معالجة المادة المرتشحة

أصبح النض من الكومة تقنية استخلاص مهيمنة لخامات الذهب والنحاس والفضة منخفضة الدرجة في مجال التعدين والمعادن، ومع ذلك فإن المحاليل الحاملة التي تتساقط من الأكوام المكدسة تحمل أكثر من المعادن ذات القيمة الذائبة. فهي تحمل أيضًا السيانيد الحر والمعقد، والثيوسيانات، والأمونيا، والنترات، والكبريتات، ومجموعة من الغرامات المحبوسة التي ترشح الحديد والزنك والنحاس والزئبق. وبالتالي فإن معالجة المادة المرتشحة تمثل ضمانة حاسمة بين النجاح المعدني والمسؤولية البيئية. وبعبارات بسيطة، تشير معالجة المادة المرتشحة للتعدين والمعادن إلى التسلسل الهندسي للعمليات الفيزيائية والكيميائية وأحيانًا البيولوجية المصممة لإزالة أو تحويل المكونات السامة بحيث يمكن تصريف المياه بأمان أو إعادة تدويرها أو إعادة استخدامها. وبدون إزالة السموم بشكل قوي، يشكل السيانيد والمعادن الذائبة مخاطر حادة على النظم الإيكولوجية المائية وإمدادات المياه الصالحة للشرب في المصب، في حين أن أيونات التحجيم تهدد دوائر الري في الكومة ذاتها التي يعتمد عليها عمال المناجم في الاستخلاص.

من الناحية العملية، يسد قطار المعالجة الفجوة بين الأهداف المعدنية والتوقعات التنظيمية. يقوم المشغلون أولاً بموازنة الأس الهيدروجيني لتحسين حركية تدمير السيانيد، ثم جرعة المؤكسدات أو الكواشف القائمة على الكبريت التي تكسر الرابطة القوية بين المعدن والكيانيد. وتلتقط عملية التنقية أو الترشيح هيدروكسيدات المعادن المترسبة، بينما يحقق التلميع المتقدم بالغشاء أو التبادل الأيوني حدود الميكروجرام لكل لتر المنخفضة الشائعة الآن في الولايات القضائية الصارمة مثل نيفادا وكوينزلاند وأونتاريو. خلال كل مرحلة، يجب على مصممي المصنع التوفيق بين معدلات التدفق المتقلبة التي تعكس هطول الأمطار الموسمية وكذلك ارتفاع السيانيد الناجم عن حملات التفجير أو اضطرابات المحلول. ومع اكتساب التوجيهات المتعلقة بالتصريف الصفري للسوائل وإعادة استخدام المياه قوة دفع، فإن معالجة المادة المرتشحة الحديثة تتضمن أيضًا حلقات تبخير وتبلور وإدارة المحلول الملحي الموفرة للطاقة. وفي نهاية المطاف، تحمي المعالجة الفعالة للمادة المرتشحة صحة العمال، وتحمي موارد المياه الهشة في المناطق القاحلة، وتضمن الترخيص الاجتماعي في المجتمعات التي تزداد حساسيتها تجاه البصمة البيئية للتعدين.

وتشكل هذه الأنظمة مجموعة أدوات تآزرية. تعمل المراحل المؤكسدة أو المراحل القائمة على الكبريتيد على تفكيك معقدات السيانيد، وتقوم المعالجة بالجير بحبس المعادن المحررة في شكل غير قابل للذوبان، ويؤدي التلميع بالغشاء أو الراتنج إلى دفع النفايات السائلة النهائية إلى ما دون معايير التصريف حتى عندما تختفي تدفقات التخفيف الموسمية. من خلال تنظيم آليات الإزالة وفقًا لكيمياء الملوثات، تقلل المحطات من استهلاك الكواشف، وتقلل من تكاليف التخلص من الحمأة، وتحافظ على توازن مواصفات السيانيد المطلوب لتحقيق الاستخلاص الأمثل للذهب أو النحاس على الكومة.

