ارزيابي مقايسه‌اي تاثيرگذاري معادن زغال‌سنگ طزره و تخت بركيفيت و توزيع غلظت عناصر B و Br در منابع آب

مقدمه

زغال‌سنگ ماده‌اي ناهمگن و با تركيبي پيچيده بوده كه بسياري از عناصر و تركيبات را در زمان رسوبگذاري و يا در هنگام دياژنز در خود جاي داده است. يكي از مشكلات حاصل از معدنكاري، زهآب‌هاي اسيدي معادن است كه اثرات منفي و زيانباري روي كيفيت آب‌هاي سطحي و زيرزميني دارد. بسياري از معادن از جمله معادن زغال‌سنگ، شامل كاني‌هاي سولفيد آهن بويژه پيريت هستند. اكسيد‌شدن اين كاني‌ها توسط اكسيژن و آب و بخصوص حضور باكتري‌هاي خاص از جمله عوامل توليد زهاب اسيدي است (Atkins&Pooley.,1982، 1970 .، Norton.,1992 , Singer &Stumm، Williams.1975). زهآب‌هاي اسيدي در معادن زماني توليد مي‌شوند كه كاني‌هاي سولفيدي در سطح زمين مشاهده شوند (Atkins&Pooley.,1982، (Toit et al.1998.,. زهآب‌هاي اسيدي با خصوصياتي مانند غلظت بالاي آهن، سولفات و pH كم مشخص مي‌شوند (Williams.1975،( Gray,N.F.1998 ,Toit et al.1998.,. تنوع در تركيب زغال‌سنگ و پيچيده بودن شرايط تشكيل آن، باعث تمركز عناصر بسياري از قبيل عناصر سبك (Li، Be و ...)، عناصر غيرفلزي (Se، As، Bi و...)، فلزات سنگين (Cu، ,B Br، Fe، Na و ...) و عناصر نادرخاكي (La، Ce، Eu و...) شده كه هر كدام مي‌توانند در حين عمليات استخراج، آماده‌سازي، شست‌وشو و فرآوري،‌ حمل و نقل و احتراق (عموما در نيروگاه‌ها) از مواد در برگيرنده خود جدا شده و با ورود به محيط، توليد آلودگي كنند (Goodarzi., 1995 Swaine and، Finkelman et al, 2002 و 2007 وYiwei et al). پسآب‌هاي اسيدي توليد شده در حين استخراج، به همراه آزادسازي فلزات سنگين موجود در زغال‌سنگ و باطله‌هاي همراه با آن كه باعث آلودگي منابع آبي شده و تهديدي براي ارگانيسم‌هاي موجود در منطقه هستند، جزو بزرگ‌ترين مشكلات زيست‌محيطي معدنكاري زغال محسوب مي‌شوند (Bisthoven et al.,2006). اين پسآب‌ها كه (عموما اسيدي) غني از فلزات سنگين هستند، علاوه بر اينكه درحين استخراج زغال تشكيل مي‌شوند، مي‌توانند در اثر استخراج ساير كانسارهاي حاوي سولفيدهاي فلزي از قبيل پيريت (FeS2) و يا انحلال سولفيدها و يون‌هاي فلزي از سنگ ميزبان توليد شوند (2007 Tabaksblat.,). زهاب اسيدي توليد شده با ورود به آب و يا خاك يك منطقه مي‌تواند مشكلاتي را ايجاد كند كه نمونه‌هايي از آن شامل: كاهش pH آب و بدنبال آن افزايش قابليت حلاليت، خورندگي و خوردگي آن، افزايش درصد يون‌هاي فلزي، بويژه فلزات سنگين، افزايش TSS و TDS آب، تغيير اكوسيستم موجود در آب، آلودگي آب‌هاي زيرزميني، آلودگي خاك‌هاي منطقه، آلودگي گياهان موجود در منطقه ( 2007.،Mishra، رضايي،1380) است. پيريت و ماركازيت عمده‌ترين كاني‌هاي سولفيدي آهن موجود در زغال هستند و به همراه پيروتيت بالاترين نرخ اكسيداسيون دارد و بيشترين نقش را در توليد زهاب اسيدي در معادن زغال دارند (2000. Alan.,1981.Butler et al). براساس مطالعاتي كه روي ارتباط ژئوشيميايي عناصر موجود در زغال‌سنگ‌ها با تركيبات، اجزا و بخش‌هاي مختلف موجود در آن صورت گرفته، مشخص شده كه عناصري از قبيل Mo، Cr، Se، Th، Pb، Sb، V، Be و P رابطه مثبت و مستقيمي با محصول خاكستر زغال‌سنگ‌ها دارند. As، Ni، Hg، Co و Fe عموما در ارتباط با پيريت و ماركازيت بوده و Br نيز عموما همراه با مواد ارگانيك مشاهده مي‌شود (Song et al 2007). عناصر Al، Ca و S نيز به ترتيب در ارتباط با كاني‌هاي رسي، كاني‌هاي كربناته و كاني‌هاي سولفيدي (از قبيل پيريت و ماركازيت) هستند (Querel et al., 1996 a,.1997 b). در صورتي‌كه كارخانه‌هاي فرآوري زغال‌سنگ نيز در كنار معادن زغال‌سنگ قرار گيرند، زهآب‌هايي بسيار آلوده‌تر و خطرناك‌تر ايجاد مي‌كنند (Komnitsas &Modis., 2006)، به‌طوري كه pH اين محل‌ها به حدود 3 و غلظت عناصري از قبيل Pb , Fe , Al , Ca , MNو Zn وB وBr نيز در آنها بشدت افزايش مي‌يابد (Laus et al.,2007). به‌طور كلي محققان بر اين باورند كه افزايش غلظت سولفات، در منابع آبي از جمله تاثيرات سوء زيست‌محيطي حاصل از معدنكاري زغال محسوب مي‌شوند (Bisthoven et al.,2006،Butler et al.2000،Mishra et al.,2007). با توجه به اثرات سوء معدنكاري زغال‌سنگ اين تحقيق بر آن است كه به بررسي مقايسه‌اي ميان دو معدن طزره و تخت از معادن تحت پوشش شركت زغال‌سنگ البرز شرقي بپردازد. در اين تحقيق با اندازه‌گيري pH و غلظت آنيون‌ها و كاتيون‌هاي مهم در آب‌هاي زيرزميني و بررسي تغييرات غلظت عناصر BوBr، تاثيرات معدنكاري دو مجموعه معدني بر كيفيت آب زيرزميني مورد بررسي قرار گرفته و با توجه به حضور دو معدن در سازند يكسان (سازند شمشك) آلودگي‌هاي ايجاد شده در 10سال آينده در قياس با معدن طزره، براي مجموعه معدني تخت پيش‌بيني شده است.

