پسماندی با کاربردهای فراوان
خاکستر زغال‌سنگ، معدن عناصر نادر خاکی
گروه معادن
>زغال‌سنگ
- دانشمندان ایالات متحده به یافته‌ای دست پیدا کرده‌اند که می‌تواند آینده صنعت زغال‌سنگ در حال مرگ این کشور را تامین کند. آنها پی برده‌اند که خاکسترهای باقیمانده از عملیات‌های محلی زغال‌سنگ، به‌ویژه در منطقه آپالاچ (یکی از مناطق کوهستانی شرق امریکا)، شامل مقادیر چشمگیری از عناصر نادر خاکی هستند.
به گزارش ماین نیوز، پژوهشگران دانشگاه دوک (واقع در کارولینای شمالی)، پس از بررسی و آزمایش خاکسترهای باقیمانده از سوزاندن زغال‌سنگ در نیروگاه‌های مختلف ایالت متحده، اعلام کردند: «خاکسترهای باقیمانده از تولیدات زغال‌سنگ منطقه آپالاچ، نسبت به سایر خاکسترها، بیشترین میزان عناصر نادر را در خود جای داده‌اند. » در این پژوهش، توجه ویژه‌ای به زغال‌سنگ تولیدی در مناطق عمده زغال‌سنگی این کشور مانند کوه‌های آپالاچ، ایلینوی جنوبی و غربی و همچنین مناطق پیرامون رود پاودر ریور باسین در ایالت‌های وایومینگ و مونتانا معطوف شد.
یکی از مهم‌ترین نتیجه‌گیری‌های این گروه پژوهشی آن بود خاکستر زغال‌سنگ بازمانده از سوزاندن تولیدات منطقه آپالاچ، بیشترین میزان عناصر نادر خاکی را دارد و از هر کیلوگرم خاکستر آن می‌توان ۵۹۱ میلی گرم مواد معدنی استخراج کرد. این پژوهشگران در یک اعلامیه بیان کردند که «یافته ما به معنای آن است که در خاکسترهای زغال‌سنگ موجود در سراسر ایالات‌متحده، میلیاردها دلار عناصر نادر خاکی پنهان شده‌اند. » آنها اعلام کردند که اگر برنامه‌ای برای حرکت رو به جلو وجود داشت، آن برنامه، انتخاب خاکسترهای زغال‌سنگ دارای بیشترین میزان عناصر نادر خاکی قابل استخراج بوده است. پژوهش ما، این انتخاب را عملی کرد و نخستین مطالعه جامعی بود که این سنجش را بررسی کرد. در پژوهش‌های پیشین مشخص شده بود که استخراج عناصر نادر خاکی از ضایعات زغال‌سنگ، نه‌تنها از نظر مالی، شدنی است بلکه یکی از اقداماتی است که می‌تواند به حفظ کیفیت محیط‌زیست هم کمک زیادی کند. ۴ سال پیش هم تعدادی از دانشجویان و استادان دانشگاه بین‌المللی امام خمینی قزوین، در مطالعه‌ای نشان دادند که می‌توان از خاکستر زغال‌سنگ، ژرمانیوم به‌دست آورد. براساس این مطالعه، ژرمانیوم یکی ازعناصر نادر و ارزشمند شبه فلز سفید خاکستری درگروه ۱۴ جدول مندلیف است که در صنایع الکترونیک بسیارکاربرد دارد. مهم‌ترین منبع تولید این فلز ژرمانیوم بازیافتی از وسایل الکترونیکی است اما با پیشرفت فناوری و علوم درزمینه شیمی و فرآوری موادمعدنی روش‌هایی برای استحصال ژرمانیوم ازمنابع معدنی به مرحله اجرا رسیده که شناخت این راهکارها حائز اهمیت است. ازمنابع بالقوه برای استحصال این عنصر با ارزش می‌توان کانسارهای سولفیدی و زغال‌سنگ را نام برد که درکشور ما ذخایر قابل‌توجهی از آنها وجود دارد.
