اثرات زیست محیطی استخراج آلومینیومفرآیندهای استخراج مقدار زیادی انرژی مصرف می كنند كه اغلب از احتراق سوخت های فسیلی تامین می گردد. این سوخت ها تجدید ناپذیر بوده و محدودیت های تولید و مصرف آن در فرآیندهای مورد نظر ، ضرورت های حیاتی و گریز ناپذیر ، بهینه كردن مصرف آن را ایجاد می كند. ازسوی دیگر مشكلات ناشی از آلوده سازی محیط ، رعایت مسائل زیست محیطی و شرایط و تعهدات بین المللی لازم می باشد. مصرف بی رویه سوخت های فسیلی و عدم رعایت استانداردهای جهانی می تواند عرصه زندگی را برای انسان این عصر هرچه بیشتر تنگ نماید. به همین منظور در این مقاله ابتدا فرآیند استخراج آلومینیوم به اختصار بیان شده و بعد الودگی و مسائل زیست محیطی مرتبط با این فرآیند مورد بحث قرار می گیرد.
آلومینیوم یكی از فلزات پر مصرف و استراتژیك می باشد. این فلز پس از آهن با تولیدی در حدود 17 ملیون تن در سال بالاترین تولید جهانی فلزات را دارد. روش های تولید آلومینیوم را می توان در پنج روش مختلف گنجاند و بررسی كرد. ولی در حال حاضر آلومینیوم از الكترولیز ملح مذاب اكسید آن ( آلومین ) بدست می آید. با وجود آنكه آلومینیوم سومین عنصر فراوان پوسته زمین ( پس از اكسیژن و سیلیسیوم) است و مقدار آن در پوسته زمین 8.8% است. ولی تنها منبع اقتصادی برای تولید اكسید آلومینیوم (Al2O3) ، سنگ معدنی به نام بوكسیت می باشد. بوكسیت یك كانی نبوده و مینرال های آن بوهمیت و ژیپست است. بوكسیت از نظر عیار 50 تا 60 درصد آلومینا(Al2O3) داردو مهمترین ناخالصی های آن Fe2O3, SiO2, Tio2 می باشند.
مراحل تولید آلومینیوم در روش الكتریكی عبارت اند از:
1- استخراج و آماده سازی بوكسیت :
این مرحله مثل سایر فلزات ، شامل خرد كردن ، آسیاب كردن و... است.
2- تولید Al2O3 خالص:
كه شامل مراحل زیر است: لیچینگ گرم ، جدا كردن رسوب ها از محلول ، رسوب دادن Al(OH)3 از محلول و تكلیس Al(OH)3 و تولید پودر Al2O3
لیچینگ گرم: بوكسیت نرم شده وارد سود غلیظ می شود و در دمای بین 180 تا 220 و فشار بین 4 تا 25 اتمسفر آلومینات سدیم تولید می شود( NaAlO2 )
جدا كردن رسوب ها از محلول : به روش Settling( ته نشین شدن به علت آرام بودن سیال) عمده رسوب های ته نشین شده ، جدا می گردند . سپس محلول با آب داغ شسته شده ، با افزودن نشاسته به آن ----- می شود. به رسوبات باقیمانده گل سرخ Red Mud گفته می شود.
رسوب دادن Al(OH)3 از محلول: كه شامل سرد كردن محلول باقیمانده تا دمای 35، افزودن آب به محلول ، اضافه كردن پودر Al2O3 به عنوان جوانه زا، دادن زمان كافی
تكلیس Al(OH)3 و تولید پودر (Al2O3) : خلوص پودر نهایی 99 تا 99.5 درصد است.
3- استخراج الكتریكی آلومینیوم:
برای این منظور از روش الكترولیز موسوم به Hall- Heroult استفاده می شود. شكل زیر اجزای این دستگاه الكترولیز را نشان می دهد:
الكترولیت نمك مذاب شامل AlF3, NaF,Al2O3است. اگر آلومینیوم تولیدی ته نشین نمی شد. مقاومت الكترولیت را بالا می برد و مهمتر اینكه دوباره اكسید می شد و تلفات افزایش می یافت. سیستم طوری تنظیم می گرددكه به طور مداوم Al2O3 وارد محلول شود و درصد آن در محلول ثابت بماند. آند گرافیتی در اثر واكنش با اكسیژن اطرافش و Al2O3 موجود در محلول ، مصرف می گردد و باید جایگزین شود. فرآیند الكترولیز مداوم است و در نتیجه شارژ مواد اولیه نیز باید مداوم باشد. به طوری كه همیشه یك لایه Al2O3 روی الكترولیت موجود باشد. خروج آلومینیوم بوسیله پمپ خلا صورت می گیرد.
