Uploaded by Flavia Zanette

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Introducción
• La actividad minera aplica muchos procesos mecánicos,
físicos, químicos y eléctricos para extraer los minerales y
metales y sus subproductos a partir de la roca mineralizada.
Las operaciones mineras y metalúrgicas pueden generar
residuos sólidos, efluentes líquidos y emisiones gaseosas.
• Los efluentes líquidos muchas veces contienen metales
disueltos y sólidos en suspensión que no siempre cumplen
los estándares fijados por la autoridad ambiental.
• Se requiere conocer los fundamentos teóricos de cómo se
generan, así como los procesos de tratamiento de estos
efluentes con el objetivo de minimizar la contaminación de
los 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 convertido
en un recurso estratégico para la industria minera. En un contexto de creciente escasez y creciente demanda por otras
actividades, el suministro de agua se considera hoy en día
uno de los factores limitantes para el desarrollo de nuevos
proyectos mineros y para la expansión de los existentes.
• “Nuevas alternativas de suministro de agua, tales como la
toma de agua, la desalinización de agua de mar o el uso
directo de agua de mar representan estrategias desarrolladas
por la minería para afrontar la creciente escasez y
competencia por el recurso.
-----Jacques Wiertz, Technical Coordinator and Head Editor
I 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 proyectos
nuevos y existentes.
• “El uso eficiente de agua por las actividades mineras y
metalúrgicas es una preocupación principal en el diseño
y operación de todos los proyectos.
• “La optimización de la recuperación de agua de relaves y
un mejor control de pérdidas de agua por evaporación
son 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 mineros
son 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 Editor
I 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:
Carga + al lado del Hidrógeno, y carga - al
lado del Oxígeno.
+
H
--
O
105°
H
+
Esto hace que haya atracción entre
moléculas formando “Puentes de
Hidrógeno”, de lo que se derivan muchas
propiedades del agua.
Propiedades del Agua
El vapor de agua tiene alto contenido de energía y
es un medio efectivo para la transferencia de energía
El agua tiene más capacidad calorífica que otras
sustancias y al congelarse libera más calor.
El hielo tiene menor
densidad que el agua,
por eso en zonas
polares el agua de mar
se congela empezando
por la superficie.
3 estados del agua: S,L, G
Estructura del Agua en sus 3 estados
Estructura molecular
ordenada de agua
congelada
Estructura molecular
semiordenada
de agua líquida
Estructura molecular
al azar de vapor de agua
Tensión superficial es la cohesión entre moléculas
de agua en la superficie de un cuerpo de agua.
Agua tiene alta tensión superficial causada por débiles
fuerzas Van Der Waals entre moléculas de agua
debido 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 las
fuerzas intermoleculares.
Capilaridad del
La acción capilar es responsable del
agua comparada
con la del Hg
movimiento de agua subterránea de zonas
húmedas de suelo hacia áreas secas.
Alta tensión superficial hace que el agua suba dentro de
tubos capilares y circule en las plantas.
Propiedades térmicas de varios
compuestos:
Compuesto
H2O
Calor Específico
Punto de
Congelación °C
Punto de
Ebullición °C
Calor Latente
de Evap. Cal/g
1.0
0
100
540
-83
-62
132
H2S
Metanol
0.57
-98
65
263
Etanol
0.54
-117
79
204
Benceno
0.39
6
80
94
Propiedades del Agua
Cond.Esp.
.
• Conductividad eléctrica
se incrementa en forma
proporcional a la cantidad
de sales disueltas.
0
SDT
Electrolito: compuesto mineral que al
disolverse da lugar a átomos cargados de
electricidad (cationes). La solución es
conductora de la electricidad.
Conductividad eléctrica
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 eléctrica
SAL
Batería
Foco
Viscocidad: Es una medida de la fricción interna.
Disminuye al aumentar la temperatura.
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.
=
Na+
+
=
+
Cl-
Impurezas del Agua
Agua de mar: Aprox. 3 % sales disueltas
Agua de formación en pozos petroleros: 20-30 %
principalmente cloruros.
Las impurezas se mide en mg/l, o en ppm:
1 % = 10,000 ppm
Contaminante: 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 Agua
1. 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.
CICLO DEL OXIGENO
02
CO2
FOTOSINTESIS
EN ALGAS
02
ATMOSFERA
C02
RESPIRACION
BACTERIANA
O2 CO2
DISOLUCION
CO2
EN AGUA
02
RADIACIÓN SOLAR
FOTOSÍNTESIS
CO2 + H2O = (CH2O)n + O2
(CH2O)n + O2 = CO2 + H2O
RESPIRACIÓN
CALOR
CICLO DEL CARBONO
Prods. de
desecho y
muerte
Comp.
