فرهنگ
مدیر بازنشسته
فرآیندهای استخراج مقدار زیادی انرژی مصرف می کنند که 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 کردن مصرف آن را ایجاد می کند. ازسوی دیگر مشکلات 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 یکی از فلزات پر مصرف و استراتژیک 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 کرد. ولی در حال حاضر آلومینیوم از الکترولیز ملح مذاب اکسید آن ( آلومین ) بدست می آید. با وجود آنکه آلومینیوم سومین عنصر فراوان پوسته زمین ( پس از اکسیژن و سیلیسیوم) است و مقدار آن در پوسته زمین 8.8% است. ولی تنها منبع اقتصادی برای تولید اکسید آلومینیوم (Al2O3) ، سنگ معدنی به نام بوکسیت می باشد. بوکسیت یک کانی نبوده و مینرال های آن بوهمیت و ژیپست است. بوکسیت از نظر عیار 50 تا 60 درصد آلومینا(Al2O3) داردو مهمترین ناخالصی های آن Fe2O3, SiO2, Tio2 می باشند.
مراحل تولید آلومینیوم در روش الکتریکی عبارت اند از:
1- استخراج و آماده سازی بوکسیت :
این مرحله مثل سایر فلزات ، شامل خرد کردن ، آسیاب کردن و... است.
2- تولید Al2O3 خالص:
که شامل مراحل زیر است: لیچینگ گرم ، جدا کردن رسوب ها از محلول ، رسوب دادن Al(OH)3 از محلول و تکلیس Al(OH)3 و تولید پودر Al2O3
لیچینگ گرم: بوکسیت 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 کردن 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: که شامل سرد کردن محلول باقیمانده تا دمای 35، افزودن آب به محلول ، اضافه کردن پودر Al2O3 به عنوان جوانه زا، دادن زمان کافی
تکلیس Al(OH)3 و تولید پودر (Al2O3) : خلوص پودر نهایی 99 تا 99.5 درصد است.
3- استخراج الکتریکی آلومینیوم:
برای این منظور از روش الکترولیز موسوم به Hall- Heroult استفاده می شود. شکل زیر اجزای این دستگاه الکترولیز را نشان می دهد:
الکترولیت نمک مذاب شامل AlF3, NaF,Al2O3است. اگر آلومینیوم تولیدی ته نشین نمی شد. مقاومت الکترولیت را بالا می برد و مهمتر اینکه دوباره اکسید می شد و تلفات افزایش می یافت. سیستم طوری تنظیم می گرددکه به طور مداوم Al2O3 وارد محلول شود و درصد آن در محلول ثابت بماند. آند گرافیتی در اثر واکنش با اکسیژن اطرافش و Al2O3 موجود در محلول ، مصرف می گردد و باید جایگزین شود. فرآیند الکترولیز مداوم است و در نتیجه شارژ مواد اولیه نیز باید مداوم باشد. به طوری که همیشه یک لایه Al2O3 روی الکترولیت موجود باشد. خروج آلومینیوم بوسیله پمپ خلا صورت می گیرد.
اثرات زیست محیطی:
1- استخراج و آماده سازی بوکسیت :
مرحله اول عملیات اکتشاف است که ارتباط نزدیکی بین حوزه های آب زیر زمینی ، ذخایر خاکی با مراحل مختلف معدن کاری وجود دارد. عملیات اکتشاف شامل بررسی های هیدرولیکی و عملیات اکتشافی است. که به اختصار آلودگی های زیستمحیطی در این مرحله عبارت اند از:
- تست های ردیاب : از خطرات این روش وارد شدن مواد ردیاب و رادیواکتیو در منطقه است
- تست های پمپاژ بلند مدت: در این روش پایین بودن سطح آب های زیرزمینی در مجاورت یک چاه باعث خسارت موقتی به چاه کناری می شود.
– تست های تزریق: تغییر موقتی رژیم آب های زیرزمینی و مشکل همساز بودن آب تزریقی با محیط زیست منطقه از تأثیرات این روش است.
– چاه های عمودی و تو نل ها : این روش باعث زهکشی و رسوخ آب به لایه های داخلی می شود .
– عملیات تخلیه: از تأثیرات این روش می توان به مشکلات 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 که باعث آلودگی آب می شود، اشاره کرد .
- حفاری : از تأثیرات این روش می توان به مشکلات صوتی ناشی از حفاری به صورت اختلال در زندگی انسانی و حیوانی ، ایجاد آلودگی در آب های زیرزمینی در صورت حفر چاه نزدیک محل حفاری، بالا آمدن سطح نمک در خاک ، کاهش کیفیت منابع بکر،
- کاواک های آزمایشی: از تأثیرات این روش می توان اثرات ناشی از برداشت خاک و آسیب به پوشش گیاهی منطقه را ذکر کرد.
