مقتبس من الطبعة الثالثة ، موسوعة الصحة والسلامة المهنية.

في إنتاج وتنقية المعادن ، يتم فصل المكونات القيمة عن المواد التي لا قيمة لها في سلسلة من التفاعلات الفيزيائية والكيميائية المختلفة. المنتج النهائي عبارة عن معدن يحتوي على كميات خاضعة للرقابة من الشوائب. ينتج الصهر والتكرير الأوليان المعادن مباشرة من مركزات الخام ، بينما ينتج الصهر والتكرير الثانوي معادن من الخردة ونفايات العمليات. تشتمل الخردة على أجزاء وقطع من الأجزاء المعدنية ، والقضبان ، والخراطة ، والألواح والأسلاك غير المطابقة للمواصفات أو البالية ولكنها قابلة لإعادة التدوير (راجع مقالة "استصلاح المعادن" في هذا الفصل).

نظرة عامة على العمليات

تستخدم تقنيتان لاستعادة المعادن بشكل عام لإنتاج المعادن المكررة ، ميتالورجيا حراري و معالجة المعادن. تستخدم عمليات استخلاص المعادن الحرارية الحرارة لفصل المعادن المرغوبة عن المواد الأخرى. تستخدم هذه العمليات الاختلافات بين إمكانات الأكسدة ونقاط الانصهار وضغط البخار والكثافة و / أو الامتزاج لمكونات الركاز عند الذوبان. تختلف تقنيات استخلاص المعادن من المعادن عن عمليات استخلاص المعادن من الفلزات الحرارية حيث يتم فصل المعادن المرغوبة عن المواد الأخرى باستخدام تقنيات تستفيد من الاختلافات بين المواد القابلة للذوبان و / أو الخواص الكهروكيميائية أثناء وجودها في المحاليل المائية.

ميتالورجيا

 أثناء المعالجة المعدنية الحرارية ، خام ، بعد الوجود استفاد (مركزة عن طريق التكسير ، الطحن ، الطفو والتجفيف) ، يتم تلبيدها أو تحميصها (المكلس) بمواد أخرى مثل غبار الكيس والتدفق. يتم بعد ذلك صهر المركز ، أو صهره ، في فرن صهر من أجل دمج المعادن المرغوبة في سبيكة مصهورة غير نقية. تخضع هذه السبائك بعد ذلك لعملية معدنية حرارية ثالثة لتكرير المعدن إلى المستوى المطلوب من النقاء. في كل مرة يتم فيها تسخين الخام أو السبائك ، يتم إنشاء مواد النفايات. قد يتم التقاط الغبار من التهوية وغازات المعالجة في حاوية الأكياس ويتم التخلص منها أو إعادتها إلى العملية ، اعتمادًا على المحتوى المعدني المتبقي. يتم أيضًا التقاط الكبريت الموجود في الغاز ، وعندما تزيد التركيزات عن 4٪ يمكن تحويله إلى حمض الكبريتيك. اعتمادًا على منشأ الخام ومحتواه من المعادن المتبقية ، يمكن أيضًا إنتاج معادن مختلفة مثل الذهب والفضة كمنتجات ثانوية.

التحميص هو عملية معدنية حرارية مهمة. يستخدم تحميص الكبريتات في إنتاج الكوبالت والزنك. والغرض منه هو فصل المعادن بحيث يمكن تحويلها إلى شكل قابل للذوبان في الماء لمزيد من المعالجة المعدنية المائية.

ينتج عن صهر خامات الكبريتيد مركز فلز مؤكسد جزئياً (غير لامع). في عملية الصهر ، تشكل المادة التي لا قيمة لها ، وهي الحديد عادة ، خبثًا بمواد متدفقة وتتحول إلى أكسيد. تكتسب المعادن الثمينة الشكل المعدني في مرحلة التحويل ، والتي تحدث في أفران التحويل. تستخدم هذه الطريقة في إنتاج النحاس والنيكل. يتم إنتاج الحديد والفيروكروم والرصاص والمغنيسيوم والمركبات الحديدية عن طريق اختزال الخام بالفحم والتدفق (الحجر الجيري) ، وعادة ما تتم عملية الصهر في فرن كهربائي. (انظر أيضا صناعة الحديد والصلب الفصل.) التحليل الكهربائي بالملح المنصهر ، المستخدم في إنتاج الألومنيوم ، هو مثال آخر على عملية استخلاص المعادن من الفلزات.

يتم الحصول على درجة الحرارة العالية المطلوبة للمعالجة الحرارية للمعادن عن طريق حرق الوقود الأحفوري أو باستخدام التفاعل الطارد للحرارة للخام نفسه (على سبيل المثال ، في عملية الصهر السريع). عملية الصهر السريع هي مثال على عملية استخلاص المعادن الحرارية الموفرة للطاقة حيث يتأكسد الحديد والكبريت في تركيز الخام. يوفر التفاعل الطارد للحرارة المقترن بنظام استرداد الحرارة الكثير من الطاقة للصهر. كما أن استرداد الكبريت المرتفع لهذه العملية مفيد أيضًا لحماية البيئة. تستخدم معظم المصاهر الحديثة للنحاس والنيكل هذه العملية.

