سد مخلفات التعدين

سد مخلفات التعدين هو عادةً سد ترابي يُستخدم لتخزين المنتجات الثانوية لعمليات التعدين بعد فصل الخام عن الشوائب . قد تكون مخلفات التعدين سائلة أو صلبة أو على شكل معلق من جزيئات دقيقة، وعادةً ما تكون شديدة السمية وربما مشعة. غالبًا ما تُستخدم مخلفات التعدين الصلبة كجزء من بنية السد نفسه.

تُصنّف سدود مخلفات التعدين ضمن أكبر المنشآت الهندسية على وجه الأرض. يُعدّ سد مخلفات التعدين "سينكرود ميلدريد ليك" في ألبرتا، كندا، سدًا ترابيًا يبلغ طوله حوالي 18 كيلومترًا (11 ميلًا) ويتراوح ارتفاعه بين 40 و88 مترًا (131 إلى 289 قدمًا) . تم بناء السد والبحيرة الاصطناعية داخله وصيانتهما كجزء من عمليات شركة "سينكرود" المستمرة لاستخراج النفط من رمال أثاباسكا النفطية ؛ وهو أكبر سد على وجه الأرض من حيث الحجم، وفي عام 2001، كان يُعتقد أنه أكبر منشأة ترابية في العالم من حيث حجم الردم. ^{[ 1 ]}  

توجد اختلافات جوهرية بين سدود مخلفات التعدين وسدود الطاقة الكهرومائية الأكثر شيوعًا . صُممت سدود مخلفات التعدين لاحتواء النفايات بشكل دائم، أي أنها مصممة للبقاء في مكانها إلى الأبد. ^{[ 2 ]} تُنتج عمليات تعدين النحاس والذهب واليورانيوم وغيرها أنواعًا مختلفة من النفايات، معظمها سام، مما يُشكل تحديات متنوعة لاحتوائها على المدى الطويل. ^{[ 3 ]}

يُقدّر عدد سدود مخلفات التعدين حول العالم بما يتراوح بين 29,000 و35,000 سد، بمعدل 0.011 لكل مليون طن من الإنتاج المعدني العالمي. ^{[ 4 ]} وقد وجدت مؤسسة التعدين المسؤول أن الشركات لم تُحرز تقدماً يُذكر، إن لم يكن معدوماً، في تحسين توثيق هذه السدود وممارسات السلامة فيها. ^{[ 5 ]} كما وثّقت منظمة "إخفاقات مخلفات التعدين العالمية" أن عدد حالات انهيار سدود مخلفات التعدين الكارثية قد ازداد باطراد وبشكل ملحوظ إحصائياً منذ عام 2000، وذلك على مدى عقود.

على عكس سدود احتجاز المياه، عادةً ما يتم رفع ارتفاع سدود مخلفات التعدين على مدار عمر المنجم. في العادة، يُنشأ سد أساسي أو سد ابتدائي، وعندما يمتلئ بمزيج من مخلفات التعدين والماء، يُرفع ارتفاعه. تشمل المواد المستخدمة لرفع السد مخلفات التعدين (إذا كانت خصائصها مناسبة)، أو الردم الترابي، أو الردم الصخري. ^{[ 6 ]} من الشائع بشكل متزايد دمج أنظمة الحواجز، مثل الأغشية الجيولوجية، في سدود مخلفات التعدين. يمكن للحواجز غير المنفذة أن تمنع أو تقلل التسرب، مما يزيد من الاستقرار الجيوتقني والبيئي للسد. ^{[ 7 ]}

توجد ثلاثة أنواع من رفع السدود: السد العلوي ، والسد السفلي ، والسد المركزي ، وتُسمى هذه الأنواع وفقًا لموقع قمة السد الجديد بالنسبة للسد السابق. يعتمد التصميم المُستخدم على التضاريس ، والجيولوجيا، والمناخ، ونوع مخلفات التعدين، والتكلفة. يتكون سد مخلفات التعدين العلوي من سدود ترابية شبه منحرفة تُبنى فوق بعضها البعض، مع ملامسة قاعدتها للقمة، مما يؤدي إلى تحريك القمة باتجاه المنبع. ينتج عن ذلك جانب سفلي مسطح نسبيًا وجانب علوي متعرج، مدعوم بطبقة من مخلفات التعدين في حوض التجميع. يشير تصميم السد السفلي إلى الرفع التدريجي للسد الترابي، مما يؤدي إلى تحريك الردم والقمة باتجاه المنبع. أما السد المركزي، فيتكون من سدود ترابية متتابعة تُبنى فوق بعضها البعض مباشرةً، حيث يُوضع الردم على الجانب السفلي للدعم، بينما يدعم مخلفات التعدين الجانب العلوي. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

حظرت البرازيل وتشيلي بناء السدود في أعالي النهر، معتبرة إياها خطيرة للغاية، وسيتعين إيقاف تشغيل حوالي خمسين سدًا في ولاية ميناس جيرايس البرازيلية بحلول عام 2035. ^{[ 10 ]}