مرحله بعد استخراج سنگ معدن است که تاثیرات محیطی زیادی دارد . اما در کل ، ضربه اصلی در از بین بردن پوشش های گیاهی وارد می شود. روبرداری بی رویه یا مدریت غلط منجر به کم شدن زیستگاه های حیوانات و گیاهان می گرددو توسعه جنگل ها و زراعت و .. را مشکل 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 خاک پوشش و محافظ نداشته باشد فرسایش خاک زیاد شده ، شرایط آب و هوایی تغییر کرده ، گرد و غبار در هوا زیاد شده و نیاز به تصویه آب بوجود می آید. معدن روباز مناظر بدی از لحاظ بصری ایجاد میکنند. همچنین می توان سر و صدای ماشین ها و صدای انفجار که موجب آلودگی شدید صوتی می شود را به مجموعه عوامل فوق اضافه کرد.
2- تولید Al2O3 خالص:
در تهیه و پالایش سنگ معدن مقدار آلودگی ایجاد شده بستگی به روش بکار برده شده ، میزان خلوص و کیفیت سنگ معدن دارد. خطر اصلی در این مرحله باقی مانده بوکسیت ، یعنی گل سرخ است، که دارای خاصیت قلیایی بوده و از کارخانه 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 که ممکن است این آب وارد چرخه صنعت ،خانگی و یا کشاورزی شود.
- کاهش زمین های مناسب برای کشاورزی
- آلودگی مناطق خشک و ایجاد مناظر زشت
نوع دیگری از آلودگی ها که در حین خرد کردن ، تکلیس و انبار داری بوجود می آید ، آلودگی هوا ( غبار و گازهای سمی) است. این آلودگی ها شامل بوکسیت ، آهک ، ذرات آلومینیوم ، SO2 ، NO2 ، ذرات بوکسیت کم عیار و ذرات معلق پنتا اکسید وانادیم است. مقدار SO2بستگی به نوع سوخت مصرف شده و همچنین نوع دستگاه های مصرف کننده 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 که قبل از هر اقدامی باید این مواد تحت پروسه های بازیابی و تصفیه قرار گیرند. محلول های آبی دور ریز ممکن است شامل فلزات سنگین باشند هرچند ممکن است قیمت این اجزا در محلول های دور ریز کم 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 کاری نیز می تواند برای کارگران بشدت خطرناک باشد. زمانی که کارگران با مواد خورنده چون اسید و سود سروکار دارندو دوروبر آنها آلودگی شدید صوتی به همراه ذرات غبار و مواد سمی وجود دارد.
3- استخراج الکتریکی آلومینیوم:
مهمترین مشکل زیست محیطی در این بخش نشر و پخش فلورید است. که تاثیرات مخربی روی سلامتی افرادی که مشغول به کار هستند دارد( منجر به مسمومیت فلوریدی و اختلالات استخوانی می شود) بخارات و ذرات فلورین از مذاب کریولیت نشت می کنند این بخارات در گاز خروجی از آند هم یافت می شوند. همچنین بخارات SO2 ( اگر اند شامل ترکیبات 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 اکسید نیتروژن را نیز می توان به قسمت های قبل اضافه کرد.
مشکلات دیگر این قسمت عبارت اند از : آلودگی آب ، زباله ها ، سر وصدا ، گرما
آلودگی آب زمانی است که سیستم تمیزکاری آبی( پاشش آب) برای تمیز کردن بخارات سلول ها بکار رود. این آب شامل فلورید و ذرات معلق جامد مثل آلومینا و کربن است که نیاز به تصفیه قبل از تخلیه دارد . مشکل دیگر زباله های جامد است که شامل محفظه های از بین رفته می باشد( سلول ها هر 4-5 سال نیاز به تعویض دارند.) که قبل از قرار دهی آنها در هوای آزاد و یا انبار باید از مواد سمی و فلوئور دار تصفیه گردند. همچنین داخل کوره ذوب پسماندهایی تولید می شود که می تواند تولید ذرات ناپایدار یا گازهایی مثل آمونیاک کند. سروصدا و گرما در قسمت کوره شرایط سختی را بوجود می آورد که روی سلامتی کارگران تاثیر می گذارد.
