efluentes mineros

Introducción• La actividad minera aplica muchos procesos mecánicos,

físicos, químicos y eléctricos para extraer los minerales ymetales y sus subproductos a partir de la roca mineralizada.Las operaciones mineras y metalúrgicas pueden generarresiduos sólidos, efluentes líquidos y emisiones gaseosas.

• Los efluentes líquidos muchas veces contienen metalesdisueltos y sólidos en suspensión que no siempre cumplenlos estándares fijados por la autoridad ambiental.

• Se requiere conocer los fundamentos teóricos de cómo segeneran, así como los procesos de tratamiento de estosefluentes con el objetivo de minimizar la contaminación delos recursos hídricos, y también las formas de prevención.

Introducción …Los efluentes líquidos más importantes en minería son: • Drenajes ácidos de mina • Aguas infiltradas a través de la roca mineralizada • Relaves de los procesos de concentración • Soluciones residuales gastadas de procesos de lixiviación,

extracción por solvente y electrodeposición, y • Aguas de lavado de gases en fundiciones y plantas de

ácido. Los contaminantes asociados a estos procesos frecuentemente comprenden metales, sulfatos, dureza, compuestos de cianuro y /u otros componentes inorgánicos.

Manejo de Recursos de Agua

Parte vital en operaciones mineras debido al potencial de contaminación del agua y su efecto en la salud humana y el medio ambiente.El manejo ambiental de recursos de agua comprende:

• Manejo de agua en mina• Efluentes de procesos metalúrgicos• Escorrentías de soluciones de lixiviación• Aguas superficiales provenientes de botaderos de

desmonte y canchas de relave, y• Desechos de actividades humanas.

El agua, recurso estratégico• “El agua, que fue considerada durante mucho tiempo como

un recurso inagotable y de fácil disposición, se ha convertidoen un recurso estratégico para la industria minera. En un con-texto de creciente escasez y creciente demanda por otrasactividades, el suministro de agua se considera hoy en díauno de los factores limitantes para el desarrollo de nuevosproyectos mineros y para la expansión de los existentes.

• “Nuevas alternativas de suministro de agua, tales como latoma de agua, la desalinización de agua de mar o el usodirecto de agua de mar representan estrategias desarrolladaspor la minería para afrontar la creciente escasez ycompetencia por el recurso.

------Jacques Wiertz, Technical Coordinator and Head EditorI International Congress on Water Management in the Mining Industry - WIM 2008.

Uso eficiente del agua• “Un mejor conocimiento de los recursos existentes de

agua también es parte del esfuerzo desarrollado con el fin de asegurar el suministro de agua para proyectosnuevos y existentes.

• “El uso eficiente de agua por las actividades mineras y metalúrgicas es una preocupación principal en el diseñoy operación de todos los proyectos.

• “La optimización de la recuperación de agua de relaves y un mejor control de pérdidas de agua por evaporaciónson algunos de los tópicos enfocados por diseñadores y operadores, especialmente en climas áridos.

• Jacques Wiertz, Technical Coordinator and Head Editor• I International Congress on Water Management in the Mining Industry - WIM 2008.

Manejo eficiente del agua• “El agua es integrante de virtualmente todas las

actividades mineras y es el principal medio, además del aire, que puede llevar contaminantes al medio ambiente

• Una correcta caracterización de los efluentes es el primer paso para un eficiente manejo. La remoción de sulfato y metales disueltos de aguas de mina y efluentes minerosson los principales desafíos.

• Para el logro de las mejores prácticas ambientales de la mayoría de operaciones mineras son fundamentales el manejo y práctica de agua seguros”

--------

Jacques Wiertz, Technical Coordinator and Head EditorI International Congress on Water Management in the Mining Industry - WIM 2008.

Naturaleza del Agua• El agua es una substancia química común que es esencial

para la supervivencia de toda forma de vida.• Al hablar del agua se refiere casi siempre a su estado líquido,

pero también ocurre en estado sólido (nieve, hielo) y gaseosa (vapor de agua).

• El agua tiene propiedades extraordinarias que se deben a su arreglo molecular asimétrico dipolar:

105°--

+

+ Carga + al lado del Hidrógeno, y carga - al lado del Oxígeno.

Esto hace que haya atracción entre moléculas formando “Puentes de Hidrógeno”, de lo que se derivan muchas propiedades del agua.

O

H

H

El hielo tiene menor densidad que el agua, por eso en zonas polares el agua de mar se congela empezando por la superficie.

Propiedades del AguaEl vapor de agua tiene alto contenido de energía y es un medio efectivo para la transferencia de energíaEl agua tiene más capacidad calorífica que otras sustancias y al congelarse libera más calor.

3 estados del agua: S,L, G

Estructura molecular ordenada de agua

congelada

Estructura molecular semiordenada

de agua líquida

Estructura molecular al azar de vapor de agua

Estructura del Agua en sus 3 estados

Tensión superficial es la cohesión entre moléculasde agua en la superficie de un cuerpo de agua.Agua tiene alta tensión superficial causada por débilesfuerzas Van Der Waals entre moléculas de aguadebido a que son polares.

Capilaridad se refiere a 2 fenómenos:- Movimiento de líquidos en tubos capilares- Flujo de líquidos a través de medios porosos, como el suelo. La tensión superficial jala la columna de líquido hasta que el peso del agua supere lasfuerzas intermoleculares.La acción capilar es responsable del movimiento de agua subterránea de zonashúmedas de suelo hacia áreas secas.

Capilaridad del agua comparada

con la del Hg

Alta tensión superficial hace que el agua suba dentro de tubos capilares y circule en las plantas.

Propiedades tPropiedades téérmicas de varios rmicas de varios compuestos:compuestos:

Compuesto Calor Es-pecífico

Punto de Congelación °C

Punto de Ebullición °C

Calor Latente de Evap. Cal/g

H2O 1.0 0 100 540

H2S -83 -62 132

Metanol 0.57 -98 65 263

Etanol 0.54 -117 79 204

Benceno 0.39 6 80 94

.

Propiedades del Agua

• Conductividad eléctricase incrementa en forma proporcional a la cantidad de sales disueltas.

SDTC

ond.Esp.0

Electrolito: compuesto mineral que al disolverse da lugar a átomos cargados de electricidad (cationes). La solución es conductora de la electricidad.

SAL Batería

Foco

Viscocidad: Es una medida de la fricción interna. Disminuye al aumentar la temperatura.

Una forma de demostrar este hecho es agregar gradualmente sal a la solución conectada en un circuito con una batería y un foco, la intensidad de la luz aumentará gradualmente.

Conductividad eléctricaConductividad eléctrica

Conductividad eléctrica

Propiedades del Agua

El agua es el disolvente universal: Substancias que se mezclan bien y se disuelven en agua, como sales, azúcares, ácidos, álcalis y algunos gases (O2, CO2) son "hidrofílicas" , y las que no se mezclan bien con agua (grasas y aceites), son conocidos como “hidrofóbicas“. Sus moléculas en contacto con un cristal se orientan y neutralizan las fuerzas de atracción entre iones, éstos se hidratan evitando que se cristalicen.

Cl-Na+

=

+

++

=

Impurezas del AguaAgua de mar: Aprox. 3 % sales disueltasAgua de formación en pozos petroleros: 20-30 % principalmente cloruros.Las impurezas se mide en mg/l, o en ppm:1 % = 10,000 ppmContaminante: cuando la cantidad de impurezas resulta dañina para la vida acuática y la salud pública. Pueden ser:

• Sales inorgánicas: de disolución de minerales;• Materia orgánica: relacionada con la vida acuática

Impurezas del Agua1. Materiales Solubles• Clase 1 (Componentes Primarios): > 5mg/l:

Bicarbonato, Ca, Mg, Cloruro, Materiales Orgánicos, Sílice, Na, Sulfato, SDT

• Clase 2 (Componentes Secundarios) > 0.1 mg/l: Amoniaco, Borato, Fluoruro, Fe, Nitrato, K, Sr.

