دراسة تجريبية حول خصائص التفكك لطمي عناصر الأرض النادرة المحسن بواسطة BF-MICP

لماذا تحويل نفايات المناجم إلى أرض بنائية مهم

في جنوب الصين، تنتشر أكوام ضخمة من الرمل والطين المتبقي من تعدين عناصر الأرض النادرة معرضة للشمس والمطر. هذه "النفايات" لا تشغل الأرض وتتسرب منها المعادن الثقيلة فحسب، بل تتفتت بسرعة عند البلل، مما يجعلها غير آمنة للبناء فوقها. تستكشف الدراسة الكامنة وراء هذا المقال طريقة واعدة لتحويل هذه النفايات المزعجة إلى مادة قوية ومستقرة لأسرِّة الطرق والأساسات من خلال الجمع بين ألياف صخرية دقيقة وميكروبات مفيدة تُنتج مادة لاصقة طبيعية بين حبيبات التربة.

مشكلة بقايا المناجم المتفككة

تغذي عناصر الأرض النادرة الهواتف الذكية وتوربينات الرياح والسيارات الكهربائية، لكن تعدينها يترك أكواماً هائلة من طمي ناعم ومتفكك. في مناخ جنوب الصين الرطب والممطِر، تتعرض هذه الأكوام لتكرار دورات البلل والجفاف. يتسرب الماء، وتنتفخ المعادن الطينية، ويتحلل الملمس إلى طين. إذا استُخدمت هذه المادة مباشرة كردم أساس، فإن تفككها السريع سيؤدي إلى هبوط أو تشقّق الطرق والمباني. العلاجات الشائعة مثل الأسمنت أو الموثقات الكيميائية قد تُجدي نفعاً في البداية لكنها غالباً ما تفقد قوتها تحت دورات البلل والجفاف المتكررة، وتكلف كثيراً، وقد تضيف أعباء بيئية جديدة.

مساعدان: ألياف صخرية و«أسمنت» حي

اختبر الباحثون نهجاً مُركباً قائمًا على أداتين. الأولى ألياف البازلت، خيط قوي رفيع جداً يُستخلص من صخر بركاني مذاب. عند خلطها بالتربة تعمل هذه الألياف كقضبان تقوية دقيقة تربط الحبيبات معاً وتساعد على مقاومة التشقق. الثانية هي الترسيب الكربوناتي المُحدث ميكروبياً (MICP). تُضاف بكتيريا خاصة مع محلول يحتوي اليوريا والكالسيوم المذاب. أثناء تغذي الميكروبات، تحول المواد الكيميائية إلى كربونات الكالسيوم—نفس المعدن الموجود في الحجر الجيري وقواقع البحر—والتي تنمو كجسور مجهرية بين جزيئات التربة، وتُلصقها معاً وتحبس بعض المعادن الثقيلة في صورة معدنية غير ضارة.

تعريض الخليط الجديد لتجارب البلل

لمعرفة مدى حماية هذه الأدوات لطمي عناصر الأرض النادرة من التفكك، أعد الفريق نوعين من العينات التجريبية: واحدة مع ألياف البازلت فقط وأخرى مع الألياف ونمو المعدن المحفز ميكروبياً. غُمرت كتل أسطوانية من الطمي المعالج في ماء على ميزان حساس بينما كانت الكاميرات ترصدها بمرور الوقت. لبعض العينات تكرر هذا النقع عدة مرات مع تجفيف بينها لمحاكاة أشهر أو سنوات من مواسم الرياح الموسمية. تابع العلماء سرعة فقدان الكتلة لكل كتلة، ودرجة عكارة الماء، وكيف تغير السطح والتركيب الداخلي.

ماذا حدث للطمي المعالج

أضافت الألياف وحدها تحسناً طفيفاً فقط. احتفظت الكتل بتماسكها لفترة أطول بقليل وأسقطت حبوباً أقل، لكنها في النهاية انهارت تماماً إلى جزيئات مفككة. التغيير الحقيقي حدث عندما جُمعت الألياف مع الأسمنت الميكروبي. في تلك العينات، حتى بعد 80 دقيقة تحت الماء، حافظت الكتل إلى حد كبير على شكلها وفقدت نحو ثلث إلى نصف الكتلة بدلاً من التفتت الكامل. بعد عدة دورات بلل–جفاف، انخفضت الكمية الإجمالية للمادة المغسولة فعلاً، وبالأخص في الخلائط التي احتوت على ألياف أكثر. تحت المجهر، بدا الطمي غير المعالج مفككاً ومساميًا، بينما أنتج العلاج المركب تكتلات كثيفة حيث تداخلت الألياف وحبيبات التربة وكربونات الكالسيوم المتشكلة حديثاً لتشكل إطاراً ثلاثي الأبعاد يملأ المسام، ويغلف حبيبات الطين المنتفخة، ويربط كل شيء في كتلة أقوى.

من أكوام نفايات إلى أرض مفيدة

بعبارة بسيطة، تظهر هذه الدراسة أن طمي عناصر الأرض النادرة، الذي يكون عادة هشاً جداً بحيث لا يُبنى فوقه، يمكن تحويله إلى مادة أساس أكثر متانة بكثير عندما يُقوّى بألياف صخرية ويُـ"نمى" لاصق معدني بواسطة البكتيريا. توفر الألياف الصلابة، ويقفل الحجر الجيري الميكروبي الحبيبات والألياف في هيكل ثابت يقاوم التكرار في البلل والجفاف. إذا نُفّذ على نطاق واسع، قد يساعد هذا النهج في تقليص أكوام نفايات المناجم، وخفض الطلب على الرمل والحصى الطبيعيين، وإنشاء أسرّة طرق وأسُس أكثر أماناً وطول أمد في المناطق الممطرة—وكل ذلك بالاعتماد على صخور متوافرة وميكروبات حية بدلاً من جرعات ثقيلة من الأسمنت التقليدي.

الاستشهاد: Guo, Z., Cao, X., Wu, J. et al. Experimental study on the disintegration characteristics of rare earth tailings improved by BF-MICP. Sci Rep 16, 11064 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41736-4

الكلمات المفتاحية: طمي عناصر الأرض النادرة, ألياف البازلت, الترسيب الكربوناتي المُحدث ميكروبياً, تثبيت التربة, دورات البلل والجفاف