تبدیل فاضلاب به دارایی مایع: به‌کارگیری فناوری‌های تغییردهنده بازی برای افزایش بازیابی مواد معدنی حیاتی و کاهش مصرف آب در بخش معدن

در حالی که تقاضای جهانی برای مواد معدنی حیاتی جهت تأمین انرژی پاک، مراکز داده، زیرساخت‌های کلیدی و رشد اقتصادی به سرعت در حال افزایش است، روش‌های فعلی استخراج و فرآوری، نگرانی‌های اقتصادی و زیست‌محیطی قابل‌توجهی را برای صنعت معدن ایجاد کرده‌اند. صنعت معدن هم‌زمان با چالش‌های همگرا دست‌وپنج نرم می‌کند؛ از جمله تأکید فزاینده بر مواد معدنی تأمین‌شده از داخل، کاهش عیار سنگ معدن و بدهی‌های ناشی از باطله‌های معدنی. دکتر برندون اسمیت (Dr. Brendan Smith)، هم‌بنیان‌گذار و مدیرعامل شرکت SiTration، توضیح می‌دهد که چگونه سرمایه‌گذاری در فناوری‌های جدید موجب افزایش بهره‌وری منابع و به حداقل رساندن ریسک در زنجیره‌های تأمین مواد معدنی حیاتی خواهد شد. فناوری آب و نوآوری‌های مرتبط با آن، نقشی کلیدی در تغییر این معادله ایفا می‌کنند و می‌توانند آینده پایداری صنعت را تضمین کنند. این گزارش که توسط جودی دادسون (Jody Dodgson) در نشریه Global Mining Review (دوشنبه، ۲۹ دسامبر ۲۰۲۵) منتشر شده است، به بررسی این تحول بزرگ می‌پردازد.

نکات کلیدی :

• مصرف بالای آب: عملیات استخراج مواد معدنی حیاتی به شدت آب‌بر است و روش‌های فعلی قادر به بازیابی مؤثر آب و مواد باارزش از پساب نیستند.
• تنش آبی در مناطق معدنی: پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۵۰، حدود ۲۰ درصد از معادن جهان در مناطقی با تنش آبی بسیار بالا قرار گیرند.
• باطله‌های معدنی: سالانه ۱۳ میلیارد تن باطله معدنی تولید می‌شود که حاوی مقادیر زیادی آب و مواد معدنی بازیافت‌نشده است.
• راهکار فناورانه: استفاده از فناوری‌های نوین برای تصفیه فاضلاب و بازیابی مواد، می‌تواند بدهی‌های زیست‌محیطی را به دارایی‌های اقتصادی تبدیل کند.

بخش اول: درک چالش‌های پیش‌رو و بحران منابع

در حال حاضر، عملیات معدنی نتوانسته‌اند از فرصت بازیابی محصولات جانبی که می‌تواند زنجیره‌های تأمین داخلی را تقویت کند، بهره‌برداری کنند. عملیات استخراج مواد معدنی حیاتی به‌طور باورنکردنی آب‌بر هستند. حجم زیادی از آب که برای فرآیند کانه‌آرایی یا تغلیظ (Beneficiation process) مورد نیاز است، در نهایت به فاضلابی غنی از مواد معدنی متنوع تبدیل می‌شود. روش‌های امروزی قادر به بازیابی این محصولات جانبی ارزشمند و حجم عظیم آب نیستند و همه این‌ها صرفاً در حوضچه‌های بزرگ باطله انباشته می‌شوند. همان‌طور که عملیات معدنی به دنبال فناوری‌ها و فرآیندهای قابل‌دوام برای بازیابی آب و مواد معدنی جهت پاسخگویی به تقاضای رو به رشد و در عین حال پایین نگه داشتن ریسک‌های عملیاتی هستند، سرمایه‌گذاری در این فناوری‌ها به‌طور قابل‌توجهی بهره‌وری منابع را بهبود بخشیده و ریسک‌ها را در سراسر زنجیره‌های تأمین معدنی جهانی در این دهه و فراتر از آن کاهش خواهد داد. کارشناسان و متخصصان حوزه آب در مرکز بینش آب بر این باورند که بدون تغییر رویکرد و حرکت به سمت بازچرخانی، پایداری این صنعت در بلندمدت به خطر خواهد افتاد. با توجه به مقادیر قابل‌توجه آب مورد نیاز برای استخراج مس، نیکل، کبالت، عناصر خاکی کمیاب (REEs) و سایر مواد معدنی حیاتی که برای حمایت از امنیت انرژی و زیرساخت‌های حیاتی مورد نیاز هستند، استخراج و بازیابی مواد معدنی سهمی از بالاترین برداشت‌های آب شیرین در بخش صنعتی را به خود اختصاص داده‌اند. این موضوع لزوم بازنگری در الگوهای مصرف و استفاده از تکنولوژی‌های نوین تصفیه را بیش از پیش آشکار می‌سازد. برای افزودن به این چالش، مناطق معدنی با بهره‌وری بالا اغلب در مناطقی با کمبود آب واقع شده‌اند. حداقل ۱۶ درصد از معادن، ذخایر و مناطق مواد معدنی حیاتی جهان در مناطقی قرار دارند که با سطوح بالا یا بسیار بالای تنش آبی مواجه هستند. پیش‌بینی می‌شود این رقم تا سال ۲۰۵۰ به ۲۰ درصد افزایش یابد. برداشت مقادیر زیادی آب می‌تواند منابع آب سطحی و زیرزمینی مجاور را تخلیه کند؛ مانند سایت‌هایی نظیر سالار د آتاکاما (Salar de Atacama) در شیلی، جایی که استخراج لیتیوم و مس بیش از ۶۵ درصد از منابع آب محلی را مصرف کرده است. این مسئله اهمیت مدیریت منابع آب را بیش از پیش نمایان می‌کند.

