منبع پایان نامه با موضوع زیست محیطی، مصرف انرژی، پایداری محیطی، مدیریت زیست محیطی

دانلود پایان نامه ارشد

چرخه‌های زیستی می‌باشند. در شرایط طبیعی، هر زیست بوم سامانه میزان مشخصی از شار عناصر را از طریق محیط‌های مختلف دریافت می‌کند؛ به‌گونه‌ای که کلیه موجودات با گذشت سالهای طولانی، خود را باشرایط موجود وفق داده‌اند. شار عناصر سمناک یا به عبارتی غلظت عناصر در آب، رسوب و خاک توسط عوامل انسان‌زاد افزایش می‌یابد. در این حالت زیست بوم سامانه با شرایط جدیدی مواجه می‌شود که با آن سازگاری ندارد. سؤال اساسی این است که چه مقدار از عناصر آلوده پتانسیل ورود به چرخه‌های زیستی یک بوم سامانه را دارا می‌باشند؟ استفاده از روش‌های تفکیک شیمیایی پاسخ این سؤال را مشخص می‌کند.
کارخانه ذوب خاتون‌آباد بیش از 17 سال سابقه فعالیت دارد. بی‌تردید روند تغییرات زمین شیمیایی عناصر سمناک در محیط‌ پیرامون این کارخانه دستخوش تغییرات شدیدی شده است. از دیدگاه زیست محیطی پرسش‌هایی جدی در ارتباط با فعالیت کارخانه ذوب در این منطقه مطرح است. مهم‌ترین چالش‌های موجود در این زمینه به شرح زیر می‌باشند:
باتوجه به منبع آلودگی، شدت و نوع عناصر آلاینده در محیط خاک چگونه می‌باشد؟
میزان تحرک و زیست دسترس پذیری عناصر آلاینده چقدر بوده است ؟
تفش عوامل محیطی مانند pH و عوامل جذب طبیعی در روند آزادسازی عناصر سمناک در هر محیط چگونه است؟
ساختار کانی شناختی چقدر در تحرک و رهاسازی عناصر سمناک نقش دارد ؟
نقش شرایط اقلیمی منطقه در میزان رهاسازی و انتقال عناصر سمناک چقدر است؟
آیا نیاز به انجام اقدامات بهسازی جدی وجود دارد؟ دراینصورت کدام روش یا روشها با توجه به شرایط منطقه و منبع آلودگی در الویت قرار می‌گیرند؟
طبیعی است که در پی انجام فرایند ذوب، شرایط محیط طبیعی منطقه دچار تغییرات اساسی می‌شود؛ تغییراتی که اجتناب ناپذیر بوده؛ اما بسته به شیوه ذوب و بویژه روشهای مدیریت زیست محیطی اعمال شده، می‌تواند دارای اثرات کم و یا زیاد باشد.
در مناطق معدنکاری و ذوب، عوامل آلاینده بیش از همه سبب آلودگی خاک می‌شوند. ذوب کانسنگ سولفیدی و انتشار عناصر آلاینده به صورت گاز و ذرات معلق سبب آلودگی خاک در مقیاس وسیع‌تری نسبت به سایر محیط‌ها می‌شود. ماهیت حضور عناصر سمناک حاصل از هریک از منابع آلودگی نیز تفاوت زیادی دارد. با ورود عناصر آلوده به خاک روند تغییرات زمین‌شیمیایی آنها نیز دچار تغییر زیادی می‌شود. عوامل متعددی مانند ماهیت منشأ آلودگی، درجه تکامل خاک و pH آن، میزان عوامل جاذب طبیعی، و شرایط اقلیمی محل بر نوع رفتار عناصر سمناک در خاک تاثیر می‌گذارند. از طرفی، تمام این عوامل باعث می‌شود که تحلیل زیست محیطی مرتبط با آلودگی عناصر سمناک در هر منطقه منحصر به فرد بوده، و تفاوت فاحشی با سایر نقاط داشته باشد. در بحث آلودگی خاکهای پیرامون کارخانه ذوب خاتون آباد اهداف زیر در این پژوهش دنبال شد:
شناسایی منابع آلاینده عناصر سمناک و طراحی نمونه برداری از خاک
تعیین نوع و شدت آلودگی عناصر سمناک بر مبنای تجزیه کل عناصر