مناطق مورد مطالعه

معدن زغال‌سنگ طزره: بخش مركزي اين مجموعه معدني كه تحت نام تونل مادر شناخته مي‌شود، منطقه مورد بررسي است. اين منطقه در 70 كيلومتري شمال غرب شهرستان شاهرود و 45 كيلومتري شمال شرق شهرستان دامغان بين طول‌هاي و شرقي و عرض‌هاي و شمالي به مساحت km245/68 واقع شده است. نقطه مركزي مجموعه تونل مادر باگمانه اكتشافي كه در طول جغرافيايي شرقي و عرض جغرافيايي شمالي حفر شده، مشخص است.

منطقه مورد بررسي بخشي از حوضه آبريزي است كه توسط سازندهاي اليكا، شمشك، دليچاي ولار احاطه شده است. ميزان بارندگي در اين حوضه از mm 300 در سال تجاوز نمي‌كند، اما يكي از پرباران‌ترين نقاط استان سمنان محسوب مي‌شود (گزارش طرح اكتشاف، 1387). استخراج زغال‌سنگ در منطقه بصورت تونلي و زيرزميني صورت مي‌گيرد. استخراج زغال‌سنگ از 30 سال پيش در اين معدن آغاز شده است. به‌طور متوسط روزانه 2 هزار تن زغال‌سنگ از اين معدن استخراج مي‌شود. اين معدن از معادن تحت پوشش شركت زغال‌سنگ البرز شرقي است (اكتشافات تفضيلي پشكلات، 1359)

معدن زغال‌سنگ تخت: اين معدن تحت پوشش شركت زغال‌سنگ البرز شرقي در فاصله 12 كيلومتري جنوب‌شرقي شهرستان مينودشت در استان گلستان واقع شده است. منطقه تخت از شمال به دره چهل‌چاي، از جنوب به دره ساسنگ، از شرق به ارتفاعات حاجي لر و از غرب به روستاي ليسه، محمد زمان‌خان، امام عبدا... لولم، سرابو و ازداردن محدود مي‌‌شود. طول جغرافيايي منطقه بين تا شرقي و عرض جغرافيايي آن بين تا شمالي است. در راستاي ايجاد راه دسترسي به سايت، دو جاده چهل‌چاي و جنگل ده از مسير روستاي سوسرا در جنوب‌غربي منطقه زغال‌دار تخت احداث شده است. وجه تسميه نام آن از روستاي تخت كه در مجاورت آن قرار دارد است. عمليات استخراجي از سال 1380 با حفر تونل‌هاي افقي بازكننده در بخش جنوبي منطقه اكتشافي آغاز شده است. اقليم منطقه مورد مطالعه در سيستم آمبرژه نيمه مرطوب، گرم و معتدل قلمداد مي‌‌شود و براساس نقشه‌هاي كاربري اراضي عمده‌ترين بخش محدوده مطالعاتي از زمين‌هاي زراعي و كشاورزي تشكيل مي‌شود. پوشش گياهي آن اغلب زير كشت نباتات آبي بخصوص گندم و جو يا كشت غلات ديم است.

