. مهم‌ترین چالش‌های موجود در این زمینه به شرح زیر می‌باشند:
باتوجه به منبع آلودگی، شدت و نوع عناصر آلاینده در محیط خاک چگونه می‌باشد؟
میزان تحرک و زیست دسترس پذیری عناصر آلاینده چقدر بوده است ؟
تفش عوامل محیطی مانند pH و عوامل جذب طبیعی در روند آزادسازی عناصر سمناک در هر محیط چگونه است؟
ساختار کانی شناختی چقدر در تحرک و رهاسازی عناصر سمناک نقش دارد ؟
نقش شرایط اقلیمی منطقه در میزان رهاسازی و انتقال عناصر سمناک چقدر است؟
آیا نیاز به انجام اقدامات بهسازی جدی وجود دارد؟ دراینصورت کدام روش یا روشها با توجه به شرایط منطقه و منبع آلودگی در الویت قرار می‌گیرند؟
طبیعی است که در پی انجام فرایند ذوب، شرایط محیط طبیعی منطقه دچار تغییرات اساسی می‌شود؛ تغییراتی که اجتناب ناپذیر بوده؛ اما بسته به شیوه ذوب و بویژه روشهای مدیریت زیست محیطی اعمال شده، می‌تواند دارای اثرات کم و یا زیاد باشد.
در مناطق معدنکاری و ذوب، عوامل آلاینده بیش از همه سبب آلودگی خاک می‌شوند. ذوب کانسنگ سولفیدی و انتشار عناصر آلاینده به صورت گاز و ذرات معلق سبب آلودگی خاک در مقیاس وسیع‌تری نسبت به سایر محیط‌ها می‌شود. ماهیت حضور عناصر سمناک حاصل از هریک از منابع آلودگی نیز تفاوت زیادی دارد. با ورود عناصر آلوده به خاک روند تغییرات زمین‌شیمیایی آنها نیز دچار تغییر زیادی می‌شود. عوامل متعددی مانند ماهیت منشأ آلودگی، درجه تکامل خاک و pH آن، میزان عوامل جاذب طبیعی، و شرایط اقلیمی محل بر نوع رفتار عناصر سمناک در خاک تاثیر می‌گذارند. از طرفی، تمام این عوامل باعث می‌شود که تحلیل زیست محیطی مرتبط با آلودگی عناصر سمناک در هر منطقه منحصر به فرد بوده، و تفاوت فاحشی با سایر نقاط داشته باشد. در بحث آلودگی خاکهای پیرامون کارخانه ذوب خاتون آباد اهداف زیر در این پژوهش دنبال شد:
شناسایی منابع آلاینده عناصر سمناک و طراحی نمونه برداری از خاک
تعیین نوع و شدت آلودگی عناصر سمناک بر مبنای تجزیه کل عناصر
شناخت ماهیت خاکهای منطقه از نظر ویژگیهای کانی شناختی، pH ، نوع خاک و درصد مواد آلی
تفکیک شیمیایی عناصر سمناک در خاک براساس طرح استخراج گزینشی اصلاح شده (BCR)
بررسی روشهای بهسازی خاک بر مبنای نوع عناصر آلاینده، و نتایج حاصل از تفکیک شیمیایی این عناصر، و در نهایت پیشنهاد راهکارهای مناسب برای مدیریت منابع آلودگی و پاکسازی خاک با توجه به شرایط منطقه
1-4-تاریخچه ذوب، متالورژی مس و روش‌های ذوب کانسنگ
کانسنگ‌های فلزی و بیشتر کانیهای صنعتی پس از استخراج از زمین باید فرآوری شوند. فرآوری معمولاً به منظور کاهش حجم و وزن موادی است که برای استحصال فلز حمل می‌شوند. به طور معمول فراوری کانسنگ در محل معدنکاری یا نزدیک به آن انجام می‌شود. محصول پایانی فرآوری معدنی، کنسانتره‌ای از کانه‌ها و مقداری مواد باطله است. کنسانتره به طور معمول دارای فلزهایی به شکل اکسید، سولفید یا ترکیبهای وابسته است. روش سنتی بازیافت فلز خالص، ذوب کانه است. ذوب و دیگر روشهای پیرومتالورژی، در گذشته منابع بسیار مهم آلودگی هوا بوده‌اند، زیرا کوره‌ها حجم قابل توجهی گاز مانند گوگرد‌‌دیوکسید، کربن‌دیوکسید و ذرات معلق را در هوا منتشر می‌کنند. همچنین در این فرایند مقداری فلز سمّی مانند آرسنیک، سرب، جیوه، کادمیم، نیکل، بریلیم و وانادیم نیز آزاد می‌شود. ردیابی غلظتهای ناچیز این گونه فلزها در هوا، و در بارندگی نشان می‌دهد که این فلزات می‌توانند مسافتهای طولانی را در غلظتهای قابل ملاحظه و به طور معمول به شکل ذرات معلق ریز بپیمایند. برای مثال در اواخر دهه 1990 مطالعه انجام شده در شبه جزیره کولا در شمال روسیه نشان داد که آلودگی مس و نیکل در مساحتی هزاران کیلومتری از این ناحیه و در پایین دست جهت باد در اثر فعالیت واحدهای بزرگ ذوب کانسنگ که بیش از 60 سال قدمت دارند، صورت گرفته است ((Craig et al.,2002.