بخش دوم: مدیریت باطله‌ها و ناکارآمدی روش‌های سنتی

علاوه بر عرضه محدود آب، عملیات معدنی امروزی باید با مقادیر وسیع و انباشته‌شده آب باطله (Tailings water) نیز دست‌وپنج نرم کنند. برآورد می‌شود که معدن‌کاری سالانه ۱۳ میلیارد تن مربع باطله در سطح جهانی تولید می‌کند و آب بخش قابل‌توجهی از این خروجی را تشکیل می‌دهد. علاوه بر این، شکست‌ها و حوادث مدیریت پسماند می‌تواند باعث ویرانی زیست‌محیطی، اثرات بر سلامت انسان و حتی تلفات جانی شود؛ به‌طوری‌که سدهای حاوی پسماندهای استخراجی نرخ شکستی به‌مراتب بالاتر از سدهای مخزنی تأمین آب دارند. در بسیاری از کشورها و مناطق، رگولاتورها و نهادهای نظارتی در حال حاضر به دلیل ریسک‌های قابل‌توجهی که متوجه عملیات معدنی و جوامع محلی و اکوسیستم‌های نزدیک معادن است، محدودیت‌های تخلیه و الزامات استفاده مجدد را سخت‌گیرانه‌تر می‌کنند. این فشارهای قانونی و زیست‌محیطی، صنایع را به سمت مشورت با نهادهای تخصصی سوق می‌دهد تا راهکارهای پایداری برای مدیریت پساب‌های خود بیابند. با وجود ارزش بسیار زیاد مواد معدنی حیاتی موجود در باطله‌های معدنی و فاضلاب، این منابع اغلب بازیابی نمی‌شوند. جریان‌های فاضلاب فوق‌العاده پیچیده و دارای حجم بالا هستند، در حالی که مواد معدنی حیاتی موجود در آن‌ها اغلب نسبت به جریان‌های اصلی معدن و شیرابه‌ها (Leachates) رقیق‌تر هستند. هیچ فناوری موجودی (Incumbent technology) قادر به بازیابی مواد معدنی حیاتی از چنین جریان‌هایی به روشی که از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه باشد، نیست. اینجاست که نقش نوآوری‌هایی مانند مواد کربنی پایدار و فناوری تصفیه پررنگ‌تر می‌شود. بدون فناوری‌های کارآمد و مقرون‌به‌صرفه که هم تصفیه و استفاده مجدد از فاضلاب و هم بازیابی مؤثر مواد معدنی حیاتی را ممکن سازند، درصد بالایی از آب مصرف‌شده توسط عملیات معدنی همچنان به صورت فاضلاب مملو از مواد معدنی انباشته خواهد شد. معادن باید روش‌های بهبودیافته استفاده مجدد از آب و بازیابی مواد معدنی را گسترش دهند که از رشد زنجیره‌های تأمین معدنی داخلی و جهانی حمایت کرده و در عین حال ریسک‌های مدیریت آب و پسماند را کاهش دهد. این امر در راستای اهداف امنیت آبی جهانی است.

