Tο πιο χρησιμοποιούμενο στερεό υλικό από τον άνθρωπο

Πώς η παραγωγή άμμου από μετάλλευμα θα μπορούσε να λύσει μια διαφαινόμενη κρίση.

Κάθε χρόνο, ο κόσμος καταναλώνει περίπου 50 δισεκατομμύρια τόνους άμμου, χαλίκι και θρυμματισμένη πέτρα. 

Η εκπληκτική κλίμακα αυτής της ζήτησης είναι δύσκολο να κατανοηθεί – 12,5 εκατομμύρια πισίνες ολυμπιακών διαστάσεων ετησίως – καθιστώντας το πιο χρησιμοποιούμενο στερεό υλικό από τον άνθρωπο. Οι περισσότεροι από εμάς δεν βλέπουμε την άμμο και το χαλίκι γύρω μας. Είναι κρυμμένο σε τσιμεντένια μονοπάτια και κτίρια, το γυαλί στα παράθυρά μας και στα μικροτσίπ που οδηγούν την τεχνολογία μας. 

Η ζήτηση αναμένεται να αυξηθεί περαιτέρω – ακόμη και όταν η εξόρυξη άμμου και χαλικιού από ποτάμια, λίμνες, παραλίες και ωκεανούς προκαλεί περιβαλλοντική κρίση. Η άμμος ανανεώνεται φυσικά, αλλά σε πολλές περιοχές, τα φυσικά αποθέματα άμμου εξαντλούνται πολύ πιο γρήγορα από ό,τι μπορούν να αναπληρωθούν. 

Η άμμος της ερήμου έχει συχνά κόκκους πολύ στρογγυλούς για χρήση στις κατασκευές και οι έρημοι είναι συνήθως μακριά από πόλεις, ενώ οι εναλλακτικές λύσεις άμμου που παράγονται από τη σύνθλιψη πετρωμάτων είναι εντάσεως ενέργειας και εκπομπών. Αλλά υπάρχει μια σημαντική ευκαιρία εδώ, όπως περιγράφουμε στη νέα μας έρευνα. 

Κάθε χρόνο, η βιομηχανία εξόρυξης συνθλίβει και απορρίπτει δισεκατομμύρια τόνους των ίδιων ορυκτών ως απόβλητα κατά τη διαδικασία εξόρυξης μετάλλων. Κατ' όγκο, τα απόβλητα εξόρυξης είναι η μοναδική μεγαλύτερη πηγή αποβλήτων που παράγουμε. Δεν υπάρχει τίποτα μαγικό στην άμμο. Αποτελείται από σωματίδια ξεπερασμένου βράχου. Το χαλίκι είναι μεγαλύτερα σωματίδια. 

Η έρευνά μας έχει βρει ότι οι εταιρείες που εξορύσσουν μέταλλα μπορούν να επωφεληθούν περισσότερο από τα μεταλλεύματά τους, επεξεργάζοντας το μετάλλευμα για να παράγουν επίσης άμμο. Αυτό θα έλυνε δύο προβλήματα ταυτόχρονα: πώς να αποφύγετε τα απόβλητα εξόρυξης και πώς να αντιμετωπίσετε την κρίση της άμμου. Ονομάζουμε αυτή την εξόρυξη «από τη μύτη στην ουρά», ακολουθώντας την τάση στη γαστρονομία να χρησιμοποιεί κάθε μέρος ενός ζώου. 

Το σκυρόδεμα είναι παντού – αλλά απαιτεί πολλή άμμο και χαλίκι. Από MVolodymyr/Shutterstock.

Οι αστοχίες των υπολειμμάτων 

Τα σουλφίδια, τα οξείδια και τα ανθρακικά μετάλλων που μπορούν να μετατραπούν σε σίδηρο, χαλκό και άλλα μέταλλα είναι μόνο ένα μικρό κλάσμα των τεράστιων όγκων μεταλλεύματος που πρέπει να υποστούν επεξεργασία. 

Κάθε χρόνο, ο κόσμος παράγει περίπου 13 δισεκατομμύρια τόνους υπολειμμάτων - ο υπόγειος βράχος που απομένει μετά την εξόρυξη πολύτιμων μετάλλων  - και άλλα 72 δισεκατομμύρια τόνους υλικών, τα οποία έχουν ανατιναχθεί αλλά δεν έχει λειανθεί. 