• Clase 3 (Componentes Terciarios): >0.01 mg/l: Al, As, Ba, Br-, Cu, Pb, Li, Mn, Fosfato, Zn

• Clase 4 (Trazas de Componentes): Trz - <0.01 mg/l: Sb, Cd, Cr, Co, Hg, Ni, Sn, Ti

• Clase 5 : Componentes Transitorios:Acidez / Alcalinidad; Ciclos biológicos C, O, N,S; Reacciones RedOx, Radionúclidos.

FOTOSINTESIS EN ALGAS

RESPIRACION BACTERIANA

ATMOSFERA

O2 CO2

02

CO2

DISOLUCION EN AGUA

02 C02

02CO2

CICLO DEL OXIGENO

RADIACIÓN SOLAR

CALOR

FOTOSÍNTESIS

CO2 + H2O = (CH2O)n + O2

(CH2O)n + O2 = CO2 + H2O RESPIRACIÓN

C CO

CH4

Comp. Org. C

Metabolismo animal

Metabolismo vegetal

(CH2O)n CO2

HCO3-1, CO3-2

Combust. Incompleta

Oxidación

Oxidación

Digestión anaeróbica

Prods. de desecho y

muerte

CICLO DEL CARBONO

12

10

8

6

4

2

00 6 am 12 m 6 pm 12 pm

O2

CO2

VARIACIÓN DIURNA DE O2 Y CO2 EN AGUA SUPERFICIAL

En horas del día por efecto de la fotosíntesis en algas, el agua se satura de oxígeno y se consume CO2.

CO2 + 2H2O CH2O + O2 + H2O

Impurezas del Agua2. Componentes InsolublesClase 1: Sólidos:

– Flotantes– Sedimentables– En suspensión

Clase 2: Organismos Microbianos– Algas– Bacterias– Hongos– Virus

Distribución del Agua75 % de superficie de la tierra: cubierta de agua.94 % del agua en la tierra es salada99 % del 6 %: en glaciares y aguas profundasSólo 0.06 % es utilizable por el hombre.

Usos:Agricultura 69 %Industria 23 %Doméstico 8 %

Mar

Nieve y Hielo

Evapotrans-piración

Mov.Tierra adentro de Nubes

Agua Subterránea

Agua Subsuperficial

CICLO DEL AGUA

Agua Superficial

CICLO DEL AGUA

Sistemas Coloidales

Algunos materiales que no son solubles, dentro del agua se dividen en tamaños muy pequeños que tienen cargas eléctrostáticas, y se dispersan. Son muy difíciles de sedimentar porque se repelen entre sí. Se les llama coloides.Por ejemplo, un partícula de 1 mm al disgregarse a 100 micras (1 micra=10- 6 mm) produce 1012

partículas con un área 10,000 veces mayor.

Tiempo de Sedimentación por Tamaños

Diámetro Material Area Tiempo(mm) Superficial Sedimentación10 Grava 3.14 cm2 0.3 s1 Arena gruesa 31.4 cm2 3 s0.1 Arena fina 314 cm2 38 s0.01 Arenilla 0.314 m2 33 m

0.001 Bacterias 3.14 m2 55 h

0.0001 Coloides 31.4 m2 230 d

0.00001 Coloides 0.283 Ha 6.3 a

0.000001 Coloides 2.83 Ha >63 a

pH• Es un medida de la acidez o concentración de

ion Hidronio en una solución.• pH = log 1 = - log [H+]

[H+]• La concentración de ácido varía 10 veces con

una variación de 1 en pH.• El pH varía entre 0 y 14, para soluciones entre 1

M y 10-14 M de ion hidronio.pH < 7 es ácidopH = 7 es neutropH > 7 es alcalino

7 140

Acido Alcalino

pH

Lejía

Carbonato de sodio

Serie ElectromotrizClasificación de los cationes de acuerdo a sureactividadKCaNaMgAlZnFeNi

SnPbHCuHgAgAu

Un metal añadido a una solución de otro metal ubicado después de él en la tabla, lo desplazará, haciendo que precipite. Por ejemplo, al añadir fierro a una solución de sulfato de cobre, se disuelve el fierro, apareciendo en su lugar cobre metálico según la siguiente reacción:

Fe + CuSO4 Cu + FeSO4

Presión Osmótica• Si dos soluciones acuosas están separadas

por una membrana, el agua pasa de la más diluida a la más concentrada.

• Células vivas• Preservación de alimentos salados

Osmosis Inversa• Aplicando una presión a través de una

membrana se puede invertir el flujo de agua,con lo que se puede desalinizar por ejemplo, elagua de mar.

Ósmosis Natural o Directa

Agua

Solución concentrada

Membrana semipermeable

Agua

Solución concentrada

Membrana semipermeable

Presión

Ósmosis Inversa

RANGOS DE TAMAÑO EN PROCESOS DE MEMBRANAS

Disposición Constructiva de Membrana Enrollada en Espiral

Dirección de los flujos dentro del módulo ( Flujo Cruzado )

Equipo de Osmosis Inversa

Capacidad de Asimilación

No hay agua totalmente pura en la naturaleza. Ninguna impureza puede ser considerada contaminante si no afecta la salud y la vida acuática o su valor recreacional.

Los ríos, lagunas y lagos asimilan cierta cantidad de impurezas sin tener efectos nocivos. Más allá de este límite, las impurezas se convierten en contaminantes y afectan la salud humana y la vida acuática.

Riesgos ambientales y para la salud de elementos esenciales (Cu)

RANGO DE EXPOSICION

SEGURA

EXCESO: TOXICIDAD

DEFICIENCIA

EXPOSICION

mg/l (agua) o mg/kg (suelos) o ug/kg peso (salud)

EFECTO

0.5

1.0

Valores y clasificación de sustancias químicas en la guía de OMS para calidad de agua potable (1977)

Sustancia Valor Guía (mg/l)Cd 0.003 CancerígenoCN 0.07 Sistema nervioso y

tiroidesCu 2.0 Sólo efectos gastro-

intestinalesCr total 0.05 Dificultad en diferen-

ciar Cr VI de Cr III

Contaminación: Causas y EfectosLa contaminación: desaparece la vida acuática, o produce la eutrofización (Abundancia de algas por exceso de nutrientes).La descomposición de materia orgánica aumenta la Demanda Biológica de Oxígeno (DBO), que reduce el O2 disuelto, necesario para la vida acuática.Los contaminantes afectan la cadena alimenticia acuáticaLa turbidez excesiva bloquea el paso de la luz afectando el crecimiento de las plantas.Algunos residuos industriales matan directamente peces por cambio de pH o toxicidad.Los desechos sanitarios contaminan el agua con bacterias Escherichia coli y otros microorganismos.

ContaminantesContaminantes convencionales:- Desechos orgánicos, nutrientes, coliformes

fecales, virus, petróleo, grasa- Sedimentos, sólidos en suspensión, pH,

temperatura, y color.Sustancias Químicas: Tóxicas para la vida acuática, aún en bajas concentraciones: Insecticidas, herbicidas, veneno para roedoresCompuestos Tóxicos: Aldrín, benceno, PCBs, cloroformo, cloruro de vinilo, DDT, hidrocarburos, fenol, y otros.

Sales inorgánicas: Tóxicas porque interfieren las funciones biológicas al afectar la acción de las enzimas.

Arsénico AsAntimonio SbCadmio CdCobre CuCromo CrCianuro CNMercurio Hg

Contaminantes

Níquel NiPlata AgPlomo PbSelenio SeTorio ThZinc Zn

Requerimientos de Calidad del Agua

Los reglamentos de cada país están dirigidos a proteger la calidad del agua superficial y subterránea, y definen sus parámetros aceptables para diferentes usos.

Para mantener la calidad del agua se debe cumplir con los estándares de calidad de los cursos de agua y los límites máximos permisibles de los efluentes de plantas industriales que son descargados a cursos o cuerpos de agua.

Características del Agua Potable

• Libre de organismos patógenos• Bajo contenido de compuestos tóxicos, como Pb• Clara• No salina• Sin compuestos que originen olores

desagradables• No corrosiva• No debe ocasionar incrustaciones en tuberías o

manchas en la ropa.

