بخشی از مقاله
چکیده
در کارخانه ذوب مجتمع مس سرچشمه به عنوان بزرگترین کارخانه ذوب مس در ایران به ازاء تولید هر تن مس بطور میانگین، حدود 2/2 تن سرباره تولید می شود.حدود 18/4 درصد از این سرباره ها بعد از فرایند الک کردن و آسیاب کردن برای سایر مصارف استفاده می شود این فرایندمنجر به آلودگی خاک های اطراف مراکز خردایش می گردد. این میزان منجر به تولید سالانه 374000 تن سرباره ذوب می گردد. در این مطالعه به بررسی تفکیک شیمیایی عناصر خاکی نادر در سرباره های ذوب معدن مس سرچشمه با استفاده از روش استخراج گزینشی BCR پرداخته شده است. برای این منظور از سرباره های تازه و پودر شده انجام شد.
بعد از آماده سازی نمونه ها غلظت کل - Total Concentration - عناصر توسط روش ICP-MS در آزمایشگاه لب وست کشور استرالیا تعیین گردید و سپس تفکیک شیمیایی عناصر به روش استاندارد BCR در چهار مرحله شامل اجزاء تبادل پذیر، احیاشونده، اکسید شونده و باقیمانده انجام شد. نتایج حاصل از الگوی تفکیک شیمیایی نشان می دهد، عناصر خاکی نادر موجود در سرباره های ذوب تحرک پایینی دارند و به لحاظ زیست محیطی در صورت آلودگی خاک های سطحی پتانسیل خطر بسیار کمی نشان می دهند.
متوسط غلظت این عناصر در فاز تبادل پذیر 8 درصد، در فاز احیاشونده 3 درصد، در فاز اکسیدشونده 9 درصد و در فاز باقیمانده 80 درصد می باشد. حضور بالای عناصر اغلب در فازهای باقیمانده به خوبی مؤید میزان تحرک زیست محیطی پایین عناصر خاکی نادر از سرباره های ذوب می باشد.. نتایج حاصل از غلظت کل این عناصر در نمونه های سرباره نشان داد که غلظت عناصر سریم، لانتانیوم و نئومیدیم نسبت به بقیه عناصر خاکی نادر در نمونه های سرباره های ذوب بیشتر است.
مقدمه
کارخانه ذوب مس سرچشمه بزرگترین تولید کننده مس در ایران است که سالانه بیش از 370000 تن سرباره تولید می کند. این سرباره ها در اطراف کارخانه ذوب انباشت می شوند. سرباره های کارخانه ذوب برای آماده سازی جهت سایر مصارف مانند سند بلاست ابتدا خرد و سپس آسیاب می گردند. در طی فرایند خردایش سرباره های ذوب پتانسیل بالایی برای آلودگی محیط پیرامون خود بویژه خاک های اطراف را دارند همچنین تاثیر باد نیز باعث غنی شدگی عناصر As, Cu, Mo Pb, Sb , Sn, Zn, Fe, Cr, S در خاک های سطحی اطراف سرباره ها شده است. انحلال عناصر سمی در آب نیز باعث افزایش زیست دسترس پذیری و تشدید آلودگی خاک های سطحی می شود
از دیدگاه زیست محیطی سرباره های ذوب یکی از مواد نامطلوب انسانی و تهدیدی برای محیط های طبیعی در نظر گرفته می شوند. این مواد به دلیل وجود عناصر فلزی و حجم نسبتا زیاد، حائز اهمیت می باشند. وجود ذرات سرباره در خاک، هوا و رسوبات رودخانه ای که در چندین مطالعه بررسی شده، اثر نقش آلایندگی سرباره ها را به خوبی نشان می دهد
در گذشته سرباره های ذوب، باطله های پایداری درنظر گرفته می شدند؛ زیرا تصور این بود که آلاینده ها در فازهای سیلیکاتی، اکسیدی و یا ترکیبات شیشه ای محصور می شوند .امروزه ثابت شده است که این سرباره های ذوب می توانند در آلودگی های زیست محیطی طی فرایند هوازدگی و شست وشو شرکت کنند
. - al., 2004 امروزه با توجه به غلظت بالای انواع عناصر و کانی های سولفیدی در انواع کومه های باطله در مناطق معدنی، مطالعه بر روی میزان تحرک و پتانسیل آلودگی آنها حائز اهمیت می باشد
هدف از انجام این مقاله، ارزیابی پتانسیل آلودگی عناصر خاکی نادر - به تفکیک سبک به سنگین - به جز عنصر پرومتیم - Pm - طی تفکیک شیمیایی سرباره های کارخانه ذوب مجتمع مس سرچشمه می باشد. برای این منظور علاوه بر غلظت الگوی تفکیک شیمیایی این عناصر با استفاده از روش استخراج گزینشی BCR نیز تعیین گردید.
