UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO PUNOFACULTAD DE INEGINIERIA GEOLÓGICA Y METALURGIA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA GEOLÓGICA

GEOQUIMICA

TEMA 4ATENUACIÓN NATURAL DE DRENAJE ÁCIDO DE RELAVES

SULFÍDICOS EN UN SITIO EN EL ESTADO DE WASHINGTON

PRESENTADO POR:

MAMANI GARCIA JOEL

FERNANDEZ VALDIVIA CLEDY PILAR

ATENUACIÓN NATURAL DE DRENAJE ÁCIDO DE RELAVES SULFÍDICOS EN UN SITIO EN EL ESTADO DE WASHINGTON

las aguas subterráneas y superficiales pueden contaminarse por el transporte de los productos de oxidación solubles de los embalses de residuos mineros sulfurosos. se diseñó un programa mediante el cual se estudió un embalse que contenían desechos sulfurosos para caracterizar el agua intersticial de los embalses y para determinar el destino de los metales, ya que fueron transportados aguas abajo. a partir de esta información se identificó un método para controlar el transporte de metales disueltos.

debido a que la oxidación, la precipitación y la adsorción asistente de metales disueltos fue identificado como el principal mecanismo de atenuación gradiente abajo, inyección de aire inmediatamente aguas abajo del embalse se postula como un método de remediación provisional y una alternativa para bombear y tratar los procedimientos. disminución de la porosidad causada por la precipitación, puede limitar la vida útil de este método.

INTRODUCCION

• uno de los problemas más graves y de mayores costos asociados con la minería es la liberación de metales pesados en el medio ambiente. en la mayoría de casos suelta como resultado de la disolución inducida la oxidación de minerales de sulfuro de depósitos de relaves y pilas de roca estéril. en el sitio del campo la disolución de metales pesados, probablemente tiene lugar en la zona no saturada del embalse de relaves, donde la reacción más importante es la oxidación de la pirita (fes2), la ecuación [1] (nordstrom y muñoz. 1986).

• 2FES2 (E) + 7O2 (G) + 2H2O

• 2FE (AQ)^2+ + 4SO4(AQ)^2- + 4 H^+ [1]

• los productos de esta reacción son el ácido sulfúrico y Fe(AQ) ^ 2 +. el ácido sulfúrico reacciona con la matriz entorno al mineral de silicato causando la neutralización del ácido y la liberación de numerosos iones, incluyendo aluminio (al), calcio (ca), potasio (k), magnesio (mg), manganeso (mn), hierro (fe) y de sílice (sio2). reacciones similares se pueden construir de otros minerales de sulfuros comunes, pero no todos ellos producen ácido.

INTRODUCCION• las tasas de oxidación de sulfuro son lentos, y la mayoría de los investigadores atribuyen las rápidas tasas que se

producen en la naturaleza para la biomedicacion por bacterias, especialmente thiobacillus ferrooxidantes (nordstrom. 1982) tras el agotamiento de la capacidad de almacenamiento. fe ^ 2 + de la reacción [1] a continuación, se oxida la pirita por reacciones [2] y [3] (moses et al.. 1987).

• 4FE^2+ + O2 + 4H^+ 4FE^3+ + 2H2O [2]

• Y

• 14FE^3+ + FES2 + 8H2O

• 15FE^2+ + 16H^+ + 2SO4^2- [3]

• la oxidación del Fe ^ 2 + A FE ^ 3 + se piensa que es el paso limitante de la velocidad. reacción [2] no ocurrirá en ausencia de un oxidante como por ejemplo en zonas con agotamiento de oxígeno en las partes bajas de la zona no saturada y la zona saturada.

• en los sistemas opuestos la mayoría de los metales tienen solubilidad limitada y tienden a ser atenuada como hijo a medida que se transportan de un embalse de residuos ácidos en un medio ambiente más neutro. esta atenuación es causada por una combinación de precipitación, adsorción, intercambio iónico, y la dilución.