المعالجة المائية

ومن الأمثلة على عمليات المعالجة المعدنية المائية: الترشيح ، والترسيب ، والاختزال بالتحليل الكهربائي ، والتبادل الأيوني ، وفصل الغشاء ، واستخراج المذيبات. تتمثل المرحلة الأولى من عمليات استخلاص المعادن بالمياه في ترشيح المعادن القيمة من مادة أقل قيمة ، مثل حمض الكبريتيك. غالبًا ما يسبق النض معالجة مسبقة (على سبيل المثال ، تحميص كبريتات). غالبًا ما تتطلب عملية الترشيح ضغطًا مرتفعًا أو إضافة أكسجين أو درجات حرارة عالية. يمكن أيضًا إجراء عملية النض بالكهرباء. من محلول النض ، يتم استخلاص المعدن المطلوب أو مركبه عن طريق الترسيب أو الاختزال باستخدام طرق مختلفة. يتم إجراء التخفيض ، على سبيل المثال ، في إنتاج الكوبالت والنيكل بالغاز.

يعتبر التحليل الكهربائي للمعادن في المحاليل المائية أيضًا عملية تعدين مائية. في عملية التحليل الكهربائي ، يتم تقليل الأيون المعدني إلى المعدن. يوجد المعدن في محلول حمضي ضعيف يترسب منه على الكاثودات تحت تأثير تيار كهربائي. يمكن أيضًا تنقية معظم المعادن غير الحديدية عن طريق التحليل الكهربائي.

غالبًا ما تكون العمليات المعدنية عبارة عن مزيج من عمليات استخلاص المعادن بالحرارة والماء ، اعتمادًا على تركيز الخام المراد معالجته ونوع المعدن المراد تكريره. ومن الأمثلة على ذلك إنتاج النيكل.

الأخطار والوقاية منها

الوقاية من المخاطر الصحية والحوادث في صناعة المعادن هي في المقام الأول مسألة تعليمية وتقنية. الفحوصات الطبية ثانوية ولها دور تكميلي فقط في الوقاية من المخاطر الصحية. يعطي التبادل المنسق للمعلومات والتعاون بين أقسام التخطيط والخط والسلامة والصحة المهنية داخل الشركة النتيجة الأكثر كفاءة في الوقاية من المخاطر الصحية.

أفضل التدابير الوقائية وأقلها تكلفة هي تلك التي يتم اتخاذها في مرحلة التخطيط لمصنع أو عملية جديدة. عند التخطيط لمنشآت الإنتاج الجديدة ، يجب مراعاة الجوانب التالية كحد أدنى:

• يجب إحاطة وعزل المصادر المحتملة لملوثات الهواء.
• يجب أن يسمح تصميم ووضع معدات العملية بالوصول السهل لأغراض الصيانة.
• يجب مراقبة المناطق التي قد يحدث فيها خطر مفاجئ وغير متوقع بشكل مستمر. يجب تضمين إخطارات التحذير المناسبة. على سبيل المثال ، يجب أن تخضع المناطق التي قد يكون فيها التعرض للأرسين أو سيانيد الهيدروجين للمراقبة المستمرة.
• يجب التخطيط لإضافة ومناولة المواد الكيميائية السامة للعمليات بحيث يمكن تجنب المناولة اليدوية.
• يجب استخدام أجهزة أخذ عينات الصحة المهنية الشخصية من أجل تقييم التعرض الحقيقي للعامل الفردي ، كلما أمكن ذلك. تعطي المراقبة الثابتة المنتظمة للغازات والغبار والضوضاء نظرة عامة على التعرض ولكن لها دور تكميلي فقط في تقييم جرعة التعرض.
• في تخطيط المساحات ، يجب مراعاة متطلبات التغييرات أو الامتدادات المستقبلية للعملية حتى لا تسوء معايير الصحة المهنية للمصنع.
• يجب أن يكون هناك نظام تدريب وتثقيف مستمر للعاملين في مجال السلامة والصحة ، وكذلك للمراقبين والعاملين. يجب أن يكون العمال الجدد على وجه الخصوص على دراية كاملة بالمخاطر الصحية المحتملة وكيفية منعها في بيئات العمل الخاصة بهم. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يتم التدريب كلما تم إدخال عملية جديدة.
• ممارسات العمل مهمة. على سبيل المثال ، قد يؤدي سوء النظافة الشخصية عن طريق الأكل والتدخين في موقع العمل إلى زيادة التعرض الشخصي بشكل كبير.
• يجب أن يكون لدى الإدارة نظام مراقبة الصحة والسلامة الذي ينتج بيانات كافية لاتخاذ القرارات الفنية والاقتصادية.