روش مطالعه
در این پژوهش تعداد 5 نمونه سرباره کارخانه ذوب انعکاسی شامل: سرباره های تازه و سرباره های پودر شده در کنار مراکز خردایش نمونه برداری شدند. نمونه ها تا قطر کمتر از 75 میکرومتر پودر و غلظت کل عناصر خاکی نادر در نمونه های سرباره با استفاده از هضم کامل نمونه به وسیله چند اسید در آزمایشگاه ،، لب وست ،، به روش ICP-MS تعیین گردید برای انجام این فرایند از مخزن محکم با دما و فشار بالا با استفاده از تکنیک میکروویو استفاده شد. به منظور تعیین کنترل و کیفیت داده ها دقت و صحت آنها از طریق تکرار نمونه های مشابه مورد ارزیابی قرار گرفت. علاوه بر غلظت کل تفکیک شیمیایی عناصر خاکی نادر به روش استخراج گزینشی BCR نیز صورت گرفت.
روش BCR یک روش استاندارد توصیه شده توسط اتحادیه اروپا برای تعیین ماهیت حضور عناصر در یک نمونه جامد مانند خاک، رسوب و یا باطله بر اساس نوع پیوند شیمیایی آن می باشد. این روش شامل سه مرحله اصلی F1 ،F2 و F3 می باشد. علاوه بر این سه مرحله اصلی اغلب مرحله چهام F4 نیز مورد ارزیابی قرار می گیرد. هر یک از مراحل روش BCR به صورت زیر انجام شد.
F1 - اجزاءتبادل پذیر - : شامل اجزاء محلول در آب، تبادل پذیر و مرتبط با ترکیبات کربناتی می باشد که در یک مرحله با استفاده از محلول اسید استیک 0/11 مولار - CH3COOH - آزاد می گردند. عناصر آزاد شده در فاز اول از نظر زیست محیطی دارای بیشترین تحرک بوده و قابلیت بالایی برای ورود به رواناب های سطحی و آب های زیر زمینی و یا چرخه های غذایی موجودات زنده را دارند. F2 - اجزاءاحیا شونده - : شامل عناصری هستند که توسط اکسی هیدروکسیدهای آهن و منگنز جذب شده اند. این عناصر با استفاده از محلول هیدروکسی لامین هیدروکلراید 0/5 مولار - NH2OH.HCI - آزاد می گردند.
این عناصر با تغییر شرایط محیط هوازدگی از اکسیدی به احیائی و انحلال اکسیدها و هیدروکسیدهای آهن و منگنز آزاد شده و در دسترس گیاهان و موجودات زنده قرار می گیرند. F3 - اجزاء اکسید شونده - : عناصر در این مرحله توسط محلول پراکسید هیدروژن 30 درصد - H2O2 - آزاد می شوند. عناصری که در پیوند با مواد آلی و بخشی از عناصر موجود در کانی های سولفیدی مانند پیریت هستند که در اثر اکسید شدن آزاد می شوند.
این عناصر با تغییر شرایط محیط هوازدگی از احیائی به اکسیدی آزاد شده و در دسترس گیاهان و موجودات زنده قرار می گیرند. F4 - اجزاء باقیمانده - : این عناصر از نظر ژئوشیمیایی دارای پیوندهای قوی تری می باشند؛ اما با توجه به اهمیت کانی های سولفیدی و فازهای باقی مانده در تمرکز این عناصر، این مرحله مورد ارزیابی قرار می گیرد. بخشی از عناصر موجود در کانی های سولفیدی در طی اکسایش سریع در مرحله سوم آزاد می شوند؛ اما با توجه به قدرت محلول تیزاب در تخریب ساختارهای سولفیدی و پیوند های باقی مانده در نمونه رسوب، بیشترین بخش عناصر مرتبط با این ساختار ها در طی مرحله چهارم آزاد می شوند
نمونه ها پس از گذراندن مراحل آماده سازی برای آنالیز به آزمایشگاه لب وست شهر پرث درکشور استرالیا فرستاده شدند به منظور تعیین کیفیت نتایج بدست آمده، دقت و صحت نتایج حاصل از روش BCR از طریق تکرار نمونه های مشابه و همچنین محاسبه درصد بازیابی هر یک از عناصر ،مورد ارزیابی قرار گرفت. دقت نتایج حاصل از روش BCR با استفاده از شاخص انحراف معیار نسبی - RSD - تعیین گردید - رابطه. - 1 در این رابطه انحراف معیار و میانگین دو نمونه تکرار شده می باشند. مقدار RSD برای تمام عناصر 10 درصد بدست آمد با توجه به غلظت پایین اغلب عناصر خاکی نادر که نزدیک به حد تشخیص دستگاه ICP-MS بود، این سطح از RSD بیانگر دقت مطلوب آنالیز ها می باشد.
صحت نتایج در آزمایشگاه ،، لب وست ،، از طریق آنالیز نمونه های مرجع چند عنصری مورد ارزیابی قرار گرفت.