Org. C
Metabolismo
animal
Digestión
anaeróbica
CH4
Oxidación
Metabolismo
vegetal
C
Combust.
Incompleta
CO
Oxidación
(CH2O)n
CO2
HCO3-1,
CO3-2
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
12
O2
10
8
6
4
2
CO2
0
0
6 am
12 m
6 pm
12 pm
Impurezas del Agua
2. Componentes Insolubles
Clase 1: Sólidos:
– Flotantes
– Sedimentables
– En suspensión
Clase 2: Organismos Microbianos
– Algas
– Bacterias
– Hongos
– Virus
Distribución del Agua
75 % de superficie de la tierra: cubierta de agua.
94 % del agua en la tierra es salada
99 % del 6 %: en glaciares y aguas profundas
Sólo 0.06 % es utilizable por el hombre.
Usos:
Agricultura
Industria
Doméstico
69 %
23 %
8%
CICLO DEL AGUA
Nieve y
Hielo
Mov.Tierra adentro
de Nubes
Evapotranspiración
Agua
Superficial
Agua
Subsuperficial
Mar
Agua
Subterránea
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
(mm)
10
1
0.1
0.01
Material
Area
Tiempo
Superficial Sedimentación
Grava
3.14 cm2
0.3 s
Arena gruesa 31.4 cm2
3s
38 s
Arena fina
314 cm2
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 ácido
7
14
pH = 7 es neutro pH 0
pH > 7 es alcalino
Acido
Alcalino
Carbonato de sodio
Lejía
Serie Electromotriz
Clasificación de los cationes de acuerdo a su
reactividad
K
Sn
Un metal añadido a una solución de
Ca
otro metal ubicado después de él en
Pb
la tabla, lo desplazará, haciendo que
Na
H
precipite. Por ejemplo, al añadir fierro
Mg
Cu
a una solución de sulfato de cobre, se
Al
Hg
disuelve el fierro, apareciendo en su
Zn
Ag
lugar cobre metálico según la
Fe
siguiente reacción:
Au
Ni
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, el
agua de mar.
Ósmosis Natural o
Directa
Ósmosis Inversa
Presión
Solución
concentrada
Solución
concentrada
Agua
Membrana
semipermeable
Agua
Membrana
semipermeable
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)
1.0
E
F
E
0.5
C
T
O
RANGO DE
EXPOSICION
SEGURA
DEFICIENCIA
EXCESO:
TOXICIDAD
EXPOSICION
mg/l (agua) o mg/kg (suelos) o ug/kg peso (salud)
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
Cancerígeno
CN
0.07
Sistema nervioso y
tiroides
Cu
2.0
Sólo efectos gastrointestinales
Cr total
0.05
Dificultad en diferenciar Cr VI de Cr III
Contaminación: Causas y Efectos
La 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
acuática
La 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.
Contaminantes
Contaminantes 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 roedores
Compuestos Tóxicos: Aldrín, benceno, PCBs,
cloroformo, cloruro de vinilo, DDT, hidrocarburos,
fenol, y otros.
Contaminantes
Sales inorgánicas:
Tóxicas porque interfieren las funciones biológicas
al afectar la acción de las enzimas.
Arsénico
As
Antimonio Sb
Cadmio
Cd
Cobre
Cu
Cromo
Cr
Cianuro
CN
Mercurio
Hg
Níquel
Plata
Plomo
Selenio
Torio
Zinc
Ni
Ag
Pb
Se
Th
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
Evapotranspiración
DESHIELOS
LLUVIA
Desechos
CENTRAL
HIDROELECTRICA
RIOS
Agua
AGRICULTURA
GANADERIA
INDUSTRIAS
POBLADOS
Agua
MAR
ACUIFEROS
Usos del Agua
• Agua potable para uso doméstico
• Industria
• Agricultura
• Centrales hidroeléctricas
• Pesca y vida salvaje
• Recreación
usos.
Las aguas pueden ser impactadas por
descargas de contaminantes.
La Ley General de Aguas establece 6
diferentes clases de agua por sus
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
DEPOSITOS
POSIBLES IMPACTOS
1.Botadero de desmonte, • Erosión y descarga de sedimentos
residuos de lixiviación,
• Producción de soluciones ácidas
relave seco
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 minero
b. de áreas adyacentes al sitio
Objetivos 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 Aguas
DEPOSITOS
2. Canchas de relave
en pulpa
3. Pozas de aguas
residuales
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
• 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 Escorrentías
1. 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
Pila de
Mineral
Botadero de
desmonte
CANAL DE
DERIVACION
Pad de
Lixiviación
Concentradora
UBICACIÓN DE CANALES DE DERIVACION
Manejo de Escorrentías
3. 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 Almacenamiento
para contener aguas superficiales a ser
usadas en las operaciones mineras o para
su tratamiento antes de su descarga.
