باطله PAG در سلول الف) با عمق یک متر باطله فرآوری ب) با عمق دو متر باطله فرآوری (28)

 

ته­نشینی تحت فشار باطله ­های فرآوری به دلیل قرارگیری سنگ باطله PAG بر روی آن با استفاده از ارزیابی داده­های صفحات ته­نشینی نصب شده در بالا و پایین لایه­های باطله فرآوری تخمین زده شد. متراکم­شدگی قابل توجه باطله­های فرآوری ناشی از قرار دادن سنگ باطله PAG در طی یک روز پس از قرارگیری آن مشاهده شد. قرار دادن اولین لایه از   سنگ باطله PAG منجر به cm7/5 و cm 6/14 ته­نشینی به ترتیب برای سلول­های 1 و 2 شد. متراکم­سازی پس از اولین روز ناچیز بود. این امر نشان می­دهد که متراکم­سازی باطله­ها سریع اتفاق می­افتد. ته­نشینی کلی تقریباً cm4/7 و cm6/16 (به عبارتی تقریباً 10% کرنش) به ترتیب برای سلول­های 1 و 2 بود (28).

پروفیل محتوی رطوبت لایه باطله فرآوری بر روی نمونه­های گرفته شده از هر سلول تست در طی مراحل زیر تعیین شد: قبل از قرار دادن اولین لایه سنگ باطله PAG، قبل از قرار دادن دومین لایه سنگ باطله PAG و نمونه­گیری نهایی در انتهای آزمایش. شکل 20 پروفیل محتوی رطوبت اندازه­گیری شده لایه باطله فرآوری را نشان می­دهد. قبل از نهشتن     سنگ باطله PAG، پروفیل محتوی رطوبت یک روند کاهشی را در زون بالایی به دلیل خشک شدگی نشان می­دهد. در زون میانی محتوی رطوبت با افزایش عمق زیاد شده و در زون پایینی به دلیل متراکم­شدگی ناشی از وزن خودش کاهش   می­یابد. پس از قرار دادن اولین لایه سنگ باطله PAG،   باطله­های سلول یک متحمل کاهش محتوی رطوبت به میزان تقریبی 11% و کاهش متناظر در نسبت منفذی به میزان تقریبی 35/0 می­شود. پروفیل محتوی رطوبت در سلول 2 روندهای مشابهی را نشان می­دهد. قرار دادن یک لایه یک متری از سنگ باطله PAG بر روی باطله­ فرآوری به ارتفاع 2 متر منجر به کاهش در محتوی رطوبت به میزان 5/7% و کاهش متناظر در نسبت منفذی به میزان تقریبی 23/0 می­شود. کاهش بیش­تر در محتوی رطوبت بواسطه قرار دادن دومین لایه از سنگ باطله PAG ناچیز است. نتایج پروفیل محتوی رطوبت پیشنهاد می­کند که نهشتن لایه­ای سنگ باطله PAG به میزان قابل توجهی نسبت منفذی باطله­ها را کاهش می­دهد. همان­طور که انتظار می­رود باطله­های فرآوری به ضخامت 1 متر، کاهش بیش­تری در محتوی رطوبت را نسبت به باطله­های فرآوری     به ضخامت 2 متر نشان می­دهد. دانسیته خشک باطله­ها از مقدار تقریبی t/m3 3/1 به t/m3 5/1 برای باطله­های در سلول­های تست افزایش می­یابد (28).

 

 

شکل 20- پروفیل­های محتوی رطوبت (28)

 

 

مقاومت برشی باطله­ها در سلول­های تست، قبل و بعد از      قرار دادن لایه­های سنگ باطله PAG اندازه­گیری شد.  براساس آن مشخص گردید که قرار دادن سنگ باطله PAG منجر به افزایش قابل توجه در مقاومت برشی زهکش نشده باطله فرآوری می­شود. قرار دادن لایه­ای به ضخامت یک متر منجر به افزایش در مقاومت به میزان 62 تا 210% از سطح     تا عمق می­شود. قرار دادن دومین لایه سنگ باطله PAG منجر به افزایش خالص در مقاومت به میزان 25 تا 42% از سطح تا عمق می­شود (28).

