desorcion termica

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UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL SUR CARRERA DE INGENIERÍA Y GESTIÓN AMBIENTAL DESORCIÓN TÉRMICA SOLAR (DTS) DE SUELOS MINEROS CONTAMINADOS POR MERCURIO MEDIANTE HORNO ROTATORIO Profesor: Erik N. Córdova Ch. Alumnos: Isabella Diaz Luciana Castro Maria Fernanda Corvacho

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UNIVERSIDAD CIENTFICA DEL SUR

CARRERA DE INGENIERA Y GESTIN AMBIENTAL

DESORCIN TRMICA SOLAR (DTS) DE SUELOS MINEROS CONTAMINADOS POR MERCURIO MEDIANTE HORNO ROTATORIO

Profesor: Erik N. Crdova Ch.

Alumnos:

Isabella DiazLuciana CastroMaria Fernanda Corvacho

Lima - Perndice

1. Resumen2. Introduccin3. Descripcin del problema ambiental4. Caracterizacin de los contaminantes5. Descripcin del sistema de tratamientos 6. Resultados del sistema de tratamiento en funcionamiento7. Monitoreos8. Referencias bibliogrficas

ResumenLa minera del mercurio en el Valle del Azogue, ubicado al norte de la provincia de Almera, cerca del lmite con Murcia, ha producido una importante cantidad de residuos que ha dado lugar a una significativa contaminacin por Hg y As en los suelos, as como a una importante emisin de vapor de mercurio a la atmsfera. Se ha estudiado la viabilidad de la utilizacin de la energa solar en el tratamiento trmico (desorcin trmica) de suelos contaminados por mercurio, mediante hornos rotatorios. La caracterizacin de residuos y suelos mediante SEM-EDS y SPTD (solid-phase-Hg-thermo-desorption) indica que las fases dominantes del mercurio en los materiales muestreados son el cinabrio (HgS) y el mercurio metlico (Hg), adsorbido en la matriz para el caso de los suelos contaminados y el mercurio metlico para el caso de los calcinados y dems residuos mineros. Se mostr el excelente comportamiento de estos hornos, con una eliminacin de los contaminantes nombrados, superior al 99%, cuando se superan los 400C. Se demuestra por lo tanto la posibilidad de descontaminar trmicamente suelos con presencia de contaminantes voltiles, utilizando energas renovables.Palabras clave: mercurio, desorcin trmica, suelo contaminado, energas renovables.

IntroduccinEl presente trabajo se basa en el yacimiento abandonado de Mercurio del Valle del Azogue. ste fue explotado a cielo abierto y en galeras subterrneas de poca profundidad en el siglo XIX, el cual en su superficie se encontr concentraciones muy elevadas de mercurio. Por lo tanto, para tratar este problema ambiental se explicara y se dar a conocer los resultados y la efectividad de un nuevo mtodo especial para remediar este suelo.Este mtodo es conocido como desorcin trmica y se caracteriza por usar la energa solar. Esta es una nueva tecnologa, ya que solo se encuentran experiencias con hornos convencionales de alto costo.Para el tratamiento de suelos mediante la contaminacin de mercurio existen varios tratamientos como por ejemplo el mtodo de la inertizacin mediante su encapsulacin en materiales cermicos as como la movilizacin del mercurio desde el suelo mediante el calentamiento del mismo por corrientes elctricas. Pero para tomar en cuenta el mtodo de desorcin trmica se ha tenido que llevar a cabo un proyecto de investigacin que ha comprendido en la construccin y experimentacin con un horno solar rotatorio.

Descripcin del problema ambiental La antigua mina de mercurio del Valle del Azogue (Pulp, Almera) que se sita cerca de la poblacinde San Juan de los Terreros, a unos 120 km al norte de Almera (figura 1), produjo una importante cantidad de residuos que dio lugar a una significativa contaminacin por Hg y As en los suelos, as como a una importante emisin de vapor de mercurio a la atmsfera.

