1-7-2- تأثیر ?SO?_2 برانسان…………………………………………………………………………………………………..22
1-8- بارش اسیدی………………………………………………………………………………………………………………….23
1-9- مواد ریزگردی(Particulate matter) ……………………………………………………………………..24
1-9-1- تأثیر ریز ذرات معلق بر انسان………………………………………………………………………………….26
1-10- برخی عناصر رایج در ریز ذرات معلق ناشی از ذوب کانسنگ مس…………………………..28
1-10-1- مس………………………………………………………………………………………………………………………28
1-10-2- آرسنیک………………………………………………………………………………………………………………..29
1-10-3- سرب……………………………………………………………………………………………………………………..31
1-10-4- مولیبدن………………………………………………………………………………………………………………..32
1-10-5 کادمیم……………………………………………………………………………………………………………………33
1-10-6- روی………………………………………………………………………………………………………………………34
1-11- مسیرهای انتقال عناصر در زیست بوم سامانه…………………………………………………………….35
1-12- گونه پذیری و تفکیک شیمیایی………………………………………………………………………………….38
1-13- تعیین زیست دسترس پذیری عناصر سمناک برای گیاهان و موجودات زنده………….41
1-13-1 تعیین زیست دسترس پذیری با استفاده از روش تفکیک شیمیایی………………………42
1-14-پیشینه روشهای استخراج گزینشی مرحله‌ای………………………………………………………………43
1-14-1- روش استخراج گزینشی ترتیبی…………………………………………………………………………….45
1-14-2- روش استخراج گزینشی ترتیبیBCR ………………………………………………………………..47
فصل دوم: موقعیت جغرافیایی، آب و هوا و زمین شناسی ناحیه مورد مطالعه
2-1-مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………49
2-2-موقعیت جغرافیایی و ریخت‌شناسی منطقه مورد مطالعه………………………………………………50
2-3-آب و هوا و اقلیم منطقه………………………………………………………………………………………………….51
2-3-1-باد………………………………………………………………………………………………………………………………51
2-4-زمین شناسی منطقه………………………………………………………………………………………………………52
2-4-1-کواترنری……………………………………………………………………………………………………………………53
2-4-2-زمین‌شناسی ساختاری……………………………………………………………………………………………..55
2-4-3- زمین شناسی مهندسی……………………………………………………………………………………………55
فصل سوم: نمونه برداری و روش های تجزیه ای و محاسباتی
3-1-مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………57
3-2- نمونه برداری …………………………………………………………………………………………………………………58
3-2-1-روشهای نمونه برداری……………………………………………………………………………………………….60
3-2-2-انواع نمونه………………………………………………………………………………………………………………….63
3-2-3-تعداد نمونه ها……………………………………………………………………………………………………………63
3-2-4-نمونه برداری از خاک………………………………………………………………………………………………..64
3-2-4-1-ملاحظات کلی برای تجزیه خاک………………………………………………………………………….64
3-2-4-2-آماده سازی نمونه………………………………………………………………………………………………..65
3-2-4-3-تعیین pH…………………………………………………………………………………………………………..66
3-2-4-4-عمق نمونه برداری……………………………………………………………………………………………….67
3-2-4-5-نمونه های کنترل (زمینه) ………………………………………………………………………………….67
3-2-4-6-نگهداری نمونه های خاک……………………………………………………………………………………68
3-3-نمونه برداری از ریز گردهای جوی………………………………………………………………………………….68
3-4-نمونه برداری از منطقه مورد مطالعه و تجزیه نمونه ها………………………………………………….70
3-4-1-نمونه برداری از خاک………………………………………………………………………………………………..70
3-4-1-1-خاک مرتعی…………………………………………………………………………………………………………70