چشم معدنکاران زغال‌سنگ به دستان پژوهشگران
بیشتر زغال‌سنگ امریکا در ایالت‌های شرقی و شمال‌شرقی این کشور تولید می‌شوند که البته در حال حاضر با بحران سیاسی روبه‌رو شده‌اند. دولت باراک اوباما در سال‌های گذشته، فشار زیادی روی این دسته از معادن آورده تا وضعیت سلامت هوا را بهبود بخشد. چند ماه پیش بود که اوباما خبر از تدوین استاندارد زیست‌محیطی جدیدی داد که منجر به کاهش آلودگی هوای این کشور خواهد شد. این اقدام منجر به مخالفت بسیاری از معدنکاران زغال‌سنگ ایالات متحده شد و شرکت مورای این کشور حتی اقدام به شکایت از رییس‌جمهور کشورش کرد. با این حال، این واکنش هم نتوانست مانع از تلاش دولت اوباما برای کاهش تولیدات زغال‌سنگ امریکا شود. دو هفته پیش وزیر کشور امریکا از شروع بازنگری در قانون معادن زغال‌سنگ این کشور خبر داد. سالی جوئل گفت که منابع معدنی به تمام نسل‌های کنونی و آینده امریکا تعلق دارد و ما باید از این موضوع اطمینان یابیم که فعالیت‌های معدنکاری به صورت اصولی انجام می‌شود و ضربه‌ای به آینده کشور وارد نمی‌شود. جوئل همچنین اعلام کرد که براساس تصمیمات گرفته شده، تا زمان اتمام فرآیند بازنگری در قانون معدنکاری زغال‌سنگ امریکا (که ممکن است ۳ سال به طول بینجامد)، هیچ مجوز جدیدی به معدنکاران اعطا نخواهد شد. این اقدام هم با اعتراض شدید معدنکاران و اقتصاددان امریکایی روبه‌رو شدند و آنها تصمیم اتخاذ شده را سبب مرگ اشتغالزایی کشورشان دانستند اما، اعتراض‌های آنها تاکنون به نتیجه‌ای نرسیده و دولت کنونی امریکا، مصمم به کاهش تولید و مصرف سنگ سیاه در کشور خود است. با این حال، اگر استفاده اقتصادی از خاکستر زغال‌سنگ، جنبه عملی پیدا کند، می‌توان انتظار داشت که صنعت زغال‌سنگ امریکا، عمری دوباره پیدا کند.
مشکل بازیافت خاکستر زغال‌سنگ
در حال حاضر خاکستر سبک و معلق زغال‌سنگ و سایر پسماندهایی که از سوزاندن زغال‌سنگ تولید می‌شوند، از مهم‌ترین پسماندهای جهان هستند. در امریکا سالانه بیشتر از ۱۳۶میلیون تن از این مواد زاید تولید می‌شود. برآوردها نشان می‌دهد اروپا نیز سالانه حدود ۱۰۰میلیون تن خاکستر زغال تولید می‌کند. ارقام مشابهی برای چین در دست نیست اما از آنجا که در حال حاضر چین بیشتر از همه کشورهای دنیا زغال‌سنگ مصرف می‌کند، پس بدون شک تولید این پسماند در چین هم قابل توجه است. دانشمندان چینی در آکادمی مصالح ساختمانی و موسسه مطالعات فنی صنعت ساختمان‌سازی برآورد کرده‌اند که در چین سالانه ۲/۵میلیارد تن خاکستر زغال‌سنگ تولید می‌شود. چندین سال است که منتقدان و جوامع محلی هشدار داده‌اند روش‌های معمول دفن خاکستر خطرات بی‌شماری را متوجه آب‌های زیرزمینی و ساکنان محدوده‌های مجاور خواهد کرد. حدود ۶۰درصد از خاکستر زغال‌سنگ در امریکا روانه زمین‌های دفن زباله می‌شود اما در اروپا این رقم حدود ۵۰درصد است. با وجود اینکه سال ۲۰۰۵م دولت چین در یک اقدام متهورانه تصمیم گرفت نرخ بازیافت را به ۷۵درصد برساند اما این رقم در حال حاضر تنها حدود ۳۰درصد است.
بازیافت خاکستر، آری یا نه؟
موضوع بازیافت خاکستر زغال‌سنگ این روزها پیچیده‌تر هم شده، چراکه بیشتر گروههای محیط‌زیستی بازیافت خاکستر را که در عمل از دیدگاه صنعتی سودآور است، محکوم کرده‌اند. سال ۲۰۰۹م در امریکا تنها حدود ۷میلیون تن خاکستر بازیافت شد، از این خاکستر در مواردی مانند زیرسازی جاده‌ها، تولید کود و بستن معادن متروکه استفاده شد. دوستداران محیط‌زیست معتقدند تمام موارد یادشده برای محیط‌زیست و جوامع انسانی خطرساز است. برای کاهش این خطرات، پیش از یافتن عناصر نادر خاکی در خاکستر زغال‌سنگ، چند استفاده اقتصادی به وسیله نشنال‌جئوگرافیک معرفی شده بود که در ادامه می‌آید: خاکستر زغال‌سنگ شامل آرسنیک، جیوه، سرب و سایر فلزات سنگین است. در صورتی که خاکستر زغال‌سنگ با آب تماس نداشته باشد، مشکل خطرساز بودن آن نیز رفع می‌شود. یک روش ایمن برای بازیافت این پسماند وجود دارد: ویژگی‌های شیمیایی خاکستر زغال‌سنگ آن را یک جایگزین مناسب در صنعت سیمان کرده و دهه‌هاست سازندگان بتن از آن استفاده می‌کنند. هدف این است که سازندگان بتن از خاکستر زغال‌سنگ و سایر مصالح بازیافتی استفاده کنند تا از انتشار حجم بالای کربن به جو که ناشی از فرآیند تولید سیمان معمولی است، جلوگیری شود. سیمان از حرارت دادن سنگ آهک و خاک رس تا مرز هزاران درجه ساخته می‌شود اما این فرآیند ۵ تا ۱۵ تن دی‌اکسید کربن هم تولید و روانه جو زمین می‌کند. با اینکه خاکستر زغال محصولی مجانی است، اما استفاده از آن چندان کار راحتی هم نیست. یک کارخانه بتن‌سازی که هرگز از مصالح بازیافتی استفاده نکرده اگر تمایل داشته باشد تغییر روش دهد، باید از اساس تغییر کند. موضوع زیرساخت‌ها هم بسیار مهم است. به عنوان مثال خاکستر زغال‌سنگ را باید جدا از سایر مصالح انبار کرد، علاوه بر این سازنده بتن هم به یک منبع قابل‌اعتماد و همیشگی نیاز دارد، چراکه نمی‌تواند روی این موضوع سرمایه‌گذاری کند مگر اینکه از منبع تولید و مسیر حمل‌ونقل آن مطمئن باشد.
