اصولا ورقه های ژئوممبران برای سه هدف در معدن مورد استفاده قرار می گیرند: حوضچه های تبخیر ( یا استخر خورشیدی) برای بازیابی نمک، فرایند هیپ لیچ (استخراج مواد معدنی از صخره ها)، و از بین بردن پسماندها (صخره ها و سنگ هایی که بیشترین مواد معدنی آن ها از بین رفته است). بیشترین کاربرد ورق های ژئوممبران در معدن در حوضچه ی تبخیر و استخراج مواد معدنی است که استخراج مواد معدنی فرآیند پیچیده ای است.
استخراج مواد معدنی موضوع اصلی این مقاله است، با این حال سایر موضوعات نیز در این مطالعه مورد بررسی قرار خواهند گرفت. بهترین تعریف برای استخراج مواد معدنی توسط Thiel & Smith در سال 2004 ارائه شده است. دره ی Andean که تحت استخراج مواد معدنی قرار گرفته است.
کاربرد ژئوممبران در معادن
تاریخچه
خاک رس، ژئوممبران و ورقه های ترکیبی
استفاده از ژئوممبران ها در معدن و در مقیاس بزرگ برای اولین بار احتمالا در استخرهای خورشیدی برای Tenneco Minerals in Utah , در آمریکا یا در Sociedada Química y Minera de Chile S.A. (SQM) در شمال شیلی انجام شده است. اولین نصب Tenneco در 230 هکتار در سال 1970 انجام شده است. و اولین نصب SQM نیز تقریبا در همان اندازه و زمان انجام شده است. مهم تر از همه اینکه کاربردهای معدنی بیشتر شامل استخرهای کوچک شیمیایی است.
اولین پروژه ی استخراج مواد معدنی، استخراج مس بود بدون اینکه در آن از محدود کننده ی طبیعی استفاده شود. با استخراج طلا و نقره که در مونتانا، نوادا و آمریکا و در سال 1970 شروع شد، سیانور برای استخراج مواد معدنی معرفی شد و محدود کننده ها با وجود اینکه از نظر تکنیکی بی تغییر ماندند، به سرعت از نظر سیاسی پیشرفته شدند. بیشترین عملیات های مرتبط با طلا و نقره در سال 1974 و 1983 در نوادا انجام شدند و در آن از ورقه هایی استفاده شد که میزان نفوذپذیری خاک به آنها کم است.
این در حالی است که ورقه های ژئوممبران در سال 1983 رایج شدند. در هیچ ورقه ی بزرگ مقیاسی برای استخراج مواد معدنی از آستر خاک استفاده نشده است.
استخراج مس در مقیاس بزرگ با پروژه ی Lo Aquirre در شیلی و در سال 1980 شروع شد. در اوایل سال 1990 حدود ده عملیات استخراج مس در شیلی انجام شده است. امروزه، بیش از ده ها ابزار تجهیز کننده در ژئوممبران ها استفاده شده است. SQM برای اولین بار استخراج مواد معدنی نیترات را در شمال شیلی و در سال 1985 شروع کرد، و ورقه های پلی وینیل کلراید (PVC)را برای افزایش ویژگی های چند محوری انتخاب کرد که ناشی از حضور 30 درصدی نمک قابل حل در فونداسیون خاک بود.
این نمک ها حتی امکان ایجاد یک نقص جزئی را برای رشد پیشرونده درون یک گسیختگی بزرگ را فراهم می کنند که در صورتی این اتفاق می افتد که این ورقه نتواند نشست ناهموار بوجود آمده را اصلاح کنند. یکی از پروژه های استخراج طلا Summitville در Colorado, USA, که نهایتا به منظور از میان برداری مواد سمی انباشته است، به طور اصلی در سال 1984 طراحی شد و از PVC برای پر کردن ورقه ی هیپ لیچ استفاده می کند. اما در سال 1985 ساختار آن به پلی اتیلن با غلظت بالا (HDPE) تبدیل شد. بزرگترین خاکریز سد با یک مانع نفوذ هسته ای ژئوممبران در VLDPE (the TS Ranch, Nevada) و در سال 1989 انجام شد.
کاربرد معدنی دیگر و بزرگ مقیاس استخر خورشیدی برای تجهیزات معدنی یک محلول پتاسیم در سال 1992و در 12 هکتار در شمال غربی آرژانتین انجام شد. متاسفانه، قرار گرفتن در معرض امواج فرابنفش می تواند تاثیر جدی ای بر نابودی ورقه ها و تخلیه ی حوضچه در یک سال بگذارد. VLDPE در اوایل سال 1990، به ثبت مهم تری در صنعت استخراج مواد معدنی دست یافت که کشش چند محوری نسبتا بالای مواد و مقاومت اصطکاکی خوب، مزایای این طرح را نشان داد.
استفاده از آن در استخراج مواد معدنی تا زمان قطع آن در سال 1994 ادامه داشت. با این حال در کمتر از دو سال ورقه ی انتخاب شده برای ساختار هیپ لیچ در نتیجه ی مقاومت کششی و اصطکاکی در مقایسه با HDPE ، همانند فرمولاسیون های گوناگون پلی اتیلن خطی با غلظت کم (LLDPE) شروع به کنترل کردند.
اولین ساختار ژئوممبران برای استفاده در استخراج مواد معدنی در دره ی Zortman-Landusky، پروژه ی استخراج طلا در مونتانا، برای اولین بار در سال 1979ساخته شد و در طی ده سال گسترش یافت و در نهایت به 150 m مواد معدنی در ورقه رسید. Zortman-Landusky از PVC استفاده کرد که تا حدود سال 1985یک ژئوممبران شناخته شده برای استفاده ی معمولی در استخراج مواد معدنی بود که مربوط به زمانی است که ورقه های HDPE در صنعت رایج شده بودند.