فيما يلي بعض المخاطر والاحتياطات المحددة الموجودة في الصهر والتكرير.

إصابات

صناعة الصهر والتكرير لديها معدل إصابات أعلى من معظم الصناعات الأخرى. وتشمل مصادر هذه الإصابات: تناثر وانسكاب المعدن المنصهر والخبث مما يؤدي إلى حدوث حروق ؛ انفجارات وانفجارات الغاز من ملامسة المعدن المنصهر بالماء ؛ التصادم مع القاطرات المتحركة والعربات والرافعات المتحركة وغيرها من المعدات المتنقلة ؛ سقوط أشياء ثقيلة يسقط من ارتفاع (على سبيل المثال ، أثناء الوصول إلى كابينة رافعة) ؛ وإصابات الانزلاق والتعثر نتيجة انسداد الأرضيات والممرات.

تشمل الاحتياطات: التدريب الكافي ، ومعدات الحماية الشخصية المناسبة (على سبيل المثال ، القبعات الصلبة ، وأحذية الأمان ، وقفازات العمل ، والملابس الواقية) ؛ التخزين الجيد والتدبير المنزلي وصيانة المعدات ؛ قواعد المرور لنقل المعدات (بما في ذلك الطرق المحددة ونظام الإشارات والتحذير الفعال) ؛ وبرنامج الحماية من السقوط.

حرارة

تعتبر أمراض الإجهاد الحراري مثل ضربة الشمس من المخاطر الشائعة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى الأشعة تحت الحمراء من الأفران والمعدن المنصهر. هذه مشكلة خاصة عندما يجب القيام بعمل شاق في بيئات حارة.

يمكن أن تشمل الوقاية من أمراض الحرارة شاشات مائية أو ستائر هوائية أمام الأفران ، وتبريد موضعي ، وأكشاك مغلقة مكيفة ، وملابس واقية من الحرارة ، وبدلات مبردة بالهواء ، مما يتيح وقتًا كافيًا للتأقلم ، واستراحات العمل في المناطق الباردة ، وإمدادات كافية من المشروبات للشرب المتكرر.

المخاطر الكيميائية

يمكن أن يحدث التعرض لمجموعة متنوعة من الغبار والأبخرة والغازات والمواد الكيميائية الأخرى الخطرة أثناء عمليات الصهر والتكرير. يمكن أن يؤدي تكسير الخام وطحنه بشكل خاص إلى التعرض العالي للسيليكا والغبار المعدني السام (على سبيل المثال ، المحتوي على الرصاص والزرنيخ والكادميوم). يمكن أن يكون هناك أيضًا حالات تعرض للغبار أثناء عمليات صيانة الفرن. أثناء عمليات الصهر ، يمكن أن تكون الأبخرة المعدنية مشكلة كبيرة.

يمكن التحكم في انبعاثات الغبار والأبخرة عن طريق الغلاف ، وأتمتة العمليات ، وتهوية العادم الموضعي والتخفيف ، وتبليل المواد ، وتقليل التعامل مع المواد وتغييرات العملية الأخرى. عندما لا تكون هذه كافية ، ستكون هناك حاجة لحماية الجهاز التنفسي.

تتضمن العديد من عمليات الصهر إنتاج كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكبريت من خامات الكبريتيد وأول أكسيد الكربون من عمليات الاحتراق. التخفيف وتهوية العادم المحلي (LEV) ضروريان.

ينتج حامض الكبريتيك كمنتج ثانوي لعمليات الصهر ويستخدم في التكرير الكهربائي وترشيح المعادن. يمكن أن يحدث التعرض لكل من السائل وضباب حامض الكبريتيك. هناك حاجة لحماية الجلد والعين و LEV.

قد يكون لصهر وتنقية بعض المعادن مخاطر خاصة. وتشمل الأمثلة كربونيل النيكل في تكرير النيكل ، والفلوريد في صهر الألومنيوم ، والزرنيخ في النحاس وصهر وتنقية الرصاص ، والتعرض للزئبق والسيانيد أثناء تكرير الذهب. تتطلب هذه العمليات احتياطاتها الخاصة.

مخاطر أخرى

يمكن أن يتسبب الوهج والأشعة تحت الحمراء الصادرة من الأفران والمعدن المنصهر في تلف العين بما في ذلك إعتام عدسة العين. يجب ارتداء النظارات الواقية والواقيات المناسبة للوجه. قد تتسبب المستويات العالية من الأشعة تحت الحمراء أيضًا في حدوث حروق بالجلد ما لم يتم ارتداء ملابس واقية.