EL AGUA Y LAS ACTIVIDADES PRODUCTIVAS

RIOS

AGRICULTURAGANADERIAINDUSTRIAS

POBLADOS

ACUIFEROS

CENTRALHIDRO-

ELECTRICA

DESHIELOS LLUVIA

MAR

Agua

Agua

Desechos

Evapotranspiración

Usos del Agua

• Agua potable para uso doméstico• Industria• Agricultura• Centrales hidroeléctricas• Pesca y vida salvaje• Recreación

Las aguas pueden ser impactadas por descargas de contaminantes.La Ley General de Aguas establece 6 diferentes clases de agua por sus

usos.

Impactos Ambientales de la Minería• Drenaje Ácido de bocaminas, botaderos de desmonte

y depósitos de relave, escoria y residuos metalúrgicos• Contaminación de suelos y subsuelo por DAR, y

derrame o deposición de relaves• Riesgo de falla de depósitos de relave.• Descarga de sedimentos a cursos de agua.• Derrame de aceites, grasa, solventes orgánicos• Emisión de humos de fundición y lluvia ácida• Efluentes de lavado de gases en plantas metalúrgicas• Combustión espontánea de pirita• Ruido y vibraciones• Alteración del paisaje y de la biodiversidad.

Fuentes de Descarga Contaminante• Drenaje de mina: puede ser ácido y tener metales

disueltos, puede ser descargado a agua superficial• Depósitos de residuos y pilas de mineral:

DAR, descarga de sedimentos, filtración y derrame de soluciones residuales

• Operaciones de concentración: Efluentes con reactivos orgánicos espumantes y surfactantes e inorgánicos, aceites, metales pesados y aniones y sólidos a veces coloidales

• Actividad humana: Aguas servidas y basura, tanques sépticos mal diseñados.

Impactos en la Calidad de las Aguas

DEPOSITOS1.Botadero de desmonte, residuos de lixiviación, relave seco

POSIBLES IMPACTOS

• Erosión y descarga de sedimentos• Producción de soluciones ácidas con metales pesados disueltos• Talud inestable: descarga de sedimentos• Transporte de finos por viento

Manejo de Escorrentías

Derivación, colección y tratamiento de escorrentías: a. provenientes del asiento minerob. de áreas adyacentes al sitioObjetivos del manejo:– Reducir contacto del agua con residuos mineros– Reducir riesgo de desborde de pozas de aguas

residuales– Derivación y contención de escorrentías para

abastecimiento de agua– Separar aguas limpias de las contaminadas

Impactos en la Calidad de las AguasDEPOSITOS2. Canchas de relave en pulpa

POSIBLES IMPACTOS• Erosión y descarga de sedimentos• Transporte de finos por el viento• Deterioro de presas de relave en

tempestades• Formación de drenaje ácido e

infiltración hacia aguas

3. Pozas de aguas residuales

• Filtración hacia aguas• Derrames incluyendo agua de

inundaciones que ocasionan desborde y rotura de presas

• La escorrentía al pasar sobre suelos con hidrocarburos, reactivos, rellenos sanitarios puede recoger contaminantes por medios físicos o químicos con las consiguientes implicancias en los métodos de control y tratamiento.

• Una de las preocupaciones principales de la escorrentía de actividades mineras es la potencial generación de ácido y la movilización de metales de residuos la mineros. También los sedimentos pueden ocasionar efectos adversos en la calidad del agua.

Formas de reducir las descargas potencialmente contaminantes de una instalación minera:

• La prevención: minimizando el contacto del agua con las fuentes de contaminación

• Reducir los volúmenes de agua residual y concentración de contaminantes en ella.

• Silt fence o Cortinas de cieno• Es más importante evitar el contacto con material

expuesto. Esto se hace previniendo la entrada de agua hacia fuetes de contaminación, usando diques o bermas.

• Si ocurre la contaminación, se puede usar las mejores prácticas ambientales para promover la infiltración y reducir la carga contaminante.

• Finalmente, los efluentes pueden ser colectados en pozas para sedimentación o ser tratados por otros medios.

Técnicas de Construcción y Rehabilitación:• Canales de derivación y sistemas de drenaje• Escollera o Riprap• Diques y bermas• Perfilado o terraceo• Pozas de colección• Cobertura o sello• Vegetación y mulching

Técnicas de Manejo• Procedimientos de manejo adecuado• Limpieza inmediata de derrames• Inspección• Educación y entrenamiento• Mantenimiento rutinario• Amplio plan de prevención de la contaminación• Revisión periódica de sistemas

Técnicas de tratamiento• Pozas de sedimentación• Separadores de aceite/agua• Pantanos artificiales

Derivación• En áreas generadoras de ácido se recomienda derivar

el agua pendiente arriba de una relavera o botadero de desmonte para reducir el ingreso de agua en éstos.

• Esta técnica puede controlar el volumen y dirección del agua y minimiza los efectos del DAM en los cuerpos receptores.

• La derivación de escorrentías comprende la construcción de zanjas para evacuar el agua rápidamente del lugar antes que se infiltre, o limitar su ingreso al relleno o a un tajo abierto, también mediante canales impermeables a través del área disturbada.

• Una estrategia es derivar aguas superficiales sobre capas de material alcalino (escorias u otros materiales con cal) para que tomen alcalinidad y haciendo fluir sobre residuos o pozas de mina subterránea. Así modera los efectos del contacto con aguas ácidas.

MEDIDAS DE CONTROL EN PILAS DE LIXIVIACIÓN • Medidas de control de erosión en la construcción y

operación de la mina: – Pozas de retención para escorrentías y sedimentación, – Construir cruces de cursos de agua, durante estiaje.

• Cruces de cursos de agua con el mínimo cambio del fondo de la corriente

• Agua de manantiales cerca de tajos abiertos deben ser desviados

• Derivar drenaje natural alrededor de pads de lixiviación• Tuberías de solución en canales revestidos• Inspección rutinaria de equipos e instalaciones de control

de sedimentos para asegurar buen funcionamiento.• Doble liner y detección de fugas en cada pad de lixiviación• Doble liner y detección de fugas en pozas de proceso• Depósitos de relave con liner.

Manejo de Escorrentías1. Canales de Derivación construidos en la parte

superior de instalaciones del proyecto, pilas de lixiviación, botaderos de desmonte, depósitos de relave y pozas de agua, a fin de interceptar y conducir las escorrentías a zonas alejadas de las instalaciones. Canales de drenaje pueden ser construidos en la parte inferior de instalaciones para colectar las aguas contaminadas para su tratamiento.

2. Diques para prevenir entrada de aguas superficiales e inundación de las instalaciones durante crecidas y prevenir descarga de aguas contaminadas a zonas adyacentes.

CANAL DE DERIVACIÓN CANAL DE

DERIVACIÓN

CANAL DE DERIVACION

Botadero de desmonte

ConcentradoraPad de

Lixiviación

Pila de Mineral

UBICACIÓN DE CANALES DE DERIVACION

Manejo de Escorrentías3. Pozas de Detención y Retención

para controlar aguas superficiales mediante su almacenamiento y reducción del flujo para que el canal de drenaje sea de menores dimensiones.

4. Pozas de Almacenamientopara contener aguas superficiales a ser usadas en las operaciones mineras o para su tratamiento antes de su descarga.

Balance de AguaEl balance anual de agua de un centro minero da una visión general de las principales fuentes y destinos de los flujos de agua hacia el lugar, a través de él y saliendo de él.Un más detallado estudio de simulación se requiere para dimensionar y determinar un adecuado sistema de manejo de agua.Un típico balance de agua enfocado en la relavera está dado por la siguiente ecuación:∆Ap = Pp + Fs +Es + Rp – Ap –Ev – If – De + ∆Tb , donde:Ap = Almacenado en la presaPp = PrecipitaciónFs = Fujo de agua SubterráneaEs = EscorrentíaRp = Retorno del proceso

Ap = Alimentación al procesoEv = EvaporaciónIf = InfiltraciónDe = DescargaTb = Transferencias por bombeo

Ejercicio sobre Balance de agua• En una laguna de 8 km2 de extensión.• Durante 7 meses de sequía la precipitación mensual promedio es de 2

mm, y el índice de evaporación es de 8 mm/d. El río A descarga en la laguna 20 m3/s con 100 mg/l de TSS.