بارامترات جودة المياه الرئيسية التي يتم رصدها

تنطوي الإدارة الشاملة للمادة المرتشحة على الاهتمام المستمر بمجموعة من البارامترات المترابطة. ويحدد تركيز السيانيد الحر السمية للأسماك ويحدد الجرعة المؤكسدة المطلوبة للتدمير. يوفر سيانيد السيانيد الحمضي الضعيف القابل للانفصال (WAD) مقياسًا أدق للسمية المتاحة بيولوجيًا، حيث يأخذ في الحسبان الأشكال المرتبطة بالزنك والنحاس التي تنطلق في ظل ظروف حمضية معتدلة نموذجية لحموضة المعدة في الحياة البرية. يعمل الثيوسيانات كمقياس تشغيلي للأكسدة غير الفعالة لـ SO₂/الهواء أو أكسدة البيروكسيد ويمكن أن ينشط أيضًا تحت أشعة الشمس إذا تُرك دون مراقبة. تجتذب المعادن الثقيلة مثل الزرنيخ والكادميوم والرصاص والزئبق التدقيق العام بسبب ثباتها وإمكانية تراكمها الحيوي، بينما تؤثر مستويات النحاس بشكل مباشر على تنويعات السيانيد وحركية غسل الذهب. وتعكس الموصلية والكبريتات تراكم الأملاح التي يمكن أن تفسد مقطرات الري وتحفز الإجهاد الأسموزي في المحاصيل إذا كانت مياه المناجم مخصصة لإعادة الاستخدام الزراعي.

يدعم الأس الهيدروجين وإمكانات تقليل الأكسدة (ORP) كل حلقة تحكم. ويؤدي ارتفاع الأس الهيدروجيني إلى استقرار السيانيد باعتباره أيون CN- غير المتفاعل ولكنه يثبط كفاءة البيروكسيد، لذلك يضبط المشغلون هيدروكسيد الصوديوم أو التغذية بالجير لتوجيه البقعة الحلوة قبل كل مرحلة معالجة. ويعكس التعكر والمواد الصلبة العالقة الكلية (TSS) فعالية خطوات التصفية ويوجه تعديلات جرعة الندف. ويظل الأكسجين المذاب حيويًا للبيروكسيد وأكسدة SO₂/الهواء، خاصةً في الارتفاعات العالية حيث ينخفض الضغط الجزئي. أخيرًا، تؤثر درجة الحرارة على حركية التفاعل وتدفق الغشاء، مما يجعل التسجيل في الوقت الفعلي ضروريًا لاستراتيجيات التحكم التكيفي في المناطق التي تتأرجح من شتاء دون الصفر إلى صيف بدرجة حرارة 40 درجة مئوية.

اعتبارات التصميم والتنفيذ

يبدأ تصميم محطة مرنة لمعالجة المادة المرتشحة بتوصيف تفصيلي لكل من ملف تعريف كومة السيانيد والسياق الهيدروجيولوجي المحلي. يقوم المهندسون بجمع عينات مركبة خلال المواسم الرطبة والجافة، ثم إجراء اختبارات لفة الزجاجة لتحديد مواصفات السيانيد وقابلية ذوبان المعادن وحركية الأكسدة في ظل سيناريوهات الكواشف المختلفة. تخفف أحواض معادلة التدفق من الذروات النهارية التي تلاحظ بعد دورات الري أو أحداث العواصف، بينما تسهل تخطيطات الخزان في الخزان المعيارية التوسع المستقبلي مع نمو إنتاج المنجم. وتُعد الاعتبارات المناخية محورية: تعتمد مواقع الأنديز المرتفعة على سخانات تعمل بالبروبان والأنابيب المعزولة لمنع تحلل البيروكسيد في الليالي الباردة، في حين أن العمليات الصحراوية الحارة تدمج أبراج التبريد للحفاظ على سلامة الأغشية. ويتطلب تخزين الكواشف وجود خزانات مزدوجة الجدران والكشف عن التسرب لأن ثاني أكسيد الكبريت السائل وسيانيد الصوديوم وبيروكسيد الهيدروجين تشكل مخاطر متميزة.

