ارزیابی پتانسیل تولید زهاب اسیدی باطله‌های کارخانه فرآوری مجتمع سنگ آهن سنگان

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی معدن، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، خراسان جنوبی، ایران٭ (مسوول مکاتبات)

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

10.22034/jest.2018.18007.2685

چکیده

زمینه و هدف: زهاب اسیدی معدن مهم­ترین مشکل محیط­زیستی ایجاد شده در اثر فرآیندهای معدن­کاری است. زهاب اسیدی به­ واسطه اکسیداسیون کانی­های سولفیدی موجود در باطله­های معدنی در نتیجه تماس آن­ها با آب و اکسیژن ایجاد می­شود. کارخانه فرآوری سنگان سالیانه 6/2 میلیون تن کنسانتره با عیار آهن بیشتر از 66% تولید می­نماید. در طی این عمل­آوری سالیانه در حدود 3/1 میلیون تن باطله با عیار گوگرد در حدود 4% تولید می­شود که به سد باطله ریخته می­شود. حضور کانی­های سولفیدی به همراه آب و اکسیژن در سد ­باطله می­تواند زهاب اسیدی تولید نماید. هدف از انجام این تحقیق بررسی پتانسیل تولید زهاب اسیدی باطله کارخانه است.
روش بررسی: به منظور پیش­بینی قابلیت تولید زهاب اسیدی، از باطله کلی (به عبارتی مخلوط جریان­های مختلف باطله کارخانه) و همچنین به طور جداگانه از جریان­های مختلف باطله کارخانه نمونه­برداری شد. سپس پتانسیل تولید زهاب اسیدی نمونه­ها به روش تست استاتیکی اسید باز اصلاحی تعیین گردید.
یافته­ها: نتایج نشان داد که نسبت پتانسیل خنثی­سازی به پتانسیل تولید اسید باطله نهایی ورودی به سد باطله برابر با 04/2 است.
نتیجه­گیری: این تحقیق نشان داد که باطله کارخانه فرآوری سنگ آهن سنگان در محدوده نامشخص به لحاظ تولید اسید قرار دارد. بنابراین باید آزمایشات سینتیکی تکمیلی به منظور اطمینان یافتن از عدم تشکیل زهاب اسیدی به انجام رسد.  

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 

 

 

                                                             

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهبیست و یکم، شماره ده، دی ماه 98

ارزیابی پتانسیل تولید زهاب اسیدی باطله­های کارخانه فرآوری

 مجتمع سنگ آهن سنگان

 

علی بهنام­فرد[1]٭

behnamfard@birjand.ac.ir

اسماعیل خفاجه[2]

 رسول علایی[3]

تاریخ دریافت: 05/03/95

تاریخ پذیرش: 03/09/95

چکیده

زمینه و هدف: زهاب اسیدی معدن مهم­ترین مشکل محیط­زیستی ایجاد شده در اثر فرآیندهای معدن­کاری است. زهاب اسیدی به­ واسطه اکسیداسیون کانی­های سولفیدی موجود در باطله­های معدنی در نتیجه تماس آن­ها با آب و اکسیژن ایجاد می­شود. کارخانه فرآوری سنگان سالیانه 6/2 میلیون تن کنسانتره با عیار آهن بیشتر از 66% تولید می­نماید. در طی این عمل­آوری سالیانه در حدود 3/1 میلیون تن باطله با عیار گوگرد در حدود 4% تولید می­شود که به سد باطله ریخته می­شود. حضور کانی­های سولفیدی به همراه آب و اکسیژن در سد ­باطله می­تواند زهاب اسیدی تولید نماید. هدف از انجام این تحقیق بررسی پتانسیل تولید زهاب اسیدی باطله کارخانه است.

روش بررسی: به منظور پیش­بینی قابلیت تولید زهاب اسیدی، از باطله کلی (به عبارتی مخلوط جریان­های مختلف باطله کارخانه) و همچنین به طور جداگانه از جریان­های مختلف باطله کارخانه نمونه­برداری شد. سپس پتانسیل تولید زهاب اسیدی نمونه­ها به روش تست استاتیکی اسید باز اصلاحی تعیین گردید.

یافته­ها: نتایج نشان داد که نسبت پتانسیل خنثی­سازی به پتانسیل تولید اسید باطله نهایی ورودی به سد باطله برابر با 04/2 است.

نتیجه­گیری: این تحقیق نشان داد که باطله کارخانه فرآوری سنگ آهن سنگان در محدوده نامشخص به لحاظ تولید اسید قرار دارد. بنابراین باید آزمایشات سینتیکی تکمیلی به منظور اطمینان یافتن از عدم تشکیل زهاب اسیدی به انجام رسد.  

واژه های کلیدی: مجتمع سنگ آهن سنگان، باطله، زهاب اسیدی، ﺁﺯﻣﺎﻳﺶ محاسبه اسید باز ﺍﺻﻼحی


 

 

J. Env. Sci. Tech., Vol 21, No.10,December, 2019

 

 

 

 


Assessment of the Acid Mine Drainage Potential of Processing Plant Tailings at the Sangan Iron Ore Complex

 

Ali Behnamfard[4]٭

behnamfard@birjand.ac.ir

Esmail Khaphaje[5]

Rasool Alaei[6]

Accepted: 2016.11.13

Received:2016.05.25

Abstract

Background and Objective: Acid mine drainage (AMD) is the most significant environmental pollution problem associated with the mining activities. AMD is caused by the oxidation of sulfide minerals in the mine tailings that occurs when these materials are exposed to atmospheric oxygen and water. Sangan processing plant annually produces 2.6 million tons of concentrate with iron content more than 66%. During this beneficiation approximately 1.3 Mt/a of tailing material containing 4% sulfur is produced and discarded to the tailings dam. The presence of sulfide minerals associated with water and oxygen in the tailing dam can generates AMD. The aim of this research is to evaluate the acid generation potential of the tailing material.  