در این میان تولید مس نمونه بارزی از ایجاد این گونه مسائل زیست محیطی است، چرا که ذوب کانسنگ سولفیدی مس به آلودگی وسیع هوا منجر می شود .(Chiras, 1994)
بطور کلی تولید مس، سرب و روی بیشترین آسیب را به محیط زیست وارد می کنند(Dudka and Adriano, 1997). برای مثال ذوب کانسنگ مس و دیگر کانسنگهای فلزی حدود 8 درصد گسیلهای گوگرد‌دیوکسید جهان را که عامل بارش اسیدی به شمار می‌آید، تولید می کنند. شگفت نیست که احداث کوره های ذوب همیشه به برجای ماندن مناطق وسیعی موسوم به ” مناطق مرده ” منتهی شده است Chiras, 1994)). از این روی پایش و بررسی فلزات سنگین در محیط خاک در مطالعات زیست محیطی این مناطق ضروری می باشد.
به رغم کاهش منظم گسیل از دهه 1970 و ذرات معلق از دهه 1950، گوگرد دیوکسید تولید شده توسط کارخانه ذوب مس و نیکل سادبوری کانادا بین سال های 1969 و 1979 بیش از گاز گوگرد دیوکسید رها شده توسط آتشفشانها در طول تاریخ زمین بوده است (Dobrinand Potrin, 1992). این امر باعث شده است که pH خاک نزدیک سه کوره ذوب سادبوری بین 3 تا 4 و pH آب دریاچه بین 4 تا 5 شود (Dixtet et al, 1992).
گسیل های گازی از دودکش های کارخانجات ذوب سورونیکل در روسیه، پاچنگانیکل در شبه جزیره کولا، نوریلیسک در سیبری بعنوان منابع جهانی آلاینده جو به شمار می‌آیند. کارخانه ذوب مس- نیکل روسیه یکی از منابع عمده آلاینده هوا در اروپا است که بطور عمده گوگرد دیوکسید و فلزات سمّی (Ni, Co, Cu, Pb, Zn, As) گسیل می‌کند.
بررسی توزیع ناحیه ای فلزات سنگین در خاک مجاور کارخانه ذوب مس در شمال غربی استرالیا (Portkembla)، که میزا ن آلودگی ناشی از دودکش‌های آن در گستره‌ای 1 تا 13 کیلومتری قرار دارد، اما بیشتر آلودگی در فاصله کمتر از 4 کیلومتری کارخانه رخ داده‌است و نشان می‌دهد که حضور دودکش های بلند (210 متر) از تجمع گرد و غبار در نزدیکی دودکش جلوگیری نمی‌کند (Martley, 2004).
مطالعه دیگر بررسی تجمع مس- نیکل در سطوح شسته نشده کوهستان فولیاج در شمال غربی روسیه؛ نشان می دهد به رغم کاهش عمده گسیل های فلزی، تجمع فلزات در بیشتر مکان های مورد بررسی، کاهش نیافته، و حاکی از آن است که آلودگی فلزی برای مدتی طولانی در خاک باقی خواهد ماند Kozlov et al. 2005)).
1-4-1- ذوب و تصفیه فلزات
در تولید و تصفیه فلزات، اجزای ارزشمند از مواد بی ارزش در یک رشته واکنش های فیزیکی و شیمیایی از هم جدا می شوند. محصول نهایی فلز و مقداری ناخالصی یا باطله است. در ذوب و تصفیه اولیه، فلزات مستقیماً از کنسانتره سنگ معدن تولید می شوند، در حالی که فرایند ذوب و تصفیه ثانویه فلزات را از ضایعات و باطله فراوری تولید می کنند. ضایعات شامل قطعات فلزی، براده‌های تراشکاری ورقه‌ها و سیم‌هایی که از دور خارج شده یا فرسوده‌ای می‌شود که قابلیت بازیافت دارند.
بررسی اجمالی فرایندها: به طوری کلی سه فناوری بازیابی فلز برای تولید فلزات تصفیه شده بکار برده می‌شوند: پیرومتالورژیکی، هیدرومتالورژیکی، و الکتروشیمیایی (بازیابی فلز با واکنشهای الکتروشیمیایی در سیستمهای مایع یا نمک مذاب).
در فرایند هیدروومتالورژیکی، از گرما برای جدا کردن فلزات مورد نظر از دیگر مواد استفاده می شود. در این فرایندها از تفاوت بین پتانسیل‌های اکسایش، نقاط ذوب، فشار بخار، تراکم ویا استخراج پذیری (قابلیت آمیختن بدون از دست دادن خواص) اجزای سازنده سنگ معدن هنگام ذوب استفاده می شود.
نمونه هایی از فرایند هیدرومتالورژیکی شامل: آبشویی، رسوب شیمیایی (ته نشینی)، کاهش الکترولیتی، تبادل یونی، جداسازی غشاء، استخراج حلّال.
مرحله اول فرایند هیدرومتالورژیکی، آبشویی فلزات ارزشمند از مواد کم ارزش است، به عنوان مثال: فرایند شستشو با سولفوریک اسید اغلب قبل از تصفیه صورت می‌گیرد. فرایند آبشویی اغلب نیاز به فشار بالا دارد، علاوه بر اکسیژن دما بالا، آبشویی ممکن است با برق نیز انجام شود. فلز مورد نظر و یا ترکیب آن توسط فرایند رسوب (ته نشینی) یا کاهش از محلول آبشویی، با استفاده از روش‌های مختلف بازیافت می‌شود. کاهش به عنوان مثال در تولید کبالت و نیکل با گاز انجام می‌شود.
الکترولیز فلزات در محلول های آبی به عنوان فرایند هیدرومتالورژیکی در نظر گرفته می‌شود. در فرایند الکترولیز یون فلزی به فلز کاهش می‌یابد. فلز که در یک اسید ضعیف حل شده است، بر روی کاتدهای تحت نفوذ جریان الکتریکی رسوب می‌کند بیشتر فلزات غیرآهنی را می‌توان توسط عمل الکترولیز تصفیه کرد (EPA,1995).
* در بیشترکوره‌های ذوب