DESCRIPCIÓN DEL LUGAR

el sitio de estudio se encuentra en el centro-norte del estado de washington en la ladera este de las montañas cascada. por acuerdo con el propietario del sitio la ubicación no puede ser revelada. el clima es templado y semi-áridas; precipitación media anual es de aproximadamente 30 cm por año. el embalse de relaves, que es de aproximadamente 180 m de largo por 45 m de ancho por 5 m de profundidad y contiene aproximadamente 50.000 toneladas de relaves, se encuentra dentro de un estrecho, al norte-noroeste del valle de tendencias a una altura de 570m por encima de nivel medio del mar. el valle es una expresión topográfico de nor-oeste sorprendente falla norte de alta ángulo que consiste en una serie de segmentos discontinuos, ligeramente giradas. estos tipos de defectos generalmente exhiben una estructura abierta en comparación con los fallos de compresión y exhiben transmisividades localmente altas de agua subterránea. numerosos pequeños estanques y lagos están presentes a lo largo de la traza de la falla, y muchos de ellos, incluyendo un estanque en el extremo noroeste del embalse, pueden recibir la mayor parte de sus flujos de manantiales asociados a la falla.

DESCRIPCIÓN DEL LUGAR

el fondo del valle, que se inclina hacia el sureste de la presa de relaves, apoya espesa maleza y freatofitas en crecimiento y está cubierta de aproximadamente 30 cm de la vegetación en descomposición y en la estera del pie. en el eje del valle, esta alfombra está sustentada por 20 a 30 cm de oxidación de relaves, los cuales fueron depositados en 1952, cuando la presa de relaves abierta. dos pequeños embalses, que se refiere como el embalse de desbordamiento y el embalse de derrame (fig. 23.1), fueron construidos para contener los relaves derramados. los relaves derramados están sustentados en coluviales y la grava en corriente remanente (qal) con un espesor máximo de 10 m. el qal consiste en subredondeada de clastos redondeados hasta unos pocos centímetros de diámetro y compuesta por cuarzo, cuarcita, ácido a mediados de roca ácida intrusivo y metavolcánica, esquisto y esquisto. se observaron con frecuencia clorito y epidota. cementación calcita se observó en varios pozos excavados a mano situadas entre 50 y 300 m aguas abajo del embalse. la capa es aproximadamente de 10 cm de espesor y parece coincidir con las partes superiores de la franja capilar del agua subterránea.

METODOS.

INSTALACION DE MONITOREO DE POZOS

un sistema bien monitoreado ha sido instalado para probar las aguas subterráneas gradiente arriba en qal y la falla subyacente, relaves poroso con agua, el agua subterránea que fluye bajo el embalse en qal y gradiente abajo del agua subterránea del embalse, tanto en qal y la falla subyacente. las ubicaciones de los pozos se ilustran en la figura 23.1. si bien bkg y m1 a través de ms se anidan varios pozos de terminación que se componen de piezómetros de cloruro de polivinilo (pvc) con unos 50 cm de ranura de intervalo en la parte inferior. piezómetros menos bronceado 8 m de profundidad se tomaron muestras a través de un tubo de pvc dedicado con una bomba peristáltica; bombas de desplazamiento positivo se instalaron en bien mayor bronceado 8 m de profundidad. el número con guión después del número de la perforación de pozos en todo el texto y las tablas indica la profundidad finalización piezómetro en metros. base de la qal en lugares bkg, m1, m2, m3, m4, y m5 es 8,5, 4,0, 8,0, 8,0, 6,0 y 4,4 m. respectivamente.

figura 23.1 planificar mapa del sitio de embalses de relaves y monitorear bien.

piezómetros bkg -06, m1-2 y 3, y 06 m2 -04, -5 m3, m4 - 5, y m5 - 04 se completan en qal. con el fin de definir la geometría de los relaves, asigne los estratos subyacentes, y obtener muestras de la zona saturada, se instalaron siete piezómetros de terminación individuales y dos lisímetros. los lisímetros se concluyeron a 5 m de profundidad en lugares b1 y b2; siete piezómetros de pvc (p1 a p7) se completaron a profundidades de 5, 5.8, 9.3, 4.6, 5.4, 4.9 y 3 m, respectivamente. bien p2, p3, p4, p5 y p6 contienen agua durante todo el año, el nivel freático está por debajo así p1 durante las partes más secas del año, así p7 no contenía agua. bien p1 y p2 se completaron ligeramente por debajo de la base de las colas; p3 se completó en el cieno subyacente; p4, p5, p6, p7 y se terminaron dentro de los relaves.

la figura 23.2 es una vista en planta del embalse que ilustra las ubicaciones de p1 a p7. la vista en planta se proyecta verticalmente hacia abajo a un diagrama de la cerca que proporciona una visión tridimensional limitado de la capa orgánica y limo. incluye también una sección transversal (a-a ') del embalse a través de p2, p3, p5 y p6 que ilustra la tabla media anual del agua, así como la estratigrafía embalse.