آلودگی غیر مستقیم دیگر مصرف بسیار بالای الکتریسیته است . که باید کارخانه در نزدیکی نیروگاه تاسیس شود. که تاسیس نیروگاه های سوخت فسیلی نیز آلودگی های مختص به خود را دارد.
http://mhmetall.persianblog.ir/post/156
آلومینیوم یکی از فلزات پر مصرف و استراتژیک 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 کرد. ولی در حال حاضر آلومینیوم از الکترولیز ملح مذاب اکسید آن ( آلومین ) بدست می آید. با وجود آنکه آلومینیوم سومین عنصر فراوان پوسته زمین ( پس از اکسیژن و سیلیسیوم) است و مقدار آن در پوسته زمین 8.8% است. ولی تنها منبع اقتصادی برای تولید اکسید آلومینیوم (Al2O3) ، سنگ معدنی به نام بوکسیت می باشد. بوکسیت یک کانی نبوده و مینرال های آن بوهمیت و ژیپست است. بوکسیت از نظر عیار 50 تا 60 درصد آلومینا(Al2O3) داردو مهمترین ناخالصی های آن Fe2O3, SiO2, Tio2 می باشند.
مراحل تولید آلومینیوم در روش الکتریکی عبارت اند از:
1- استخراج و آماده سازی بوکسیت :
این مرحله مثل سایر فلزات ، شامل خرد کردن ، آسیاب کردن و... است.
2- تولید Al2O3 خالص:
که شامل مراحل زیر است: لیچینگ گرم ، جدا کردن رسوب ها از محلول ، رسوب دادن Al(OH)3 از محلول و تکلیس Al(OH)3 و تولید پودر Al2O3
لیچینگ گرم: بوکسیت 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 کردن 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: که شامل سرد کردن محلول باقیمانده تا دمای 35، افزودن آب به محلول ، اضافه کردن پودر Al2O3 به عنوان جوانه زا، دادن زمان کافی
تکلیس Al(OH)3 و تولید پودر (Al2O3) : خلوص پودر نهایی 99 تا 99.5 درصد است.
3- استخراج الکتریکی آلومینیوم:
برای این منظور از روش الکترولیز موسوم به Hall- Heroult استفاده می شود. شکل زیر اجزای این دستگاه الکترولیز را نشان می دهد:
الکترولیت نمک مذاب شامل AlF3, NaF,Al2O3است. اگر آلومینیوم تولیدی ته نشین نمی شد. مقاومت الکترولیت را بالا می برد و مهمتر اینکه دوباره اکسید می شد و تلفات افزایش می یافت. سیستم طوری تنظیم می گرددکه به طور مداوم Al2O3 وارد محلول شود و درصد آن در محلول ثابت بماند. آند گرافیتی در اثر واکنش با اکسیژن اطرافش و Al2O3 موجود در محلول ، مصرف می گردد و باید جایگزین شود. فرآیند الکترولیز مداوم است و در نتیجه شارژ مواد اولیه نیز باید مداوم باشد. به طوری که همیشه یک لایه Al2O3 روی الکترولیت موجود باشد. خروج آلومینیوم بوسیله پمپ خلا صورت می گیرد.
اثرات زیست محیطی:
1- استخراج و آماده سازی بوکسیت :
مرحله اول عملیات اکتشاف است که ارتباط نزدیکی بین حوزه های آب زیر زمینی ، ذخایر خاکی با مراحل مختلف معدن کاری وجود دارد. عملیات اکتشاف شامل بررسی های هیدرولیکی و عملیات اکتشافی است. که به اختصار آلودگی های زیستمحیطی در این مرحله عبارت اند از:
- تست های ردیاب : از خطرات این روش وارد شدن مواد ردیاب و رادیواکتیو در منطقه است
- تست های پمپاژ بلند مدت: در این روش پایین بودن سطح آب های زیرزمینی در مجاورت یک چاه باعث خسارت موقتی به چاه کناری می شود.
– تست های تزریق: تغییر موقتی رژیم آب های زیرزمینی و مشکل همساز بودن آب تزریقی با محیط زیست منطقه از تأثیرات این روش است.
– چاه های عمودی و تو نل ها : این روش باعث زهکشی و رسوخ آب به لایه های داخلی می شود .
– عملیات تخلیه: از تأثیرات این روش می توان به مشکلات 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 که باعث آلودگی آب می شود، اشاره کرد .
- حفاری : از تأثیرات این روش می توان به مشکلات صوتی ناشی از حفاری به صورت اختلال در زندگی انسانی و حیوانی ، ایجاد آلودگی در آب های زیرزمینی در صورت حفر چاه نزدیک محل حفاری، بالا آمدن سطح نمک در خاک ، کاهش کیفیت منابع بکر،
- کاواک های آزمایشی: از تأثیرات این روش می توان اثرات ناشی از برداشت خاک و آسیب به پوشش گیاهی منطقه را ذکر کرد.