يؤدي استخراج المعادن الاقتصادية إلى تراكم مخلفات التعدين على السطح، لا سيما في أحواض التخزين ، التي تشغل مساحات شاسعة من الأرض. ^{[ 11 ]} يُعدّ التطبق سمةً أساسيةً في عملية الترسيب ، حيث تترسب الجزيئات الأثقل قبل الجزيئات الأخف. ومع ذلك، يمكن أن تمثل مخلفات التعدين مورداً غير مستغل، إذ تحتوي العديد منها على معادن ثانوية قيّمة. ويمكن استخلاص هذه المعادن، مما يُسهم في الاقتصاد الدائري ويُقلل الحاجة إلى عمليات تعدين جديدة. يُمكن لتحليل التركيب المعدني لمخلفات التعدين أن يكشف عن وجود معادن ذات قيمة اقتصادية، مثل العناصر الأرضية النادرة أو موارد معدنية أخرى. ويكتسب هذا الأمر أهميةً خاصةً مع استمرار نمو الطلب العالمي على هذه الموارد. يُساعد الفهم الشامل لطبقات مخلفات التعدين على تحديد المناطق الواعدة للاستخلاص، ويُسهم في تطوير أساليب معالجة تُتيح استخلاص المعادن إلى أقصى حد مع تقليل الآثار البيئية .

تقسيم مخلفات التعدين إلى طبقات

تُعرف طبقات مخلفات التعدين بتوزيعها الطبقي الناتج عن اختلاف أحجام الجسيمات وكثافتها النوعية . وتؤثر كثافة المخلفات الرملية إلى الطينية ^{[ 12 ]} على نفاذيتها، مما يؤثر بدوره على قدرتها على التصريف، وبالتالي على خط التسرب ^{[ 13 ]} . وخط التسرب هو المسار الذي يمكن من خلاله دخول الماء إلى منطقة محددة ^{[ 13 ]} ، وهو يؤثر على سلامة واستقرار أحواض مخلفات التعدين.

علاوة على ذلك، يؤثر تماسك مخلفات التعدين على كمية المياه التي يمكنها الاحتفاظ بها، كما يؤثر على قوتها وصلابتها. فكلما زاد تماسكها، انخفض معامل نفاذيتها وزادت قدرتها على الاحتفاظ بالماء. وبدلاً من أن تتكون من كتلة متجانسة واحدة، تتألف مخلفات التعدين عادةً من طبقات متعددة من الرواسب تختلف في حجم حبيباتها وتركيبها المعدني. ^{[ 14 ]} وقد يشهد حجم حبيبات مخلفات التعدين تقلبات كبيرة نتيجة ترسب جزيئات أكبر وأدق، مما يؤثر على تدرج طبقاتها ومقاومتها للقص . فعندما تترسب المزيد من الجزيئات الدقيقة، تضعف مخلفات التعدين، مما قد يؤدي إلى احتفاظ الطبقة المترسبة بكمية أكبر من الماء. وهذا بدوره قد يُنشئ خط التشبع، مما يؤثر على مدى أمان تشغيل منشأة تخزين مخلفات التعدين.

يُؤدي التركيب المعدني في مخلفات التعدين إلى تماسك الطبقات. ويمكن للطبقات الغنية بالكبريتيدات أن تُشكّل طبقات متماسكة واقية. وعادةً لا تتشكّل هذه الطبقات في الأنظمة ذات التوزيع المتجانس لكبريتيدات الحديد . ولذلك، يتأثر تدرج طبقات مخلفات التعدين بشكل كبير بوجود المعادن التي تُؤثر بشكل كبير في تماسك طبقاتها، وبتوزيع حجم الحبيبات الذي يُؤثر على تماسكها وكثافتها. ومع ذلك، توجد عوامل أخرى تُؤثر على تدرج طبقات مخلفات التعدين، مثل التضاريس ، والبيئة الجيولوجية ، والمناخ ، وعملية ترسيب المخلفات ، ومدة تخزينها في المنشأة.

أكبر ثلاثة سدود لمخلفات التعدين هي:

رتبة	الاسم [ 19 ]	دولة	السنة المكتملة	ارتفاع الهيكل [م]	حجم الهيكل [ 20 ] [ 106 م 3 ]	حجم الخزان [10 9 م 3 ]	القدرة المركبة [ميغاواط]	يكتب
1	سد مخلفات سينكرود ميلدريد MLSB [ 21 ]	كندا	1995	88	540 [ 22 ] /720	0.35	غير متوفر	تي إي
2	سد مخلفات سينكرود ميلدريد SWSS [ 23 ]	كندا	2010	40-50	119 [ 22 ]	0.25 [ 22 ]	غير متوفر	تي إي
3	سد مخلفات منجم مهمة أساركو	الولايات المتحدة	1973	30 [ 24 ]	40.1	0 [ 25 ]	غير متوفر	غرفة الطوارئ

النوع: TE - ترابي؛ ER - ردم صخري؛ PG - خرسانة جاذبية؛ CFRD - ردم صخري لواجهة خرسانية

• أحواض مخلفات الرمال النفطية (كندا)
• بركة الرماد