Figura 1. Mapa geolgico del rea de estudio Valle del Azogue, Sierra Almagrera. NQ: Rocas sedimentaras del Negeno Cuaternario, VM: Rocas volcnicas de Mioceno, PT Basamento metamrfico del Prmico Trisico, F: Sistema de fracturas principales

La caracterizacin de los suelos y residuos de esta regin se llevo a cabo mediante distintas campaas de muestreo realizadas entre 1999 y 2009.Los residuos mineros, suelos, sedimentosy calcinados se han muestreado mediante un muestreo manual hasta 0,3 m de profundidad.Los resultados publicados en distintos trabajos del Valle del Azogue (Tabla 1) indican una clara contaminacin de mercurio en los suelos, con una media de 357,3 ppm de Hg; y valores medios significativos de Ag (8,8 ppm), As (353,9 ppm), Au (49,0 ppb), Ba (16117,0 ppm), Pb (301,2 ppm), Sb (3117,7 ppm) y Zn (535, 1 ppm).El estudio del contenido de mercurio en la vegetacin por medio de activacin neutrnica y absorcin atmica indica contenidos de 5,3 y 54 ppm en tomillo, Thymus vulgaris, que es la vegetacin representativa del lugar.Tambin se ha constatado la emisin de vapores de mercurio, con una importante variacin estacional, que en trminos de concentracin era de 0,342 mg/m3 en septiembre y 0,106 mg/m3 en febrero.Tabla 1. Geoqumica de los suelos contaminados del Valle del Azogue

Caracterizacin de los contaminantes El mercurio es un elemento que en la naturaleza se encuentra fundamentalmente como sulfuro. Otras fases minerales que contienen Hg son la corderota (Hg3S2Cl2), livingstonita (S2SbHg), calomelanos (Cl2Hg2), y diversos sulfatos como: klei-nita {[Hg2N](SO4, Cl, H2O)}, moseta {[Hg4N2](SO4)( H2O)} y schuetteita [(Hg3O2)SO4]. Es un elemento poco abundante en los suelos naturales no contaminados, oscilando su concentracin entre 0,03 y 0,08 ppm y que presenta los estados de valencia: +1 y +2, siendo este ltimo el ms frecuente. Es uno de los metales pesados ms txicos para los seres vivos, no solamente por ingestin sino por la inhalacin de sus vapores. Las emanaciones de Hg en forma de vapor pueden tener su origen en la volatilizacin directa de Hg (0),en procesos de reduccin del Hg+ a Hg (0) y en procesos de metilacin por la actividad bacteriana del suelo que origina la aparicin de compuestos orgnicos voltiles de mercurio. Asimismo, es un elemento que puede ser fcilmente adsorbido por las arcillas, los xidos de hierro y la materia orgnica, en funcin del pH, e incrementndose la capacidad de adsorcin con el aumento del pH. Su movilidad tambin puede aumentar como consecuencia de la formacin de complejos estables con la materia orgnica y tambin con otros iones presentes en los suelos. Por otro lado, en condiciones reductoras su movilidad es muy baja como consecuencia de su precipitacin en forma de sulfuro.En el caso del Valle del Azogue, la mineralizacin consiste en una brecha compuesta de estibnita, cinabrio, rejalgar, oro-pimente, esfalerita, siderita, calcopirita, pirita, cuarzo, calcita y barita, emplazada en rocas metamrficas permotrisicas y mrmoles. Las actividades mineras se desarrollaron a cielo abierto y mediante pozos y galeras de escasa profundidad, en una zona alargada de dimensiones aproximadas de 1 km de largo y unos 400 metros de ancho.Los datos de los residuos (calcinados y escombreras) y suelos contaminados empleados en los ensayos, muestran valores muy elevados de As, Ba, Hg, Pb, Sb y Zn, y valores significativamente altos de Au, Ag, Cd, Cr y V. Las determinaciones mediante difraccin de R-X permitieron identificar las fases minerales mayoritarias, destacando la presencia mayoritaria de cuarzo, baritina y cinabrio en las muestras. La caracterizacin de las especies de mercurio tambin se realizaron por medio de desorcin trmica de fase slida de mercurio (SPTD), en la Universidad de Heidelberg (Alemania). Esta tcnica consiste en la descomposicin termal de los compuestos de mercurio a diferentes temperaturas y en la determinacin en continuo del mercurio liberado con un equipo de absorcin atmica (AAS). Las muestras analizadas dieron como resultado que el mercurio es liberado principalmente en dos rangos de temperatura: 220-250 C y 310 C, indicando el primer pico la liberacin de mercurio de la matriz, mientras que el segundo pico a temperaturas ms altas indicara la ocurrencia de cinabrio. Tambin se llevaron a cabo determinaciones mediante difraccin de rayos X, SEM (scanning electron microscopy), EDS(energy dispersive X-ray spectroscopy) y EPMA (electron probe microanalysis) en los laboratorios de la Universidad Autnoma de Barcelona. En cualquier caso, es el cinabrio (HgS) la especie de mercurio dominante, presente en casi todas las muestras del suelo, y el mercurio metlico (Hg) adsorbido en la matriz para el caso de los suelos contaminados, calcinados y dems residuos mineros.