بخش سوم: توانمندسازی بهره‌وری و تبدیل تهدید به فرصت

در حالی که عملیات معدنی فعلی مجبور به مقابله با ریسک‌ها و بدهی‌های قابل‌توجه هستند، جریان‌های پسماند همچنین حاوی تریلیون‌ها دلار مواد معدنی و مواد ارزشمند در سطح جهانی می‌باشند. همان‌طور که پسماند انباشته می‌شود و تهدیدات بزرگ‌تری برای عملیات و جوامع مجاور ایجاد می‌کند، فرصتی نیز برای تبدیل این بدهی‌ها به دارایی وجود دارد. این تغییر دیدگاه، هسته اصلی اقتصاد چرخشی در صنعت آب و معدن است. همان‌طور که فناوری‌هایی ظهور می‌کنند که امکان ارزش‌گذاری (Valorisation) و پاک‌سازی هم‌زمان جریان‌های پسماند پیچیده و اسیدی را فراهم می‌سازند، فاضلاب خام می‌تواند مستقیماً به سیستم‌های پردازشی وارد شود که مواد را با ورودی آب به‌مراتب کمتر نسبت به روش‌های استاندارد بازیابی می‌کنند. در بسیاری از موارد، مواد معدنی حیاتی در فاضلاب موجود آماده برداشت هستند و نیاز به پردازش بیشتری ندارند. با بازیابی آن‌ها و تحویل آب تمیز برای استفاده مجدد، معادن می‌توانند مصرف آب شیرین خود را جبران کنند. این امر همچنین ریسک‌های مالی و ریسک‌های انطباق با مقررات (Regulatory compliance risks) مرتبط با تلاش‌های پاک‌سازی را کاهش می‌دهد. تولید مواد معدنی حیاتی با خلوص بالا و آماده عرضه به بازار که قبلاً در جریان‌های پسماند بدون بازیابی رها می‌شدند، می‌تواند هزینه‌های پاک‌سازی را جبران کرده و در برخی موارد، منابع درآمدی جدیدی برای عملیات معدنی ایجاد کند. اخبار منتشر شده در مرکز بینش آب نشان می‌دهد که این رویکرد به سرعت در حال گسترش است.

«با ادامه آزمایش و اعتبارسنجی این فناوری‌ها در سایت‌های معدنی جهانی، راه‌حل‌ها می‌توانند در عملیات موجود ادغام شوند و یک راهکار مقیاس‌پذیر و مقرون‌به‌صرفه برای افزایش خروجی و کاهش ریسک‌های عملیاتی را نمایندگی کنند. با سرمایه‌گذاری در این فناوری‌ها، ما می‌توانیم بهره‌وری منابع را تقویت کرده و ریسک‌ها را در سراسر زنجیره‌های تأمین معدنی جهان کاهش دهیم.»

تحلیل اختصاصی تیم Water Insight Hub – مرکز بینش آب

خبر و مقاله فوق، فراتر از یک گزارش فنی ساده در حوزه معدن، هشداری جدی و البته نقشه‌ی راهی روشن برای کشورهایی است که در کمربند خشک و نیمه‌خشک جهان قرار دارند. ایران، با دارا بودن ذخایر عظیم معدنی (به‌ویژه مس، سنگ آهن و عناصر کمیاب) و هم‌زمان مواجهه با شدیدترین بحران‌های آبی تاریخ خود، مخاطب اصلی این پارادایم جدید است. در مرکز بینش آب، ما معتقدیم که ادغام “فناوری آب” با “استراتژی توسعه صنعتی” دیگر یک انتخاب لوکس نیست، بلکه تنها راه بقای صنایع معدنی در فلات مرکزی ایران است. همان‌طور که در گزارش‌های مربوط به بحران آب زیرزمینی و کسری مخازن اشاره شده است، ادامه روند فعلی برداشت آب امکان‌پذیر نیست. اهمیت این فناوری در چارچوب امنیت آبی و دیپلماسی آب قابل تبیین است. وقتی صنایع آب‌بر مانند معادن مس سرچشمه یا سنگ‌اهم گل‌گهر بتوانند با استفاده از فناوری‌های نوین بازچرخانی (مانند آنچه SiTration پیشنهاد می‌دهد)، نیاز خود به آب تازه را تا حد زیادی کاهش دهند، فشار از روی منابع آب زیرزمینی و حوضه‌های آبریز مشترک برداشته می‌شود. این امر مستقیماً تنش‌های اجتماعی ناشی از انتقال آب بین‌حوضه‌ای را کاهش داده و به دولت اجازه می‌دهد تا در حکمرانی آب دست بازتری داشته باشد. در واقع، فناوری در اینجا به عنوان ابزاری برای تثبیت امنیت ملی و کاهش مناقشات محلی عمل می‌کند. علاوه بر جنبه‌های محیط‌زیستی، از منظر اقتصادی نیز مفهوم “تبدیل فاضلاب به دارایی” (Wastewater to Asset) برای ایران حیاتی است. بسیاری از باطله‌های معدنی در ایران حاوی عناصر ارزشمندی هستند که به دلیل نبود تکنولوژی فرآوری، سال‌هاست به عنوان زباله دپو شده‌اند. ورود نوآوری و تکنولوژی‌های غشایی پیشرفته که توانایی جداسازی انتخابی یون‌ها را دارند، می‌تواند میلیاردها دلار سرمایه خفته را بیدار کند. متخصصان حوزه آب و معدن باید با همگرایی بیشتر، زمینه را برای ورود و بومی‌سازی این فناوری‌ها فراهم کنند. بدون شک، آینده مرکز بینش آب و منطقه، متعلق به کسانی است که قطره‌های آب را نه به عنوان یک کالای مصرفی، بلکه به عنوان یک حامل ارزشمند در چرخه‌های اقتصادی می‌بینند.

برای مطالعه بیشتر کلیک کنید.