يصبح زمن المكوث الهيدروليكي (HRT) مفاضلة دقيقة بين اكتمال التفاعل والبصمة الرأسمالية. تتيح الآن النمذجة الرقمية التوأم، التي تغذيها بيانات SCADA في الوقت الحقيقي، التحسين التكراري لأحجام الخزانات وقوة المحرض ومعدلات سكب الهواء قبل صب الأساس الواحد. وتوفر أنظمة الأتمتة المجهزة بمطياف Raman ومسابير السيانيد الدقيقة من نوع "مايكرو آي إس إي" تغذية مرتدة شبه فورية، مما يتيح تحديد جرعات الكواشف التناسبية التي تقلل من النفايات الكيميائية وتثبت جودة النفايات السائلة. كما أن تكامل الطاقة المتجددة آخذ في النمو أيضًا: تعمل مصفوفات الطاقة الشمسية في غرب أستراليا الآن على تنشيط بنوك المنافيخ لمفاعلات SO₂/الهواء، مما يقلل من الاعتماد على الديزل إلى جانب انبعاثات الكربون. تكتسب الحزم الانزلاقية اللامركزية شعبية في المناجم الصغيرة حيث يسود الانضباط في النفقات الرأسمالية والجداول الزمنية الضيقة للبناء. يقدم المقاولون وحدات حاوية ISO مسبقة الصنع تحتوي على خزانات تهوية سلكية بالكامل، ومزلاقات الجير، ومكابس الترشيح، ورفوف الأغشية؛ وبمجرد وصول الطواقم إلى الموقع، تقوم الأطقم بتوصيل مشعبات المرافق وتشغيلها في غضون أسابيع.

التشغيل والصيانة

بمجرد تشغيل المحطة، يحافظ التشغيل المنضبط على الامتثال للتصاريح والتحكم في التكاليف. يبدأ فنيو الورديات كل جولة بالتحقق من خزانات الكواشف اليومية، ومراقبة أنماط الزبد في مفاعلات الأكسدة، والتأكد من أن وحدات التحكم المنطقي القابلة للبرمجة تسجل اتجاهات مستقرة في درجة الحموضة والأكسدة. وتمنع المعايرة الدورية لأجهزة تحليل السيانيد الانجراف الذي يمكن أن يؤدي إلى الإفراط في الجرعات وإنفاق المواد الكيميائية في البالونات. تحافظ عمليات إزالة الحبيبات الجيرية وفحوصات كثافة الطين على الأنابيب خالية من السدادات التي قد تؤدي إلى إيقاف التشغيل غير المخطط له. في أنظمة SO₂/الهواء، يخضع أداء زيت الضاغط المحمول وأداء مزيل الضباب لفحص دقيق لأن بخار حامض الكبريت يعزز التآكل السريع للأنابيب الفولاذية المعتدلة.

تتطلب الزلاجات الغشائية إيقاعًا مختلفًا. يقوم المشغلون بإجراء دورات أسبوعية للتنظيف في المكان باستخدام المحاليل الحمضية والكاوية الناعمة لاستعادة التدفق المفقود بسبب الغشاء الحيوي الرقيق أو تقشر كبريتات الكالسيوم، وتوثيق التدفق الطبيعي للنفاذية للتحذير المبكر من التلوث. تتم مراقبة رطوبة كعكة HDS المضغوطة للتأكد من بقاء وزن النقل بالشاحنات ضمن حدود العقد. يؤدي تقييم بوليمر نزح الحمأة إلى إجراء اختبارات جرة ربع سنوية، حيث يمكن أن تؤدي التغييرات الطفيفة في علم المعادن الخام إلى تغيير قابلية ترسيب الحمأة. تستفيد الصيانة التنبؤية الآن من مستشعرات الاهتزاز على علب التروس المحرضة وخوارزميات اكتشاف الشذوذ التي تغذيها بيانات التاريخ للتنبؤ بأعطال السدادات قبل أسابيع. تقوم فرق الموقع بتدريب مشغلي المعادن على مهام الامتثال البيئي بحيث لا يعرض غطاء الإجازة التزامات التصاريح للخطر.