اثرات زیست محیطی:1- استخراج و آماده سازی بوكسیت :
مرحله اول عملیات اكتشاف است كه ارتباط نزدیكی بین حوزه های آب زیر زمینی ، ذخایر خاكی با مراحل مختلف معدن كاری وجود دارد. عملیات اكتشاف شامل بررسی های هیدرولیكی و عملیات اكتشافی است. كه به اختصار آلودگی های زیستمحیطی در این مرحله عبارت اند از:
- تست های ردیاب : از خطرات این روش وارد شدن مواد ردیاب و رادیواكتیو در منطقه است
- تست های پمپاژ بلند مدت: در این روش پایین بودن سطح آب های زیرزمینی در مجاورت یك چاه باعث خسارت موقتی به چاه كناری می شود.
– تست های تزریق: تغییر موقتی رژیم آب های زیرزمینی و مشكل همساز بودن آب تزریقی با محیط زیست منطقه از تأثیرات این روش است.
– چاه های عمودی و تو نل ها : این روش باعث زهكشی و رسوخ آب به لایه های داخلی می شود .
– عملیات تخلیه: از تأثیرات این روش می توان به مشكلات ناشی از پسماند فلاشینگ و ذخیره سازی مواد حفاری در چال های آزمایشی و تونل ها، فرسایش مواد توسط باد، رسوب و نشست مواد به داخل منابع آب كه باعث آلودگی آب می شود، اشاره كرد .
- حفاری : از تأثیرات این روش می توان به مشكلات صوتی ناشی از حفاری به صورت اختلال در زندگی انسانی و حیوانی ، ایجاد آلودگی در آب های زیرزمینی در صورت حفر چاه نزدیك محل حفاری، بالا آمدن سطح نمك در خاك ، كاهش كیفیت منابع بكر،
- كاواك های آزمایشی: از تأثیرات این روش می توان اثرات ناشی از برداشت خاك و آسیب به پوشش گیاهی منطقه را ذكر كرد.
مرحله بعد استخراج سنگ معدن است كه تاثیرات محیطی زیادی دارد . اما در كل ، ضربه اصلی در از بین بردن پوشش های گیاهی وارد می شود. روبرداری بی رویه یا مدریت غلط منجر به كم شدن زیستگاه های حیوانات و گیاهان می گرددو توسعه جنگل ها و زراعت و .. را مشكل می سازد. همچنین استخراج معدن روی آب های محلی و هوا تاثیر می گذارد. به طور مثال ، با برداشتن لایه های روی زمین ، آب های سطحی می توانند آلوده ، اسیدی و گل آلود شوند. فرسایش در ناحیه معدن به سرعت صورت می گیرد. اگر خاك پوشش و محافظ نداشته باشد فرسایش خاك زیاد شده ، شرایط آب و هوایی تغییر كرده ، گرد و غبار در هوا زیاد شده و نیاز به تصویه آب بوجود می آید. معدن روباز مناظر بدی از لحاظ بصری ایجاد میكنند. همچنین می توان سر و صدای ماشین ها و صدای انفجار كه موجب آلودگی شدید صوتی می شود را به مجموعه عوامل فوق اضافه كرد.
2- تولید Al2O3 خالص:
در تهیه و پالایش سنگ معدن مقدار آلودگی ایجاد شده بستگی به روش بكار برده شده ، میزان خلوص و كیفیت سنگ معدن دارد. خطر اصلی در این مرحله باقی مانده بوكسیت ، یعنی گل سرخ است، كه دارای خاصیت قلیایی بوده و از كارخانه آلومینیوم سازی خارج می شود. این ماده روی زمین رها شده و یا در دریا ریخته می شود و یا در جاهای خاصی پلمپ می شود. این گلاب و خروجی دارای تاثیرات زیر است:
- نشت قلیا به درون آب های زیرزمینی كه ممكن است این آب وارد چرخه صنعت ،خانگی و یا كشاورزی شود.