CAMPO Y MEDICIONES DE LABORATORIO

los pozos de monitoreo finales se instalaron a mediados de octubre de 1987, y todos los pozos fueron desarrollados a finales de ese mes. después de un período de estabilización de 1 mes, se inició el muestreo. los datos también recogió a intervalos de aproximadamente 5 semanas desde 09 de diciembre 1987 a través de 18 de junio 1990. veintidós piezómetros y dos lisímetros eran susceptibles de muestreo.

protocolos de muestreo y de conservación simples fueron los de la epa (american water works association 1985), schuller et al .. (1981), y driscoll (1987). se obtuvo profundidades a nivel freático (+ó-2mm) y se convierten en las elevaciones, y al menos dos volúmenes de revestimiento de pozos de agua fueron purgados de cada piezómetro. . las muestras fueron presión, se filtró a través de un sistema de filtro apilados que consistía de un prefiltro de fibra de etilo para eliminar las partículas, un filtro de borosilicato 0.8 micras, y un filtro de borosilicato de 0,45 micras. para acoplado inductivamente análisis de plasma de argón de emisión (icp), se recogieron muestras en botellas de polietileno-ácido se lava y se acidificó con ácido nítrico concentrado a un ph de aproximadamente 1,5. adicional filtran pero las muestras no acidificadas fueron llevados al análisis de cloruros por cromatografía iónica (ic). temperatura (t), ph, oxígeno disuelto (do), la conductancia específica (ce), potencial redox (eh), y la alcalinidad (HCo3 ^ -) se midieron en el campo. cuando un suministro adecuado de agua subterránea podría obtenerse a partir de un piezómetro, todas las mediciones se tomaron a partir de una célula de flujo para obtener la mayor precisión; de lo contrario se utilizó un vaso de precipitados, y las mediciones se tomaron tan rápidamente como sea posible antes de las condiciones de equilibrio cambiaron significativamente.

figura 23.2 vista en planta del embalse principal y transversal del depósito de relaves.

• los modelos seleccionados para esta tarea fueron wateq4f (ball y nordstrom, 1991) y balance (parkhurst et al., 1982). wateq4f es un programa de distribución de las especies de equilibrio que utiliza el ph, eh o de oxígeno disuelto, temperatura, y las concentraciones de constituyentes disueltos para calcular si de los minerales que pueden existir en una solución dada.

• SI = log10 (iap / kps)

•  

• IAP = productos de la actividad total de iones

• Y

• KPS = solubilidad constante del producto.

MÉTODOS DE EVALUACIÓN DE DATOS

• todos los datos analíticos fueron sometidos inicialmente a la prueba de grubbs (taylor, 1990) para identificar y eliminar los datos de la periferia. se calcularon los medios aritméticos para los componentes individuales a las mediciones de campo en cada punto simple y utilizan para describir su variación gradiente abajo, así como para localizar la pluma de contaminantes. todo se supone que es en sulfato (SO4 ^ 2 +).

• para comprender los mecanismos de atenuación química, es necesario determinar qué minerales pueden precipitar o disolver. esto se logró mediante el uso de simulaciones por ordenador que predicen la tendencia de minerales para precipitar o disolver mediante el cálculo de sus índices de saturación (si). la validez de la serie mineral seleccionado a partir de tales simulaciones se puede posteriormente examinado por simulaciones de balance de masa del ordenador que identifican las combinaciones de disolución y la precipitación de los minerales que satisfacen los cambios en la concentración de los componentes disueltos en el agua subterránea entre dos puntos a lo largo de una línea de flujo.

TABLA 23.1 ELEMENTOS, MÉTODOS ANALÍTICOS, LÍMITES DE DETECCIÓN, Y LAS FUENTES PROBABLES ANALIZADOS

elemento simbolo

metodo analítico

limite de deteccion (mg/l)