• Durante 5 meses de lluvia, la precipitación mensual promedio es de 200 mm, y el Iev es de 8 mm/d. El río A descarga 50 m3/s, con 2000 mg/l de TSS.

• Durante todo el año el río B descarga de la laguna 30 m3/s con 30 mg/l de TSS.

• Determinar qué volumen se pierde por filtraciones• Si el lodo que se acumula en el fondo de la laguna tiene una densidad

aparente de 1.350 g/l, en cuánto tiempo el sedimento tendrá 0.50 m de espesor?

Río ALAGUNA

Río B

Precipitación Evaporación

Filtración

Ejercicio• Un mineral con 2 % Cu y humedad de 1 % es procesado

en una planta concentradora con capacidad de 8000 TMS/d, obteniendo un concentrado con ley de 25 % Cu, humedad de 15 % y recuperación de 85 % Cu.

• El relave sale con 50 % sólidos.• Calcular el peso húmedo de concentrado en TM/d. El

número de camionadas de concentrado si los camiones son de 30 TM.

• Calcular el consumo de agua en m3/d y en m3/TMS de mineral.

PLANTA

CONCENTRADORA

Min. 8000 tms/d

2 % Cu, 2% H2O

Conc. 25 % Cu, 15 % H2O, R=85 %

Rel. 50% Sólidos

Drenaje Acido de Roca.

Durante las operaciones mineras y metalúrgicas pueden generarse efluentes como agua de relave, drenaje ácido de mina y filtraciones o derrames de aguas ácidas.Dependiendo del tipo de mineral y del proceso metalúrgico, los efluentes pueden contener contaminantes tóxicos en alta concentración, como acidez o alcalinidad, cianuro, amoniaco, nitrato, metales pesados, sulfato, sólidos en suspensión, requieiendo tratamiento antes de su descarga al ambiente o ser reciclado al proceso.La oxidación narural de los sulfuros contenidos en residuos mineros puede generar drenaje ácido de mina que se caracteriza por alta acidez, y contenido de metales pesados y sulfato.Selecting Suitable Methods for Treating Mining Effluents Papers , N Kuyucak

Drenaje Acido de Roca

Cuando no se puede prevenir o controlar la generación de DAR se requiere recolectar y tratar prara su neutralización y reducción de los metales y sólidos en suspensión a fin de cumplir con los estándares de calidad.Algunos de estos contaminantes pueden persistir en efluentes de la unidad minera después del cese de operaciones.El tratamiento de estos efluentes comprende procesos físicos, químicos y/o biológicos. Los métodos de tratamiento pueden ser en plantas construidas o mediante tratamientos pasivos.La neutralización y precipitación con cal es el método más usado para este fin. Para reducir los problemas de disposición a largo plazo de los lodos generados en la neutralización, se usa el proceso de Lodos de Alta Densidad (HDS).También puede considerarse el uso de otros reactivos químicos o residuos o subproductos de otras industrias y métodos de reducción biológica de sulfato, de acuerdo a las condiciones específicas de cada lugar.

DRENAJE ACIDO DE ROCA• La presencia de sulfuros en residuos mineros y la

consiguiente formación de drenaje ácido de mina, es uno de los grandes problemas ambientales en muchas regiones mineras de todo el mundo.

• La necesidad de prevenir la formación de drenajes ácidos ha promovido el desarrollo de numerosas investigaciones sobre los mecanismos de oxidación y su prevención.

• La oxidación de los sulfuros es compleja y sus efectos pueden variar enormemente entre distintos lugares y condiciones, por lo que el adecuado manejo de los drenajes ácidos de mina requiere la comprensión de los procesos que controlan las variaciones espacio-temporales de su calidad.

• Cuando las aguas neutras entran en contacto con material piritoso, se producen aguas ácidas dañinas para la salud y el ambiente.

DRENAJE ACIDO DE ROCAPrincipios de la generación del DAR

• Los sulfuros (pirita y otros) en las minas, desmonte y relave en contacto con aire y agua generan DAR (aguas ácidas con sulfatos metálicos) que va a los ríos o lagunas.Reacciones: Oxidación:FeS2 + 3.5 O2 + H2O FeSO4 + H2SO4

CuFeS2 + 4 O2 CuSO4 +FeSO4

• Neutralización:H2SO4 + CaCO3 CaSO4 + H2O + CO2

Sulfuro

O2 AguaDAR

• Factores que favorecen el DAR:1. Compleja geología y mineralogía:• Tipos de formaciones geológicas,

tipos de yacimientos, sinclinales, anticlinales, fallas y fracturas.

• Gran variedad de asociaciones mineralógicas de sulfuros, sulfosales y neutralizantes.

• Molienda fina en la concentración de minerales

• Ubicación en zonas sísmicas.

DRENAJE ACIDO DE ROCA

DRENAJE ACIDO DE ROCA

2. Influencia del clima• En zonas lluviosas: Infiltración

de agua en labores mineras.

3. Minas abandonadas sin plan de cierre, principalmente de pequeña y mediana minería.

Vida de una mina: varios años a décadas

DAR de mina inactiva: perpetua.

EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA VELOCIDAD DE OXIDACIÓN QUÍMICA Y BIOLÓGICA DE PIRITA

I I I I

_

-

-

-

0 10 20 30 40

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0

TEMPERATURA

I I I I I

_

-

-

-

0 1 2 3 4 5

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0

PH

EFECTO DEL PH EN LA VELOCIDAD DE OXIDACIÓN QUÍMICA Y BIOLÓGICA DE PIRITA

Reacciones de neutralización con formación de hidróxidos:Al3+ + 3OH- = Al(OH)3

Co2+ + 2OH- = Co(OH)2

Cu2+ + 2OH- = Cu(OH)2

Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2

Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3

Ni2+ + 2OH- = Ni(OH)2

Pb2+ + 2OH- = Pb(OH)2

Zn2+ + 2OH- = Zn(OH)2

Preparación de lechada de cal:CaO + H2O = Ca(OH)2

Ca(OH)2 = Ca2+ + 2OH-

Aireación / Oxidación El ion ferroso (Fe2+) al neutralizarse da hidróxidoferroso, que es poco estable. Por eso, se aplicaaireación para oxidar el hierro a férrico que es la forma más estable, según la reacción:

Fe(OH)2 + ½ H2O + ¼ O2 = Fe(OH)3Los hidróxidos ferrosos no sedimentan como el hidróxido férrico porque generan un lodo muyviscoso.Ventajas de oxidar el hierro:• Estabilidad del lodo• Eficiencia de tratamiento• Viscosidad del lodo.En proceso LDS se requiere elevar más el pH porque el Fe2+ precipita a mayot pH.

METALES TOXICOSEl drenaje ácido de mina también disuelve metales tóxicos, tales como Cu, Al, Cd, As, Pb y Hg de la roca del entorno.Estos metales, en especial el hierro, pueden recubrir el fondo del río con lamas de color anaranjado a rojo. Estos metales aún en cantidades pequeñas pueden ser tóxicos para la vida salvaje y el hombre.Los metales llevados por el agua pueden ir lejos, contaminando cursos de agua y agua subterránea a grandesdistancias.Los impactos en la vida acuática pueden ir desde muerteinmediata de peces a subletal, se afecta su crecimiento, suhabilidad de reproducción.El problema de los metales se debe a que no se destruyenen el ambiente. Se sedimentan en el fondo y persisten porlargo tiempo, constituyendo una fuente de contaminación porlargo tiempo para los insectos acuáticos y a los peces quese alimentan de éstos.

CONTAMINACIÓN PERPETUAEl drenaje ácido de mina es peligroso porque continúaindefinidamente causando daño largo tiempo después del fin de la actividad minera.Debido a la severidad de los impactos del DAM en la calidaddel agua, muchas minas requieren tratamiento de agua a perpetuidad o miles de años.El tratamiento de agua puede ser una carga económica significativa para la empresa.Aun con la tecnología existente, el DAM es imposible de parar una verz que la reacción comienza. Dejar un DAM significa que las generaciones futuras deben tomar la responsabilidad que requiera ser manejada posiblementepor cientos de años. Las predicciones sobre el éxito de dichomanejo a largo plazo son especulativas.