Method: In order to predict the acid generation potential of the tailing material, samples were taken from the final tailing (i.e., the mixture of various tailing streams of the plant) and also separately from various tailing streams of the plant. Afterwards, the acid generation potential of the samples was determined by modified acid base accounting static tests.

Results: The results indicated that the ratio of neutralization potential to acid potential for the final tailing is 2.04.

Conclusion: This research showed that the tailing of Sangan iron ore processing plant is in the zone of uncertainty. Hence, additional kinetic testing must be performed for obtaining certainty about acid generation potential.

Keywords: Sangan Iron Ore Complex, Tailing, Acid Mine Drainage, Modified Acid Base Accounting test


 

مقدمه

 

کانی­های سولفیدی از قبیل پیریت، کالکوپیریت، پیروتیت و آرسنوپیریت هنگامی­که در معرض هوا و آب قرار ­گیرند می­توانند تولید زهاب اسیدی نمایند (1،2). این پدیده به زهاب اسیدی معدن[7] (AMD) مشهور است و به واسطه اسیدیته بالا، غلظت بالای یون سولفات و فلزات سنگین موجود در آن نگرانی­های محیط­زیستی و سلامت عمومی زیادی را ایجاد کرده است (3،4). براساس گزارش سازمان محیط زیست آمریکا، AMD اساسی­ترین مشکل ­محیط ­زیستی ایجاد شده به واسطه فعالیت­های معدن­کاری است (3،4).

روش­های کنترل و مدیریت زهاب اسیدی معدن عمدتاً به دو گروه روش­های جلوگیری از تشکیل و روش­های خنثی­سازی تقسیم می­شوند (5-7). پیش­بینی و پیش­گیری از تشکیل زهاب اسیدی بهترین طرح مدیریتی است که می­تواند محیط­زیست و سلامتی بشر را در برابر AMD حفظ نماید (8-11). در روش­های جلوگیری از تشکیل زهاب اسیدی ابتدا باید قابلیت یک نمونه باطله معدنی برای تولید زهاب اسیدی و ظرفیت آن برای خنثی­سازی زهاب اسیدی تعیین شود (8).

سنگ­های روباره و باطله­ فرآوری معادن زغال­سنگ و سولفید فلزی از جمله مس، مولیبدن، سرب و روی محتوی کانی­های سولفید فلزی بوده و بنابراین قابلیت تولید زهاب اسیدی را دارند (9-11). پیریت و سایر سولفیدهای آهن­ معمولاً به عنوان کانی­های فرعی در کانسنگ­های آهن نیز حضور دارند. با توجه به این­که گوگرد عنصر مزاحم در کنسانتره آهن محسوب می­شود سعی می­شود در طی مراحل فرآوری تمامی گوگرد موجود در سنگ معدن آهن به باطله انتقال یابد. با توجه به این موضوع، عیار گوگرد باطله نسبت به خوراک در کارخانه­های فرآوری سنگ آهن افزایش قابل توجهی می­یابد. بنابراین، باطله­های کارخانه­های فرآوری سنگ آهن نیز می­توانند پتانسیل
 تولید زهاب اسیدی را داشته باشند. با توجه به این­که بررسی پتانسیل تولید زهاب اسیدی باطله­ کارخانه فرآوری سنگ آهن تاکنون انجام نگرفته است در این تحقیق، پیش­بینی قابلیت تولید زهاب اسیدی باطله­های کارخانه فرآوری سنگ آهن سنگان انجام می­گیرد.

معرفی کارخانه فرآوری سنگ آهن سنگان

معادن سنگ آهن سنگان و کارخانه فرآوری آن در شمال شرقی ایران در فاصله 300 کیلومتری جنوب شرقی مشهد و 40 کیلومتری شهرستان خواف و 16 کیلومتری شهر سنگان در استان خراسان رضوی واقع شده­اند. شرایط آب و هوایی این منطقه گرم و خشک بیابانی و نیمه بیابانی بوده و مقدار متوسط بارندگی سالیانه حدود 150 میلی­متر است (12). کارخانه فرآوری سنگ آهن سنگان سالیانه 6/2 میلیون تن کنسانتره با عیار آهن بیشتر از 66% تولید می­کند. در حال حاضر خوراک این کارخانه عمدتاً از معدن C شمالی واقع در ناحیه غربی معادن سنگ آهن سنگان که عیار گوگرد آن بالا است تامین می­شود. در برخی از روزها، تا 30% خوراک روزانه از معدن B که آن هم در ناحیه غربی معادن سنگ آهن سنگان قرار دارد تامین می­شود. بررسی روزانه عیار گوگرد کارخانه در بازه زمانی 4 ماهه نخست سال 95 نشان داد مقدار عیار گوگرد خوراک در گستره 15/1 تا 73/1% تغییر می­کند و مقدار متوسط آن 43/1% است. شکل 1الف نمودار نقطه­ای توزیع عیار گوگرد خوراک کارخانه را در یک بازه چهار ماهه از فروردین تا مرداد 95 نشان می­دهد. شکل 1ب نمودار جعبه­ای توزیع عیار گوگرد خوراک کارخانه را در این بازه چهار ماهه نشان می­دهد. همان­طور که مشاهده می­شود مقدار چارک اول و سوم و میانه توزیع عیار گوگرد به ترتیب برابر با 29/1، 55/1 و 42/1% است.