Probable origen del mineral

         

aluminio Al ICP 0.01 Silicato

 

calcio Ca ICP 0.0002 silicato, carbonato

clorita Cl IC 2 inclusion, interstitial

cobre Cu ICP 0.01 Sulfuro 

fierro Fe ICP 0.01sulfuro, carbnato, silicato

potasio K ICP 0.1 Silicato 

magnesio Mg ICP 0.01 Silicato

manganeso Mn ICP 0.01

silicato, carbonato

sodio Na ICP 0.05 Silicato

plomo Pb ICP 0.05 Silicato

sulfuro S ICP 0.1 Silicato

silicio SiO2 ICP 0.01 Silicato

zinc Zn ICP 0.01 Sulfuro

después de la selección de las posibles fases que controlan en dos lugares diferentes a lo largo de la pluma de contaminación del paso de flujo se utilizó el balance programa para determinar qué conjunto de minerales (fases) para explicar los cambios del balance de masa de los disueltos constituyentes entre los dos puntos. saldo resuelve un conjunto de ecuaciones simultáneas que constan de definiciones numéricas de las composiciones de las fases minerales seleccionados; la cantidad de un componente en un mineral de disolución debe ser equilibrado apropiadamente por que en unos minerales precipitantes. fases pueden incluir jon de intercambio, y los electrones se conservan y se trata como un componente en las reacciones redox. el modelo también realiza los cálculos para situaciones eran aguas de dos composiciones distinguibles mezclan para formar una tercera, agua compuesto. el usuario puede limitar el modelo forzándolo para incluir ciertas fases en todos los modelos considerados, y el programa puede limitar una fase como de sólo disolver o precipitar-solamente. a menudo, las fases no se utilizan en la simulación, lo que indica que no puede ser un participante activo en el sistema, y la lista de precipitados y solutos potenciales pueden ser reducidos.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN.

FLUJOS DE AGUA SUBTERRÁNEA.

• el gradiente hidráulico medio dentro QAL (fig.23.3) indica que las aguas subterráneas en QAL potencialmente fluyan hacia el sureste desde BKG a través del embalse y el valle confinado. la elevación media de la tabla de agua dentro del embalse fue asignada arbitrariamente en la ubicación de la presa de la cola, porque la pendiente entre BKG-06 y la presa es casi plana.

• sin embargo, el gradiente medio (DH / DL) entre M1 Y M5 es de aproximadamente 0,03 m / m. dado este gradiente (DH / DL = -0.03 m / m) y las estimaciones para la conductividad grava corriente hidráulica (K = 10 -4 m / S) y la porosidad efectiva (NE = 0,35), la velocidad de filtración (vs) del agua subterránea se estimó en 9x10 -6 m / s o 0,8 m / día mediante el uso de la siguiente fórmula filtración (vs) del agua subterránea se estimó en 9x10 -6 m / s o 0,8 m / día mediante el uso de la siguiente fórmula.

VS = KDH / NE DL (FETTER, 1980)

aunque se observaron variaciones estacionales de la tabla de agua y los niveles potenciométricos para todos los piezómetros, las concentraciones de sólidos disueltos no varían en el tiempo. los niveles de agua tienden hacia un máximo durante mayo y alcanzan un mínimo entre finales de septiembre y diciembre. cabezas consistentemente más altos de profunda dentro del sistema de lecho de roca fracturada indican que el flujo de agua es potencialmente hacia arriba desde la roca madre en qal suprayacente.

HIDROQUÍMICA TENDENCIAS

• medio de parámetros químicos (PH, CE, EH, HCO3, SO42, , CA, CL, CU, FE, K, MG, MN, NA, PB, SI Y ZN) para el período de estudio se resumen en la tabla 23.2. valores que fueron menos de límite de detección se establecieron a valores iguales límite de detección para hallar gráficas.

• los valores indicados en el encabezado de columna colas en tabla 23.2 son medias aritméticas de los valores B1, B2, P4, P5 Y P6.

• porque la pluma de contaminantes se limitó a Qal, sólo se examinaron muestras del embalse de relaves y pozos en Qal pendientes de subida y gradiente abajo de la presa de relaves. sólo un piezómetro de cada nido así se supone que representan.

PERFIL DE ELEVACIÓN FREÁTICO EN QAL DE BKG_06 EN LADO IZQUIERDO DE LA GRÁFICA A TRAVÉS DEL EMBALSE (P1-P6),

M1-2, M4-05, Y M5-04 SIGNIFICAR.

 tabla 23.2 - valores medios de las características constitutivas de

muestras de agua subterránea (unidades son mg / l excepto como se indica; - indica ningún valor; * indica la terminación en QAL.

figura 23.5 - variabilidad de Mn, Na, Pb, So42, SiO2, y las concentraciones de Zn

alng la trayectoria de flujo.

tabla 23.3- balances iónicos, fuerzas iónicas y de si de simulaciones wateq4f. [indican mineral probablemente no va a

formar una fase dominante en las condiciones de la muestra; valores para los

minerales son índices de saturación; na indica fase no es aplicable]