تهیه کننده : رجب زاده
سی و یکمین گردهمایی علوم زمین آذر 91
سازما زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
ارزیابی اثرات زیستمحیطی فلزات سنگین در سنگ های باطله ی معدن سونگون
◊◊◊◊◊◊◊
چكيده :
به منظور ارزیابی اثرات زیستمحیطی عناصر سنگین در اطراف معدن سونگون، تعداد 56 نمونه در باطلههایسنگی معدن مس سونگون، مورد ارزیابی قرار گرفت. برای این منظور از نمودارهای توزیع آماری، فاکتور غنیشدگی و آنالیز خوشه ای استفاده شد. نتایج نشان میدهد که کومههایسنگباطلهی معدن مس سونگون، از عناصر AS، Cd، Cu، Mo، Pb، Se و Zn، غنیشدهاند. در بین آنها، غنیشدگی Cu، Se، Mo و As، خیلی چشمگیر است. این عناصر همگی با هم همبستگی دارند که البته در بین آنها، همبستگی AS با Se، Cd با Zn و Cu با Mo، مشهودتر است و بر همین اساس، چهار گروه در نمودار آنالیز خوشهای، قابل تشخیص است: 1- کادمیوم و روی 2- آرسنیک و سلنیوم 3- مس و مولیبدن 4- سرب
كليد واژه ها: عناصر سنگین، باطلههایسنگی، معدن مس سونگون، فاکتور غنیشدگی، آنالیز خوشهای، همبستگی.
Abstract:
In order to investigate the environmental impacts of heavy metals at Soungoun copper mine, 56 waste rocks were evaluated. For this purpose, the statistical distribution graphs, enrichment factor and cluster analysis were used. The results show that the waste rock tailings in Soungoun copper mine are enriched in AS, Cd, Cu, Mo, Pb, Se and Zn. Among them, the enrichment of Cu, Se, Mo and As, is very high. These elements together are correlated among them, but the AS correlation with Se, Cd and Zn, and Cu to Mo, is more and more evident. On this base, four groups in cluster analysis, are recognized: 1- cadmium and zinc 2- arsenic and selenium 3- copper and molybdenum 4- lead.
Keywords : Heavy elements, Rock wastes, Soungoun copper mine, Enrichment factor, Cluster analysis, Correlation.
◊◊◊◊◊◊◊
مقدمه :
باطلههای معدنی بر اساس ويژگیهای مختلف، در گروههای متفاوتی، طبقهبندی میشوند که يکی از آنها، باطلههای سنگیمعدنی میباشند. اين نوع باطلهها بهلحاظ اهميت زيستمحيطی آنها، از جمله داشتن تمرکز بالايی از عناصر سمّیسنگین، در پارهای از کشورهای دنيا، مورد مطالعه و بررسی قرار گرفتهاند و در کشور ما نيز ضرورت تحقيق و مطالعه بر روی اين گروه از باطلهها و بررسی اثرات زيستمحيطی آنها، احساس میشود.
کانسار مس پورفيري سونگون در استان آذربايجان شرقي, در 120 کيلومتري شمال شرق تبريز و 25 کيلومتري شمال ورزقان در يک ناحيهي کوهستاني بر روي کمربند ماگمايي سهند- بزمان به سن سنوزوئيک واقع شده و معدن آن توسط رودخانههاي «سونگون چاي» و «پخيرچای» محاصره شده است (کالاگاری, Calagari, 2004 ).
در محدودهي جنوبي و شرقي آن, رودخانههای «سونگون چای» و «ميانکافه چای» جاری ميباشند و از پيوستن اين رودخانهها به هم, رودخانهي مهم و اصلی منطقه يعنی «ايلگنه چای» بهوجود ميآيد که در نهايت به رودخانهي ارس ميريزد که مرز ايران با جمهوری آذربايجان و ارمنستان را تشکيل میدهد و حدود 25 کيلومتری شمال مجتمع, واقع است (ستّاروند و همکاران, 1380).
