فرايندهاي استخراج مقدار زيادي انرژي مصرف مي كنند كه اغلب از احتراق سوخت هاي فسيلي تامين مي گردد. اين سوخت ها تجديد ناپذير بوده و محدوديت هاي توليد و مصرف آن در فرايندهاي مورد نظر ، ضرورت هاي حياتي و گريز ناپذير ، بهينه كردن مصرف آن را ايجاد مي كند. ازسوي ديگر مشكلات ناشي از آلوده سازي محيط ، رعايت مسائل زيست محيطي و شرايط و تعهدات بين المللي لازم مي باشد. مصرف بي رويه سوخت هاي فسيلي و عدم رعايت استانداردهاي جهاني مي تواند عرصه زندگي را براي انسان اين عصر هرچه بيشتر تنگ نمايد. به همين منظور در اين مقاله ابتدا فرايند استخراج آلومينيوم به اختصار بيان شده و بعد الودگي و مسائل زيست محيطي مرتبط با اين فرايند مورد بحث قرار مي گيرد.

 

آلومينيوم يكي از فلزات پر مصرف و استراتژيك مي باشد. اين فلز پس از آهن با توليدي در حدود 17 مليون تن در سال بالاترين توليد جهاني فلزات را دارد. روش هاي توليد آلومينيوم را مي توان در پنج روش مختلف گنجاند و بررسي كرد. ولي در حال حاضر آلومينيوم از الكتروليز ملح مذاب اكسيد آن ( آلومين ) بدست مي ايد. با وجود آنكه آلومينيوم سومين عنصر فراوان پوسته زمين ( پس از اكسيژن و سيليسيوم) است و مقدار آن در پوسته زمين 8.8% است. ولي تنها منبع اقتصادي براي توليد اكسيد آلومينيوم (Al2O3) ، سنگ معدني به نام بوكسيت مي باشد. بوكسيت يك كاني نبوده و مينرال هاي آن بوهميت و ژيپست است. بوكسيت از نظر عيار 50 تا 60 درصد آلومينا(Al2O3)  داردو مهمترين ناخالصي هاي آن Fe2O3, SiO2, Tio2  مي باشند.

 

 مراحل توليد آلومينيوم در روش الكتريكي عبارت اند از:

 

1- استخراج و آماده سازي بوكسيت :

 اين مرحله مثل ساير فلزات ، شامل خرد كردن ، آسياب كردن و... است.

 

2- توليد Al2O3 خالص:

كه شامل مراحل زير است: ليچينگ گرم ، جدا كردن رسوب ها از محلول ، رسوب دادن Al(OH)3 از محلول و تكليس Al(OH)3 و توليد پودر Al2O3

 

ليچينگ گرم: بوكسيت نرم شده وارد سود غليظ مي شود و در دماي بين 180 تا 220 و فشار بين 4 تا 25 اتمسفر آلومينات سديم توليد مي شود ( NaAlO2)

 

جدا كردن رسوب ها از محلول : به روش Settling( ته نشين شدن به علت آرام بودن سيال) عمده رسوب هاي ته نشين شده ، جدا مي گردند. سپس محلول با آب داغ شسته شده ، با افزودن نشاسته به آن فيلتر مي شود. به رسوبات باقيمانده گل سرخ Red Mud گفته مي شود.

 

رسوب دادن Al(OH)3  از محلول: كه شامل سرد كردن محلول باقيمانده تا دماي 35، افزودن آب به محلول ، اضافه كردن پودر Al2O3  به عنوان جوانه زا، دادن زمان كافي

 

تكليس Al(OH)3 و توليد پودر (Al2O3) : خلوص پودر نهايي 99 تا 99.5 درصد است.

 

3- استخراج الكتريكي آلومينيوم:

براي اين منظور از روش الكتروليز موسوم به Hall- Heroult استفاده مي شود. شكل زير اجزاي اين دستگاه الكتروليز را نشان مي دهد:

 

 

الكتروليت نمك مذاب شامل    AlF3, NaF,Al2O3است. اگر آلومينيوم توليدي ته نشين نمي شد. مقاومت الكتروليت را بالا مي برد و مهمتر اينكه دوباره اكسيد مي شد و تلفات افزايش مي يافت. سيستم طوري تنظيم مي گرددكه به طور مداوم Al2O3  وارد محلول  شود و درصد آن در محلول ثابت بماند. آند گرافيتي در اثر واكنش با اكسيژن اطرافش و Al2O3   موجود در محلول ، مصرف مي گردد و بايد جايگزين شود. فرايند الكتروليز مداوم است و در نتيجه شارژ مواد اوليه نيز بايد مداوم باشد. به طوري كه هميشه يك لايه Al2O3   روي الكتروليت موجود باشد. خروج آلومينيوم بوسيله پمپ خلا صورت مي گيرد.