3-5-آماده سازی نمونه ها……………………………………………………………………………………………………….74
3-6-اندازه گیری برخی پارامترهای فیزیکوشیمیایی خاک ………………………………………………….75
3-7- تجزیه استخراج گزینشی……………………………………………………………………………………………….75
3-8-نمونه‌برداری از غبار دودکش…………………………………………………………………………………………..79
3-9-روشهای تجزیه نمونه‌ها…………………………………………………………………………………………………..79
3-9-1- سنجش غلظت کل عناصر (Total Concentration) در نمونه‌های جامد……….79
3-9-2- سنجش عناصر در محلولهای حاصل از روش اصلاح شده BCR …………………………80
3-10-شاخص های زیست محیطی استفاده شده برای تحلیل نتایج…………………………………….80
3-10-1- شاخص آلودگی……………………………………………………………………………………………………..81
3-10-2-شاخص بهنجاریده غنی شدگی………………………………………………………………………………81
3-10-3- شاخص زمین انباشت…………………………………………………………………………………………….82
3-10-4-شاخص بار(Pollution Load index.PLI) …………………………………………………..83
3-10-5-شاخص اصلاح شده درجه آلودگی………………………………………………………………………….83
3-10-6-ضریب تحرک و درجات ارزیابی خطر…………………………………………………………………….84
3-11-روش تعیین خط مبنا یا زمینه طبیعی در محیط های مختلف………………………………….86
3-12-مبانی آماری استفاده شده در تحلیل نتایج………………………………………………………………….88
3-12-1-روشهای آماری تک متغیره…………………………………………………………………………………….89
3-12-2-روشهای آماری چند متغیره …………………………………………………………………………………..90
3-12-2-1-روش تحلیل مؤلفه های اصلی………………………………………………………………………….92
3-12-2-2-روش آنالیز خوشه ای…………………………………………………………………………………………..94

فصل چهارم: تحلیل داده‌ها و نتایج
4-1-مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………96
4-1-1- نتایج تجزیه شیمیایی غبار فیلتر دودکش…………………………………………………………….97
4-2-1-pHخاک…………………………………………………………………………………………………………………101
4-2-2-ماده آلی خاک…………………………………………………………………………………………………………103
4-2-3-بافت خاک……………………………………………………………………………………………………………….105
4-3-آلودگی خاک………………………………………………………………………………………………………………..108
4-3-1-خاکهای مرتعی……………………………………………………………………………………………………….109
4-3-1-1-خاکهای سطحی………………………………………………………………………………………………..109
4-3-1-1-1-نتایج شاخص بهنجارشده غنی شدگی……………………………………………………….128
4-3-1-1-2-نتایج مربوط به محاسبه ضریب زمین انباشت (I_geo) …………………………….129
4-3-1-1-3-محاسبه شاخص بار آلودگی (Pollution Load index.PLI)…………..144
4-3-1-1-4-محاسبه شاخص اصلاح شده درجه آلودگی (mC_d)…………………………………145
4-3-1-1-5-ضریب آلودگی خاک (Soil Pollution Index, SPI)………………………..146
4-3-1-2-خاکهای زیرسطحی…………………………………………………………………………………………..148
4-4-نتایج تجزیه به روش استخراج ترتیبی…………………………………………………………………………153
4-4-1-عناصر مرتبط با اجزاء تبادل پذیر…………………………………………………………………………..157
4-4-2-ارتباط زمین شیمیایی بین عناصردر جزء کاهش‌پذیر……………………………………………159
4-4-3-عناصر مرتبط با اجزاء اکسایش‌پذیر………………………………………………………………………..165
4-4-4-عناصر مرتبط با اجزاء باقیمانده………………………………………………………………………………168
فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات
5-1-مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………172
5-2-نتایج بدست آمده از محیط زمین شناختی خاک و غبار فیلتر…………………………………..173
5-3- راهکارهای پیشنهادی برای مدیریت منابع آلودگی در محیط زمین شیمیایی خاک..177
