تُعد تشيلي مركزاً عالمياً لاستخراج النحاس، وهي ثالث أكبر دولة في العالم من حيث توزيع أحواض مخلفات التعدين. تخزّن هذه الأحواض المنتشرة في المناطق الشمالية الجافة ملايين الأمتار المكعبة من المياه. وفي ظل تفاقم أزمة المياه وضرورة توجه قطاع التعدين نحو الاستدامة، أصبحت كيفية استعادة المياه بأمان من هذه الأحواض "الخاملة" وإعادتها إلى دورة الإنتاج أو البيئة الطبيعية، تحدياً تقنياً رئيسياً تواجهه الدول المنتجة للمعادن.

في 23 يوليو 2026، أعلن المركز المتقدم لتكنولوجيا التعدين (AMTC) التابع لجامعة تشيلي رسمياً عن نموذج أولي لنظام متكامل لمعالجة واستعادة مياه مخلفات التعدين. ولأول مرة، يحقق هذا النظام، من خلال تقنية متكاملة ثلاثية المراحل، إزالة متزامنة للكبريتات والمعادن الثقيلة وأشباه المعادن من مياه المخلفات المعقدة كيميائياً، ويرفع جودة المياه المعالجة إلى مستويات تسمح باستخدامها في الري الزراعي أو التصريف الآمن في طبقات المياه الجوفية. تم تمويل هذا المشروع من قبل صندوق ANID FONDEF IDeA I+D 2024 (معرف المشروع: ID24I10113)، بدعم مشترك من Codelco Innovación وGlauben Ecology.

ملايين الأمتار المكعبة من "مياه المناجم" محتجزة في أحواض المخلفات

باعتبارها أكبر منتج للنحاس في العالم، تمتلك تشيلي عدداً هائلاً من أحواض مخلفات التعدين. تخزّن هذه الأحواض كميات كبيرة جداً من المياه، ولكن بسبب ملامستها الطويلة لمواد كيميائية تستخدم في معالجة الخامات وجزيئات المعادن الدقيقة، تصبح مكونات مياه المخلفات معقدة للغاية - بارتفاع تركيز الكبريتات، ووجود معادن ثقيلة متعددة (الموليبدينوم، المنغنيز، النحاس، الحديد، وغيرها)، وبعض المناطق تواجه تلوثاً بأشباه المعادن مثل الزرنيخ. غالباً ما تعالج تقنيات معالجة المياه التقليدية ملوثاً واحداً فقط، وتكون مكلفة وتستهلك طاقة كبيرة، مما يصعّب تطبيقها على نطاق واسع في مواقع التعدين.

تنسيق ثلاثي المراحل لتحقيق "الاستعادة الكاملة" لمياه المخلفات

طور فريق AMTC نظاماً متكاملاً يتكون من ثلاث مراحل تقنية: فصل الأغشية النانوية، مواد الامتزاز النانوية، والمفاعل الحيوي. تستهدف كل مرحلة ملوثات محددة في مياه المخلفات بدقة، وتتبع مبادئ الاقتصاد الدائري طوال العملية.

المرحلة الأولى: فصل الأغشية النانوية - "اعتراض دقيق" للكبريتات

تستخدم المرحلة الأولى تقنية فصل الأغشية النانوية، حيث يتم اعتراض الملوثات الرئيسية مثل الكبريتات بكفاءة من خلال خاصية النفاذية الانتقائية للغشاء. يدخل "المركز" (الذي يحتوي على تركيز عالٍ من الملوثات) و"الراشح" (المياه المنقاة الأولية) الناتجان عن هذه الخطوة إلى مسارات معالجة مختلفة لاحقة، مما يحقق فصلاً أولياً وتقليلاً للملوثات.

المرحلة الثانية: نظام الامتزاز النانوي SolArsenic - تقنية أساسية حاصلة على براءة اختراع من AMTC

يدخل كل من الراشح والمركز معاً إلى نظام SolArsenic، وهو نظام تم تطويره وامتلاكه لبراءة اختراع من قبل AMTC. يستخدم هذا النظام مواد امتزاز نانوية قادرة على التقاط وتغليف المعادن الثقيلة والزرنيخ من المياه بكفاءة.

المزايا التقنية الرئيسية: يمكن تجديد مواد الامتزاز في نظام SolArsenic وإعادة استخدامها، كما أنها تمتلك قدرة على الامتزاز الانتقائي للمعادن ذات القيمة (الموليبدينوم، المنغنيز، النحاس، الحديد، وغيرها). وهذا يعني أن النظام، أثناء معالجة المياه العادمة، يمكنه استعادة المكونات المعدنية القيمة من مياه المخلفات في وقت واحد - استخراج "موارد ثانوية" من "الملوثات"، مما يفتح قناة إضافية لاستعادة القيمة من معالجة مياه المخلفات.

المرحلة الثالثة: مفاعل حيوي يعتمد على نفايات زراعية وتعدينية - دورة مغلقة من النفايات إلى الأسمدة

تدخل المياه المعالجة بعد المرحلتين السابقتين إلى المفاعل الحيوي. يكمن الابتكار الأساسي لهذا المفاعل في وسط التفاعل المختلط القائم على النفايات الزراعية ونفايات التعدين.