 

 

(ب)

(الف)

شکل 1- الف)نمودار نقطه­ای ب)نمودار جعبه­ای عیار گوگرد خوراک کارخانه فرآوری سنگان در یک بازه 4 ماهه از فروردین تا مرداد 1395

Fig. 1- (a) Dot plot (b) Boxplot of S grade of Sangan processing plant feed within a four month period from Farvardin to Mordad 1395

 

 

شکل 2 فلوشیت ساده شده کارخانه تولید کنسانتره آهن مجتمع سنگان را نشان می­دهد. همان­طور که مشاهده می­شود مدار فرآوری این کارخانه شامل چند مرحله متوالی جدایش مغناطیسی تر شدت پایین است. مرحله اول جدایش مغناطیسی به جدایش کوبر[8]، مرحله دوم به جدایش رافر[9] و مرحله سوم به جدایش فینیشر[10] مشهور است. کنسانتره فینیشر درصورتی­که خوراک از توده C شمالی تامین شده باشد به منظور گوگردزدایی وارد مرحله فلوتاسیون می­شود. کنسانتره آهن گوگردزدایی شده خروجی از این مرحله، وارد مرحله جدایش مغناطیسی مرحله چهارم که به کلینر[11] مشهور است شده و کنسانتره آن پس از فیلتراسیون  به انبار محصول منتقل می­شود.

باطله مرحله کوبر ابتدا وارد هیدروسیکلون شده و بخش دانه­درشت آن مستقیماً به سد باطله انتقال می­یابد و بخش دانه­ریز آن به همراه سایر جریان­های باطله شامل باطله رافر، فینیشر،
کلینر و کف فلوتاسیون وارد تیکنر باطله شده و پس از آبگیری به سد باطله انتقال می­یابند. جدول 1 داده­های d80، دانسیته جامد و درصد جامد باطله­های مراحل مختلف پرعیارسازی کارخانه را نشان می­دهد. همان­طور که مشاهده می­شود جریان­های مختلف ورودی به سد باطله مجتمع سنگ آهن سنگان دارای مشخصات مختلفی هستند. بنابراین قابلیت تولید زهاب اسیدی آن­ها می­تواند متفاوت باشد. با توجه به این موضوع در این تحقیق از جریان­های ته­ریز هیدروسیکلون کوبر، کف فلوتاسیون، ته­ریز تیکنر باطله و پالپ ورودی به سد باطله نمونه­گیری انجام شد و قابلیت تولید زهاب اسیدی آن­ها جداگانه مورد بررسی قرار گرفت. محل­های انجام نمونه­برداری در شکل 2 نشان داده شده است. پس از انجام نمونه­برداری، پالپ­های برداشت شده ابتدا توسط فیلترپرس آبگیری و سپس در اون در دمای oC80 خشک شدند. پس از همگن­سازی، از آنها زیرنمونه جهت آزمایش­ها گرفته شد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 


جدول 1 - مشخصات باطله­های مراحل مختلف کارخانه فرآوری سنگان

Table 1- Tailing specifications of various stages of Sangan processing plant  

مرحله جدایش

مشخصات باطله

کوبر

رافر/اسکاونجر

فینیشر/کلینر

فلوتاسیون

آنومالی B

آنومالی C

آنومالی B

آنومالی C

آنومالی B

آنومالی C

آنومالی C

ابعاد ذراتD80 (µm)

500

350

70

70

38

38

38

وزن مخصوصg/cm3

8/3

1/3

4

2/3

4

3/3

6/4

دانسیته پالپ  Wt% Solid

8/6

4/4

9/7

1/2

3/4

8/0

2/26

 

 

شکل 2-  فلوشیت ساده شده کارخانه فرآوری کنسانتره سنگ آهن سنگان و محل­های انجام نمونه­برداری (×)

Fig.2- Flowsheet of Sangan processing plant and sampling locations (×)

 


بررسی و انتخاب روش پیش­بینی زهاب اسیدی معدن

آزمایشات ارزیابی پتانسیل تولید اسید مواد به طور کلی به دو دسته تست­های استاتیکی و سینتیکی تقسیم می­شوند (12). در تست­های استاتیکی، قابلیت تولید زهاب اسیدی یک نمونه بوسیله مقایسه بیشینه پتانسیل تولید اسید (AP)[12] با بیشینه پتانسیل خنثی­سازی (NP)[13] آن تعیین ­می­شود. مقدار AP با ضرب کردن درصد کل سولفور نمونه در یک ضریب تبدیل تعیین می­شود (AP=31.25*%S). مقدار NP مقیاسی برای سنجش مقدار مواد کربناتی موجود برای خنثی­سازی اسید است و مقدار آن به وسیله اضافه کردن اسید به یک نمونه و
تیتراسیون معکوس برای تعیین مقدار اسید مصرف شده تعیین می­شود. پتانسیل خنثی­سازی خالص (NNP)[14] به وسیله کم کردن مقدار AP از مقدار NP محاسبه می­شود (NNP=NP-AP). گاهی اوقات برای سنجش قابلیت تولید زهاب اسیدی از نسبت NP به AP استفاده می­شود. مقدار NNP برابر با صفر معادل نسبت NP/AP برابر با یک است. معمولاً مقادیر AP، NP و NNP براساس کیلوگرم CaCO3 بر تن باطله بیان می­شوند (8).  