منابع و مآخذ…………………………………………………………………………………………………………………………..183

فهرست جدول ها
عنوان صفحه
جدول1-1-ترکیب شیمیایی سرباره………………………………………………………………………………………..13
جدول1-2-آلاینده‌های مهم ذوب کنسانتره‌های سولفیدی مس، اثرات و راههای کنترل آن..18
جدول1-3-اثرات ?SO?_2 بر روی انسان……………………………………………………………………………………..23
جدول1-4-اثر ?SO?_2 بر محیط زیست……………………………………………………………………………………..24
جدول1-5-منابع و ویژگیهای ذرات ریز و درشت…………………………………………………………………. 25
جدول1-6-عوامل اصلی تأثیرگذار بر روند حرکت عناصر در زیست بومهای طبیعی……………..36
جدول1-7-تحرک و دسترس پذیری عناصر مرتبط با فازهای مختلف در خاک……………………38
جدول3-1 برخی روشهای رایج مورد استفاده برای تعیین نقاط نمونه‌برداری………………………..62
جدول3-2- مزایا و معایب روشهای اصلی نمونه‌برداری…………………………………………………………..63

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

جدول3-3حد آشکارسازی و روش اندازه‌گیری عناصر مختلف در نمونه‌های خاک……………….79
جدول3-4- حد آشکارسازی (detection limit) دستگاهICP در آزمایشگاه Acme کانادا
برای سنجش عناصر مختلف در محلول‌های حاصل از روش استخراج گزینشیBCR……………80
جدول3-5-شدت آلودگی در نمونه‌های رسوب و خاک براساس شاخص زمین انباشت (I_geo)……………………………………………………………………………………………………………………………………….83
جدول3-6-رده‌های متفاوت آلودگی براساس شاخص اصلاح‌شده درجه آلودگی…………………84
جدول3-7-کدهای ارزیابی خطر براساس میزان تحرک نسبی عناصر سمناک در محیط‌های خاک و رسوب………………………………………………………………………………………………………………………….85
جدول4-1- نتایج تجزیه شیمیایی غبار فیلتر (برحسبppm) …………………………………………..97
جدول4-2- مقادیر pH خاکهای سطحی در منطقه مورد مطالعه……………………………………….102
جدول 4-3 مقادیر ماده آلی در خاکهای سطحی منطقه……………………………………………………..104
جدول4-4 غلظت فلزات سمّی سنگین در خاکهای سطحی (ppm) …………………………………110
جدول4-5- ضرایب همبستگی بین متغیرهای خاک سطحی………………………………………………125
جدول 4-6-نتایج انجام تحلیل عاملی بر روی داده‌های خاک سطحی………………………………..126
جدول4-7-نتایج مربوط به شاخص بهنجار شده غنی شدگی برای عناصر بالقوه سمی در خاکهای منطقه………………………………………………………………………………………………………………………..130
جدول4-8- نتایج محاسبه ضریب زمین انباشت داده‌های خاک سطحی……………………………..133
جدول4-9-نتایج حاصل از محاسبه شاخص بار آلودگی……………………………………………………….144
جدول4-10-کیفیت نمونه‌های خاک……………………………………………………………………………………145
جدول 4-11-مقادیر SPI بدست آمده در خاکهای منطقه…………………………………………………148
جدول 4-12- غلظت فلزهای مورد مطالعه در نمونه‌های خاک زیر سطحی (ppm)…………149
جدول4-13-ضرایب همبستگی بین متغیرهای خاک زیر سطحی………………………………………151
جدول4-14-نتایج انجام تحلیل عاملی بر روی داده‌های خاک زیر سطحی………………………..152
جدول4-15-نتایج حاصل از انجام آزمون PCA بر روی داده‌های عناصر سمناک در مرحله
اول روش تفکیک شیمیایی BCR…………………………………………………………………………………………157
جدول4-16-نتایج حاصل از انجام آزمون PCA بر روی داده‌های عناصر سمناک در مرحله دوم روش تفکیک شیمیایی BCR………………………………………………………………………………………..160
جدول4-17-نتایج حاصل از انجام آزمون PCA بر روی داده‌های عناصر سمناک در مرحله سوم روش تفکیک شیمیایی BCR……………………………………………………………………………………….163