 نتیجه‌گیری

یکی از مهم‌ترین چالش‌های زیست‌محیطی مرتبط با فعالیت‌های معدن­کاری، دفن پسماندهای جامد آن‌ها است.    در آینده نیز حجم این پسماندهای جامد به‌واسطه کاهش عیار ذخایر معدنی و نیاز بیشتر بشر به فلزات و مواد معدنی مختلف افزایش بیش­تری خواهد یافت. در حال حاضر روش دفن متداول برای باطله‌های فرآوری، دفن در سدهای باطله است. ساخت این سدهای باطله می‌تواند به روش‌های بالارو، پایین‌رو و یا مرکزی انجام گیرد. سدهای باطله ساخته‌شده به روش پایین‌رو پایداری بسیار بیشتری نسبت به سدهای باطله ساخته‌شده به روش بالارو دارند ولی بزرگ‌ترین اشکال این روش لزوم دسترسی به مقدار زیادی ماسه برای بالا بردن دیواره سد است. تهیه ماسه به میزان کافی از مواد باطله ورودی به سد برای بالا بردن دیواره آن در ارتفاعی بالاتر از سطح آبگیری، به­خصوص  در مراحل اولیه کار ممکن است غیرعملی باشد. دفن باطله‌های فرآوری در گودال‌های ایجادشده پس از استخراج ماده معدنی می‌تواند راهکاری مناسب باشد که مهم‌ترین مزیت آن کاهش دست‌خوردگی زمین به‌واسطه فعالیت‌های معدن­کاری است. هم­چنین این نوع روش دفن، پایداری بیشتری نسبت به دفن باطله‌ها در سدهای باطله احداث‌شده در سطح زمین دارد. دفن باطله‌ها در زیردریا نیز می‌تواند راهکار مناسبی برای دفن باطله‌ها در مناطقی باشد که نزدیک به دریا بوده و           زمین در دسترس برای فعالیت‌های معدن­کاری کم باشد.

فناوری دفن هم‌زمان باطله‌های بخش استخراج و فرآوری جدیداً مورد توجه قرارگرفته است که در آن باطله‌های فرآوری در منافذ موجود در سنگ‌های باطله بخش استخراج دفن می‌شوند. این روش دفن باطله دارای مزایای بی‌شماری ازجمله کاهش دست‌خوردگی زمین به‌واسطه فعالیت‌های معدن­کاری به‌واسطه ادغام مکان‌های دفن این دو نوع باطله، کاهش هزینه‌های مدیریت سد باطله، پایداری بیشتر مکان دفن باطله، کاهش تولید زهاب اسیدی و نشت زهاب‌های آلوده از سدهای باطله و کاهش خطرات مربوط به شکستن سد باطله است.          نسبت اختلاط باطله‌های فرآوری و استخراج پارامتری کلیدی در عملیاتی بودن این روش است که معمولاً باید میزان باطله‌های بخش استخراج 4 برابر باطله‌های فرآوری باشد. اختلاط این دو نوع باطله درروش دفن هم‌زمان می‌تواند به 4 روش مختلف به انجام رسد که انتخاب روش اختلاط بستگی به شرایط محلی معدن دارد. این روش با توجه به مزایای بی­شمار آن می‌تواند به‌عنوان روشی جدید در معادن ایران نیز مورد توجه قرار گیرد.

نتایج تست­های انجام گرفته در سایت معدن               Cerro de Maimon نشان داد که دفن هم­زمان باطله­های فرآوری و سنگ باطله به روش لایه­ای در این سایت معدنی امکان­پذیر است به این صورت که ابتدا باطله فرآوری قرار ­گیرد و پس از متراکم و خشک شدن متوسط آن، لایه­ای از سنگ باطله به ضخامت 5/1 تا 2 متر بر روی آن قرار داده شود.