يمكن أن تتسبب مستويات الضوضاء العالية الناتجة عن تكسير الخام وطحنه ومنفاخ تفريغ الغاز والأفران الكهربائية عالية الطاقة في فقدان السمع. إذا كان مصدر الضوضاء لا يمكن تغطيته أو عزله ، فيجب ارتداء واقيات السمع. يجب وضع برنامج للحفاظ على السمع بما في ذلك اختبار قياس السمع والتدريب.

يمكن أن تحدث المخاطر الكهربائية أثناء عمليات التحليل الكهربائي. تشمل الاحتياطات الصيانة الكهربائية المناسبة مع إجراءات الإغلاق / الوسم ؛ قفازات وملابس وأدوات معزولة ؛ وقواطع دائرة الأعطال الأرضية عند الحاجة.

يمكن أن يتسبب الرفع اليدوي للمواد والتعامل معها في حدوث إصابات في الظهر والأطراف العلوية. يمكن أن تقلل وسائل الرفع الميكانيكية والتدريب المناسب في طرق الرفع من هذه المشكلة.

التلوث وحماية البيئة

قد تساهم انبعاثات الغازات المهيجة والمسببة للتآكل مثل ثاني أكسيد الكبريت وكبريتيد الهيدروجين وكلوريد الهيدروجين في تلوث الهواء وتسبب تآكل المعادن والخرسانة داخل المصنع وفي البيئة المحيطة. يختلف تحمل الغطاء النباتي لثاني أكسيد الكبريت تبعًا لنوع الغابة والتربة. بشكل عام ، تتحمل الأشجار دائمة الخضرة تركيزات أقل من ثاني أكسيد الكبريت مقارنة بالأشجار المتساقطة الأوراق. قد تحتوي انبعاثات الجسيمات على جسيمات غير محددة ، وفلوريد ، ورصاص ، وزرنيخ ، وكادميوم ، والعديد من المعادن السامة الأخرى. قد تحتوي مياه الصرف السائلة على مجموعة متنوعة من المعادن السامة وحمض الكبريتيك وشوائب أخرى. يمكن أن تتلوث النفايات الصلبة بالزرنيخ والرصاص وكبريتيدات الحديد والسيليكا وغيرها من الملوثات.

يجب أن تتضمن إدارة المصهر تقييم ومراقبة الانبعاثات من المصنع. هذا عمل متخصص لا ينبغي تنفيذه إلا بواسطة موظفين على دراية تامة بالخصائص الكيميائية والسمية للمواد التي يتم تفريغها من عمليات المصنع. يجب مراعاة الحالة الفيزيائية للمادة ، ودرجة الحرارة التي تغادر عندها العملية ، والمواد الأخرى في تيار الغاز وعوامل أخرى عند التخطيط لتدابير التحكم في تلوث الهواء. من المستحسن أيضًا الاحتفاظ بمحطة الطقس ، والاحتفاظ بسجلات الأرصاد الجوية والاستعداد لتقليل المخرجات عندما تكون الظروف الجوية غير مواتية لتشتت النفايات السائلة المكدسة. الرحلات الميدانية ضرورية لمراقبة تأثير تلوث الهواء على المناطق السكنية والزراعية.

يتم استرجاع ثاني أكسيد الكبريت ، وهو أحد الملوثات الرئيسية ، في صورة حمض الكبريتيك عندما يكون موجودًا بكميات كافية. خلاف ذلك ، لتلبية معايير الانبعاث ، يتم التحكم في ثاني أكسيد الكبريت والنفايات الغازية الخطرة الأخرى عن طريق الغسل. عادة ما يتم التحكم في انبعاثات الجسيمات عن طريق المرشحات النسيجية والمرسبات الكهروستاتيكية.

تستخدم كميات كبيرة من الماء في عمليات التعويم مثل تركيز النحاس. يتم إعادة تدوير معظم هذه المياه مرة أخرى في العملية. يتم ضخ المخلفات الناتجة عن عملية التعويم على شكل ملاط ​​في أحواض الترسيب. يتم إعادة تدوير المياه في هذه العملية. يتم تنظيف مياه العمليات المحتوية على معادن ومياه الأمطار في محطات معالجة المياه قبل تفريغها أو إعادة تدويرها.

تشتمل نفايات المرحلة الصلبة على الخبث الناتج عن الصهر ، وعجائن التفريغ من تحويل ثاني أكسيد الكبريت إلى حمض الكبريتيك والحمأة الناتجة عن الخزانات السطحية (على سبيل المثال ، أحواض الترسيب). يمكن إعادة تركيز بعض الخبث وإعادتها إلى المصاهر لإعادة المعالجة أو استعادة المعادن الأخرى الموجودة. العديد من نفايات المرحلة الصلبة هذه عبارة عن نفايات خطرة يجب تخزينها وفقًا للوائح البيئية.

الرجوع