جدول4-18-نتایج حاصل از انجام آزمون PCA بر روی داده‌های عناصر سمناک در مرحله چهارم روش تفکیک شیمیایی BCR…………………………………………………………………………………….166
جدول4-19- نتایج محاسبه ضریب تحرک عناصر سنگین در خاکهای مورد مطالعه و غبار فیلتر………………………………………………………………………………………………………………………………………..170

فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل1-1-اثرهای زیست محیطی ذوب فلزات…………………………………………………………………………17
شکل1-2-طرح شماتیک انتقال عناصر سمناک در زیست بوم سامانه…………………………………..37
شکل2-1-نمایی از کارخانه ذوب خاتون آباد…………………………………………………………………………..50
شکل2-2-نقشه گلباد منطقه برحسب بردار وزش باد…………………………………………………………….52
شکل2-3-نقشه زمین شناسی 1:100000منطقه…………………………………………………………………..54
شکل3-4-نمونه‌برداری عمقی. نمونه‌ها از هر افق خاک و توسط هریک از سه روش نشان داده شده برداشته می‌شوند……………………………………………………………………………………………………………….67
شکل3-5-نمایی از نمونه‌های خاک برداشته شده…………………………………………………………………..71
شکل3-6-نمونه خاک کشاورزی منطقه………………………………………………………………………………….72
شکل3-7-موقعیت ایستگاههای نمونه‌برداری از خاک مرتعی…………………………………………………73
شکل3-8-نمایی ازانجام مرحله چهارم BCR بر روی نمونه‌های موجود………………………………78
شکل4-1- هیدرومتری نمونه‌های خاک…………………………………………………………………………………106
شکل4-2- بافت خاک سطحی با استفاده از طبقه بندی شپرد (Shepard, 1954)……….107
شکل4-3 مقایسه میانگین عناصر سمّی سنگین نسبت به غلظت رایج آنها در خاکهای ماسه‌ای غیر آلوده………………………………………………………………………………………………………………………………….111
شکل4-4-توزیع مکانی غلظت عناصر در خاکهای سطحی: (1)مس؛ (2)آرسنیک؛ (3)سرب؛ (4)روی؛ (5)کادمیم؛ (6)مولیبدن؛ (7)آنتیموان؛ (8)بیسموت؛ (9)منگنز؛ (10)نیکل؛ (11)کرم
………………………………………………………………………………………………………………………………………………..113
شکل4-5-نتایج حاصل از انجام آزمون PCA بر روی نمودار سه بعدی مؤلفه‌های اصلی در حالت چرخش واریماکس براساس غلظت کل عناصر در نمونه‌های خاک……………………………..127
شکل 4-6- نتیجه انجام رده بندی خوشه‌ای به روش سلسله مراتبی بر روی داده‌های خاک سطحی…………………………………………………………………………………………………………………………………….128
شکل7-4-نتایج محاسبه شاخص بهنجار شده غنی شدگی برای عناصر بالقوه سمی در خاکهای منطقه………………………………………………………………………………………………………………………………………131
شکل8-4- نتایج محاسبه ضریب زمین انباشت داده‌های خاک سطح…………………………………134
شکل4-9-توزیع مکانی ضرایب زمین انباشت در خاکهای سطحی منطقه.الف) مس؛ ب) آرسنیک؛ ج) سرب؛ د) روی؛ ذ) کادمیم؛ ر) مولیبدن؛ز) بیسموت؛ ژ) گوگرد؛ ه)آنتیموان………………………………………………………………………………………………………………………………..135
شکل4-10-توزیع مکانی مقادیرSPI در نمونه‌های خاک سطحی……………………………………….147
شکل4-11-نتایج حاصل از انجام آزمون PCA بر روی نمودار سه بعدی مؤلفه‌های اصلی در حالت چرخش واریماکس براساس غلظت کل عناصر در نمونه‌های خاک زیر سطحی………….153
شکل4-12- نتیجه انجام رده بندی خوشه‌ای به روش سلسله مراتبی بر روی داده‌های خاک زیر سطحی………………………………………………………………………………………………………………………………154
شکل4-13-نتایج انجام استخراج ترتیبی بر روی نمونه‌های خاک و غبار فیلتر…………………..156
شکل 4-14-نتایج حاصل از انجام آزمونPCA بر روی نمودار سه بعدی مؤلفه‌های اصلی در چرخش واریماکس بر اساس غلظت عناصر سمناک در مرحله اول استخراج گزینشی…………158