منابع

  1. Jones, H., Boger, D.V., 2012. Sustainability and Waste Management in the Resource Industries. Industrial and Engineering Chemistry Research, Vol. 51, pp. 10057-10065.
  2. Lua, Z., Caib, M., 2012. Disposal methods on solid wastes from mines in transition from open-pit to underground mining, Procedia Environmental Sciences, Vol. 16, pp. 715 – 721.
  3. El-Salam, A. R. A., Mining tailing and managements, B.Sc. Thesis, Tanta University, 2012.
  4. Gowan, M., Lee, M., Williams, D. J., Co-disposal techniques that may mitigate risks associated with storage and management of potentially acid generating wastes. In: Andy Fourie and Richard Jewell, Proceedings of the First International Seminar on the Reduction of Risk in the Management of Tailings and Mine Waste (MINE WASTE 2010), 29 September - 1 October 2010, Perth, Australia.
  5. Myers, T.,2016. Acid mine drainage risks – A modeling approach to siting mine facilities in Northern Minnesota USA, Journal of Hydrology, Vol. 533, pp. 277–290.
  6. Erguler, Z.A.E., Erguler, G.K., 2015. The effect of particle size on acid mine drainage generation: Kinetic column tests, Minerals Engineering, Volume 76, p.p. 154–167
  7. Benzaazoua, M., Kongolo, M., 2003. Physico-chemical properties of tailing slurries during environmental desulphurization by froth flotation, International Journal of Mineral Processing, Volume 69, Issues 1–4, pp. 221–234.
  8. Magdalinovic1, N., Trumic1, M., Petkovic, Z., Rajic, V., 2004. Cyanide elimination from lead-zinc flotation, The European Journal of Mineral Processing and Environmental Protection, Vol. 4, No. 1, pp. 30-35.
  9. Lottermoser, B., Mine Wastes: Characterization, Treatment and Environmental Impacts, 2nd edition, Springer, Netherland, 2007.
  10. Leduc, M., Bachens, M., Smith, M. E., 1995. Design of the Lohan tailings dam, Mamut Copper Mining Sdn. Bhd., Malaysia. Minerals Engineering, Vol. 8, No. 6, pp. 705-712.
  11. Wills, B. A., Finch, J. A., Tailing Disposal, Chapter 16, In: Will's mineral processing technology, Elsevier, Amsterdam, 2016.
  12. Blowes, D.W., Ptacek, C.J., J. Jurjovec, 2003. Mill Tailings: Hydrogeology and Geochemistry. In: J.L. Jambor, D.W. Blowes, and A.I.M. Ritchie (Eds.), Environmental Aspects of Mine Wastes, Short Course Series Vol. 31, Mineralogical Association of Canada, pp. 95-116.
  13. van Zyl, D., 2014. A perspective of innovations in tailings management. In: Anderson, C., et al., (Eds.), Mineral Processing and Extractive Metallurgy: 100 years of Innovation. SME, Englewood, CO, USA, pp. 629637.
  14. Julien, M., Kissiova, M., 2011. Benefits and challenges of using tailings as foundation and construction material to increase capacity of tailings storage facilities. Proc. Symposium 2011 sur l’Environnement et les Mines, Rouyn-Noranda, Canada.
  15. Belem, T., Benzaazoua, M., 2008. Design and application of underground mine paste backfill technology. Geotechnical and Geological Engineering, Vol. 26 (2), 147174.
  16. Peyronnard, O., Benzaazoua, M., 2011. Estimation of the cementitious properties of various industrial by-products for applications requiring low mechanical strength. Resources, Conservation and Recycling, Vol. 56, No. 1, pp. 22-33.
  17. Li, W., Fall, M., 2016. Sulphate effect on the early age strength and self-desiccation of cemented paste backfill, Construction and Building Materials, Vol. 106, pp. 296–304.
  18. Aldhafeeri, Z., Fall, M., 2016. Time and damage induced changes in the chemical reactivity of cemented paste backfill, Journal of Environmental Chemical Engineering, Vol. 4, pp. 4038–4049
  19. Haiqiang, J., Fall, M., Cui, L., 2016. Yield stress of cemented paste backfill in sub-zero environments: Experimental results, Minerals Engineering, Vol. 92, pp. 141–150.
  20. Breitenbach, A.J., Vector Engineering Inc. Golden, Colorado USA, Backfilling Depleted Open Pit Mines with Lined Landfills, Tailings Impoundments, and Ore Heap Leach Pads for Reduced Closure Costs, GeoAmericas 2008 Conference in Cancun, Mexico “Geosynthetics in Mining Applications”.
  21. SRK Consulting, In-pit tailings disposal at Langer Heinrich – tailings storage facilities in a unique hydrogeological setting C Hore and D Luppnow, Tailings and Mine Waste Management for the 21st Century, 27–28 July 2015, Sydney, NSW.
  22. Park, J. H., Edraki, M., Baumgartl, T., 2016. A practical testing approach to predict the geochemical hazards of in-pit coal mine tailings and rejects, Catena, Article in press, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.catena.2015.10.027
  23. IIED, mining for the Future, Appendix A: Large Volume Waste Working Paper, Mining, Minerals and Sustainable Development, International Institute for Environment and Development (IIED), 2002.
  24. Leduc, M., Bachens, M., Smith, M.E., Tailings Co-disposal™ & sustainable development, Special Symposium on Environmental Sustainability, 2004, SME Annual Meeting, Denver, Co.
  25. Rico, M., Benito, G., Salgueiro, A. R., Diez-Herrero, A., Pereira, H.G., 2008. Reported tailings dam failures: A review of the European incidents in the worldwide context, Journal of Hazardous Materials, Vol. 152, pp. 846–852.
  26. Leduc, M., Smith, M. E., Tailings Co -Disposal™ Innovations for Cost Savings and Liability Reduction, The Latin America Mining Record, July/Aug. 2003.
  27. Gowan, M., Codisposal, Golder Associates, See information in:

http://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&cd=6&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjqzPuVhunPAhUjEpoKHSCwDc4QFgg8MAU&url=http%3A%2F%2Fwww.infomine.com%2Flibrary%2Fpublications%2Fdocs%2FCodisposalPresentation.ppt&usg=AFQjCNFprPqKKJxkQZ8P1jQ8lHO9algYlg

  1. Habte, K., Bocking, K., Codisposal practices in mine waste management, Golder Associates, Project No. 09-1373-1004, Technical Memorandum, Feb 2012.


 



1- استادیار گروه مهندسی معدن، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران. *(مسوول مکاتبات)

2- کارشناسی ارشد فرآوری مواد معدنی، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران.

[3]- Assistant Professor, Faculty of Mining Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran. *(Corresponding Author)

[4]- M.Sc. in Mineral processing, Faculty of Mining Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran.

[5]-Waste rock

[6]- Tailing

[7]- Spent ore

[8]- Acid Mine Drainage (AMD)

[9]- Codisposal

[10]- Upstream

[11]- Downstream

[12]- Centerline

[13]-Hydrolic fill

[14]- Rockfill

[15]-Cemented paste backfill

[16]-Binder

[17]-Binding agent

[18]-Potentially acid generating (PAG)

[19]-Massive sulphide

[20]-The average liquid limit

[21]- Plastic limit

[22]- Plasticity index

[23]-Moisture sensors connected to a data logger

[24]-Staff gauge

[25]-Settlement palte

[26]-Suction

  1. Jones, H., Boger, D.V., 2012. Sustainability and Waste Management in the Resource Industries. Industrial and Engineering Chemistry Research, Vol. 51, pp. 10057-10065.
  2. Lua, Z., Caib, M., 2012. Disposal methods on solid wastes from mines in transition from open-pit to underground mining, Procedia Environmental Sciences, Vol. 16, pp. 715 – 721.
  3. El-Salam, A. R. A., Mining tailing and managements, B.Sc. Thesis, Tanta University, 2012.
  4. Gowan, M., Lee, M., Williams, D. J., Co-disposal techniques that may mitigate risks associated with storage and management of potentially acid generating wastes. In: Andy Fourie and Richard Jewell, Proceedings of the First International Seminar on the Reduction of Risk in the Management of Tailings and Mine Waste (MINE WASTE 2010), 29 September - 1 October 2010, Perth, Australia.
  5. Myers, T.,2016. Acid mine drainage risks – A modeling approach to siting mine facilities in Northern Minnesota USA, Journal of Hydrology, Vol. 533, pp. 277–290.
  6. Erguler, Z.A.E., Erguler, G.K., 2015. The effect of particle size on acid mine drainage generation: Kinetic column tests, Minerals Engineering, Volume 76, p.p. 154–167
  7. Benzaazoua, M., Kongolo, M., 2003. Physico-chemical properties of tailing slurries during environmental desulphurization by froth flotation, International Journal of Mineral Processing, Volume 69, Issues 1–4, pp. 221–234.
  8. Magdalinovic1, N., Trumic1, M., Petkovic, Z., Rajic, V., 2004. Cyanide elimination from lead-zinc flotation, The European Journal of Mineral Processing and Environmental Protection, Vol. 4, No. 1, pp. 30-35.
  9. Lottermoser, B., Mine Wastes: Characterization, Treatment and Environmental Impacts, 2nd edition, Springer, Netherland, 2007.
  10. Leduc, M., Bachens, M., Smith, M. E., 1995. Design of the Lohan tailings dam, Mamut Copper Mining Sdn. Bhd., Malaysia. Minerals Engineering, Vol. 8, No. 6, pp. 705-712.
  11. Wills, B. A., Finch, J. A., Tailing Disposal, Chapter 16, In: Will's mineral processing technology, Elsevier, Amsterdam, 2016.
  12. Blowes, D.W., Ptacek, C.J., J. Jurjovec, 2003. Mill Tailings: Hydrogeology and Geochemistry. In: J.L. Jambor, D.W. Blowes, and A.I.M. Ritchie (Eds.), Environmental Aspects of Mine Wastes, Short Course Series Vol. 31, Mineralogical Association of Canada, pp. 95-116.