روش­های مختلفی برای انجام تست­ استاتیکی قابلیت تولید زهاب اسیدی وجود دارد که از آن جمله می­توان به روش­های

محاسبه اسید باز (ABA)[15]، محاسبه اسید باز اصلاحی، تست اولیه تحقیق برتیش کلمبیا (BC)[16]، نسبت پتانسیل تولید قلیائیت به گوگرد (APP:S)[17] و تست تولید اسید خالص[18] اشاره نمود (8). در این مقاله انجام تست استاتیکی برای تعیین قابلیت تولید زهاب اسیدی باطله های کارخانه فرآوری کنسانتره سنگ آهن سنگان با استفاده از آزمایشABA اصلاحی[19] که یکی از معتبرترین آزمایش های استاتیکی است انجام گرفت. این روش به عنوان یک روش پایه برای ارزیابی قابلیت تولید زهاب اسیدی سنگ­های روباره و باطله­های معادن در آمریکا، کانادا، استرالیا، روسیه، هند، چین و سایر کشورهای دنیا از زمان ارائه آن تاکنون مورد استفاده قرار گرفته است (13-24).

نحوه ﺍﻧﺠﺎﻡ ﺁﺯﻣﺎﻳﺶ­ﻫﺎﻱ ABA ﺍﺻﻼﺡ ﺷﺪﻩ

  1. تعیین مقدار ﺳﻮﻟﻔﻮﺭ ﻛﻠﻲ نمونه­های مورد آزمایش. لازم به توضیح است که آنالیز گوگرد نمونه­ها توسط دستگاه لکو (LECO) مدل CS230 درآزمایشگاه مرکز تحقیقات فرآوری مواد معدنی ایران انجام گرفت و مقدار AP بر طبق رابطه زیر محاسبه شد. 

(1)

AP = %S ´31.25

که در آن %S درصد کل گوگرد نمونه و AP برحسب کیلو گرم کربنات کلسیم بر تن کانسنگ است.

  1. ﭼﻨﺪ ﻗﻄﺮﻩ ﺍﺳﻴﺪ ﻛﻠﺮﻳﺪﺭﻳﻚ ٢٥% ﺑﻪ 1 تا 2 ﮔﺮﻡ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﭘﻮﺩﺭ ﺷﺪﻩ ﻛﻪ ﺩﺭ ﺷﻴﺸﻪ ﺳﺎﻋﺖ ﻗﺮﺍﺭ ﺩﺍﺭﺩ اضافه می­شود. ﭘﺲ ﺍﺯ ﻣﺸﺎﻫﺪﻩ ﻭﺍﻛﻨﺶ، ﻧﺮﺥ ﻓﻴﺰ ﺑﻪ ﺻﻮﺭﺕ بدون واکنش، ضعیف، متوسط و قوی تعیین می­گردد. برای نمونه­های مورد بررسی در این تحقیق، نرخ فیز برای هر چهار نمونه متوسط تعیین شد.
  2. پنج ﮔﺮﻡ ﺍﺯ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺁﻣﺎﺩﻩ ﺳﺎﺯﻱ ﺷﺪﻩ ﺭﺍ ﺩﺭ ﻳﻚ بطری شیشه­ای 5/2 لیتری ریخته و ﺍﺳﻴﺪ ﻛﻠﺮﻳﺪﺭﻳﻚ ﺑﺎ ﺣﺠﻢ ﻭ ﻧﺮﻣﺎﻟﻴﺘﻪ ﻣﺸﺨﺺ ﻛﻪ ﺑﺮ ﺍﺳﺎﺱ ﺁﺯﻣﺎﻳﺶ ﻓﻴﺰ (ﺟﺪﻭﻝ 2) ﺍﻧﺘﺨﺎﺏ شد ﺑﻪ ﺁﻥ ﺍﺿﺎﻓﻪ ­گردید.

 

ﺟﺪﻭﻝ2- ﺣﺠﻢ ﻭ ﻧﺮﻣﺎﻟﻴﺘﻪ ﺍﺳﻴﺪ ﻣﻮﺭﺩ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ برای رتبه­بندی عدد ﻓﻴﺰ ﺩﺭ ﺁﺯﻣﺎﻳﺶ ABA ﺍﺻﻼﺡ ﺷﺪﻩ

Table 2- Volume and normality of acid used for Fizz rating in modified ABA test

ﺁﺯﻣﺎﻳﺶ Fizz

ﺧﺼﻮﺻﻴﺎﺕ ﺍﺳﻴﺪ ﮐﻠﺮﻳﺪﺭﻳﮏ

ﺣﺠﻢ (ml)

ﻧﺮﻣﺎﻟﻴﺘﻪ

ﺑﺪﻭﻥ ﻭﺍﻛﻨﺶ

20

۱/۰

ﺿﻌﻴﻒ

40

۱/۰

ﻣﺘﻮﺳﻂ

40

۵/۰

ﻗﻮﻱ

80

۵/۰

 

  1. بطری بر روی دستگاه بطری غلطان قرار گرفته و ﺑﻪ ﻣﺪﺕ ٢٤ ﺳﺎﻋﺖ هم­زده ﺷﺩ. ﭘﺲ ﺍﺯ ﮔﺬﺷﺖ ٦ ﺳﺎﻋﺖ ﺍﺯ ﺁﺯﻣﺎﻳﺶ، pH ﭘﺎﻟﭗ ﺍﻧﺪﺍﺯﻩ ﮔﻴﺮﻱ گردید. درصورتی­که عدد فیز به درستی انتخاب شده باشد باید مقدار pH در محدوده 4/1 تا 2 باشد. درصورتی­که مقدار pH بیش­تر از 2 باشد آزمایش مجدداً با عدد فیز بیش­تر و اگر کم­تر از 4/1 باشد با عدد فیز کم­تر به انجام می­رسد.
  2. پس از انجام آزمایش فوق، فیلتراسیون پالپ انجام شده و cc5 از محلول اسیدی برداشت گردید و توسط محلول       هیدروکسید سدیم با مولاریته مشابه با اسید استفاده شده در مرحله 3 در حضور فنل­فتالین به عنوان شناساگر تیتر ­شد.
  3. مقدار NP مطابق با فرمول زیر محاسبه ­گشت:

(2)

NP =[(N . V)HCl − (N . V) NaOH ] ´50 / W

که در آن N ﻧﺮﻣﺎﻟﻴﺘﻪ، :V ﺣﺠﻢ ﺑﺮ ﺣﺴﺐ ﻣﻴﻠﻲ ﻟﻴﺘﺮ،:W ﻭﺯﻥ ﻧﻤﻮﻧﻪ برحسب گرم و NP برحسب کیلو گرم کربنات کلسیم بر تن کانسنگ است.