التحديات والحلول

تواجه معالجة المادة المرتشحة مجموعة ثلاثية من التحديات التقنية والمناخية والاقتصادية. تختلف مواصفات السيانيد بشكل لا يمكن التنبؤ به عندما ينتقل معدن الخام من مناطق الأكسيد إلى مناطق الكبريتيد، مما يؤدي إلى طفرات مفاجئة في مجمعات النحاس والكيانيد التي تطغى على نقاط ضبط البيروكسيد. وتتصدى المصانع لهذا الأمر من خلال تركيب وحدات SART للنزيف إلى الأمام أو عن طريق تحويل المادة المرتفعة النحاس المرتشحة إلى أحواض معادلة مخصصة حيث يوفر وقت المكوث مساحة للتفاعل. وفي المواقع ذات المياه العذبة الشحيحة، فإن استرداد النفاذية فوق 90 في المائة إلزامي، ومع ذلك فإن زحف الكبريتات والنترات يحبط إعادة استخدام التناضح العكسي البسيط. ولكسر السقف التناضحي يقوم المهندسون بنشر مبلورات الجبس المصنفة، بينما تقوم أغشية التناضح العكسي الانتقائية الأحادية التكافؤ الناشئة بقطع الصوديوم والكبريتات في نفس الوقت.

تعمل المناخات الباردة على إبطاء حركية التفاعل وزيادة تحلل البيروكسيدات، لذلك يقوم المشغلون بعزل الخزانات، أو التحول إلى معززات برمنجنات البوتاسيوم، أو الاستفادة من مولدات الأوزون المذاب التي يرتفع إنتاجها مع انخفاض درجة حرارة الماء. وتظل إدارة الحمأة مشكلة دائمة: فالكعكات المحملة بالمعادن والمصنفة على أنها خطرة في بعض الولايات القضائية تفرض رسومًا عالية للتخلص منها. ويؤدي التغليف الأسمنتي المبتكر إلى تحويل هذه المسؤولية إلى ركام لردم المحابس وإغلاق الحلقة. تتزايد الضغوط المالية كلما انخفضت أسعار السلع الأساسية، مما يدفع عمال المناجم إلى استكشاف شراكات المعالجة بالرسوم حيث تقوم شركات الطرف الثالث بتمويل تحديثات المصنع مقابل أرصدة المعادن التي يتم الحصول عليها من رواسب المخلفات الخطرة.

المزايا والعيوب

تزن شركات التعدين العديد من العوامل قبل إعطاء الضوء الأخضر لإنشاء مرفق جديد لمعالجة السوائل المرتشحة. على الجانب الإيجابي، تقلل القطارات الحديثة بشكل حاد من سحب المياه العذبة، مما يسمح بالعمليات في الأحواض القاحلة التي كانت ستصبح محظورة لولا ذلك. ومن خلال استرداد النحاس، وفي بعض الحالات، الزنك أو الفضة من دوائر SART، تخلق المصانع تدفقات إيرادات إضافية تعوض تكاليف الكواشف. ويصبح الامتثال التنظيمي أكثر وضوحًا، مما يقلل من مخاطر الغرامات الباهظة أو التقاضي أو وقف الإنتاج الإلزامي. كما تعمل المعالجة أيضًا على تحسين الكفاءة المعدنية من خلال تثبيت تيارات إعادة التدوير، مما يؤدي إلى زيادة استخلاص المعادن وانخفاض استهلاك سيانيد الصوديوم. وأخيراً، فإن لوحات الأداء البيئي والاجتماعي والحوكمة التي تعززها درجات سمية النفايات السائلة المنخفضة تجذب المستثمرين المسؤولين اجتماعياً وتسهل التمويل.

هناك عيوب أيضًا. يمكن أن تتجاوز النفقات الرأسمالية 15000 دولار أمريكي لكل متر مكعب في الساعة من التدفق التصميمي عند الحاجة إلى الأكسدة المتقدمة والتناضح العكسي. تستلزم لوجستيات الكواشف، وخاصة ثاني أكسيد الكبريت السائل وبيروكسيد الهيدروجين، تدريبًا إضافيًا على السلامة والتخطيط للطوارئ في المواقع الصحراوية النائية أو المواقع المرتفعة. يرتفع الطلب على الطاقة مع إضافة كل منفاخ تهوية ومحرض ومضخة ضغط عالٍ، مما قد يعوض مكاسب الاستدامة ما لم يتم دمج توليد الطاقة المتجددة. كما أن التخلص من الحمأة، حتى عند معالجتها في الموقع، يؤدي إلى تقييد الأرض ويتطلب مراقبة دائمة ضد توليد الأحماض. يمكن أن يفوق التعقيد التكنولوجي خبرة القوى العاملة المحلية، مما يضطر الشركات إلى استيراد متخصصين مغتربين حتى يكتمل نقل المعرفة.