- كاهش زمین های مناسب برای كشاورزی
- آلودگی مناطق خشك و ایجاد مناظر زشت
نوع دیگری از آلودگی ها كه در حین خرد كردن ، تكلیس و انبار داری بوجود می آید ، آلودگی هوا ( غبار و گازهای سمی) است. این آلودگی ها شامل بوكسیت ، آهك ، ذرات آلومینیوم ، SO2 ، NO2 ، ذرات بوكسیت كم عیار و ذرات معلق پنتا اكسید وانادیم است. مقدار SO2بستگی به نوع سوخت مصرف شده و همچنین نوع دستگاه های مصرف كننده و سرویس بودن آنها دارد. گازهای تولید شده جمع آوری نمی شوند و موجب تاثیرات محیطی ، اثر گلخانه ای و بوجود آمدن باران اسیدی خواهند شد. در فرآیندهای هیدرومتالوژی به طور حتم مایعات دور ریز و مواد جامد ناخواسته داریم كه قبل از هر اقدامی باید این مواد تحت پروسه های بازیابی و تصفیه قرار گیرند. محلول های آبی دور ریز ممكن است شامل فلزات سنگین باشند هرچند ممكن است قیمت این اجزا در محلول های دور ریز كم بوده باشد اما این عناصر می توانند در زنجیره غذایی حیوانات وارد شده و با مصرف اغذیه آلوده ؛ به سلامت اندام های بدن آسیب رسانند.
محیط كاری نیز می تواند برای كارگران بشدت خطرناك باشد. زمانی كه كارگران با مواد خورنده چون اسید و سود سروكار دارندو دوروبر آنها آلودگی شدید صوتی به همراه ذرات غبار و مواد سمی وجود دارد.
3- استخراج الكتریكی آلومینیوم:
مهمترین مشكل زیست محیطی در این بخش نشر و پخش فلورید است. كه تاثیرات مخربی روی سلامتی افرادی كه مشغول به كار هستند دارد( منجر به مسمومیت فلوریدی و اختلالات استخوانی می شود) بخارات و ذرات فلورین از مذاب كریولیت نشت می كنند این بخارات در گاز خروجی از آند هم یافت می شوند. همچنین بخارات SO2 ( اگر اند شامل تركیبات گوگرد باشد) و بخارات قطران نیز از آند متصاعد می شود. این بخارات در حین پخت آند نیز ظاهر می گردد. خارج شدن ذرات غبار و دی اكسید نیتروژن را نیز می توان به قسمت های قبل اضافه كرد.
مشكلات دیگر این قسمت عبارت اند از : آلودگی آب ، زباله ها ، سر وصدا ، گرما
آلودگی آب زمانی است كه سیستم تمیزكاری آبی( پاشش آب) برای تمیز كردن بخارات سلول ها بكار رود. این آب شامل فلورید و ذرات معلق جامد مثل آلومینا و كربن است كه نیاز به تصفیه قبل از تخلیه دارد . مشكل دیگر زباله های جامد است كه شامل محفظه های از بین رفته می باشد( سلول ها هر 4-5 سال نیاز به تعویض دارند.) كه قبل از قرار دهی آنها در هوای آزاد و یا انبار باید از مواد سمی و فلوئور دار تصفیه گردند. همچنین داخل كوره ذوب پسماندهایی تولید می شود كه می تواند تولید ذرات ناپایدار یا گازهایی مثل آمونیاك كند. سروصدا و گرما در قسمت كوره شرایط سختی را بوجود می آورد كه روی سلامتی كارگران تاثیر می گذارد.
آلودگی غیر مستقیم دیگر مصرف بسیار بالای الكتریسیته است . كه باید كارخانه در نزدیكی نیروگاه تاسیس شود. كه تاسیس نیروگاه های سوخت فسیلی نیز آلودگی های مختص به خود را دارد.
منابع:
- كتاب مواد، انتشارات اركان اصفهان، چاپ سوم زمستان 81
- فناوری میكروبی در متالورژی . نویسندگان : دكتر رامز وقار، دكتر منوچهر اولیا زاده و دكتر محمد رضا وقار. ناشر دانشگاه صنایع و معادن ایران