  1. مقدار NNP و نسبت NP/AP محاسبه شد. اگر اختلاف بین NP و AP منفی باشد باطله این پتانسیل را دارد تا اسید تولید نماید. اگر این مقدار مثبت باشد باطله دارای ریسک کم­تری برای تولید اسید است. اگر از نسبت NP/AP استفاده شود
    هنگامی­که این نسبت بزرگ­تر از 3:1 باشد بیان می­شود که ریسک کم­تری برای ایجاد زهاب اسیدی وجود دارد. در مواردی که این نسبت بین 3:1 و 1:1 است به این محدوده، ناحیه عدم اطمینان گفته می­شود و تست­های سینتیکی تکمیلی نیز باید به انجام رسد. نمونه­هایی که مقدار این نسبت برای آن­ها 1:1 و کم­تر است به احتمال زیاد زهاب اسیدی تشکیل خواهند داد (8).       

نتایج

ﭘﺲ ﺍﺯ ﺍﻧﺠﺎﻡ ﺁﺯﻣﺎﻳﺶﻫﺎی ABA اصلاحی، ﻣﻘﺎﺩﻳﺮ AP، NP ﻭ ﺩﺭ ﻧﻬﺎﻳﺖ NNP و نسبت NP/AP برای چهار نمونه برداشت شده ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﮔﺮﺩﻳﺪ. ﺟﺪﻭﻝ 3 ﻧﺘﺎﻳﺞ ﺁﺯﻣﺎﻳﺶﻫﺎﻱ ABA ﺍﺻﻼﺡ ﺷﺪﻩ ﺭﺍ نشان می­دهد. لازم به توضیح است که آزمایشات دوبار تکرار گردید و نتایج تقریباً مشابهی به دست آمد.

 

ﺟﺪﻭﻝ3- ﻧﺘﺎﻳﺞ ﺁﺯﻣﺎﻳﺶ­های ABA ﺍﺻﻼحی

Table 3- Results of modified ABA tests

شماره نمونه

نوع باطله

درصد گوگرد

مقدارAP

مقدارNP

مقدارNNP

نسبت NP/AP

1

باطله نهایی

36/4

25/136

278

75/141

04/2

2

کف فلوتاسیون

3/21

62/665

22

63/643-

03/0

3

تهریز سیکلون کوبر

38/5

12/168

265

87/96

58/1

4

تهریز تیکنر

46/3

12/108

282

87/173

61/2

 

 

شکل 3 نمودار مقدار AP در برابر مقدار NP را برای چهار نمونه برداشت شده نشان می­دهد. همچنین در این شکل محدوده­های تولید اسید (NP/AP کم­تر از 1)، نامشخص (NP/AP بین 1 و 3) و بدون خطر (NP/AP بیش­تر از 3) نشان داده شده است. همان­طور که مشاهده می­شود کف فلوتاسیون در محدوده تولید اسید قرار گرفته است. همچنین مقدار NNP به دست آمده برای این نمونه عددی بزرگ و منفی است. دلیل این موضوع را می­توان با مرور شرایط حاکم بر فلوتاسیون پیدا کرد. همان­طور که قبلاً بیان شد هدف از مدار فلوتاسیون مجتمع سنگ آهن سنگان گوگردزدایی از کنسانتره سنگ آهن تولیدی از آنومالی C که عیار گوگرد در آن بالا است می­باشد. آماده­سازی پالپ در این مدار فلوتاسیون به نحوی انجام می­شود که با اضافه­ نمودن گزنتات به عنوان کلکتور به پالپ، سطح کانی­های سولفیدی هیدروفوب گشته و با دمیدن هوا در سلول فلوتاسیون شناورسازی این کانی­ها انجام پذیرد. بنابراین، کف فلوتاسیون عمدتاً از کانی­های سولفیدی تشکیل شده است و مقدار کانی­های خنثی­کننده اسید در آن بسیار کم است. عیار گوگرد به ­دست آمده برای نمونه کف فلوتاسیون نیز تایید کننده این موضوع است. با توجه به این موارد حتماً باید اقدامات کنترلی برای جلوگیری از تشکیل      زهاب اسیدی بر روی آن به انجام رسد.

نمونه باطله نهایی در محدوده نامشخص به لحاظ تولید زهاب اسیدی قرار دارد و برای اطمینان یافتن از این­که باطله کارخانه         فرآوری سنگ آهن سنگان در آینده مشکل تولید زهاب اسیدی را نخواهد داشت باید آزمایشات تکمیلی از جمله تست­های سینتیکی به انجام رسد.

نمونه ته­ریز هیدروسیکلون کوبر در محدوده نامشخص ولی نزدیک به ناحیه بدون خطر قرار دارد. این­درحالی است که نمونه ته­ریز تیکنر  در محدوده نامشخص ولی نزدیک به ناحیه تولید اسید قرار گرفته است و نمونه باطله نهایی نیز در محدوده نامشخص و بین دو نمونه ته­ریز تیکنر و ته­ریز هیدروسیکلون کوبر جای دارد. این موارد نشان می­دهند که جریان­های مختلف ورودی به سد باطله مجتمع سنگ آهن سنگان قابلیت تولید زهاب اسیدی آن­ها متفاوت است. دلیل این موضوع به واسطه متفاوت بودن ترکیب شیمیایی این نمونه­ها و همچنین تفاوت در دانه­بندی آن­ها باشد.