کارکردهای مختلف خاکستر زغال‌سنگ
خاکستر زغال‌سنگ ویژگی‌های منحصربه‌فردی دارد که آن را برای استفاده‌های عجیب و شگفت‌آور کاملا مطلوب ساخته است. خاکستر یک ماده افزودنی مفید با کارآیی مطلوب در صنعت بتن‌سازی است، حتی یک جایگزین خوب برای خاک رس به کار رفته در صنعت آجرسازی نیز است. در برخی نمونه‌های آجر بازیافتی حتی تا ۴۰درصد هم از زغال استفاده کرده‌اند. علاوه بر این حفره‌های خالی که در بیشتر فلزات ایجاد می‌کنند نیز با استفاده از همین ماده است. حفره‌های توخالی نه‌تنها فلزات خاصی را مستحکم‌تر می‌کند بلکه حتی از وزن آنها هم می‌کاهد. آلیاژهایی از فلز که کمتر از ۲۰ تا ۳۰درصد وزن‌شان را خاکستر تشکیل داده، ترکیباتی هستند که از نظر استحکام با ماده اصلی تفاوتی ندارد اما نکته اینجاست که وزن این ترکیبات خیلی کمتر است. یکی از کاربری‌هایی که به تازگی در حال بررسی آن هستند، استفاده از این مواد برای ساخت کشتی‌ها و حتی وسایل نقلیه سبک‌تر است. خاکستر زغال‌سنگ کارآیی نامتعارف دیگری هم دارد. این کارآیی نامتعارف مربوط است به ساختار شیمیایی منحصربه‌فرد ذرات آن که می‌توانند به راحتی نفت را جذب کنند. سودیپتا سییل از دانشگاه مرکزی فلوریدا روی ذرات خاکستر زغال‌سنگ تغییرات اندکی ایجاد کرده و محصول جدیدی به نام اوپس را عرضه کرده که مخفف عبارت «پاکسازی نفت با کمک ذرات سطحی» است. بودجه پژوهش وی را مرکز علوم ملی امریکا اندکی پس از فاجعه نشت نفت در خلیج مکزیک تامین کرد. این نوآوری هنوز به بازار عرضه نشده اما وعده‌هایی در این زمینه داده شده است. این ذرات می‌توانند نفت را جذب کنند، اما مشکل در پسابی است که باقی می‌ماند. نحوه استفاده از آن به این شرح است که این ماده را روی سطحی که نفت نشت کرده، می‌پاشند و سپس باید آن را جمع‌آوری کنند. سییل می‌گوید: این ذرات نسبت به سایر فناوری‌های کنونی جمع‌آوری نفت ارجحیت دارد، چراکه ماده خام لازم برای تهیه این محصول به آسانی در دسترس است و مهم‌تر از همه اینکه در نهایت نفت اشباع شده از خاکستر را می‌توان دوباره به نیروگاه‌ها انتقال داد و از انرژی آن استفاده کرد. هرچند برای استفاده دوباره از این انرژی ابزار پیشرفته‌ای لازم است اما بررسی‌ها ثابت کرده این فرآیند به هیچ‌وجه مواد سمی و خطرناکی که همراه خاکستر زغال‌سنگ است را وارد آب نخواهد کرد.
تاریخ انتشار : چهارشنبه ۲۶ خرداد ۱۳۹۵ ساعت ۱۲:۵۸
کد مطلب: 32776
زغال‌سنگ