Control de la Contaminación del Agua

• Antes de controlar contaminantes, reducir al mínimo el consumo de agua, optimizar su recuperación y recirculación.

• Métodos de tratamiento general:• Homogenización: minimizar fluctuaciones

• Neutralización: ajustar pH

• Precipitación: por reacción con S. química

• Coagulación y floculación: aglomeración

• Clarificación: por sedimentación

Control de la Contaminación...

• Minas inactivas:1. Prevención de la generación de DAR:• Aislamiento de sulfuros con coberturas y sellos• Exclusión del aire con coberturas y sellos• Inundación por taponeo de bocaminas• Deposición subacuática (permanente y estable)• Segregación o mezcla de desmontes generadores

y neutralizantes de DAR.


2. Control de la migración del DAR:• Canales de derivación • Cubiertas y vegetación contra infiltración• Interceptar flujos de agua subterránea• Diques y muros de contención para impedir

derrame de sedimentos contaminados.


3. Tratamiento del efluente contaminado- Tratamiento Activo:

Colección y tratamiento químico en plantas.

Debe permitir cumplir con los LMP de la descarga.

Es de alto costo, genera residuos secundarios, requiere supervisión y mantenimiento permanentes.

Debe usarse sólo si las medidas de prevención y mitigación no son factibles o confiables.

pH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Fe(OH)3

Al (OH)3

Zn(OH)2

Fe(OH)2

Cd (OH)2

Ni (OH)2

AgOH

Pb(OH)2

HgO

Mn (OH)2

Mg (OH)2

Ca O

REGIÓN DE PH DE FORMACIÓN DE HIDRÓXIDOS

Control de la contaminaciónTratamiento Pasivo :

- Sistema de tratamiento biológico y/o químico de drenaje de mina, no requiere control ni mantenimiento rutinario.

- Aplicable a pequeño flujo y baja concentración de metales, o como afine.

Pantanos naturales y construidos;

Cunetas alcalinas y drenes anóxicos de caliza,

Cascadas de aireación y pozas de sedimentación.

Caso Yanamate: laguna en lecho de roca calcárea permeable.

Tratamientos PasivosSistemaDren calcáreo anóxico (ALD)

CaracterísticasLecho de caliza enterradoAumenta alcalinidadEl efluente se trata en wetland aeróbico de flujo horizontal

Drenaje TratadoSolución ácida netaFe3+ <1mg/lAl3+ <1mg/l .

Wetland aeróbico de flujo horizontal .

Pantano poco profundo o poza de sedimentación.

Flujo horizontal de agua.

Soluc. alcalina neta.Oxidación de Fe2+Hidrólisis Al3+, Fe3+

Wetland compuesto de flujo horizontal .

Pantano poco profundo con substrato orgánicoDren inferior calcáreoFlujo horizontal de agua en ambas capas

Solución Ligeram. Ácida o alcalinaAumenta alcalinidadElimina Al3+ y Fe3+ hidrólisis

DAMpH = 1-4Metales disueltos

Tratamiento Pasivo • Precipitan hidróxidos• Precipitan Sulfuros• Filtración de sólidos en

suspensión • Asimilación de metales

por las raíces, • Neutralización y

precipitación por generación de amonio

• Adsorción de metales por intercambio con las plantas, suelos y otros materiales orgánicos.

Agua TratadapH =7 – 9

Metales disueltos = Despreciable

MECANISMOS DE TRATAMIENTOS PASIVOS

• Pre Tratamiento:Dren anóxico calcáreo aumenta alcalinidad y “buffer”

H+ + CaCO3 -- Ca2+ + HCO3

• REACCION AEROBIA:Precipitación de hidróxidos catalizada por bacterias

Fe 3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+ (pH >5)

• REACCION ANAEROBIA: Precipitación de Sulfuros catalizada por bacterias sulfato-reductoras.

SO42- + 2CH2O + 2H+ H2S + 2 H2O + 2 CO2

Zn2+ + H2S ZnS + 2 H+

Drenes Calcáreos Anóxicos (ALDs)*• Tratan aguas ácidas con o sin contenido de metales

haciéndolas pasar por una zanja subterránea llena de roca calcárea chancada. Los ALD descargan en una poza de sedimentación o un pantano para que los metales precipiten y sedimenten.

• Un problema de los ALDs es que se forma una cubierta fuertemente adherida sobre la caliza que la inactiva y puede atorar el dren. Para superar este problema las concentraciones de O2 disuelto, Fe+3 y Al+3 deber ser <1 mg/L; algunos autores sugieren que Fe+3 y Al+3

pueden estar entre 1 y 5 mg/L, que son límites bajos.

*Anoxic Limestone Drains (ALDs)

• Cuando junto a la caliza se añade arenisca chancada, se vio que la mayoría de óxidos metálicos precipita sobre la arenisca. En condiciones anóxicas debe mejorar su rendimiento.

Suelo arcilloso

Caliza (90% CaCO3)

Superficie vegetada

Membrana impermeable

Drenaje Anóxico Calcáreo

Sección Transversal

Pantanos AeróbicosMayormente son usados para aguas netamente alcalinas, se favorece la infiltración de oxígeno, y los metales precipitan como oxihidróxidos, hidróxidos y carbonatos.

T

Biorreactores

Esquema de un SAPS

Poza de Sedimentación

Agua

Materia OrgánicaCaliza

Celda SAPS

Aliviadero

Sistema productor de alcalinidad sucesiva

Biorreactores• Son zanjas o pozos forrados que pueden contener materiales como cantos rodados, compost, otra materia orgánica, y/o un reactivo alcalino.

• También pueden contener materiales filtrantes como los usados en el tratamiento de aguas residuales municipales, que promueven el establecimiento de microorganismos que precipitan metales.

• El término “biorreactor” puede incluir PRB, SAPS y pantanos ya que utilizan reacciones biológicas para tratar aguas. La distinción entre ellas proviene de la literatura.

• Un reto de estos sistemas es lograr una condición de abandono simple.

Pantano Aerobio

15 – 45 cm

• Cuando las aguas son ácidas debe elevarse el pH a una condición alcalina. Si Al y Fe son los principales contaminantes se usa la adición alcalina seguida de una poza aeróbica de sedimentación para precipitar los metales.

Humedal anaerobio

Humedal anaerobio

Este sistema opera en permanente inundación, el agua fluye por gravedad a través de un substrato orgánico y otro alcalino, incrementándose el pH hasta niveles cercanos al neutro debido a la alcalinidad de los bicarbonatos que se generan en el sistema a partir de la reducción anaerobia del sulfato y la disolución de la caliza.

>0.3 m

0.3-0.6 m

Celda Nº 1 de Humedal, UNASAM, Mesapata, Ancash

Celdas de Humedales, UNASAM, Mesapata, Ancash

Humedal anaerobio …• Principales bacterias anaerobias sulfato reductoras:

Desulfomaculum (Gram-positiva) y Desulfovibrio, que utilizan como fuente de energía para su metabolismo las reacciones que ocurren en la materia orgánica del substrato (CH2O) y el sulfato disuelto en el agua intersticial.

• La reducción biológica del sulfato (SBR) consume acidez (H+) y reduce el sulfato a sulfuro metálico insoluble como parte de la actividad metabólica de las bacterias, la precipitación de estos sulfuros remueve metales del agua dando como resultado la neutralización del medio, tal como se observa en las siguientes reacciones:

2 CH2O + SO4= + H+ → H2S + 2 HCO3-Me2+ + H2S → MeS↓ + 2 H+

Sistema de Producción Sucesiva de Alcalinidad (SAPS)

• Consiste en un estanque en cuyo interior se deposita bajo agua dos substratos, uno de material alcalino y otro de materia orgánica, que están inundados a una profundidad de entre 1 y 3 m.