الأسئلة المتداولة

س: كيف تختلف معالجة المادة المرتشحة عن معالجة الصرف الحمضي للمناجم؟

ج: تحتوي المادة المرتشحة من نضح الكومة على نسبة عالية من السيانيد ومركبات السيانيد المعدني بسبب الذوبان المتعمد للمعادن، في حين أن تصريف المناجم الحمضي ينتج عن أكسدة الكبريتيد التلقائية ويتميز بالحموضة والمعادن الذائبة مع القليل من السيانيد. ولذلك، تركز قطارات المعالجة على التدمير التأكسدي في مصانع الراشحات، وتحييد الجير في مرافق الصرف الحمضي، على الرغم من أن كلاهما قد يشتركان في خطوات التصفية العالية للتحلل الحمضي بالجير والتلميع بالتناضح العكسي.

س: ما هو الهدف النموذجي للسيانيد الحر المتبقي للتصريف؟

ج: تحد معظم السلطات القضائية من السيانيد الحر إلى أقل من 0.02 ملغم لتر-¹ لحماية الحياة المائية، بينما تسمح بعض المناطق القاحلة النائية بـ 0.05 ملغم لتر-¹ إذا ثبت التخفيف والتوهين الطبيعي. وغالباً ما تكون أهداف السيانيد الحمضي الضعيف القابل للانفصال عند 0.1 ملغم لتر-¹ أو أقل.

س: هل يمكن إعادة استخدام المادة المرتشحة المعالجة مباشرة للري؟

ج: نعم، شريطة أن تكون الكبريتات والنترات والمواد الصلبة الذائبة الكلية ضمن الإرشادات الزراعية، ويتم إيلاء اهتمام خاص للثيوسيانات المتبقية التي يمكن أن تكون سامة للنباتات. يعتبر التلميع الغشائي ودراسات ملوحة التربة من المتطلبات الأساسية.

س: ما هي التقنيات الناشئة التي يجب مراقبتها؟

ج: يكتسب الأوزون التحفيزي الضوئي الذي يعمل بالطاقة الشمسية المركزة، والفريتات المولدة بالكهرباء للأكسدة والتخثر المتزامنين، ومنصات التحكم في الكواشف التي تعتمد على التعلم الآلي زخمًا تجريبيًا. كما أن التناضح الأمامي منخفض الضغط المقترن بالتقطير الغشائي يبشر بالخير لتقليل المحلول الملحي.

س: كيف يؤثر نوع الخام على اختيار الكاشف؟

ج: الخامات عالية النحاس تفضل SART لأن استعادة النحاس تمول تجديد السيانيد. وتتطلب الخامات الكربونية الحرارية التي تمتص المعادن الثمينة إزالة السموم القائمة على البيروكسيد لتجنب تراكم الثيوسيانات، في حين أن الخامات الغنية بالكبريتيدات تحتاج غالبًا إلى تجريد إضافي بالهواء للتعامل مع إطلاقات الأمونيا والنيتروجين العالية أثناء التفكك التأكسدي.

س: ما هو العمر التشغيلي لأغشية التناضح العكسي في واجبات الغسيل؟

ج: مع المعالجة المسبقة المناسبة وبروتوكولات التنظيف في المكان كل ثلاثة أشهر، تدوم عناصر البولي أميد الحلزونية عادةً من 3-5 سنوات قبل أن يتطلب فقدان النفاذية أو التلوث الذي لا رجعة فيه الاستبدال. يمكن لأغشية المياه المالحة الناشئة ذات التحمل الكيميائي المحسّن أن تطيل عمر الخدمة إلى ما بعد ست سنوات في المحطات المدارة بشكل جيد.