منطقه تابستان‌هاي گرم و مرطوب و زمستان پربارش دارد، اكثر نزولات بصورت برف در ارتفاعات است. متوسط بارندگي سالانه در منطقه تخت mm 500-450 است. از نظر زمين‌شناسي در اين منطقه سازند اليكا ـ شمشك ـ دليچاي و لار ديده مي‌شود (گزارش طرح اكتشاف، 1387). استخراج زغال‌سنگ از سال1383 در اين معدن آغاز شده است. به‌طور متوسط سالانه 30 هزار تن زغال در حال استخراج است. از اين معدن استخراج حدود 5/1 ميليون تن زغال‌سنگ در 15 سال برآورد شده است (گزارش پايان اكتشاف، 1388).

نمونه‌برداري‌ها

براي انجام تحقيق از زهاب خروجي تونل، زهاب شست‌وشوي باطله‌هاي معدن تخت، آب زيرزميني مقابل دمپ باطله‌ها در معدن طزره، آب بالادست و پايين‌دست معدنكاري در هر دو معدن طزره و تخت نمونه‌برداري انجام شد. پارامتر‌هاي فيزيكوشيميايي نظير pH، Ec و غلظت آنيون‌ها و كاتيون‌ها در آزمايشگاه علم و فناوري استان سمنان اندازه‌گيري شد. (جدول شماره يك).

در نمونه‌هاي برداشت شده غلظت عناصر B و Br پس از آماده‌سازي، توسط آزمايشگاه Acme كانادا با استفاده از هضم اسيدي با محلول AquaRegia و روش ICP-Ms اندازه‌گيري شدند. جدول شماره 2 برخي از خصوصيات زغال‌ها در معادن تخت و طزره را مشخص مي‌سازد.

بحث و بررسي

قبل از شروع فعاليت‌هاي معدنكاري، نرخ اكسيداسيون كاني‌هاي سولفيدي از هوازدگي طبيعي تبعيت مي‌كند.

با انجام عمليات معدنكاري و شروع استخراج مواد و باطله‌هاي معدني، بدليل بالا رفتن سطح تماس كاني‌هاي سولفيدي با آب و اكسيژن، سرعت واكنش‌هاي اكسيداسيوني افزايش مي‌يابد. در نتيجه حجم زهاب ايجاد شده افزايش و pH آن كاهش مي‌يابد.

بسياري از عناصر و تركيباتي كه در pHهاي خنثي تا قليايي توانايي حل شدن در آب را ندارند، همزمان با كاهش pH محيط در آب زيرزميني و يا سطحي منطقه حل شده و مشكلات گسترده زيست‌محيطي را ايجاد مي‌كند. در اين تحقيق pH زهاب‌هاي خروجي در هر دو معدن قليايي است و زهاب خروجي تونل، زهاب‌هاي خنثي يا آلكالي (NAMD ) است (جدول شماره يك). مقدار EC در زهاب خروجي تونل استخراجي و آب مقابل دمپ باطله‌هاي معدن طزره به ترتيب 45/2 و 63/0 برابر معدن تخت مشاهده مي‌شود.

با توجه به اينكه مقدار EC در آب زيرزميني پايين‌دست معدن طزره 6/4 برابر معدن تخت است، بنابراين كيفيت آب‌هاي زيرزميني منطقه طزره از معدن تخت پايين‌تر است.

نتايج نشان مي‌دهند كه در نمونه آب بالادست معادن طزره و تخت بيشترين مقادير غلظت مربوط به يون‌هاي HCO3-، Na+ و سولفات است.

به‌طور كلي غلظت آنيون‌ها و كاتيون‌ها در آب بالادست معدن طزره بيش از تخت است و بيشترين اختلاف در مورد يون‌هاي سولفات و سديم مشاهده مي‌شود.

ادامه دارد ...

جعفر سرقيني دانشگاه آزاداسلامي تهران جنوب،
بهناز دهرآزما، دانشگاه صنعتي شاهرود،
مهدي خرقاني، دانشگاه آزاد اسلامي تهران جنوب و
مرتضي رحيمي دانشگاه صنعتي شاهرود

ارزيابي مقايسه‌اي تاثيرگذاري معادن زغال‌سنگ طزره و تخت بركيفيت و توزيع غلظت عناصر B و Br در منابع آب

مطالب مشابه :

بررسي رابطه سكانس استراتيگرافي و ارزيابي كيفيت مخزني...

ارزيابي مقايسه‌اي تاثيرگذاري معادن زغال‌سنگ طزره و تخت بركيفيت و توزيع غلظت عناصر B و Br در منابع آب

ارزيابي مخزن- آناليز مغزه

عنوان مقاله : ارزيابى ذخيره کانسار فسفات اسفوردى به کمک نرم¬افزار DATAMINE

آشنایی با منگنز قسمت ششم : اکتشاف ، ارزیابی و استخراج منگنز

معرفی رشته مهندسی معدن

مواد امتحاني و ضرايب کنکور کارشناسي ارشد رشته مهندسي معدن

آگهي مزايده محدوده هاي اكتشافي و معادن استان آذربايجان غربي

اشنایی با رشته مهندسی معدن