Για δεκαετίες, οι επιστήμονες ονειρεύονταν να χρησιμοποιήσουν τα υπολείμματα ως υποκατάστατο της φυσικής άμμου. Αυτά είναι συχνά πλούσια σε πυριτικά άλατα, το κύριο συστατικό της άμμου. Αλλά μέχρι σήμερα, η πραγματικότητα ήταν απογοητευτική. Πάνω από 18.000 ερευνητικές εργασίες έχουν δημοσιευθεί για το θέμα τα τελευταία 25 χρόνια. Αλλά μόνο λίγα ορυχεία έχουν βρει τρόπους να επαναχρησιμοποιήσουν και να πουλήσουν τα υπολείμματα. 

Γιατί; Πρώτον, σπάνια πληρούν τις αυστηρές προδιαγραφές που απαιτούνται για τα δομικά υλικά, όπως το μέγεθος των σωματιδίων, η σύνθεση ορυκτών και η ανθεκτικότητα. Δεύτερον, έρχονται με ένα στίγμα. Τα υπολείμματα περιέχουν συχνά επικίνδυνες ουσίες που απελευθερώνονται κατά την εξόρυξη. Αυτό κάνει τις κυβερνήσεις και τους καταναλωτές να είναι  προσεκτικοί σχετικά με τη χρήση υπολειμμάτων εξόρυξης στα σπίτια και το δομημένο περιβάλλον μας. Κανένα από αυτά τα προβλήματα δεν είναι ανυπέρβλητο. 

Στην έρευνά μας, προτείνουμε μια νέα λύση: την κατασκευή άμμου απευθείας από μετάλλευμα. Η μετατροπή του πετρώματος σε μέταλλο είναι μια πολύπλοκη διαδικασία πολλαπλών σταδίων που διαφέρει ανάλογα με τον τύπο του μετάλλου και του μεταλλεύματος. Μετά τη σύνθλιψη, τα ορυκτά στο μετάλλευμα τυπικά διαχωρίζονται χρησιμοποιώντας επίπλευση, όπου τα θειούχα ορυκτά που περιέχουν μέταλλα προσκολλώνται σε μικροσκοπικές φυσαλίδες που επιπλέουν μέσα από τον πολτό βράχου και νερού. Σε αυτό το στάδιο, τα υπολείμματα μεταλλεύματος συνήθως διαχωρίζονται για να διατεθούν ως απόβλητα. Αλλά αν συνεχίσουμε να επεξεργαζόμαστε το μετάλλευμα, όπως περιστρέφοντάς το , μπορούν να αφαιρεθούν οι ακαθαρσίες και να επιτευχθεί το σωστό μέγεθος και σχήμα σωματιδίων ώστε να πληρούνται οι προδιαγραφές για την άμμο. Το ονομάσαμε «μετάλλευμα-άμμος», για να το ξεχωρίσουμε από τα υπολείμματα. Δεν είναι κατασκευασμένο από απορρίμματα υπολειμμάτων – είναι σκόπιμα προϊόν του μεταλλεύματος. Η μετατροπή του μεταλλεύματος σε μέταλλο απαιτεί εντατική σύνθλιψη και λείανση. Αυτές οι μέθοδοι θα μπορούσαν επίσης να κάνουν άμμο. 