شناخت ماهیت خاکهای منطقه از نظر ویژگیهای کانی شناختی، pH ، نوع خاک و درصد مواد آلی
تفکیک شیمیایی عناصر سمناک در خاک براساس طرح استخراج گزینشی اصلاح شده (BCR)
بررسی روشهای بهسازی خاک بر مبنای نوع عناصر آلاینده، و نتایج حاصل از تفکیک شیمیایی این عناصر، و در نهایت پیشنهاد راهکارهای مناسب برای مدیریت منابع آلودگی و پاکسازی خاک با توجه به شرایط منطقه
1-4-تاریخچه ذوب، متالورژی مس و روش‌های ذوب کانسنگ

کانسنگ‌های فلزی و بیشتر کانیهای صنعتی پس از استخراج از زمین باید فرآوری شوند. فرآوری معمولاً به منظور کاهش حجم و وزن موادی است که برای استحصال فلز حمل می‌شوند. به طور معمول فراوری کانسنگ در محل معدنکاری یا نزدیک به آن انجام می‌شود. محصول پایانی فرآوری معدنی، کنسانتره‌ای از کانه‌ها و مقداری مواد باطله است. کنسانتره به طور معمول دارای فلزهایی به شکل اکسید، سولفید یا ترکیبهای وابسته است. روش سنتی بازیافت فلز خالص، ذوب کانه است. ذوب و دیگر روشهای پیرومتالورژی، در گذشته منابع بسیار مهم آلودگی هوا بوده‌اند، زیرا کوره‌ها حجم قابل توجهی گاز مانند گوگرد‌‌دیوکسید، کربن‌دیوکسید و ذرات معلق را در هوا منتشر می‌کنند. همچنین در این فرایند مقداری فلز سمّی مانند آرسنیک، سرب، جیوه، کادمیم، نیکل، بریلیم و وانادیم نیز آزاد می‌شود. ردیابی غلظتهای ناچیز این گونه فلزها در هوا، و در بارندگی نشان می‌دهد که این فلزات می‌توانند مسافتهای طولانی را در غلظتهای قابل ملاحظه و به طور معمول به شکل ذرات معلق ریز بپیمایند. برای مثال در اواخر دهه 1990 مطالعه انجام شده در شبه جزیره کولا در شمال روسیه نشان داد که آلودگی مس و نیکل در مساحتی هزاران کیلومتری از این ناحیه و در پایین دست جهت باد در اثر فعالیت واحدهای بزرگ ذوب کانسنگ که بیش از 60 سال قدمت دارند، صورت گرفته است ((Craig et al.,2002.
در این میان تولید مس نمونه بارزی از ایجاد این گونه مسائل زیست محیطی است، چرا که ذوب کانسنگ سولفیدی مس به آلودگی وسیع هوا منجر می شود .(Chiras, 1994)
بطور کلی تولید مس، سرب و روی بیشترین آسیب را به محیط زیست وارد می کنند(Dudka and Adriano, 1997). برای مثال ذوب کانسنگ مس و دیگر کانسنگهای فلزی حدود 8 درصد گسیلهای گوگرد‌دیوکسید جهان را که عامل بارش اسیدی به شمار می‌آید، تولید می کنند. شگفت نیست که احداث کوره های ذوب همیشه به برجای ماندن مناطق وسیعی موسوم به ” مناطق مرده ” منتهی شده است Chiras, 1994)). از این روی پایش و بررسی فلزات سنگین در محیط خاک در مطالعات زیست محیطی این مناطق ضروری می باشد.
به رغم کاهش منظم گسیل از دهه 1970 و ذرات معلق از دهه 1950، گوگرد دیوکسید تولید شده توسط کارخانه ذوب مس و نیکل سادبوری کانادا بین سال های 1969 و 1979 بیش از گاز گوگرد دیوکسید رها شده توسط آتشفشانها در طول تاریخ زمین بوده است (Dobrinand Potrin, 1992). این امر باعث شده است که pH خاک نزدیک سه کوره ذوب سادبوری بین 3 تا 4 و pH آب دریاچه بین 4 تا 5 شود (Dixtet et al, 1992).