شکل 4-15 روابط زمین شیمیایی عناصر سمناک در مرحله اول روش BCR با استفاده از آزمون آنالیز خوشه‌ای……………………………………………………………………………………………………………..159
شکل 4-16-نتایج حاصل از انجام آزمونPCA بر روی نمودار سه بعدی مؤلفه‌های اصلی در چرخش واریماکس بر اساس غلظت عناصر سمناک در مرحله دوم استخراج گزینشی…………161
شکل 4-17 روابط زمین شیمیایی عناصر سمناک در مرحله دوم روش BCR با استفاده از آزمون آنالیز خوشه‌ای………………………………………………………………………………………………………………162
شکل 4-18-نتایج حاصل از انجام آزمونPCA بر روی نمودار سه بعدی مؤلفه‌های اصلی در چرخش واریماکس بر اساس غلظت عناصر سمناک در مرحله سوم استخراج گزینشی………..164
شکل 4-19 روابط زمین شیمیایی عناصر سمناک در مرحله سوم روش BCR با استفاده از آزمون آنالیز خوشه‌ای………………………………………………………………………………………………………………165
شکل 4-20-نتایج حاصل از انجام آزمونPCA بر روی نمودار سه بعدی مؤلفه‌های اصلی در چرخش واریماکس بر اساس غلظت عناصر سمناک در مرحله چهارم استخراج گزینشی…….167
شکل 4-21 روابط زمین شیمیایی عناصر سمناک در مرحله چهارم روش BCR با استفاده از آزمون آنالیز خوشه‌ای………………………………………………………………………………………………………………167
شکل 4-22- گونه پذیری سرب در خاکهای مورد مطالعه…………………………………………………..168
فصل اول
مقدمه
1-1- کلیات
فرایندهای معدنکاری، ذوب و کانه آرایی در بسیاری از نقاط جهان سبب آلودگی زیست بومهای طبیعی مجاور این مراکز شده‌است. این فرایندها عناصر بالقوه سمناک را به شکل گاز، ذرات معلق، پساب مایع و یا باطله‌های جامد به محیطهای طبیعی به ویژه آب، رسوب و خاک اضافه می‌کنند (Dudka and Adrino, 1997). تولید مس نمونه بارزی از ایجاد این گونه مسائل زیست محیطی است، چرا که ذوب کانسنگ سولفیدی مس به آلودگی وسیع هوا منجر می‌شود. گسیل های گازی اغلب با گازهای سمّی مانند گوگرد دیوکسید و فلزات سنگین از جمله As, Pb, Hg, Cd, Ni, Be, v همراهند. در مناطق مجاور منبع آلاینده، تنفس هوای آلوده به این گسیل‌ها منجر به ورود غلظت های بالا به بدن موجودات زنده می شود. فلزات سنگین گسیل شده از راه بارش جوی وارد بوم سامانه های زمین می‌شوند. افزون بر این، همراه با خاک و رسوب وارد شبکه های غذایی شده و می توانند تندرستی جمعیت‌های زنده را به خطر اندازند. بدین ترتیب که فلزهای بالقوه سمّی نهشته شده از جو، درسطح زمین با خاک آمیخته می شوند؛ این فلزها می‌توانند بخشی از تغذیه آبخوان ها یا رواناب های سطحی را تشکیل دهند (مُر و همکاران،1387). در زیست‌بوم‌سامانه‌هایی که دچار آلودگی انسان‌زاد شده‌اند، تعیین مقدار کل هر عنصر صرفاً روند تغییرات و یا نوع عناصر آلاینده را مشخص می‌کند و اطلاعاتی در زمینه تحرک و یا زیست دسترس پذیری آنها به دست نمی‌دهد؛ زیرا تحرک و زیست دسترس پذیری یک عنصر آلاینده به شکل حضور آن در محیط بستگی دارد. بطور کلی تغییر در شرایط محیط طبیعی با تغییر شکل حضور عناصر بالقوه سمناک و حتی عناصر مغذی ضروری همراه بوده، و می‌تواند به شدت بر رفتار زمین‌شیمیایی آنها در محیط تاثیر بگذارد. برای پیش بینی رفتار شیمیایی یک عنصر باید شکل‌های مختلف آن در محیط مورد نظر ( برای مثال خاک و یا رسوب) به طور کامل در انواع شرایط سامانه‌های طبیعی مورد بررسی قرار گیرد. شناسایی و تعیین غلظت فلزات بالقوه سمناک مرتبط با بخش‌های مختلف خاک و یا رسوب تحت عنوان تجزیه کسر شیمیایی (chemical fraction analysis) شناخته شده‌است. در این روش با استفاده از حلالهای متفاوت