مختصات جغرافيايي کانسار, 46 درجه و 43 دقيقه طول شرقی و 38 درجه و 42 دقيقه عرض شمالی ميباشد. راههای دسترسی به معدن از طريق جادهی تبريز- ورزقان- سونگون ميباشد (آقازاده و مر, 1389).
شکل 1- نقشه ی زمين شناسی ايران و موقعيت معدن مس سونگون در کمربند اروميه- دختر (اشتوکلين و ستادنيا، stocklin & setudenia, 1972).
فعالیتهای معدنی در این منطقه را می توان به دو دورهی زمانی تقسیم کرد: دورهی اول شامل فعالیتهای قدیمی از روزگاران کهن تا سال 1352 می شود و بیشتر شامل بهره برداری از بخش های اسکارنی (شرق و شمال توده) بوده است. مدارک ثبت شدهی تاریخی و وجود کورههای قدیمی و سربارههای آن، فعالیتهای معدنی را تا حدود دو قرن پیش و در دورهی قاجاریه نشان میدهد (امامی و باباخانی، 1370).
دورهی دوم، فعالیتها از سال 1352 تا حال حاضر را شامل می شود. طراحی معدن در دو مرحله انجام شده که در مرحله اول سالانه 7 میلیون تن سنگ معدن استخراج می شود و از آغاز فاز دوم تا پایان عمر معدن، ظرفیت 2 برابر شده و به 14 میلیون تن در سال خواهد رسید. پیش بینی می شود حدود 2 میلیون تن مس خالص از این مقدار مادهی معدنی قابل استخراج، به دست آید. ظرفیت اسمی کارخانهی پرعیارسازی در فاز اول، 150000 تن کنسانترهی مس می باشد (شرکت اولنگ، 1384).
با توجه به آخرین محاسبات انجام گرفته و نتایج به دست آمده از مطالعات زمین آماری، کل ذخیرهی قابل استخراج معدن، خدود 388 میلیون تن کان سنگ با عیار متوسط 6/0 درصد مس به همراه 632 میلیون تن باطله برآورد شده که نسبت باطله برداری به مادهی معدنی، 63/1 می باشد (رشیدینژاد، 1381).
مهمترين و باارزشترين زيستگاه طبيعی در منطقه, ذخيرهگاه زيستکرهی ارسباران (منطقهی حفاظت شدهی ارسباران) است. اين ذخيرهگاه با مساحت 72465 هکتار در فاصلهی 7 کيلومتری شمال غربی کانسار مس سونگون, واقع شده است.
اين منطقه بهدليل اهميت اکولوژيکی خاص خود, در سال 1350, تحت حفاظت و حمايت سازمان حفاظت محيطزيست قرار گرفت و در سال 1972, توسط برنامهی انسان و کرهی مسکون يونسکو, بهعنوان «ذخيرهگاه زيستکره» به ثبت رسيد.
نمونه برداری از باطلههای سنگیمعدنی کانسار سونگون، به روش تصادفی و از نه ايستگاه انجام شد. ايستگاه اول، نمونهی عادی و زمینهی آبرفت و خاک بود. ايستگاههای دو تا هفت، نمونههای باطلهی سنگیمعدنی را شامل میشدند. نمونهی نزديک فرآوری در ايستگاه هشتم و نمونهی غيرآلودهی دور از معدن، در ايستگاه نهم، برداشت شدند. در مجموع، 56 نمونه برداشت شدند.
نمونهها، بعد از مراحل آمادهسازی، برای آناليز به آزمايشگاه لبوست (Labwest ) استراليا، فرستاده شدند. در آزمايشگاه فوق، نمونهها براساس نوع نمونه، نوع عنصر و حساسيت، به روش ICP_ MS، مورد آناليز قرار گرفتند.
شکل 2- نقشهی زمین شناسی معدن و موقعیت نقاط نمونه برداری در آن.