 

 اثرات زيست محيطي:

1- استخراج و آماده سازي بوكسيت :

مرحله اول عمليات اكتشاف است كه ارتباط نزديكي بين حوزه هاي آب زير زميني ، ذخاير خاكي با مراحل مختلف معدن كاري وجود دارد. عمليات اكتشاف شامل بررسي هاي هيدروليكي و عمليات اكتشافي است. كه به اختصار آلودگي هاي زيستمحيطي در اين مرحله عبارت اند از:

 

- تست هاي ردياب :    از خطرات اين روش وارد شدن مواد ردياب و راديواكتيو در منطقه است
 - تست هاي پمپاژ بلند مدت:     در اين روش پايين بودن سطح آب هاي زيرزميني در مجاورت يك چاه باعث خسارت موقتي به چاه كناري مي شود.

 

   تست هاي تزريق:     تغيير موقتي رژيم آب هاي زيرزميني و مشكل همساز بودن آب تزريقي با محيط زيست منطقه از تأثيرات اين روش است.

 

چاه هاي عمودي و تو نل ها    : اين روش باعث زهكشي و رسوخ آب به لايه هاي داخلي مي شود.

 

   عمليات تخليه:     از تأثيرات اين روش مي توان به مشكلات ناشي از پسماند فلاشينگ و ذخيره سازي مواد حفاري در چال هاي آزمايشي و تونل ها، فرسايش مواد توسط باد، رسوب و نشست مواد به داخل منابع آب كه باعث آلودگي آب مي شود، اشاره كرد.

 

 - حفاري  :      از تأثيرات اين روش مي توان به مشكلات صوتي ناشي از حفاري به صورت اختلال در زندگي انساني و حيواني ، ايجاد آلودگي در آب هاي زيرزميني در صورت حفر چاه نزديك محل حفاري، بالا آمدن سطح نمك در خاك ، كاهش كيفيت منابع بكر،

 

- كاواك هاي آزمايشي:     از تأثيرات اين روش مي توان اثرات ناشي از برداشت خاك و آسيب به پوشش گياهي منطقه را ذكر كرد. 

 

مرحله بعد استخراج سنگ معدن است كه تاثيرات محيطي زيادي دارد. اما در كل ، ضربه اصلي در از بين بردن پوشش هاي گياهي وارد مي شود. روبرداري بي رويه يا مدريت غلط منجر به كم شدن زيستگاه هاي حيوانات و گياهان مي گرددو توسعه جنگل ها و زراعت و.. را مشكل مي سازد. همچنين استخراج معدن روي آب هاي محلي و هوا تاثير مي گذارد. به طور مثال ، با برداشتن لايه هاي روي زمين ، آب هاي سطحي مي توانند آلوده ، اسيدي و گل آلود شوند. فرسايش در ناحيه معدن به سرعت صورت مي گيرد. اگر خاك پوشش و محافظ نداشته باشد فرسايش خاك زياد شده ، شرايط آب و هوايي تغيير كرده ، گرد و غبار در هوا زياد شده و نياز به تصويه آب بوجود مي ايد. معدن روباز مناظر بدي از لحاظ بصري ايجاد ميكنند. همچنين مي توان سر و صداي ماشين ها و صداي انفجار كه موجب آلودگي شديد صوتي مي شود را به مجموعه عوامل فوق اضافه كرد.

 

2- توليد Al2O3 خالص:

در تهيه و پالايش سنگ معدن مقدار آلودگي ايجاد شده بستگي به روش بكار برده شده ، ميزان خلوص و كيفيت سنگ معدن دارد. خطر اصلي در اين مرحله باقي مانده بوكسيت ، يعني گل سرخ است، كه داراي خاصيت قليايي بوده و از كارخانه آلومينيوم سازي خارج مي شود. اين ماده روي زمين رها شده و يا در دريا ريخته مي شود و يا در جاهاي خاصي پلمپ مي شود. اين گلاب و خروجي داراي تاثيرات زير است:

 

      ●   نشت قليا به درون آب هاي زيرزميني كه ممكن است اين آب وارد چرخه صنعت ،خانگي و يا كشاورزي شود.