Balance de Agua
El 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 presa
Ap = Alimentación al proceso
Pp = Precipitación
Ev = Evaporación
Fs = Fujo de agua Subterránea If = Infiltración
Es = Escorrentía
De = Descarga
Rp = Retorno del proceso
Tb = 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?
Precipitación
Río A
Evaporación
LAGUNA
Filtración
Río B
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.
Conc. 25 % Cu, 15 %
H2O, R=85 %
Min. 8000 tms/d
PLANTA
2 % Cu, 2% H2O
CONCENTRADORA
Rel. 50% Sólidos
Drenaje Acido de Roca
.
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
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 espaciotemporales 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 ROCA
Principios 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:
Sulfuro
FeS2 + 3.5 O2 + H2O
FeSO4 + H2SO4
CuFeS2 + 4 O2
CuSO4 +FeSO4
• Neutralización:
H2SO4 + CaCO3
DAR
O2
CaSO4 + H2O + CO2
Agua
DRENAJE ACIDO DE ROCA
• 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
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
1.0
0.8 _
0.6 0.4 0.2 0
0
I
I
10
20
I
I
30
40
TEMPERATURA
EFECTO DEL PH EN LA VELOCIDAD DE OXIDACIÓN
QUÍMICA Y BIOLÓGICA DE PIRITA
1.0
0.8 _
0.6 0.4 0.2 0
0
I
I
I
I
I
1
2
3
4
5
PH
Preparación de lechada de cal:
CaO + H2O = Ca(OH)2
Ca(OH)2 = Ca2+ + 2OHReacciones 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
Aireación / Oxidación
El ion ferroso (Fe2+) al neutralizarse da hidróxido
ferroso, que es poco estable. Por eso, se aplica
aireación para oxidar el hierro a férrico que es la
forma más estable, según la reacción:
Fe(OH)2 + ½ H2O + ¼ O2 = Fe(OH)3
Los hidróxidos ferrosos no sedimentan como el
hidróxido férrico porque generan un lodo muy
viscoso.
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 TOXICOS
El 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 grandes
distancias.
Los impactos en la vida acuática pueden ir desde muerte
inmediata de peces a subletal, se afecta su crecimiento, su
habilidad de reproducción.
El problema de los metales se debe a que no se destruyen
en el ambiente. Se sedimentan en el fondo y persisten por
largo tiempo, constituyendo una fuente de contaminación por
largo tiempo para los insectos acuáticos y a los peces que
se alimentan de éstos.
CONTAMINACIÓN PERPETUA
El drenaje ácido de mina es peligroso porque continúa
indefinidamente causando daño largo tiempo después del fin
de la actividad minera.
Debido a la severidad de los impactos del DAM en la calidad
del 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 posiblemente
por cientos de años. Las predicciones sobre el éxito de dicho
manejo 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.
Control de la Contaminación...
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.
Control de la Contaminación...
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
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
13
14
Control de la contaminación
Tratamiento 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 Pasivos
Sistema
Dren calcáreo
anóxico (ALD)
Características
Lecho de caliza enterrado
Aumenta alcalinidad
El efluente se trata en wetland
aeróbico de flujo horizontal
Drenaje Tratado
Solución ácida neta
Fe3+ <1mg/l
Al3+ <1mg/l
.
Wetland aeróbico Pantano poco profundo o poza
de flujo horizontal de sedimentación.
.
Flujo horizontal de agua.
Wetland
Pantano poco profundo con
compuesto de
substrato orgánico
flujo horizontal
Dren inferior calcáreo
.
Flujo horizontal de agua en
ambas capas
Soluc. alcalina neta.
Oxidación de Fe2+
Hidrólisis Al3+, Fe3+
Solución Ligeram.
Ácida o alcalina
Aumenta alcalinidad
Elimina Al3+ y Fe3+
hidrólisis
MECANISMOS DE TRATAMIENTOS PASIVOS
Tratamiento Pasivo
DAM
pH = 1-4
Metales
disueltos
• 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 Tratada
pH =7 – 9
Metales disueltos =
Despreciable
• 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 sulfatoreductoras.
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.
Drenaje Anóxico Calcáreo
Sección Transversal
Superficie
vegetada
Membrana
impermeable
Suelo arcilloso
Caliza (90%
CaCO3)
Pantanos Aeróbicos
Mayormente son usados para aguas netamente
alcalinas, se favorece la infiltración de oxígeno, y
los metales precipitan como oxihidróxidos,
hidróxidos y carbonatos.
T
Biorreactores
Biorreactores
.
Esquema de un SAPS
Sistema productor de alcalinidad sucesiva
Agua
Celda SAPS
Materia
Orgánica Caliza
Aliviadero
Poza de
Sedimentación
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.
• 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.