◊◊◊◊◊◊◊
بحث :
- توصیف آماری و غنیشدگی عناصر:
دادههای ژئوشیمیایی عناصر (جدول1)، نشان می دهد که در کومههای سنگ باطلهی معدن مس سونگون، مقدار میانگین عناصر As، Cd، Cu، Mo، Pb، Se و Zn، از مقدار کلارک و مقدار متوسط سنگهای گرانودیوریتی، بیشتر است. مقدار متوسط سنگهای گرانودیوریتی به این دلیل انتخاب شد که بیشترین سنگ آذرین موجود در منطقهی مورد مطالعه، گرانودیوریت میباشد. در بین عناصر، مقدار میانگین Cu، Mo، Se و As خیلی زیادتر از مقدار کلارک و مقدار متوسط سنگهای گرانودیوریتی است. دامنهی تغییرات عناصر نیز بالاست که در این میان بیشترین دامنهی تغییرات را Cu و Mo دارند.
جدول 1- خلاصه ی مقادیر آماری عناصر سنگین در باطله های سنگی معدن مس سونگون و مقایسهی غلظت آنها با مقدار متوسط سنگهای گرانودیوریتی و مقدار کلارک ( برحسب ppm )
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
میانگین میانه انحراف معیار چولگی کشیدگی کمینه بیشینه کلارک گرانودیوریت
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
As 48.31 24.1 50.42 1.27 0.935 1.2 209 1.8 2
Cd 0.697 0.2 1.21 2.46 5.05 0.0375 5.03 0.2 0.2
Cu 10835.66 4930 1.767 2.43 5.77 25.2 82500 55 30
Mo 103.8 39.1 176.54 2.82 9.03 0.4 950 1.5 1
Pb 42.16 29.7 54.27 3.21 13.94 0.15 342 12.5 15
Se 9.47 7.325 10.02 1.35 2.15 0.07 47.7 0.05 0.05
Zn 112.05 60.4 134.88 2.04 3.08 9.9 573 70 60
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
نتایج دادهها، نشان میدهد که عناصر As، Cd، Cu، Mo، Pb، Se و Zn، در باطلههای سنگی معدن مس سونگون، غنیشدگی دارند. برای اینکه میزان غنیشدگی و روند آن در بین عناصر، بهتر مشخص شود، از رابطهی زیر، فاکتور غنیشدگی (Enrichment Factor) را برای هر عنصر در تمام نمونهها، یکبار در مقایسه با مقدار کلارک و یکبار دیگر در مقایسه با مقدار متوسط سنگهای گرانودیوریتی، محاسبه کرده و نمودار لگاریتمیجعبهای فاکتور غنیشدگی را رسم نمودیم:
غلظت عنصر در متوسط پوسته / غلظت عنصر در نمونه = EF1
غلظت عنصر در متوسط سنگهای گرانودیوریتی / غلظت عنصر در نمونه = EF2
هر دو نمودار، غنیشدگی عناصر As، Cd، Cu، Mo، Pb، Se و Zn را در سنگهای باطلهی معدن مس سونگون، تأیید میکنند. همچنین مشخص میشود که در بین اینها، Cu، Se، Mo و AS، بیشترین غنیشدگی را دارند.
شکل 3- نمودار لگاریتمیجعبهای فاکتور غنیشدگی در مقایسه با مقدار متوسط سنگهای پوسته.
شکل 4- نمودار لگاریتمیجعبهای فاکتور غنیشدگی در مقایسه با مقدار متوسط سنگهای گرانودیوریتی.
- نمودارهای ستونی، جعبهای و Q-Q :
نمودارهای ستونی، جعبهای و Q-Q، غنیشدگی و تمرکز بالای عناصر As، Cd، Cu، Mo، Pb، Se و Zn را در کومههای سنگ باطلهی معدن مس سونگون، نشان میدهند. چولگی مثبت عناصر در نمودارهای ستونی و پراکنش مقادیر عناصر در اطراف خط رگرسیون نمودار Q-Q، حکایت از توزیع آماری غیرعادی محیط دارند.