امروزه معروفترین ساختار ورقه ای برای استخراج طلا در Newmont’s Yanacocha در مرکز شمال Perú قرار دارد. بیشتر ورقه های استخراج کننده که در دره ها قرار می گیرند، از یک ساختار ورقه ای استفاده می کنند که بالاتر از حداکثر میزان سطح ذخیره ی آّب و ورقه های ژئوممبران دو لایه که در زیر آن سطح قرار دارد است.
ورقه های ژئوممبران تک لایه هنوز هم رایج ترین لایه ها برای استخراج مس با ساختار لایه ای رایجتر برای استخراج طلا و نقره هستند. ورقه های HDPE و LLDPE با ضخامتی به میزان 1.5 تا 2.0 میلی متر و لایه های PVC در 0.75 تا 1.0 میلی متر ضخامت در حال حاضر رایج ترین نوع و ضخامت لایه های قابل استفاده در صنعت معدن هستند.
2.2 ورقه های ژئوممبران دو لایه
ساخت استخرها با استفاده از ورقه های دو لایه در سال 1980 در نوادا شروع شد، ورقه های دو لایه در کاربرد های وسیع تری مانند لیچ پدها مورد استفاده قرار می گیرند که هنوز هم رایج اند. تا سال 1995 فقط شش نمونه ورقه برای استخراج مواد معدنی وجود داشت که شامل: پروژه ی Amax Gold’s El Guanaco در شیلی، پروژه ی Hecla’s La Cholla در مکزیک، و پروژه ی Piedmont’s Mother Load در نوادای آمریکا است. در حال حاضر چندین عملیات استخراج طلا در دره وجود دارد که به وسیله ی استخراج، فرایند آبگیری را انجام می دهد و بنابراین می تواند دهانه های هیدرولیکی قابل توجهی را در این ورقه تا حدود 40 متر افزایش دهد.
معروفترین نوع شناخته شده Pierina در معدنی در Perú است ( تصویر شماره 1)، معدن Veladero در آرژانتین و معدن Cripple Creek در Colorado, USA,، همگی از ورقه های دو لایه که کم تر از حداکثر میزان سطح آّب می باشند ساخته شده اند. عمق معدن در طول این لایه دارای دامنه ای به میزان 125 تا 160 متر برای این پروژه ها است.
اضافه کردن یک ژئوممبران ثانویه و سیستم جمع آوری ترشحات و سیستم بازیافت (LCRS) 30 تا 100 درصد به هزینه ی ثابت شده اضافه خواهد کرد. با این حال، قابلیت ساخت یک فاکتور مهم محسوب می شود. برای مثال بزرگترین لیچ پد در شیلی از 150 هکتار تجاوز می کند.
همچنین مقاومت درونی یک فاکتور کلیدی دیگری است. لیچ پدهایی که در دره قرار می گیرند عموما در سراشیبی قرار دارند. برای پر نگه داشتن دره، ورقه های دو لایه ژئوممبران (که از ساختار لایه های پایینی هستند) پایین تر از بیشترین میزان سطح آب قرار می گیرند. ساختار لایه ها بالاتر از این سطح استاندارد است. سراشیبی ها می توانند از 0.75 افقی تا 1 عمودی تجاوز کنند. سنگ معدن به طور عمد در یک وضعیت سست قرار می گیرد تا توزیع و تراوش محلول را افزایش دهد.
بر اساس مطالعه ی انجام شده توسط Breitenbach, در سال 2004این ته نشینی وسیع و بالقوه در خیس شدن و بهبود وضعیت قرار گیری تاثیر می گذارد. بنابراین، پتانسیل قرارگیری سنگ معدن در طول سراشیبی برای کشیده شدن لایه حائز اهمیت است و استفاده از یک ژئوممبران دو لایه ای این خطر را افزایش خواهد داد. در حالی که می تواند در این طرح مدیریت شود. با این حال منطق قوی تری را برای هدایت پروژه ها به سمت ورقه های هم نشست نشان می دهد..
نتیجه گیری تاریخچه ی 35 ساله
اخیرا در صنعت معدن از ورقه های ژئوممبران برای مصارف گوناگونی از جمله استخر خورشیدی، پدهای هیپ لیچ و آبگیری پسماند استفاده می شود. نصب سالیانه احتمالا بیش از 2000 هکتار از سیستم های ورقه ای پایه با نواحی پوشیده توسط ژئوممبران را شناسایی کرده که در ورقه های ضد آب از آن استفاده شده است ( در بعضی از موارد این نواحی پوشیده با ژئوممبران حائز اهمیت اند). HDPE و LLDPE در صنعت لیچ پد شناخته شده اند که دارای 1.5 میلی متر تا 2.0 میلی متر ضخامت می باشند.
PVC هنوز هم در امور مربوط استخر خورشیدی کاربرد دارند و دارای ضخامت 0.75 تا 1.0 میلی متر می باشند و رایجترین نوع ژئوممبران می باشند که با تغییر در HDPE شناخته شده اند. بحث های نوظهور در هیپ لیچ شامل: بارگیری های قوی مورد استفاده در ژئوممبران ها و لوله های زهکشی، مقاومت سراشیبی و اثرات زلزله، تاثیرات دمایی بویژه با در نظر گرفتن سوراخ شدگی ژئوممبران است.