      ●   كاهش زمين هاي مناسب براي كشاورزي

      ●   آلودگي مناطق خشك و ايجاد مناظر زشت

 

نوع ديگري از آلودگي ها كه در حين خرد كردن ، تكليس و انبار داري بوجود مي ايد ، آلودگي هوا ( غبار و گازهاي سمي) است. اين آلودگي ها شامل بوكسيت ، آهك ، ذرات آلومينيوم ، SO2 ، NO2 ، ذرات بوكسيت كم عيار و ذرات معلق پنتا اكسيد واناديم است. مقدار SO2بستگي به نوع سوخت مصرف شده و همچنين نوع دستگاه هاي مصرف كننده و سرويس بودن آنها دارد. گازهاي توليد شده جمع آوري نمي شوند و موجب تاثيرات محيطي ، اثر گلخانه اي و بوجود آمدن باران اسيدي خواهند شد. در فرايندهاي هيدرومتالوژي به طور حتم مايعات دور ريز و مواد جامد ناخواسته داريم كه قبل از هر اقدامي بايد اين مواد تحت پروسه هاي بازيابي و تصفيه قرار گيرند. محلول هاي آبي دور ريز ممكن است شامل فلزات سنگين باشند هرچند ممكن است قيمت اين اجزا در محلول هاي دور ريز كم بوده باشد اما اين عناصر مي توانند در زنجيره غذايي حيوانات وارد شده و با مصرف اغذيه آلوده ؛ به سلامت اندام هاي بدن آسيب رسانند.

 

محيط كاري نيز مي تواند براي كارگران بشدت خطرناك باشد. زماني كه كارگران با مواد خورنده چون اسيد و سود سروكار دارندو دوروبر آنها آلودگي شديد صوتي به همراه ذرات غبار و مواد سمي وجود دارد.

 

 3- استخراج الكتريكي آلومينيوم:

مهمترين مشكل زيست محيطي در اين بخش نشر و پخش فلوريد است. كه تاثيرات مخربي روي سلامتي افرادي كه مشغول به كار هستند دارد( منجر به مسموميت فلوريدي و اختلالات استخواني مي شود) بخارات و ذرات فلورين از مذاب كريوليت نشت مي كنند اين بخارات در گاز خروجي از آند هم يافت مي شوند. همچنين بخارات SO2 ( اگر اند شامل تركيبات گوگرد باشد) و بخارات قطران نيز از آند متصاعد مي شود. اين بخارات در حين پخت آند نيز ظاهر مي گردد. خارج شدن ذرات غبار و دي اكسيد نيتروژن را نيز مي توان به قسمت هاي قبل اضافه كرد.

 

مشكلات ديگر اين قسمت عبارت اند از : آلودگي آب ، زباله ها ، سر وصدا ، گرما

 

آلودگي آب زماني است كه سيستم تميزكاري آبي( پاشش آب) براي تميز كردن بخارات سلول ها بكار رود. اين آب شامل فلوريد و ذرات معلق جامد مثل آلومينا و كربن است كه نياز به تصفيه قبل از تخليه دارد. مشكل ديگر زباله هاي جامد است كه شامل محفظه هاي از بين رفته مي باشد( سلول ها هر 4-5 سال نياز به تعويض دارند.) كه قبل از قرار دهي آنها در هواي آزاد و يا انبار بايد از مواد سمي و فلوئور دار تصفيه گردند. همچنين داخل كوره ذوب پسماندهايي توليد مي شود كه مي تواند توليد ذرات ناپايدار يا گازهايي مثل آمونياك كند. سروصدا و گرما در قسمت كوره شرايط سختي را بوجود مي آورد كه روي سلامتي كارگران تاثير مي گذارد.

آلودگي غير مستقيم ديگر مصرف بسيار بالاي الكتريسيته است. كه بايد كارخانه در نزديكي نيروگاه تاسيس شود. كه تاسيس نيروگاه هاي سوخت فسيلي نيز آلودگي هاي مختص به خود را دارد.

 

  منابع:

- كتاب مواد، انتشارات اركان اصفهان، چاپ سوم زمستان 81

- فناوري ميكروبي در متالورژي. نويسندگان  : دكتر رامز وقار، دكتر منوچهر اوليا زاده و دكتر محمد رضا وقار. ناشر دانشگاه صنايع و معادن ايران

 

www.chemguide.co.uk

www.gsinet.ir

 www.idrc.ca