نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دپارتمان مهندسی معدن، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران

2 دانشکده مهندسی معدن، پردیس دانشکده های فنی، دانشگاه تهران

چکیده

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.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Mathematical modeling the pyrite and chalcopyrite oxidation and pollution transportation in the Sarcheshmeh copper mine tailings

نویسندگان [English]

  • Sajjad Jannesar Malakooti 1
  • Faramarz Doulati Ardejani 2
  • Seyed Ziaedin Shafaei 2
  • Mohammad Noaparast 2

1 Department of Mining Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

2 School of Mining, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran

چکیده [English]

Mineral processing operation at the Sarcheshmeh porphyry copper mine has produced huge quantities of tailings materials containing sulfide minerals mainly pyrite and chalcopyrite. The tailings have been geochemically and mineralogically characterized to evaluate and gain insight into pyrite and chalcopyrite oxidation processes, acid mine drainage generation (AMD), and transportation of the oxidation products. Five vertical trenches up to 4.2 m deep were excavated from the tailings surface, and altogether 70 solid samples were taken in 0.3 m intervals. The results show that pyrite with a content range of 4-6% was the main sulfide mineral found in the tailings which has major role in AMD generation. The lowest pH values were 2.9, 3.3, 3.3, 3.9 and 3.0 which were determined at profiles A, B, C, D and E, respectively. The depth of oxidation zone in tailings varies between 1.8 and 2 m at all five profiles. This paper also presents a numerical finite volume model to simulate sulfide minerals oxidation, AMD generation and transportation of the oxidation products. A shrinking core concept describes oxidation process. Gaseous diffusion was the main mechanism for oxygen transport through the tailings. The governing equations of the model were numerically solved using PHOENICS software. The role of Thiobacillus ferrooxidans bacteria was also considered in the oxidation and leaching processes. A close agreement was achieved between the field data and modeling results for pyrite and chalcopyrite oxidation. In this paper, capping the tailings as a reclamation scenario is further simulated to gain insight into how pollutants produced by pyrite oxidation in the tailings disposal site could be reduced if a cap is used to limit oxygen diffusion and surface recharge infiltration. The simulated results of scenario with cap show that oxygen source removal limited the oxidation process. However, transportation of the oxidation products continued for long time.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Geochemical and Mineralogical Studies
  • Pyrite and Chalcopyrite Remaining
  • PHOENICS software
  • Capping Scenario
  • Site Reclamation