مرحله بعد استخراج سنگ معدن است که تاثیرات محیطی زیادی دارد . اما در کل ، ضربه اصلی در از بین بردن پوشش های گیاهی وارد می شود. روبرداری بی رویه یا مدریت غلط منجر به کم شدن زیستگاه های حیوانات و گیاهان می گرددو توسعه جنگل ها و زراعت و .. را مشکل 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 خاک پوشش و محافظ نداشته باشد فرسایش خاک زیاد شده ، شرایط آب و هوایی تغییر کرده ، گرد و غبار در هوا زیاد شده و نیاز به تصویه آب بوجود می آید. معدن روباز مناظر بدی از لحاظ بصری ایجاد میکنند. همچنین می توان سر و صدای ماشین ها و صدای انفجار که موجب آلودگی شدید صوتی می شود را به مجموعه عوامل فوق اضافه کرد.
2- تولید Al2O3 خالص:
در تهیه و پالایش سنگ معدن مقدار آلودگی ایجاد شده بستگی به روش بکار برده شده ، میزان خلوص و کیفیت سنگ معدن دارد. خطر اصلی در این مرحله باقی مانده بوکسیت ، یعنی گل سرخ است، که دارای خاصیت قلیایی بوده و از کارخانه 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 که ممکن است این آب وارد چرخه صنعت ،خانگی و یا کشاورزی شود.
- کاهش زمین های مناسب برای کشاورزی
- آلودگی مناطق خشک و ایجاد مناظر زشت
نوع دیگری از آلودگی ها که در حین خرد کردن ، تکلیس و انبار داری بوجود می آید ، آلودگی هوا ( غبار و گازهای سمی) است. این آلودگی ها شامل بوکسیت ، آهک ، ذرات آلومینیوم ، SO2 ، NO2 ، ذرات بوکسیت کم عیار و ذرات معلق پنتا اکسید وانادیم است. مقدار SO2بستگی به نوع سوخت مصرف شده و همچنین نوع دستگاه های مصرف کننده 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 که قبل از هر اقدامی باید این مواد تحت پروسه های بازیابی و تصفیه قرار گیرند. محلول های آبی دور ریز ممکن است شامل فلزات سنگین باشند هرچند ممکن است قیمت این اجزا در محلول های دور ریز کم 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 کاری نیز می تواند برای کارگران بشدت خطرناک باشد. زمانی که کارگران با مواد خورنده چون اسید و سود سروکار دارندو دوروبر آنها آلودگی شدید صوتی به همراه ذرات غبار و مواد سمی وجود دارد.
3- استخراج الکتریکی آلومینیوم:
مهمترین مشکل زیست محیطی در این بخش نشر و پخش فلورید است. که تاثیرات مخربی روی سلامتی افرادی که مشغول به کار هستند دارد( منجر به مسمومیت فلوریدی و اختلالات استخوانی می شود) بخارات و ذرات فلورین از مذاب کریولیت نشت می کنند این بخارات در گاز خروجی از آند هم یافت می شوند. همچنین بخارات SO2 ( اگر اند شامل ترکیبات 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 اکسید نیتروژن را نیز می توان به قسمت های قبل اضافه کرد.
مشکلات دیگر این قسمت عبارت اند از : آلودگی آب ، زباله ها ، سر وصدا ، گرما
آلودگی آب زمانی است که سیستم تمیزکاری آبی( پاشش آب) برای تمیز کردن بخارات سلول ها بکار رود. این آب شامل فلورید و ذرات معلق جامد مثل آلومینا و کربن است که نیاز به تصفیه قبل از تخلیه دارد . مشکل دیگر زباله های جامد است که شامل محفظه های از بین رفته می باشد( سلول ها هر 4-5 سال نیاز به تعویض دارند.) که قبل از قرار دهی آنها در هوای آزاد و یا انبار باید از مواد سمی و فلوئور دار تصفیه گردند. همچنین داخل کوره ذوب پسماندهایی تولید می شود که می تواند تولید ذرات ناپایدار یا گازهایی مثل آمونیاک کند. سروصدا و گرما در قسمت کوره شرایط سختی را بوجود می آورد که روی سلامتی کارگران تاثیر می گذارد.
آلودگی غیر مستقیم دیگر مصرف بسیار بالای الکتریسیته است . که باید کارخانه در نزدیکی نیروگاه تاسیس شود. که تاسیس نیروگاه های سوخت فسیلی نیز آلودگی های مختص به خود را دارد.
http://mhmetall.persianblog.ir/post/156