س: هل تؤثر معالجة المادة المرتشحة على استخلاص الذهب من كومة الذهب؟

ج: نعم، من خلال إعادة تدوير السيانيد المسترد عن طريق SART أو تقليل النحاس المذاب الذي يتنافس مع الذهب على السيانيد، يمكن لدائرة المعالجة أن تخفض من تركيبة السيانيد الطازج بنسبة تصل إلى 40%، وتحسين درجات المحلول، وفي النهاية زيادة العائد الكلي للمعدن.

س: ما هي مؤشرات الأداء الرئيسية (KPIs) التي يتم تتبعها؟

ج: يرصد المشغلون استهلاك الكواشف لكل طن من الخام، والنسبة المئوية لكفاءة تدمير السيانيد، والتدفق النوعي للغشاء، ومحتوى الحمأة الصلبة، وساعات التوقف عن العمل، وتكلفة المتر المكعب المعالج لقياس الأداء البيئي والمالي على حد سواء.

س: كيف يتم تمويل محطات المعالجة في المشاريع الجديدة؟

ج: تختار العديد من الشركات الناشئة نماذج البناء والتملك والتشغيل حيث يقوم مقاول متخصص بتمويل النفقات الرأسمالية ويتقاضى رسومًا لكل متر مكعب؛ وغالبًا ما تقوم الشركات الكبرى بدمج المصنع في الميزانية الإجمالية لتطوير المنجم وإطفاء التكاليف على مدى عمر المنجم.

س: هل يمكن للأنظمة السلبية أن تحل محل المعالجة النشطة للمرتشحات؟

ج: يمكن للأراضي الرطبة المبنية السلبية والمفاعلات الحيوية أن تصقل النفايات السائلة منخفضة القوة، ومع ذلك نادراً ما تحقق التدمير السريع للسيانيد وإزالة المعادن الثقيلة المطلوبة للنفايات السائلة عالية القوة دون آثار أقدام هائلة على الأرض، مما يجعلها خيارات تكميلية وليست بديلة.

س: ما هو الدور الذي تلعبه الرقمنة اليوم؟

ج: تقوم المستشعرات المتصلة بالسحابة بتغذية النماذج التنبؤية التي تضبط جرعات SO₂ أو البيروكسيد أو الجير في الوقت الفعلي، وتقلل من النفايات الكيميائية، وتصدر تنبيهات الصيانة قبل تعطل المضخة أو المحلل بوقت كافٍ.

س: كيف يتم تقليل حجم الحمأة إلى الحد الأدنى؟

ج: يمكن أن تؤدي إعادة تدوير التدفق السفلي في قطارات HDS، وتحسين اختيار المواد الندفية، واستخدام الترشيح بالحزام المفرغ من الهواء إلى رفع المواد الصلبة إلى 65% بالوزن/الثانية، مما يقلل من تكاليف النقل. يمزج بعض المشغلين الكعكة المجففة مع عجينة الأسمنت لتغليف المعادن المتبقية للردم تحت الأرض.

س: هل هناك مخاوف تتعلق بالسلامة تنفرد بها معالجة المادة المرتشحة؟

ج: ينطوي التعامل مع سائل SO₂ السائل على مخاطر الاختناق، بينما يمكن أن يتحلل البيروكسيد بعنف عند ملامسته للمواد العضوية. تخفف معدات الوقاية الشخصية الصارمة وأنابيب الاحتواء المزدوج وأجهزة تنقية الغاز في حالات الطوارئ من هذه المخاطر.

س: ما مدى سرعة تشغيل المصنع المعياري على الإنترنت؟

ج: يمكن أن تصل محطات الرزم المختبرة في المصنع إلى مرحلة الإنجاز الميكانيكي في غضون 12-16 أسبوعًا من تقديم الطلب، خاصةً عندما تقتصر الأعمال المدنية على المنصات الخرسانية وجدران الاحتواء الثانوية.

س: هل يؤثر تغير المناخ على تصميم المصنع؟

ج: تتطلب شدة العواصف المتزايدة أحواض أكبر للعواصف، بينما تزيد فترات الجفاف الأطول من أهمية حلقات إعادة استخدام المياه وتقنيات تقليل المحلول الملحي لضمان استمرارية التشغيل.