و بر طبق دستورالعمل استخراج ترتیبی (sequential extraction procedure) شرایط متنوعی برای آزادسازی و انحلال عناصر مرتبط با فازهای مختلف و یا ساختارهای کانی شناختی خاص در نمونه خاک و یا رسوب ایجاد می‌شود. توالی ویژه‌ای برای شناسایی شکل‌های عناصر بالقوه سمناک در خاک و یا رسوب وجود دارد. این توالی بسته به شرایط متفاوت دارای تنوع زیاد می‌باشد؛ اما آنچه مسلم است روشهای تجزیه‌ی کسر شیمیایی اطلاعات ارزشمندی از منشأ، تحرک فیزیکوشیمیایی، انتقال و پتانسیل سمناکی عناصر آلوده را را فراهم می‌کند. در واقع انواع شکلهایی که توسط تجزیه کسر شیمیایی شناسایی می‌گردند، تخمینی از مقدار عناصر سمناک در مخازن مختلف این عناصر در خاک و یا رسوب می‌باشند، که می‌توانند با تغییر شرایط محیطی آزاد گردند. هدف از ارائه این فصل بیان طرح موضوع و ارائه کلیاتی در راستای اهداف و فرضیه‌های پژوهش، روشهای ذوب، اثرات زیست محیطی ذوب فلزات، روشهای تفکیک شیمیایی و ارتباط آنها با تحرک و زیست‌دسترس‌پذیری عناصر بالقوه سمناک، معیارهای گزینش و انواع الگوهای استخراج عناصر می‌باشد.
1-2- طرح موضوع و اهمیت آن در مطالعات زیست محیطی
پایش زیست محیطی در مناطق صنعتی به ویژه در مجاورت کوره‌های ذوب کانسنگهای فلزی و شناسایی منابع آلاینده طبیعی و انسانزاد می‌تواند نقش بسیار مهمی در کمینه کردن خطرات زیست محیطی داشته باشد، و به بهینه سازی سامانه ذوب و فرآوری مواد معدنی کمک زیادی کند. از این راه می توان آسیب هایی که به ساکنان منطقه وارد می‌شود را کاهش داد. از طریق تجزیه‌ی کسر شیمیایی امکان تعیین میزان تحرک، رهاسازی و پتانسیل زیست دسترس‏پذیری عناصر فراهم می‌شود. در معادن مس پورفیری و واحدهای کانه آرایی و ذوب آنها، بدلیل تنوع منابع آلاینده، شکل حضور عناصر در محیطهای زمین‌شیمیایی آب، خاک و رسوب این مراکز نیز تنوع گسترده‌ای دارد. علاوه بر منابع آلودگی و نوع عناصر آلاینده، شرایط اقلیمی که تأثیر زیادی بر فرایندهای زمین شناختی و زیست محیطی مانند تشکیل خاک، رهاسازی و انتقال عناصر دارد نیز در نقاط مختلف تفاوت می‌کند. تمام این عوامل بر رفتار شیمیایی، تحرک و زیست دسترس‌پذیری یک عنصر در خاک، آب و یا رسوب تاثیر می‌گذارد.
تفکیک شیمیایی عناصر در خاک و یا رسوب با استفاده از روشهای استخراج ترتیبی (extraction sequential) انجام می‌شود. با استفاده از این روش انتظار می‌رود که هم پیش بینی مناسبی در مورد انواع شکل شیمیایی عناصر بالقوه سمناک فراهم ‌آید، و هم عوامل حاکم بر رفتار این عناصر در خاک و یا رسوب شناسایی شوند (Violante et al., 2007).
تفکیک شیمیایی عناصر از طریق روشهای استخراج ترتیبی در واقع نوعی ارزیابی خطر زیست محیطی محسوب می‌شود که می‌توان آنرا بر طبق مراحل زیر شرح داد:
انتخاب عناصر دارای پتانسیل سمناکی
ارزیابی سطح آلودگی عناصر مورد نظر و نیاز به تحقیقات بعدی در زمینه پتانسیل رهاسازی عناصر از خاک و یا رسوبات
تعیین پتانسیل رهاسازی، انحلال و انتقال عناصر سمی
زیست دسترس پذیری عناصر آلوده برای موجودات زنده‌ای که در معرض آلودگی قرار دارند
ارتباط بین شاخص‌های فیزیکوشیمیایی محیط مانند pH بررفتار عناصر
تأثیر ترکیب کانی‌شناختی بررفتار عناصر و ارتباط آن با غلظت عناصر در اجزاء تفکیک شده در هر مرحله از روشهای تفکیک شیمیایی
برآورد ریسک (risk assessment) انواع عناصر آلاینده و همچنین خطر منابع مختلفی که این عناصر را وارد محیط می‌کنند.