گسیل های گازی از دودکش های کارخانجات ذوب سورونیکل در روسیه، پاچنگانیکل در شبه جزیره کولا، نوریلیسک در سیبری بعنوان منابع جهانی آلاینده جو به شمار می‌آیند. کارخانه ذوب مس- نیکل روسیه یکی از منابع عمده آلاینده هوا در اروپا است که بطور عمده گوگرد دیوکسید و فلزات سمّی (Ni, Co, Cu, Pb, Zn, As) گسیل می‌کند.
بررسی توزیع ناحیه ای فلزات سنگین در خاک مجاور کارخانه ذوب مس در شمال غربی استرالیا (Portkembla)، که میزا ن آلودگی ناشی از دودکش‌های آن در گستره‌ای 1 تا 13 کیلومتری قرار دارد، اما بیشتر آلودگی در فاصله کمتر از 4 کیلومتری کارخانه رخ داده‌است و نشان می‌دهد که حضور دودکش های بلند (210 متر) از تجمع گرد و غبار در نزدیکی دودکش جلوگیری نمی‌کند (Martley, 2004).
مطالعه دیگر بررسی تجمع مس- نیکل در سطوح شسته نشده کوهستان فولیاج در شمال غربی روسیه؛ نشان می دهد به رغم کاهش عمده گسیل های فلزی، تجمع فلزات در بیشتر مکان های مورد بررسی، کاهش نیافته، و حاکی از آن است که آلودگی فلزی برای مدتی طولانی در خاک باقی خواهد ماند Kozlov et al. 2005)).

1-4-1- ذوب و تصفيه فلزات
در توليد و تصفيه فلزات، اجزاي ارزشمند از مواد بي ارزش در يك رشته واكنش هاي فيزيكي و شيميايي از هم جدا مي شوند. محصول نهايي فلز و مقداری ناخالصي یا باطله است. در ذوب و تصفيه اوليه، فلزات مستقيماً از كنسانتره سنگ معدن توليد مي شوند، در حالي كه فرايند ذوب و تصفيه ثانويه فلزات را از ضايعات و باطله فراوری توليد مي كنند. ضايعات شامل قطعات فلزي، براده‌هاي تراشكاري ورقه‌ها و سيم‌هايي كه از دور خارج شده يا فرسوده‌ای می‌شود که قابليت بازيافت دارند.
بررسي اجمالي فرايندها: به طوري كلي سه فناوري بازيابي فلز براي تولید فلزات تصفيه شده بكار برده مي‌شوند: پیرومتالورژيكي، هيدرومتالورژيكي، و الکتروشیمیایی (بازیابی فلز با واکنشهای الکتروشیمیایی در سیستمهای مایع یا نمک مذاب).
در فرايند هیدروومتالورژيكي، از گرما براي جدا كردن فلزات مورد نظر از ديگر مواد استفاده مي شود. در اين فرايندها از تفاوت بين پتانسيل‌هاي اكسایش، نقاط ذوب، فشار بخار، تراكم ويا استخراج پذيري (قابليت آميختن بدون از دست دادن خواص) اجزای سازنده سنگ معدن هنگام ذوب استفاده مي شود.
نمونه هايي از فرايند هيدرومتالورژيكي شامل: آبشويي، رسوب شيميايي (ته نشيني)، كاهش الكتروليتي، تبادل يوني، جداسازي غشاء، استخراج حلّال.
مرحله اول فرايند هيدرومتالورژيكي، آبشویی فلزات ارزشمند از مواد كم ارزش است، به عنوان مثال: فرايند شستشو با سولفوريك اسيد اغلب قبل از تصفیه صورت مي‌گيرد. فرايند آبشویی اغلب نياز به فشار بالا دارد، علاوه بر اكسيژن دما بالا، آبشويي ممكن است با برق نيز انجام شود. فلز مورد نظر و يا تركيب آن توسط فرايند رسوب (ته نشيني) يا كاهش از محلول آبشویی، با استفاده از روش‌هاي مختلف بازيافت مي‌شود. كاهش به عنوان مثال در توليد كبالت و نيكل با گاز انجام مي‌شود.