فائدة مزدوجة:

إزالة فعالة للكبريتات المتبقية: يستخدم المفاعل الحيوي النشاط الأيضي للكائنات الدقيقة في مصفوفة النفايات لتحليل وإزالة الكبريتات المتبقية في المياه؛

تحويل المخلفات الصلبة إلى أسمدة: المخلفات الصلبة الناتجة عن عملية التفاعل ليست "نفايات ثانوية"، بل تم التحقق من إمكانية استخدامها كـ "سماد حيوي" لإعادة تأهيل النباتات في أحواض المخلفات.

أشارت الدكتورة ياسنا تابيا، الباحثة في AMTC والأستاذة بكلية الزراعة في جامعة تشيلي: "يكمن ابتكار المفاعل الحيوي في أنه لا يزيل الكبريتات من المياه فحسب، بل يحول المخلفات الناتجة عن العملية إلى سماد حيوي تم التحقق من فعاليته لإعادة تأهيل النباتات في أحواض المخلفات. نحن نتجه نحو حل قائم على مبادئ الاقتصاد الدائري - حيث لم تعد النفايات مشكلة، بل أصبحت مورداً جديداً."

من المختبر إلى الميدان الصناعي

حالياً، تم التحقق من صحة النموذج الأولي للنظام المتكامل على نطاق المختبر باستخدام عينات حقيقية من مياه أحواض المخلفات. يعمل فريق المشروع على إجراء تجارب في ظروف تشغيلية تمثيلية، بهدف الوصول في النهاية إلى التوسع التقني والتحقق الميداني في البيئة الصناعية.

من تشيلي إلى صناعة التعدين العالمية

تخفيف ندرة المياه في قطاع التعدين

يستجيب هذا المشروع مباشرة للخطة الوطنية التشيلية للإدارة المستدامة لأحواض مخلفات التعدين، بهدف تحويل هذه الأحواض من "التزام بيئي" إلى "مخزون استراتيجي للمياه". يمكن استخدام المياه المستعادة بأمان في الري الزراعي أو تغذية طبقات المياه الجوفية، مما يوفر حلاً للتناقض الهيكلي بين قطاعي التعدين والزراعة على المياه، من خلال مبدأ "من المناجم إلى الطبيعة".

استعادة المعادن القيمة وزيادة قيمة الموارد

قدرة نظام SolArsenic على الامتزاز الانتقائي للمعادن القيمة مثل الموليبدينوم والمنغنيز والنحاس والحديد، ترفع مياه المخلفات من "مياه عادمة تحتاج إلى معالجة" إلى "منجم سائل قابل للاستخراج". من المتوقع أن تؤدي هذه القيمة المضافة إلى خفض التكاليف التشغيلية الإجمالية لنظام معالجة المياه بشكل كبير.

نموذج الاقتصاد الدائري: تصميم "صفر نفايات" على مستوى العملية بأكملها

من دخول مركز الغشاء النانوي إلى SolArsenic لمزيد من المعالجة، إلى تحويل مخلفات المفاعل الحيوي إلى سماد لإصلاح أحواض المخلفات، وصولاً إلى تجديد وإعادة استخدام مواد الامتزاز النانوية - يحقق النظام على مستوى التصميم تقليل النفايات إلى أدنى حد وتثمين المنتجات الثانوية في جميع مراحل العملية. هذا المفهوم التصميمي القائل بأن "عملية المعالجة نفسها لا تنتج تلوثاً ثانوياً" يضع معياراً جديداً للإدارة البيئية في قطاع التعدين.

قابلية التكرار: حل تقني عالمي لأحواض مخلفات التعدين

تشيلي هي ثالث أكبر دولة في العالم من حيث توزيع أحواض مخلفات التعدين، وتواجه صناعة التعدين العالمية بشكل عام تحديات مشتركة في معالجة مياه المخلفات. يتمتع النظام المتكامل ثلاثي المراحل الذي طورته AMTC، نظراً لتصميمه المعياري وقابليته للتكيف مع تركيبات مختلفة لمياه المخلفات، بإمكانيات تقنية للتصدير إلى دول تعدينية كبرى مثل بيرو وأستراليا وجنوب أفريقيا.

إعادة كتابة "دفتر الحسابات البيئي" لأحواض المخلفات

صرحت الدكتورة أندريينا غارسيا، مديرة مشروع AMTC: "التحدي الرئيسي لهذا المشروع هو إثبات أن معالجة المياه ذات التركيب الكيميائي المعقد في أحواض المخلفات من خلال عمليات مستدامة ومتكاملة أمر ممكن. نسعى لاستعادة المياه ورفع جودتها إلى مستويات تسمح بإعادة استخدامها في الزراعة أو التصريف الآمن في طبقات المياه الجوفية، مما يساهم في قطاع تعدين أكثر دائرية وأقل تأثيراً بيئياً."

عندما لا تكون أحواض مخلفات التعدين مجرد "التزام بيئي" لتخزين الصخور المهملة، بل تصبح "مجمعاً للموارد" قادراً على إنتاج المياه النظيفة والمعادن القيمة ومواد الإصلاح البيئي في وقت واحد، فإن مسار التنمية المستدامة لصناعة التعدين العالمية سيعاد كتابته بالكامل.