 

 

شکل 3 - نتایج آزمایش ABA اصلاحی برای نمونه باطله نهایی ()، کف فلوتاسیون ()، ته­ریز تیکنر باطله () و ته­ریز هیدروسیکلون کوبر (

Fig.3- Results of modified ABA test for samples of final tailing (), flotation froth (), underflow of tailing thickener (), underflow of Cobber hydrocyclone ()

 

بحث و نتیجه­گیری

 

در این تحقیق، پتانسیل تولید زهاب اسیدی باطله کارخانه تولید کنسانتره سنگ آهن سنگان به روش ABA اصلاحی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که باطله این کارخانه به لحاظ تولید اسید در محدوده نامشخص قرار دارد. با توجه به این موضوع باید آزمایشات بیش­تر به منظور رفتارسنجی قابلیت تولید زهاب اسیدی این باطله­ها توسط آزمایشات سینتیکی به انجام رسد تا بتوان براساس آن­ها اقدامات کنترلی لازم به منظور پیش­گیری از تولید زهاب اسیدی را انجام داد.

با توجه به این موضوع که چند جریان­ از بخش­های مختلف کارخانه تولید کنسانتره سنگ آهن سنگان به سد باطله وارد می­شوند     نمونه­برداری­ از جریان­های مختلف باطله انجام پذیرفت و قابلیت تولید زهاب اسیدی آن­ها به طور جداگانه تعیین گردید. نتایج به دست آمده نشان داد که پتانسیل تولید زهاب اسیدی جریان­های ورودی به سد باطله متفاوت است. نمونه­ کف فلوتاسیون بیش­ترین قابلیت تولید زهاب اسیدی را نشان داد و در محدوده تولید زهاب اسیدی جای گرفت. با توجه به این موارد می­توان با جدا کردن این جریان از سایر جریان­های ورودی به سد باطله، اقدامات کنترلی لازم را به طور جداگانه بر روی آن انجام داد. این امر می­تواند در کاهش هزینه­های   پیش­گیری از تولید زهاب اسیدی در مجتمع سنگان موثر باشد زیرا تناژ آن نسبت به تناژ سایر جریان­های ورودی به سد باطله بسیار کم­تر بوده و از طرفی با جدا کردن این جریان از باطله ورودی به سد باطله، پتانسیل تولید زهاب اسیدی سایر باطله­های مجتمع سنگ آهن سنگان کاهش چشم­گیری خواهد یافت.   

با توجه به نتایج به دست آمده در این تحقیق می­توان راهکارهای زیر را جهت پیشگیری از تولید زهاب اسیدی بیان نمود:

  • با توجه به این­که باطله کارخانه فرآوری در محدوده نامشخص به لحاظ تولید زهاب اسیدی قرار دارد باید آزمایشات سینتیکی تعیین قابلیت زهاب اسیدی حتماً به انجام برسد.
  • با توجه به نتایج به دست آمده در این تحقیق می­توان استراتژی افزودن آهک به سد باطله و یا بالابردن pH جریان پالپ ورودی به سد باطله را در دستور کار قرار داد.
  • بخش­هایی از سد باطله که به ظرفیت کامل رسیده است درصورتیکه بازیابی مجدد باطله­ها در دستور کار نباشد را می­توان توسط یک لایه نفوذناپذیر طبیعی  مانند رس پوشاند که به این طریق از تماس هوا با مواد باطله جلوگیری به عمل آورد.
  • با توجه به این­که بخش قابل توجهی از گوگرد موجود در باطله در فاز کف مدار فلوتاسیون قرار دارد و این بخش از           باطله پتانسیل شدید تولید زهاب اسیدی دارد می­توان با جداسازی این جریان از سایر جریان­های ورودی به سد باطله، اقدامات پیشگیرانه را بر روی آن به طور جداگانه انجام داد. با جداکردن این جریان باطله، باقیمانده باطله به احتمال زیاد پتانسیل تولید زهاب اسیدی را نخواهد داشت.    
  • قرار دادن لایه نفوذناپذیر طبیعی و یا مصنوعی در کف سد باطله می­تواند در صورت تشکیل زهاب اسیدی از آلودگی          آب­های زیرزمینی منطقه جلوگیری به عمل آورد.

 

تقدیر و تشکر

نویسندگان مقاله از آقای مهندس رضا ارجمند مدیر محترم کارخانه کنسانتره سنگ آهن سنگان بابت حمایت از این تحقیق نهایت تشکر و سپاسگزاری را دارند.

 