الكتروليز فلزات در محلول هاي آبي به عنوان فرايند هيدرومتالورژيكي در نظر گرفته مي‌شود. در فرايند الكتروليز يون فلزي به فلز كاهش مي‌يابد. فلز که در يك اسيد ضعيف حل شده است، بر روي كاتدهاي تحت نفوذ جريان الكتريكي رسوب مي‌كند بيشتر فلزات غيرآهني را می‌توان توسط عمل الكتروليز تصفيه کرد (EPA,1995).
* در بيشترکوره‌های ذوب مس و نيكل از روشهای پيرومتالورژيكي استفاده مي‌شود.
در هر حال، در جهان پیشرفته امروزی، بیش از 95% فلزات به روش پیرومتالورژی تولید می‌شوند (Kellog, 1981). قابلیتهای ذاتی فرایندهای پیرومتالورژی موجب تداوم بکارگیری این روشها در صنعت استخراج فلزها گردیده است. مزایای این روش عبارنتد از:
مصرف انرژی: در بیشتر فرایندهای گرمایی، مصرف انرژی به ازاء هرتن فلز تولید شده کمتر از روشهای هیدرومتالورژیکی است.
عوامل کاهنده ارزان قیمت: کربن، کربن مونوکسید و هیدروژن حاصل از سوختهای فسیلی، عوامل کاهنده و انرژی زای ارزانتری در مقایسه با انرژی الکتریکی مصرفی در روش‌های هیدرومتالورژی هستند.
ظرفیت ویژه بالا: بیشتر فرایندهای پیرومتالورژی ظرفیت ویژه (مقدار تولید در واحد زمان به ازای واحد حجم محفظه واکنش) بالاتری نسبت به فرایندهای هیدرو- الکترومتالورژی دارند. این ویژگی ناشی از انجام عملیات در دمای بالا، غلظت بالای فلز (عدم حضور آب رقیق کننده محلول) و سرعت زیاد واکنشهاست.
جدایش ساده فلز و مواد باقیمانده: عدم آمیختگی مذاب فلزی و سرباره، یا مَت و سرباره به علت اختلاف زیاد چگالی نسبی این فلزها، امکان جدایش بسیار ساده و مؤثر فلز از مواد باقیمانده را در این فرایند فراهم می‌کند.
جمع‌آوری فلزات قیمتی: معمولاً در کانه‌های سولفیدی سرب، مس و نیکل، مقادیر جزئی از فلزات ارزشمند طلا، نقره و فلزات گروه پلاتین وجود دارد. در فرایند پیرومتالورژی، فلزات قیمتی در فلز خام نهایی جمع شده و با روشهای کم‌هزینه جدا می‌شوند.
مواد باطله فرایند: سرباره یکی از اجزای جامد و دورریز کم حجم و با پایداری محیطی بالا در فرایندهای پیرومتالورژی است، ازینرو تخلیه، جمع‌آوری و نگهداری سرباره‌های پیرومتالورژی مستلزم کاهش هزینه و مشکلات زیست‌محیطی کمتری نسبت به فرایند هیدرومتالورژی است.
محدودیتهای این روش به شرح زیر است:
معمولاً در این روش گازهای نامطلوب تولید می‌شود. گازهای خروجی حاوی ذرات غبار (بویژه در شرایط استفاده از کنسانتره دانه ریز)، بخارات فلزی، گازهای آلاینده و گازهای حاصل از واکنشهای ذوب و احتراق می‌باشند. در گذشته فقط ذرات درشت غبار خروجی در عملیات ذوب بازیابی می‌شد، و گاز خروجی کوره حاوی ذرات ریزغبار، بخارات فلزی و گازهای مضر از راه دودکشهای بلند در محیط رها می‌شدند. بنابراین، هزینه‌ بازیابی غبار و تصفیه گاز در مقایسه با فلز تولید شده اندک بود. با تشدید قوانین و نظارتهای زیست‌محیطی، بازیابی کلیه ترکیبات آلاینده برای کاهش آلودگی

پایان نامه
Previous Entries منبع پایان نامه با موضوع زیست محیطی، سلسله مراتبی، سلسله مراتب، اثرات زیست محیطی Next Entries منبع پایان نامه با موضوع زیست محیطی، دینامیکی، محیط زیست، عوامل بحرانی