• El agua fluye por gravedad, atraviesa los substratos y drena por la parte inferior mediante un conjunto de tubos perforados.

• Un SAPS puede tratar aguas con pH <4,5.• El substrato inferior es de caliza (0,5 a 1 m de espesor) y

sirve para generar alcalinidad y neutralizar el pH del influente. La capa superior es de material orgánico (0,1 a 0,5 m de espesor) y es donde se elimina el oxígeno disuelto del agua, se reduce el sulfato y se transforma el Fe3+ en Fe2+, evitándose la precipitación del hidróxido de Fe3+ sobre la capa de caliza.

Construcción y operación de un SAPS Principales reacciones

Tratamientos Pasivos ...SistemaReactores de flujo vertical

CaracterísticasCapas superpuestas de agua, orgánico + caliza, y calizaFlujo de agua hacia abajoEfluente se trata en wetland aeróbico o poza de sedimentación

Drenaje tratadoSoluc.ácida netaElimina O2 disuelto y da alcalinidadFe se retiene en aguaAl se acumula en caliza

Sistemas pasivos combinados

Secuencia de algunos de los sistemas anteriores

Tiene las ventajas de c/u

Remoción sucesiva de diferentes contaminantes

Control de la contaminación...

4. Recuperación de terrenos agrícolas contaminados por efluentes o sedimentos:– Sustitución o retiro de tierra contaminada– Cambio de uso del terreno– Sustitución de sembríos en caso de

contaminación con metal tóxico.

CONTROL DE LA CONTAMINACION MINERA• Labores MinerasCausa Medidas EjemploContaminación -Reducción de caudal Taponeo de galería por DAR -Tratamiento del dre- Neutralización en

naje planta• Disposición de relaves

Derrumbe y -Control de seguridad, Construcción de re-deslizamiento construcción y mante- lavera de acuerdo ade relaves nimiento. normas nacionales Contaminación Reducción de caudal y Construcción de agua infiltrada mejora de calidad de sistemas de drenaje,

agua infiltrada recubrimiento de suelo y vegetación.

Tratamiento de agua Instalación de planta infiltrada de tratamiento.

• Taponeo de Minas Subterráneas• En zonas montañosas las minas subterráneas abandonadas

son la principal fuente de contaminación por DAM, donde la mayoría de éstas fueron desarrolladas con niveles creciendo de abajo hacia arriba, para tener drenaje por gravedad.

• Los problemas de DAM en minas antiguas se agravan por inadecuados pilares de separación entre minas, inadecuadas barreras en el afloramiento y la interconexión entre minas adyacentes.

• El sellado o taponeo de bocaminas puede minimizar la contaminación por DAM en minas abandonadas. El principal factor que afecta la selección, diseño y construcción de tapones de minas subterráneas es la presión hidráulica prevista que el tapón soportará cuando el tapón esté listo.

• El tapón de bocamina seca (sin drenaje) es un muro en la entrada de la mina. Tapones secos son construidos cuando hay poco o ningún drenaje o no habrá ninguna presión hidrostática. Su función es la de impedir el acceso a la mina y disminuir la producción de DAM limitando el movimiento de aire y agua a la mina profunda.

• Los tapones secos son construidos de bloques de concreto, mampostería o concreto armado, son construidas desde afuera. Son simples, de bajo costo y efectividad a largo plazo debido a la ausencia de presión hidrostática.

• El tapón de bocamina húmeda es un muro a través de la bocamina que permite el drenaje de agua pero impide el ingreso de aire a la mina.

• La producción de DAM puede ser inhibida al subir el nivel de agua e inunde las labores. Aunque el taponeo hermético de los niveles inferiores de las bocaminas se ha intentado para prevenir el drenaje y elevar el nivel del agua en la mina, este método ha dado lugar generalmente a la salida explosiva del agua por el tapón u otros lugares cercanos.

• La colocación de tapones de bocaminas debe por lo tanto ser cuidadosamente planeada y ejecutada.

Tapón hidráulico con barrera sirve como mampara estructural para la contención del agua, a veces con salida de agua. En la construcción se pone lechada a presión alrededor para sellar y evitar la fuga de agua y entrada de aire. También controla la subsidencia.

• Las técnicas de manejo de agua para controlar el DAM incluyen: Derivación del agua, coberturas de suelo, de plástico, desaguado, inundación, taponeo de bocaminas subterráneas, barreras, cortinas y muros de lechada y relleno de minas por inyección.

• Cada método es adecuado para situaciones específicas y su éxito depende de un adecuado planeamiento, diseño y construcción.

• Derivación del agua es uno de los métodos más fáciles y baratos para reducir la cantidad de agua en contacto con materiales generadores de ácido.

• Se debe tener especial cuidado y planeamiento para el diseño y construcción de tapones de mina y cuando se usa técnicas de grouting para relleno de mina subterránea o barreras.

Taponeo con trampa de aire son instalados en bocaminas con drenaje. Construidos con bloques de concreto, dejando hoyos o tubos para el drenaje.Problema: - atoro del hoyo o tubo con sedimento y debris, resultando en su colapso o fuga por el tapón.-Estudio de US Bureau of Mines: 14 tapones instalados en 1967 estaban intactos en 1991, sólo 1 goteaba. -La calidad del agua mejora con el tiempo.

. Este tipo de taponeo sirve como pieza de obturación y actúa como una represa hermética de agua, capaz de resistir la máxima presión hidrostática que puede desarrollarse como resultado de la inundación de la mina. Las fracturas y fisuras de la roca circundante que podrían permitir la salida de agua alrededor del tapón, deben también ser tratadas para restringir la conducción del agua, mediante inyecciones a presión de cemento (grouting), incrementando el espesor del tapón e instalando tapones adicionales.

Debido al colapso de muchos sellos húmedos, sellos hidráulicos (herméticos) están siendo construidos en muchas situaciones de sello húmedo

Taponeo de bocaminas

• Yacimientos no trabajados no son afectados por aire ni agua. En labores mineras éstos oxidan sulfuros y generan DAR

• Para reducir el caudal del DAR y mejorar la calidad del agua: restringir flujo de agua a labores y del drenaje de mina.

• El taponeo de socavones encapsula el agua y elimina acceso de oxígeno al mineral, anula o reduce caudal del drenaje y reduce su carga de metales pesados.

Taponeo de bocaminas: Métodos

1. Descarga cero: 2. Rebose

Rebose

Tapón Tapón

Taponeo de bocaminas: Métodos

Tapón

Tapón

3. Cierre de aire 4. Mixto

Tapón

Tapón

Rebose

Rebose

Tratamiento del DARNeutralización para precipitar metales pesados disueltos.– Neutralizantes: Cal, soda cáustica y caliza.

– Cuando hay Fe2+: oxidar con aire o bacterias

– Cuando hay 2 clases de metales: precipitar en 2 etapas: 1° pH bajo, y 2° pH alto.

– Después de neutralización a pH alto: bajar pH

– El reciclaje de precipitado reduce volumen de precipitado.

Hidrólisis de Metales (según Aubé y Zinck, 2003)

pH mínimo para precipitación de iones para cumplir con estándares

Ion pH Agua Tratada *Fe3+ 2.84 10Cr3+ 5.60 0.5Cu2+ 6.77 3Zn2+ 7.87 5 Fe2+ 8.41 10Pb2+ 9.47 0.1Mn2+ 9.52 10 Cd2+ 10.20 0.1

* mg/l

Agua cruda

NEUTRALIZACION

PRECIPITACION YNEUTRALIZACION

.OXIDACION Aire

Cal

Floculante

Agua decantada Río

TRATAMIENTO DE PRECIPITADO

Sedimentos

Precipitado

DIAGRAMA DE FLUJO DEL TRATAMIENTO DE AGUA DE MINA

Descarga de lodo

Reciclaje de lodo

Agua tratada

Agua ácida Aire Lechada de cal

Polímero

CLARIFICADORpH 4

pH 7

pH 8.5

pH 9.5

Proceso HDS de Neutralización en Etapas

Prevención de contaminación del drenaje de relaveras

• Medida: controlar caudal de infiltración

• Obras de drenaje externo, interno y canales de emergencia

• Cobertura de tierra y vegetación:- controla erosión acuática de taludes

- reduce caudal drenaje y mejora calidad agua

- Evita erosión eólica del relave

- Armonía de paisaje con vegetación en relavera

Prevención de contaminación del drenaje de relaveras

Para superar las condiciones del relave, la vegetación debe:

• Ser de rápido crecimiento y desarrollo• Soportar suelos pobres en nutrientes• Resistir el frío y acidez• Ser preferentemente verde permanente.Tratamiento del agua de drenaje:• Similar al agua de mina, y • En la misma planta de tratamiento.