منابع

  1. Younger, P., Banwart, S. A., Hedin, R. S., 2002. Mine Water: Hydrology, Pollution, Remediation. Kluwer Academic Press, Netherlands.
  2. Akcil, A., Koldas, S., 2006. Acid Mine Drainage (AMD): causes, treatment and case studies. Journal of Cleaner Production, Vol. 14, pp. 1139-1145.
  3. US-EPA, 2000. Abandoned mine site characterization and cleanup handbook. U.S. Environmental Protection Agency, Seattle.
  4. Kalin, M., Fyson, A., Wheeler, N.W., 2006. The chemistry of conventional and alternative treatment systems for the neutralization of acid mine drainage. Science of the Total Environment, Vol. 366, pp. 395–408.
  5. Lukovic, A., Stankovic, M., 2012. Passive systems for treating acid mine drainage: a general review. Safety Engineering, Vol. 2, No. 4, pp. 227-232.
  6. Costello, C., 2003. Acid Mine Drainage: Innovative Treatment Technologies, U.S. Environmental Protection Agency, Office of Solid Waste and Emergency Response, Technology Innovation Office, Washington.
  7. Akcil, A., Koldas, S., 2006. Acid Mine Drainage (AMD): causes, treatment and case studies. Journal of Cleaner Production, Vol. 14, pp.1139-1145.
  8. US-EPA, 1994. Acid mine drainage prediction. Office of Solid Waste, Special Waste Branch, Washington.
  9. Qureshi, A., Maurice, C., Öhlander, B., 2016. Potential of coal mine waste rock for generating acid mine drainage. Journal of Geochemical Exploration, Vol. 160, pp. 44–54.
  10. Abrosimova, N., Gaskova, O., Loshkareva, A., Edelev, A., Bortnikova, S., 2015. Assessment of the acid mine drainage potential of waste rocks at the Ak-Sug porphyry Cu–Mo deposit.  Journal of Geochemical Exploration, Vol. 157, pp. 1–14.
  11. Shu, W.S., Ye, Z.H., Lan, C.Y., Zhang, Z.Q., Wong, M.H., 2001. Acidification of lead/zinc mine tailings and its effect on heavy metal mobility. Environment International, Vol. 26, Issues 5–6, pp. 389–394.
  12. Kretschmann, J., Amiri, R., 2013. Socially responsible mining in east Iran: The Sangan iron ore mines. 23rd World Mining Congress and Expo 2013. Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum.
  13. Campbell, R.N., Lindsay, P., Clemens, A.H., 2001. Acid generating potential of waste rock and coal ash in New Zealand coal mines. International Journal of Coal Geology, Vol. 45, pp. 163-179.
  14. Weber, P.A., Stewart, W.A., Skinner, W.M., Weisener, C.G., Thomas, J.E., 2004. Geochemical effects of oxidation products and framboidal pyrite oxidation in acid mine drainage prediction techniques. Applied Geochemistry, Vol. 19, pp. 1953-1974.
  15. Saria, L., Shimaoka, T., Miyawaki, K., 2006. Leaching of heavy metals in acid mine drainage. Waste Management & Research, Vol. 24, pp. 134-140.
  16. Samuel, T.M., 2006. Characterization of the acidproducing potential and investigation of its effect on weathering of the goathill north rock pile at the Questa molybdenum mine, New Mexico. Master Thesis, New Mexico Institute of Mining and Technology, Department of Mineral Engineering, Socorro, New Mexico.
  17. Akabzaa, T.M., Armah, T.E.K., Baneong-Yakubo, B.K., 2007. Prediction of acid mine drainage generation potential in selected mines in the ashanti metallogenic belt using static geochemical methods. Environmental Geology, Vol. 52, pp. 957-964.
  18. Ehinola, O.A., Adene, T.A., 2008. Preliminary investigation on acid generating potential of coals from Benue trough, Nigeria. Petroleum Coal, Vol. 50, pp. 19-26.
  19. Changul, C., Sutthirat, C., Padmanahban, G., Tongcumpou, C., 2009. Assessing the acidic potential of waste rock in the Akara gold mine, Thailand. Environmental Earth Sciences, Vol. 60, pp. 1065-1071.
  20. Nugraha, C., Shimada, H., Sasaoka, T., Ichinose, M., Matsui, K., 2009. Waste rock characteristics at tropical coal mine area: A case study of PT. Kaltim Prima Coal, Indonesia. International Journal of the JCRM, Vol. 5, pp. 77-82.
  21. Yeheyis, M.B., Shang, J.Q., Yanful, E.K., 2009. Long-term evaluation of coal fly ash and mine tailings co-placement: A site-specific study. Journal of Environmental Management, Vol. 91, pp. 237-244.
  22. Hesketh, A.H., Broadhurst, J.L., Harrison, S.T.L., 2010. Mitigating the generation of acid mine drainage from copper sulfide tailings impoundments in perpetuity: A case study for an integrated management strategy. Minerals Engineering, Vol. 23, pp. 225-229.
  23. Pope, J., Weber, P., Mackenzie, A., Newman, N., Rait, R., 2010. Correlation of acid base accounting characteristics with the Geology of commonly mined coal measures, West Coast and Southland, New Zealand. New Zealand Journal of Geology and Geophysics, Vol, 53, pp. 153-166.
  24. Yucel, D.S., Baba, A., 2016.  Prediction of acid mine drainage generation potential of various lithologies using static tests: Etili coal mine (NW Turkey) as a case study. Environmental Monitoring and Assessment, Vol. 188, pp. 473.


-[1] استادیار گروه مهندسی معدن، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، خراسان جنوبی، ایران٭ (مسوول مکاتبات)

-[2] کارشناسی ارشد فرآوری مواد معدنی، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، خراسان جنوبی، ایران

-[3] کارشناسی ارشد فرآوری مواد معدنی، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، خراسان جنوبی، ایران

[4]- Assistant Prof., Faculty of Engineering, University of Birjand, South Khorasan, Iran. (Corresponding Author) 

[5]- M.Sc. in Mineral Processing Engineering, Faculty of Engineering, University of Birjand, South Khorasan, Iran.

[6]- M.Sc. in Mineral Processing Engineering, Faculty of Engineering, University of Birjand, South Khorasan, Iran.