  13. van Zyl, D., 2014. A perspective of innovations in tailings management. In: Anderson, C., et al., (Eds.), Mineral Processing and Extractive Metallurgy: 100 years of Innovation. SME, Englewood, CO, USA, pp. 629637.
  14. Julien, M., Kissiova, M., 2011. Benefits and challenges of using tailings as foundation and construction material to increase capacity of tailings storage facilities. Proc. Symposium 2011 sur l’Environnement et les Mines, Rouyn-Noranda, Canada.
  15. Belem, T., Benzaazoua, M., 2008. Design and application of underground mine paste backfill technology. Geotechnical and Geological Engineering, Vol. 26 (2), 147174.
  16. Peyronnard, O., Benzaazoua, M., 2011. Estimation of the cementitious properties of various industrial by-products for applications requiring low mechanical strength. Resources, Conservation and Recycling, Vol. 56, No. 1, pp. 22-33.
  17. Li, W., Fall, M., 2016. Sulphate effect on the early age strength and self-desiccation of cemented paste backfill, Construction and Building Materials, Vol. 106, pp. 296–304.
  18. Aldhafeeri, Z., Fall, M., 2016. Time and damage induced changes in the chemical reactivity of cemented paste backfill, Journal of Environmental Chemical Engineering, Vol. 4, pp. 4038–4049
  19. Haiqiang, J., Fall, M., Cui, L., 2016. Yield stress of cemented paste backfill in sub-zero environments: Experimental results, Minerals Engineering, Vol. 92, pp. 141–150.
  20. Breitenbach, A.J., Vector Engineering Inc. Golden, Colorado USA, Backfilling Depleted Open Pit Mines with Lined Landfills, Tailings Impoundments, and Ore Heap Leach Pads for Reduced Closure Costs, GeoAmericas 2008 Conference in Cancun, Mexico “Geosynthetics in Mining Applications”.
  21. SRK Consulting, In-pit tailings disposal at Langer Heinrich – tailings storage facilities in a unique hydrogeological setting C Hore and D Luppnow, Tailings and Mine Waste Management for the 21st Century, 27–28 July 2015, Sydney, NSW.
  22. Park, J. H., Edraki, M., Baumgartl, T., 2016. A practical testing approach to predict the geochemical hazards of in-pit coal mine tailings and rejects, Catena, Article in press, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.catena.2015.10.027
  23. IIED, mining for the Future, Appendix A: Large Volume Waste Working Paper, Mining, Minerals and Sustainable Development, International Institute for Environment and Development (IIED), 2002.
  24. Leduc, M., Bachens, M., Smith, M.E., Tailings Co-disposal™ & sustainable development, Special Symposium on Environmental Sustainability, 2004, SME Annual Meeting, Denver, Co.
  25. Rico, M., Benito, G., Salgueiro, A. R., Diez-Herrero, A., Pereira, H.G., 2008. Reported tailings dam failures: A review of the European incidents in the worldwide context, Journal of Hazardous Materials, Vol. 152, pp. 846–852.
  26. Leduc, M., Smith, M. E., Tailings Co -Disposal™ Innovations for Cost Savings and Liability Reduction, The Latin America Mining Record, July/Aug. 2003.
  27. Gowan, M., Codisposal, Golder Associates, See information in:
http://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&cd=6&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjqzPuVhunPAhUjEpoKHSCwDc4QFgg8MAU&url=http%3A%2F%2Fwww.infomine.com%2Flibrary%2Fpublications%2Fdocs%2FCodisposalPresentation.ppt&usg=AFQjCNFprPqKKJxkQZ8P1jQ8lHO9algYlg

  1. Habte, K., Bocking, K., Codisposal practices in mine waste management, Golder Associates, Project No. 09-1373-1004, Technical Memorandum, Feb 2012.