ضرورت بهسازی و یا پاکسازی عناصر آلاینده، تعیین الویت منابع الودگی و ارزیابی گزینه‌های مختلف پاکسازی با توجه به شرایط منطقه
راه اندازی کارخانه ذوب کانسنگ مس خاتون آباد، حساسیت زیادی در منطقه ایجاد کرده است به طوریکه سازمان حفاظت محیط زیست و عامه مردم، فعالیت این کارخانه را عامل اصلی بروز بیماری و مرگ و میر دامهای منطقه در چند سال اخیر می‌دانند. شرکت ملی صنایع مس تا کنون برای جبران تلفات دامی مورد ادعا، غرامت زیادی پرداخت کرده است. علت مرگ و میر گوسفندان در منطقه تاکنون به درستی مشخص نشده است و احتمال این که عوامل دیگری بجز کارخانه ذوب مس خاتون آباد نیز در بروز این نابهنجاریها دخیل باشند وجود دارد. در این پژوهش ابتدا بی هنجاریهای موجود در خاکهای منطقه شناسایی و عوامل مؤثر در ایجاد آنها مشخص می‌شود. سپس سهم عوامل طبیعی و انسانزاد به وجود آورنده این بی‌هنجاریها به طور جداگانه محاسبه می‌گردد.
1-3- اهداف و فرضیه‌های پژوهش
محیط‌های زمین شناختی (آب، خاک و رسوب) در مناطق مجاور مراکز معدنکاری و ذوب همواره در معرض غلطت‌هایی فراتر از غلظت طبیعی عناصر سمناک قرار دارند. در یک زیست‌بوم‌سامانه محیط‌هایی مانند آب، رسوب و خاک تأمین کننده عناصر مورد نیاز در 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 تصفیه فلزات
در تولید و تصفیه فلزات، اجزای ارزشمند از مواد بی ارزش در یک رشته واکنش های فیزیکی و شیمیایی از هم جدا می شوند. محصول نهایی فلز و مقداری ناخالصی یا باطله است. در ذوب و تصفیه اولیه، فلزات مستقیماً از کنسانتره سنگ معدن تولید می شوند، در حالی که فرایند ذوب و تصفیه ثانویه فلزات را از ضایعات و باطله فراوری تولید می کنند. ضایعات شامل قطعات فلزی، براده‌های تراشکاری ورقه‌ها و سیم‌هایی که از دور خارج شده یا فرسوده‌ای می‌شود که قابلیت بازیافت دارند.
بررسی اجمالی فرایندها: به طوری کلی سه فناوری بازیابی فلز برای تولید فلزات تصفیه شده بکار برده می‌شوند: پیرومتالورژیکی، هیدرومتالورژیکی، و الکتروشیمیایی (بازیابی فلز با واکنشهای الکتروشیمیایی در سیستمهای مایع یا نمک مذاب).
در فرایند هیدروومتالورژیکی، از گرما برای جدا کردن فلزات مورد نظر از دیگر مواد استفاده می شود. در این فرایندها از تفاوت بین پتانسیل‌های اکسایش، نقاط ذوب، فشار بخار، تراکم ویا استخراج پذیری (قابلیت آمیختن بدون از دست دادن خواص) اجزای سازنده سنگ معدن هنگام ذوب استفاده می شود.
نمونه هایی از فرایند هیدرومتالورژیکی شامل: آبشویی، رسوب شیمیایی (ته نشینی)، کاهش الکترولیتی، تبادل یونی، جداسازی غشاء، استخراج حلّال.
مرحله اول فرایند هیدرومتالورژیکی، آبشویی فلزات ارزشمند از مواد کم ارزش است، به عنوان مثال: فرایند شستشو با سولفوریک اسید اغلب قبل از تصفیه صورت می‌گیرد. فرایند آبشویی اغلب نیاز به فشار بالا دارد، علاوه بر اکسیژن دما بالا، آبشویی ممکن است با برق نیز انجام شود. فلز مورد نظر و یا ترکیب آن توسط فرایند رسوب (ته نشینی) یا کاهش از محلول آبشویی، با استفاده از روش‌های مختلف بازیافت می‌شود. کاهش به عنوان مثال در تولید کبالت و نیکل با گاز انجام می‌شود.