[7] - Acid Mine Drainage

[8] - Cobber

[9] - Rougher LIMS

[10] - Finisher LIMS

[11] - Cleaner LIMS

[12] - Acid Potential                                                                                            

[13] - Neutralization Potential

[14] - Net Neutralization Potential

[15] - Acid-Base Accounting

[16] - British Columbia Research Initial Test

[17] - Alkaline Production Potential: Sulfur Ratio

[18] - Net Acid Production Test

[19] - Modified Acid-Base Accounting

  1. Younger, P., Banwart, S. A., Hedin, R. S., 2002. Mine Water: Hydrology, Pollution, Remediation. Kluwer Academic Press, Netherlands.
  2. Akcil, A., Koldas, S., 2006. Acid Mine Drainage (AMD): causes, treatment and case studies. Journal of Cleaner Production, Vol. 14, pp. 1139-1145.
  3. US-EPA, 2000. Abandoned mine site characterization and cleanup handbook. U.S. Environmental Protection Agency, Seattle.
  4. Kalin, M., Fyson, A., Wheeler, N.W., 2006. The chemistry of conventional and alternative treatment systems for the neutralization of acid mine drainage. Science of the Total Environment, Vol. 366, pp. 395–408.
  5. Lukovic, A., Stankovic, M., 2012. Passive systems for treating acid mine drainage: a general review. Safety Engineering, Vol. 2, No. 4, pp. 227-232.
  6. Costello, C., 2003. Acid Mine Drainage: Innovative Treatment Technologies, U.S. Environmental Protection Agency, Office of Solid Waste and Emergency Response, Technology Innovation Office, Washington.
  7. Akcil, A., Koldas, S., 2006. Acid Mine Drainage (AMD): causes, treatment and case studies. Journal of Cleaner Production, Vol. 14, pp.1139-1145.
  8. US-EPA, 1994. Acid mine drainage prediction. Office of Solid Waste, Special Waste Branch, Washington.
  9. Qureshi, A., Maurice, C., Öhlander, B., 2016. Potential of coal mine waste rock for generating acid mine drainage. Journal of Geochemical Exploration, Vol. 160, pp. 44–54.
  10. Abrosimova, N., Gaskova, O., Loshkareva, A., Edelev, A., Bortnikova, S., 2015. Assessment of the acid mine drainage potential of waste rocks at the Ak-Sug porphyry Cu–Mo deposit.  Journal of Geochemical Exploration, Vol. 157, pp. 1–14.
  11. Shu, W.S., Ye, Z.H., Lan, C.Y., Zhang, Z.Q., Wong, M.H., 2001. Acidification of lead/zinc mine tailings and its effect on heavy metal mobility. Environment International, Vol. 26, Issues 5–6, pp. 389–394.
  12. Kretschmann, J., Amiri, R., 2013. Socially responsible mining in east Iran: The Sangan iron ore mines. 23rd World Mining Congress and Expo 2013. Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum.
  13. Campbell, R.N., Lindsay, P., Clemens, A.H., 2001. Acid generating potential of waste rock and coal ash in New Zealand coal mines. International Journal of Coal Geology, Vol. 45, pp. 163-179.
  14. Weber, P.A., Stewart, W.A., Skinner, W.M., Weisener, C.G., Thomas, J.E., 2004. Geochemical effects of oxidation products and framboidal pyrite oxidation in acid mine drainage prediction techniques. Applied Geochemistry, Vol. 19, pp. 1953-1974.
  15. Saria, L., Shimaoka, T., Miyawaki, K., 2006. Leaching of heavy metals in acid mine drainage. Waste Management & Research, Vol. 24, pp. 134-140.
  16. Samuel, T.M., 2006. Characterization of the acidproducing potential and investigation of its effect on weathering of the goathill north rock pile at the Questa molybdenum mine, New Mexico. Master Thesis, New Mexico Institute of Mining and Technology, Department of Mineral Engineering, Socorro, New Mexico.
  17. Akabzaa, T.M., Armah, T.E.K., Baneong-Yakubo, B.K., 2007. Prediction of acid mine drainage generation potential in selected mines in the ashanti metallogenic belt using static geochemical methods. Environmental Geology, Vol. 52, pp. 957-964.
  18. Ehinola, O.A., Adene, T.A., 2008. Preliminary investigation on acid generating potential of coals from Benue trough, Nigeria. Petroleum Coal, Vol. 50, pp. 19-26.
  19. Changul, C., Sutthirat, C., Padmanahban, G., Tongcumpou, C., 2009. Assessing the acidic potential of waste rock in the Akara gold mine, Thailand. Environmental Earth Sciences, Vol. 60, pp. 1065-1071.
  20. Nugraha, C., Shimada, H., Sasaoka, T., Ichinose, M., Matsui, K., 2009. Waste rock characteristics at tropical coal mine area: A case study of PT. Kaltim Prima Coal, Indonesia. International Journal of the JCRM, Vol. 5, pp. 77-82.
  21. Yeheyis, M.B., Shang, J.Q., Yanful, E.K., 2009. Long-term evaluation of coal fly ash and mine tailings co-placement: A site-specific study. Journal of Environmental Management, Vol. 91, pp. 237-244.
  22. Hesketh, A.H., Broadhurst, J.L., Harrison, S.T.L., 2010. Mitigating the generation of acid mine drainage from copper sulfide tailings impoundments in perpetuity: A case study for an integrated management strategy. Minerals Engineering, Vol. 23, pp. 225-229.
  23. Pope, J., Weber, P., Mackenzie, A., Newman, N., Rait, R., 2010. Correlation of acid base accounting characteristics with the Geology of commonly mined coal measures, West Coast and Southland, New Zealand. New Zealand Journal of Geology and Geophysics, Vol, 53, pp. 153-166.
  24. Yucel, D.S., Baba, A., 2016.  Prediction of acid mine drainage generation potential of various lithologies using static tests: Etili coal mine (NW Turkey) as a case study. Environmental Monitoring and Assessment, Vol. 188, pp. 473.