Manejo de Efluentes de Concentradora

• Se puede minimizar el impacto a los recursos de agua mediante la reducción del consumo de agua dulce (mediante reciclaje), reducción del volumen de efluente a descargar y tratamiento de éste.1. Separación de efluentes de diferente calidad, porque unos

pueden requerir tratamientos más complicados y caros que otros.

2. Reciclaje y reutilización de agua: Reduce el requerimiento de agua dulce del proceso y el volumen descargado al ambiente. Puede ser directo, o con previo represamiento en una poza, o previo tratamiento

Manejo de Efluentes de Concentradora

• Residuos sólidos, como envases de reactivos, pueden tener restos de reactivos que podrían ser disueltos y llevados por escorrentías.

• Deben ser reunidos lejos de vías de drenaje y ser cubiertos.

PLANTA CONCENTRADORA

Mineral

Concentrado ESPESADOR

DEPOSITO DE RELAVEA

gua

Rec

icla

da

Agua Fresca

Relave

Tratamiento de Efluente

Descarga

MANEJO DE AGUA EN CONCENTRADORA

PLANTA CONC.

Relave

CO2HCN

NH3 CO2 H2O

Volatilización

Adsorción Precipitación

Acomplejamiento

Cu(CN)3-2

SCN NH3

Agua Subterránea

Agua Reciclada

Oxidación del radical libre

Lecho de Roca

Filtración

NH3 Fe(CN)3-2

SCN CNOEfluente Tratado

Volatilización Biodegradación

Disociación

Rayos UV

RIO

COMPORTAMIENTO DEL CIANURO EN RELAVERA

Control de Efluentes Líquidos

Monitoreo

Monitoreo• El monitoreo permite detectar descargas de

contaminantes en aguas superficiales y subterráneas y tomar medidas para prevenir o reducir sus efectos.

• Factores a tomar en cuenta en programas de monitoreo:

• Estudios de línea base y antecedentes del medio• Características de los desechos de mina• Tipo y características de los depósitos de desechos• Clima, geología, hidrología, hidrogeología del lugar• Posibles vías de migración

Estaciones de Monitoreo1. Identificar el balance de agua de la unidad minera:

de dónde viene y por dónde sale.2. Identificar todas las posibles fuentes de

contaminación que serían c/u de los componentes principales de la actividad minera, y seleccionar las estaciones aguas arriba y aguas abajo de cada fuente, y en cada fuente:- Minas subterráneas- Tajos abiertos- Botaderos de desmonte y Depósitos de relave- Planta concentradora - Campamentos e instalaciones auxiliares- Medio ambiente receptor (ríos, lagos, pantanos..)

INFILTRACIONX X

X XAGUA

SUBTERRÁNEA

MONITOREO EN LABORES

SUBTERRÁNEAS

INFILTRACION

X XX

Descarga de Bombeo X

MONITOREO EN TAJO ABIERTO

INFILTRACIÓN

RESUMADERO

CANAL COLECTOR

X

X

X

MONITOREO EN BOTADERO

DERRAME DE LA SUPERFICIE

RELAVE

INFILTRACION

X

X

DECANTACION

X

DERRAMES

MONITOREO EN DEPÓSITO DE RELAVES

Concentradora

Tajo Abierto

Botadero

Relave

X

X

X

X

XX

X

X

XX

X

X

PobladoX

X

X

ESTACIONES DE MONITOREO EN UNA UNIDAD MINERA

Mina Subterránea

Análisis de la Calidad del Agua1. Parámetros InorgánicosParámetros Físicos

Flujo, sólidos totales en suspensión (TSS), temperatura, pH, conductividad, alcalinidad /acidez, sólidos totales disueltos (STD) y oxígeno disuelto

Iones : sulfato, dureza, cianuro, nitrógeno y fosfatoMetales disueltos (en muestra filtrada): Pb, Cu, Zn, Fe,

Cd, As, Sb, HgMetales totales (en muestra no filtrada):Pb, Cu, Zn,

Fe, Cd, As, Sb, Hg2. Parámetros OrgánicosPetróleo, grasa, carbón orgánico

Frecuencia de Monitoreo• Para mina en operación:

– Objetivo: Controlar la calidad del agua de efluentes y asegurar que se cumple con los objetivos de calidad.

– Frecuencia: Semanal o mensual.– Las estaciones con efluente de calidad más

variable son monitoreadas con más frecuencia.• Relaves: diario• Labores en cierre, para demostrar que no tienen

efluentes contaminados, monitoreo durante 3 a 5 años.

Muestreo de Campo• Las muestras representativas deben ser tomadas

de acuerdo a los protocolos de monitoreo, con las siguientes acciones:

• Preparación: equipos calibrados, reactivos, mapas, pases, recipientes limpios, enfriador

• Toma de muestras, preservación, rotulado, mediciones de campo

• Envío al laboratorio de análisis, control de calidad

Muestreo y Predicción de DAR

.

Muestreo• Paso importante en caracterización del DAR• Muestras: Representativas de todas las unidades

geológicas y litológicas de la mina y de las cantidades relativas de cada tipo de mineral.

• Identificar: - Posibles fuentes de DAR y de material alcalino e inerte; - Distribución de tamaños de partículas.

• Heterogeneidad de muestras: Implementación de programa de muestreo: complicada e iterativa: >2 etapas de muestreo y pruebas estáticas.Variabilidad espacial en potencial de generación de ácido , 2 ó más unidades en relación a generación de ácido. Es preferible la subdivisión de unidades

Muestreo: Fuentes de Información• Clasificación de roca: Afloramientos, testigos de

perforación, muestreos, botaderos.• Distribución de materiales: Planeamiento de mina,

registros y planos, estudios de pilas y botaderos.• Generación de ácido y potencial de lixiviación:

Pruebas estáticas, lixiviación a corto plazo, muestras de relave y desmonte, pruebas metalúrgicas, estudio de resumaderos.

• Calidad de drenaje: Pruebas cinéticas, pr.metalúrgi-cas, extracción de lixiviado, estudio de resumaderos.

• Tamaño de Muestras: en base a heterogeneidad.• Muestras compósito.

Predicción• Importancia. El conocimiento anticipado de que

un mineral o componente de una mina puede generar ácido es esencial en la prevención del DAR.

• Permite, con un plan adecuado de manejo de residuos, minimizar los problemas ambientales y los costos de las medidas correctivas, evitando instalaciones de tratamiento perennes.

• Objetivos: - Identificar los materiales generadores y fuentes potenciales de contaminación del agua– Evaluar las medidas de control– Diseñar un plan de manejo del agua y de residuos– Cuantificar el potencial de DAR y calidad de agua

de drenaje

Pruebas de Predicción

1. Estáticas:• Sirven para determinar las propiedades

geoquímicas del material. • Definen el balance entre minerales potencial-

mente generadores de ácido (PA) y los consumidores de ácido (PN).

• Dan predicciones cualitativas del DAR. No permiten predecir la calidad el agua de drenaje.

• Potencial Neto de Neutralización: PNN = PN-PA

PASOS DE LAS PRUEBAS ESTATICAS:• Análisis del contenido metálico de la muestra

• Medición del pH en pasta

• Determinación del contenido de S y de especies sulfurosas.