Περισσότερα από το μετάλλευμα

Αυτό δεν είναι μόνο θεωρία. Στο ορυχείο σιδηρομεταλλεύματος Brucutu στη Βραζιλία, η εταιρεία εξόρυξης Vale παράγει ήδη ένα εκατομμύριο τόνους μεταλλεύματος-άμμου ετησίως. Η άμμος χρησιμοποιείται στην οδοποιία, την πλινθοδομή και το σκυρόδεμα. Η κίνηση προήλθε από τραγωδία. Το 2015 και το 2019, τα φράγματα που κατασκευάστηκαν για την αποθήκευση υπολειμμάτων σε δύο από τα ορυχεία σιδηρομεταλλεύματος του Vale κατέρρευσαν, προκαλώντας θανατηφόρες λασποροές. Εκατοντάδες άνθρωποι έχασαν τη ζωή τους – πολλοί από αυτούς υπάλληλοι εταιρείας – και οι περιβαλλοντικές συνέπειες συνεχίζονται. Σε απάντηση, η εταιρεία χρηματοδότησε ερευνητές (όπως η ομάδα μας) για να βρουν τρόπους για να μειώσουν την εξάρτηση από τα φράγματα υπολειμμάτων προς όφελος καλύτερων εναλλακτικών λύσεων. Μετά τη δουλειά μας με την Vale, διερευνήσαμε τη δυνατότητα παραγωγής μεταλλεύματος-άμμου από άλλα είδη ορυκτών μεταλλευμάτων, όπως χαλκό και χρυσό. Πραγματοποιήσαμε επιτυχημένες δοκιμές στο ορυχείο χαλκού-χρυσού Cadia του Newmont στην Αυστραλία. Εδώ, χρησιμοποιώντας καινοτόμες μεθόδους, έχουμε παραγάγει μια πιο χοντρή άμμο-μεταλλεύματος που δεν απαιτεί τόσο πολύ ανάμειξη με άλλη άμμο. Η άμμος μεταλλεύματος παράγεται και πωλείται ήδη στο ορυχείο σιδηρομεταλλεύματος της Vale's Brucutu στη Βραζιλία.

Η επεξεργασία μεταλλεύματος-άμμου είναι πιο λογική για ορυχεία που βρίσκονται κοντά σε πόλεις. Αυτό συμβαίνει για δύο λόγους: για να αποφευχθεί ο κίνδυνος των φραγμάτων υπολειμμάτων για τους ανθρώπους που ζουν κοντά και να μειωθεί το κόστος μεταφοράς της μετακίνησης της άμμου σε μεγάλες αποστάσεις. Η προηγούμενη έρευνά μας έδειξε ότι σχεδόν η μισή παγκόσμια κατανάλωση άμμου συμβαίνει σε απόσταση 100 χιλιομέτρων από ένα ορυχείο που θα μπορούσε να παράγει μεταλλεύματα-άμμο καθώς και μέταλλα. Δεδομένου ότι η εξόρυξη μετάλλων απαιτεί ήδη εντατική σύνθλιψη και άλεση, διαπιστώσαμε ότι η άμμος-μεταλλεύματος μπορεί να παραχθεί με χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας και εκπομπές άνθρακα από την εξόρυξη συμβατικής άμμου.

 Η πρόκληση της κλίμακας 

Για κάθε νέα ιδέα ή βιομηχανία, το πιο δύσκολο κομμάτι είναι να περάσει από τις πρώτες δοκιμές στην ευρεία υιοθέτηση. Δεν θα είναι εύκολο να γίνει πραγματικότητα το μετάλλευμα-άμμος. Η αδράνεια είναι ένας λόγος. Οι εταιρείες εξόρυξης έχουν καθιερωμένες διαδικασίες. Χρειάζεται χρόνος και δουλειά για να εισαχθούν νέες μέθοδοι. Θα χρειαστούν εξαγορά και συνεργασία στον κλάδο, υποστηρικτικές κυβερνητικές πολιτικές και αποδοχή από την αγορά. Οι μεγάλοι αγοραστές άμμου, όπως η κατασκευαστική βιομηχανία, πρέπει να είναι σε θέση να δοκιμάσουν και να εμπιστευτούν το προϊόν. Η ανάποδη είναι πραγματική, όμως. Η άμμος μεταλλεύματος μας προσφέρει μια σπάνια ευκαιρία να αντιμετωπίσουμε δύο σκληρά περιβαλλοντικά προβλήματα ταυτόχρονα, μειώνοντας τον εκπληκτικό όγκο των αποβλήτων εξόρυξης και μειώνοντας την ανάγκη για δυνητικά επικίνδυνα φράγματα υπολειμμάτων και προσφέροντας μια καλύτερη εναλλακτική λύση στην καταστροφική εξόρυξη άμμου.

Ντάνιελ Φρανκς 

Καθηγητής και Διευθυντής - Παγκόσμιο Κέντρο για την Ασφάλεια Ορυκτών του Πανεπιστημίου του Κουίνσλαντ

https://theconversation.com/nose-to-tail-mining-how-making-sand-from-ore-could-solve-a-looming-crisis-250284