مدل‌سازی ریاضی فرآیندهای اکسایش پیریت و کالکوپیریت و انتشار آلودگی در باطله‌های فرآوری معدن مس سرچشمه

Abstract

عملیات فرآوری مواد معدنی در معدن مس سرچشمه مقادیر زیادی باطله حاوی کانی‌های سولفیدی از جمله پیریت و کالکوپیریت تولید کرده است. به منظور ارزیابی و فهم فرآیندهای اکسایش پیریت و کالکوپیریت، تولید زهاب اسیدی معدن و همچنین انتشار محصولات اکسایشی ابتدا خصوصیات ژئوشیمیایی و کانی‌شناسی ابن باطله‌ها مورد ارزیابی واقع شدند. 5 ترانشه قائم A، B، C، D و E تا عمق 2/4 متری برای تسهیل نمونه‌برداری در باطله‌ها حفر شدند. 70 نمونه جامد با فواصل 3/0 متری از باطله‌ها تهیه شدند. پیریت به عنوان کانی سولفیدی اصلی با مقدار اولیه 6-4% در تولید زهاب اسیدی معدن انباشتگاه باطله تعیین شد. همچنین، پائین‌ترین مقادیر pH در پروفیل‌های A، B، C، D و E به ترتیب 9/2، 3، 3، 3.9 و 3 تعیین گردید. ناحیه اکسیده در انباشتگاه باطله در 5 پروفیل مذکور در اعماق بین 2-8/1 متری مشخص شد. در این مقاله مدلی عددی به روش حجم‌های محدود برای شبیه‌سازی فرآیندهای اکسایش سولفیدها، تولید زهاب و انتقال محصولات اکسایش بر مبنای مفهوم هسته کوچک شونده و در غالب نرم‌افزار PHOENICS، ارائه شد. در این مدل، نفوذ مولکولی به عنوان پدیده غالب برای تأمین اکسیژن در فضای خالی باطله‌ها، لحاظ شد. در مدل ارائه شده نقش باکتری‌های تیوباسیلوس فروکسیدان در فرآیندهای اکسایش و لیچینگ سولفیدها در نظر گرفته شده است. مقایسه داده‌های صحرائی با نتایج مدل‌سازی اکسایش پیریت و کالکوپیریت تطابق مناسبی را نشان دادند. ضمن اینکه فرآیند پوشش‌گذاری روی باطله‌ها به عنوان یک سناریوی بازسازی در کاهش آلاینده‌های حاصل از اکسایش سولفیدها به ویژه پیریت با محدود کردن نفوذ اکسیژن و بارش‌های جوی در باطله‌ها در زمان‌های آینده مدل‌سازی شد. نتایج این مرحله از مدل‌سازی نشان می‌دهد که اگر چه حذف نفوذ اکسیژن سبب محدود کردن فرآیندهای اکسایش می‌گردد ولی انتشار محصولات اکسایش برای مدت زمان طولانی ادامه پیدا می‌کند.