شکل 5- نمودار ستونی، جعبه ای و Q-Q آرسنیک
شکل 6- نمودار ستونی، جعبه ای و Q-Q کادمیوم
شکل 7- نمودار ستونی، جعبه ای و Q-Q مس
شکل 8- نمودار ستونی، جعبه ای و Q-Q مولیبدن
شکل 9- نمودار ستونی، جعبه ای و Q-Q سرب
شکل 10- نمودار ستونی، جعبه ای و Q-Q سلنیوم
شکل 11- نمودار ستونی، جعبه ای و Q-Q روی
- ضریب همبستگی و آنالیز خوشهای :
ضرایب همبستگی (جدول 2) و آنالیز خوشه ای (شکل12)، همبستگی عناصر As، Cd، Cu، Mo، Pb، Se و Zn را با همدیگر نشان میدهند. به ویژه As با Se، Cd با Zn و Cu با Mo از همبستگی بیشتری برخوردارند که رفتار ژئوشیمیایی مشابه این عناصر نیز، همین امر را تأیید می کند.
آنالیز خوشهای نیز این عناصر را در 4 گروه قرار داده است:
گروه اول: کادمیوم و روی
گروه دوم: آرسنیک و سلنیوم
گروه سوم: مس و مولیبدن
گروه چهارم: سرب
جدول 2- ضریب همبستگی بین عناصر سنگین در سنگهای باطلهی
معدن مس سونگون
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
As Cd Cu Mo Pb Se Zn
As 1
Cd 0.602 1
Cu 0.758 0.846 1
Mo 0.731 0.602 0.811 1
Pb 0.467 0.382 0.361 0.410 1
Se 0.825 0.558 0.762 0.816 0.450 1
Zn 0.526 0.926 0.769 0.518 0.389 0.459 1
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
شکل 12- نمودار آنالیز خوشه ای عناصر سنگین در سنگهای باطلهی معدن مس سونگون
◊◊◊◊◊◊◊
نتيجه گيري :
در این تحقیق، اثرات زیستمحیطی عناصر سنگین As، Cd، Cu، Mo، Pb، Se و Zn، در سنگهای باطلهی معدن مس سونگون مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج به دست آمده، حاکی از تمرکز بالای این عناصر در باطلههای فوق می باشد. دادههای آماری نمونهها، نمودارهای ستونی، جعبهای و Q-Q، آنالیز خوشهای و نمودار لگاریتمی فاکتور غنیشدگی نیز، افزودگی عناصر مذکور را در باطلههای سنگی معدن مس سونگون، تأیید می کنند که در این میان، افزودگی زیاد Cu و Mo و همچنین Se و As، قابل توجه و تأمل است. همبستگی این عناصر با همدیگر به ویژه As با Se، Cd با Zn و Cu با Mo، نیز مؤیّد رفتار ژئوشیمیایی مشابه آنهاست.
◊◊◊◊◊◊◊
منابع فارسي :
- آقازاده، عزیزه، مر، فرید، 1389، زیستزمینشیمی و منشأ عناصر سلنیوم، ارسنیک و جیوه در کانسار و زیستبوم سامانهی مس سونگون، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شیراز، 248ص.
- امامی، م.، باباخانی، ع.، 1370، مطالعات زمین شناسی، پترولوژی و لیتوژئوشیمی کانسار مس و مولیبدن سونگون، شرکت خدماتی و اکتشافی کشور.
- رشیدینژاد، فرشاد، 1381، ارزیابی اثرات زیستمحیطی طرح مس سونگون، اندیشه (گزارش فصلی امور تحقیقات مجتمع مس سرچشمه)، شمارهی 24.
- ستاروند، جواد، یاوری، مهدی، سکاکی، سیدحمید، 1380، برنامه ریزی تولید معدن سونگون، اولین کنفرانس معادن روباز ایران، دانشگاه شهید باهنر کرمان، شرکت ملی صنایع مس ایران، 17 و 18 مهرماه 1380، کرمان، ایران، ص.49-56.
- شرکت معدنکاری اولنگ، 1384، گزارش پیشرفت کار پروژهی مطالعات تکمیلی، اکتشافی، طراحی و اقتصادی معدن سونگون
◊◊◊◊◊◊◊
References:
- Calagari, A., A., 2004, Fluid inclusion studies in quartz veinlets in the porphyry copper deposit at Sungun, east-azarbaidjan, iran, Journal of Asian Earth Science, V.23, pp.179-189.