PA = % S como sulfuro x 31.25

• Titulación para determinar el Potencial de NeutralizaciónPNN = PN - PA

PRUEBAS DE EXTRACCIONPruebas de corto plazo sirven para determinar los constituyentes fácilmente solubles en una muestra, independientes de cualquier generación de ácido.Procedimientos de Extracción:– Con agua destilada– Con ácido acético– Con ácido nítrico o sulfúrico

Interpretación de Pruebas BABPNN Condición de la Roca Realidad< 0 Generador neto Teoría-20 a +20 Posible generador Práctica

POTENCIAL-MENTE

GENERADOR DE ACIDO

ZONA DE INCERTI-DUMBRE

NO GENERADOR

DE ACIDO

0 +20-20PNN (kgCaCO3 / T)

Interpretración de Pruebas BABPN/PA Condición de la Roca .> 3 Consumidora de ácido1-3 Incertidumbre< 1 Generador de ácido1-2 (Relaves) No generador .

PN/PA 1:1

PN/PA 3:1

Potencial Generador de ácido

Potencial de NeutralizaciónNo Generador

Incertidumbre

Muestras compuestas moderadas

20 40 600-20- 40PNN (kg CaCO3/t)

0

8

16

Frecuencia

NO GENERADOR DE ACIDOGENERADOR DE ACIDO

DISTRIBUCIÓN DE VALORES DEL PNN CON DIFERENTES TAMAÑOS DE COMPÓSITO

Muestras compuestas muy grandes

Muestras pequeñas discretas

ESTRATEGIA DE PREDICCIÓN DE DARPrueba Estática PNN = PN - PA

PNN - PNN +PN:PA <3

Generador Potencial de Ácido

No Generador de ÁcidoPruebas Cinéticas a

Muestras Seleccionadas

Generador de Ácido No Generador Manejo de Material como No Generador de

ÁcidoAdoptar Estrategia adecuada de Manejo

de Desecho Ácido

PNN + PN:PA >3

PRUEBAS CINETICASOBJETIVOS• Identificar las unidades geológicas con potencial

para generar acidez neta• Cuantificar metales que pueden lixiviarse• Predecir la calidad del agua de drenaje a corto,

mediano y largo plazo.COMPRENDE:

Someter a intemperismo a las muestras bajo condi-ciones controladas o en la mina, con el fin de confirmar el potencial para generar ácido, determi-nar las velocidades de generación de ácido, oxidación de sulfuros, neutralización y agotamiento de metales, con el fin de probar las técnicas de control y tratamiento.

• Pruebas de Celdas de Humedad

.

Aire Agua

Aire Agua

RelaveCedazo

10 cm

Tamaño de partícula: -5 mm

Tamaño de muestra: -1 kg

Ciclos semanales alternados de aire seco y aire húmedo de 3 días c/u y 1 día de lavado y evaluación del lixiviado.

Duración de las prueba: Mín. 20 semanas a más de 30 semanas.

Sirve para evaluar la velocidad relativa de liberación de productos de oxidación y el tiempo para la generación de ácido.

• Columnas de Humedad• .

Bomba

45 a 60 cm Diam.

Tamaño de partícula: -1/4 Diám. Columna

Tamaño de muestra: 10 a 50 kg

Objetivo: Predecir con mayor precisión la calidad del agua de drenaje en botaderos, pilas de lixiviación y paredes de canteras.

El lavado con agua se aproxima al nivel de la precipitación para eliminar el enjuague

Paño de filtro

Perfiles típicos de cargas contaminantes del agua de drenaje a través del Tiempo

a

b

c

a. Lavado de productos fácilmente solublesb. Lavado de DARc. Combinación

Tiempo

Car

ga C

onta

min

ante

•Lixiviación en Columna• Tamaño de partícula: ROM• Tamaño de muestra: 1 t.• Columnas de gran escala o lisímetros

se usan para simular el intemperismo geoquímico en la predicción del potencial de generación de ácido, y la calidad del agua de drenaje.

• Lavado de la muestra con flujo constante, y el muestreo diario o semanal.

• También se puede controlar el O2 y CO2 disueltos o gaseosos.

• Análisis: pH, Eh, alcalinidas/acidez, conductividad, Sulfatos, Metales disueltos.

Desmonte o Relave

Tubo al recipiente de solución

Paño de Filtro

2–10 m Diam.

Precipitación

Manejo de Aguas Servidas

.

Manejo de Aguas Servidas• Los desagües pueden impactar fuentes de agua

con microbios patógenos. No deben descargarse directamente a ríos ni lagunas.

• 1 m3 de aguas servidas contamina 60 m3 de agua limpia y la deja inservible.

• Deben ser tratadas como parte del manejo ambiental del recurso agua.

• Aguas servidas: pueden ser tratadas mediante sistemas sépticos, lagunas de estabilización y plantas pre-ensambladas de tratamiento (con cap.para 25 a 5000 personas).

Tratamiento de Aguas Servidas

• Objetivo: evitar la contaminación de ríos y de aguas subterráneas y aprovechar los efluentes.

• Las aguas servidas de campamentos y poblados están contaminadas con alta cantidad de bacterias nocivas a la salud.

• Hay varios sistemas de tratamiento, siendo los más adecuados los que aprovechan la acción de microorganismos que convierten en líquido y gases gran parte de los sólidos y eliminan las bacterias, y que no requieren equipos sofisticados ni personal altamente especializado.

Tratamiento de Aguas Servidas•Tanque Séptico: Tanque impermeable para almacenar desagüe, donde bacterias anaeróbicas transforman la materia orgánica, por fermentación, en líquido apto para ser absorbido por el terreno.

• El líquido saliente, en el subsuelo o campos de absorción, se purifica por oxidación y esterilización de la materia orgánica, por acción de bacterias aeróbicas.

• Si no es posible usar campos de absorción (por baja permeabilidad) debe usase pozos de percolación(pozo circular forrado con ladrillo de juntas abiertas y rodeado de grava), por donde el efluente del tanque séptico percola al suelo poroso. En el fondo se pone 15 cm de grava. Deben estar >30 m de cualquier fuente de agua

Reactor biológico rotativo de contacto (RBC) equipado con cubículos de captación de aire

Sistemas Biológicos Rotativos de Contacto (Biodiscos)

Consisten en una serie de discos horizontales de poliestireno o PVC que giran lentamente, parcial-mente sumergidos en agua residual. Los crecimientos biológicos se adhieren a la superficie húmeda de los discos formando una película biológica. La rotación induce la transferencia de oxígeno, mantiene la biomasa en condiciones aerobias y mantiene los sólidos en suspensión.Son utilizados como tratamiento secundario y para desnitrificación. Son muy fiables debido a la gran cantidad de biomasa presente.

Reactores de Lecho Compacto

Alimentación

Gas

Reactor de lecho compacto de flujo ascendente para el tratamiento anaerobio de

agua residual.

Es un proceso de cultivo fijo que consiste en un tanque (reactor) donde existe un medio al que se adhieren los microorganismos. El agua residual se introduce por su parte inferior mediante una cámara de alimentación.

Tratamiento de Aguas Servidas• Lagunas de Estabilización tipo Facultativas

(aerobias-anareobias): pozas de poca profundidad donde se retiene aguas servidas por tiempo largo.

• Previamente se separa sólidos gruesos y trapos.• Se produce en forma espontánea un proceso de

autodepuración natural de aguas con alto contenido de materia orgánica.

• La parte superior se llena de algas microscópicas que liberan oxígeno que es usado por bacterias aeróbicas para degradar materia orgánica. En la zona inferior las bacterias anaeróbicas descomponen los sólidos. En Z. intermedia actúan las bacterias facultativas.

O2 CO2O2 H2S

Viento

Agua Servida

Sólidos Sedimentables

ResiduosOrgánicos

Ác.Org. Alcoholes CO2 + NH3 + H2S + CH4

Algas

Bacterias

CO2O2Células Muertas

Células Muertas

NH3PO4

-3 Células Nuevas

Células Nuevas

NH3 PO4

-3

ESQUEMA DE LAGUNA FACULTATIVA

H2S+2O2=H2SO4

Tratamiento de Aguas Servidas

• Desinfección• Cuando el agua tratada va a tener uso

para bebida.• Mediante aplicación de cloro con tiempo

de reacción de 15 minutos o más.• Otro método es la ozonización.

efluentes mineros

Environment