الکترولیز فلزات در محلول های آبی به عنوان فرایند هیدرومتالورژیکی در نظر گرفته می‌شود. در فرایند الکترولیز یون فلزی به فلز کاهش می‌یابد. فلز که در یک اسید ضعیف حل شده است، بر روی کاتدهای تحت نفوذ جریان الکتریکی رسوب می‌کند بیشتر فلزات غیرآهنی را می‌توان توسط عمل الکترولیز تصفیه کرد (EPA,1995).
* در بیشترکوره‌های ذوب مس و نیکل از روشهای پیرومتالورژیکی استفاده می‌شود.
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 محیط زیست ضروری شد که با صرف هزینه‌های اضافی در فرایند پیرومتالورژی همراه بوده است. علاوه بر این، گسیل گازهای آلاینده و فرّار در محیط کار و فضای اطراف واحد ذوب یکی دیگر از مشکلات فرایندهای پیرومتالورژی است. این گازها تندرستی و سلامت کارگران را به خطر انداخته و باعث آلودگی محیط اطراف واحد ذوب می‌شوند.
از سال 1976، پیشرفتهای قابل‌توجهی در صنعت پیرومتالورژی مس، به ویژه تجهیزات صنعتی مربوط به آن بوجود آمده است. همزمان با پیشرفت صنعت پیرومتالورژی، هزینه‌های اقتصادی نیز به شدت مدنظر بوده است. هزینه های تولید محصولات، عامل اصلی حفظ و بقای واحدهای تولیدی، و میزان سوددهی آنها در شرکتها و کارخانه های تولید کننده مس محسوب می‌گردد. همچنین کاهش قیمت مس در چند سال اخیر، شرکتهای تولیدکننده مس را برآن داشته است که در هزینه های خود و همچنین کاهش این هزینه ها، تجدید نظر کنند، چرا که با توجه به نوع فرایند فرآوری مس و حجم عظیم تجهیزات روش پیرومتالورژی می توان با شناخت بخش‌های اصلی هزینه‌بر، راههای کاهش هزینه را در این مراکز شناسایی و اجرا کرد. جهت افزایش بازدهی هزینه ها و قابل قبول شدن آنها برای شرکتهای معدنی، یکسری عوامل بحرانی مطرح هستند که عبارتند از: میزان انرژی و راندمان مؤثر آن، الزامات کارگری و کاری کمتر، کارابودن فرایند از لحاظ مقررات زیست محیطی، انعطاف پذیری مناسب در استفاده از کنسانتره های با عیار کم و یا نسبتاً کثیف، قابلیت بازیابی محصولات جانبی و جوابگو بودن در سرمایه گذاری کلان.
از حدود سال 1986، اکثر شرکتها فعالیتهای خود را در جهت ایجاد و تأسیس پروژه های جدیدتر برای دستیابی به عوامل حیاتی فوق متمرکز کردند. کوره‌های ذوب قدیمی نیاز به بازبینی گسترده در راستای ارتقاء عملکرد و تقلیل تجهیزات کاری داشتند. هنگام راه اندازی یک روش ذوب جدید و یا روزآمد کردن عملیات ذوب موجود، عوامل اصلی که بایستی مدنظر قرار گیرند عبارتند از: استفاده از اکسیژن غنی شده، انرژی مصرفی و کنترلهای زیست محیطی (Biswas and Davenport., 1980).
1-4-2- ترمودینامیک عملیات ذوب مس
اصول ترمودینامیکی تعیین کننده شرایط عملیاتی فرایند ذوب مس است. واکنش‌های اساسی در عملیات ذوب مس بر مبنای پتانسیل شیمیایی سامانه Cu-Fe-S-O-SiO_2 ارزیابی می شود. پایداری فازهای جامد به عنوان تابعی از پتانسیل گوگرد و اکسیژن در دمای C? 1300 درجه سانتی گراد می‏باشد.
به طور کلی در ذوب مس اغلب دوفاز با وزن مخصوص‌های مختلف تشکیل می‌شود:


پاسخ دهید