Descripcin del sistema de tratamientoEl sistema de tratamiento empleado en este caso es el de la desorcin trmica, pero se ha realizado unos cambios en el sistema original, debido al alto costo de la energa implementada en este proceso.En el proceso original se utiliza un calentador tambin llamado desorbedor, que se compone de un horno para calentar. En esta nueva tcnica se ha usada para reducir el costo, un horno rotatorio que en base a la energa solar. La desorcin trmica es un tratamiento trmico ex-situ que se lleva a cabo para eliminar los compuestos orgnicos voltiles o metales voltiles como el mercurio. Mediante el calentamiento del suelo a una alta o baja temperatura que no sobrepasa los 600C. Estas temperaturas estn elegidas para llegar a volatilizar los contaminantes orgnicos pero no para oxidarlos.En este proceso utilizamos el calentamiento del suelo a una alta temperatura (320-560C) ya que es ms eficiente para remover metales voltiles como el mercurio. Debajo se encuentra un cuadro donde nos muestra las temperaturas que se deben emplear para cada especie de mercurio.

La desorcin trmica emplea un equipo de hornos rotatorios para limpiar los suelos contaminados. Los suelos se extraen mediante excavacin y se ponen en el horno. Cuando los suelos se calientan lo suficiente, las sustancias qumicas dainas se evaporan. Debe haber una etapa previa antes de colocar los suelos en el horno, que consta en secarlos o mezclarlos con arena o extrele los detritos para que el horno pueda limpiar los suelos de manera ms pareja y fcil. Durante cada paso del proceso, los trabajadores emplean equipamiento especial para controlar el polvo del suelo y recolectar los gases dainos que se liberan al aire. Los gases contaminados se separan del aire limpio utilizando un equipo de recoleccin de gases. Los gases se convierten nuevamente en lquidos y/o materiales slidos. Esos lquidos o slidos contaminados se eliminan de manera segura. Antes de devolver el suelo limpio al sitio, los trabajadores lo rocan con agua para refrescarlo y controlar el polvo. Si el suelo todava contiene sustancias qumicas dainas, los trabajadores lo limpian ms volvindolo al horno. Tambin pueden emplear otros mtodos de descontaminacin. Si el suelo est limpio, se devuelve al sitio. Si no, es enviado a un vertedero.

Este tratamiento puede descontaminar ms de 20 toneladas de suelo contaminado por hora. El tiempo que demora eliminar la contaminacin de un sitio mediante el empleo de la desorcin trmica depende de lo siguiente: Cantidad de suelo contaminado Condiciones del suelo (Est seco o hmedo? Contiene muchos detritos?) Tipo y cantidad de sustancias qumicas dainas presentesLa descontaminacin puede demorar slo unas pocas semanas en sitios pequeos con poca cantidad de sustancias qumicas. Si el sitio es grande y los niveles de sustancias qumicas elevados, la descontaminacin puede demorar aos.La desorcin trmica se emplea ya que funciona bien en sitios donde el suelo es seco y con determinados tipos de contaminantes. A veces la desorcin trmica funciona donde no se pueden emplear otros mtodos, como en sitios con gran cantidad de contaminacin en el suelo.La desorcin trmica puede resultar ms rpida que la mayora de los dems mtodos. Eso es importante en el caso de que deba eliminarse rpidamente la contaminacin del sitio contaminado para que se pueda emplear para otros fines. A menudo cuesta menos construir y operar el equipamiento para la desorcin trmica que el equipamiento que requieren otros mtodos de descontaminacin que emplean calor.

Referencias bibliogrficas

http://www.clu-in.org/download/citizens/td-sp12-6.pdf http://www.academia.edu/386490/Desorcion_termica_solar_DTS_de_suelos_mineros_contaminados_por_mercurio_mediante_horno_rotatorio http://grupsderecerca.uab.cat/gts/sites/grupsderecerca.uab.cat.gts/files/TESIS%20XG.pdf http://ingenierosdeminas.org/docu/documentos/suelos_mercurio.pdf http://www.eueti.uvigo.es/files/material_docente/1862/tema8contaminaciondelsuelo.pdf

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