Pantano Aerobio
15 – 45 cm
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
Humedal anaerobio
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 HCO3Me2+ + 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 ...
Sistema
Características
Reactores de flujo Capas superpuestas de agua,
vertical
orgánico + caliza, y caliza
Flujo de agua hacia abajo
Efluente se trata en wetland
aeróbico o poza de
sedimentación
Drenaje tratado
Soluc.ácida neta
Elimina O2 disuelto y
da alcalinidad
Fe se retiene en agua
Al se acumula en
caliza
Sistemas pasivos
combinados
Remoción sucesiva
de diferentes
contaminantes
Secuencia de algunos de los
sistemas anteriores
Tiene las ventajas de c/u
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 Mineras
Causa
Medidas
Contaminación -Reducción de caudal
por DAR
-Tratamiento del drenaje
• Disposición de relaves
Derrumbe y
-Control de seguridad,
deslizamiento
construcción y mantede relaves
nimiento.
Contaminación Reducción de caudal y
agua infiltrada
mejora de calidad de
agua infiltrada
Tratamiento de agua
infiltrada
Ejemplo
Taponeo de galería
Neutralización en
planta
Construcción de relavera de acuerdo a
normas nacionales
Construcción de
sistemas de drenaje,
recubrimiento de
suelo y vegetación.
Instalación de planta
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.
Debido al colapso de muchos sellos
húmedos, sellos hidráulicos
(herméticos) están siendo
construidos en muchas situaciones
de sello húmedo
. 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.
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
3. Cierre de aire
4. Mixto
Rebose
Tapón
Rebose
Tapón
Tratamiento del DAR
Neutralización 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
Fe3+
Cr3+
Cu2+
Zn2+
Fe2+
Pb2+
Mn2+
Cd2+
2.84
5.60
6.77
7.87
8.41
9.47
9.52
10.20
Agua Tratada *
10
0.5
3
5
10
0.1
10
0.1
* mg/l
DIAGRAMA DE FLUJO DEL
TRATAMIENTO DE AGUA DE MINA
Agua cruda
NEUTRALIZACION
.OXIDACION
Cal
Aire
Floculante
PRECIPITACION Y
NEUTRALIZACION
Agua
decantada
Precipitado
TRATAMIENTO DE
PRECIPITADO
Sedimentos
Río
Proceso HDS de Neutralización en Etapas
Agua ácida
Aire
Lechada
de cal
Polímero
CLARIFICADOR
pH 4
pH 7
Agua
tratada
pH 8.5
pH 9.5
Reciclaje de lodo
Descarga
de lodo
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.
MANEJO DE AGUA EN CONCENTRADORA
Mineral
Agua
Fresca
Relave
Concentrado
ESPESADOR
DEPOSITO
DE RELAVE
Agua
Reciclada
PLANTA
CONCENTRADORA
Tratamiento
de Efluente
Descarga
Efluente Tratado
PLANTA
CONC.
NH3 Fe(CN)3-2
SCN CNO
NH3 CO2 H2O
Oxidación del
Agua
radical libre
CO2
Reciclada
Rayos
HCN
UV
Volatilización
Relave
Volatilización
Biodegradación
Disociación
RIO
Filtración
Cu(CN)3-2
SCN NH3
Adsorción
Precipitación
Acomplejamiento
Agua
Subterránea
Lecho de Roca
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 Monitoreo
1. 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..)
MONITOREO EN
LABORES
SUBTERRÁNEAS
INFILTRACION
X
X
AGUA
SUBTERRÁNEA
X
X
MONITOREO EN TAJO ABIERTO
INFILTRACION
Descarga de X
Bombeo
X
X
X
MONITOREO EN
BOTADERO
DERRAME DE
LA SUPERFICIE
X
RESUMADERO
X
X
INFILTRACIÓN
CANAL COLECTOR
MONITOREO EN DEPÓSITO DE RELAVES
DERRAMES
RELAVE
X
X
DECANTACION
X
INFILTRACION
ESTACIONES DE MONITOREO
EN UNA UNIDAD MINERA
Tajo
Abierto
X
X
X
Mina
Subterránea
X
Botadero
X
X
Relave
X
X
X
Concentradora
X
X
X
X
Poblado
X
X
Análisis de la Calidad del Agua
1. Parámetros Inorgánicos
Parámetros 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 fosfato
Metales disueltos (en muestra filtrada): Pb, Cu, Zn, Fe,
Cd, As, Sb, Hg
Metales totales (en muestra no filtrada):Pb, Cu, Zn,
Fe, Cd, As, Sb, Hg
2. Parámetros Orgánicos
Petróleo, 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.metalúrgicas, 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 potencialmente 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
Neutralización
PNN = PN - PA
PRUEBAS DE EXTRACCION
Pruebas 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 BAB
PNN
Condición de la Roca
<0
Generador neto
-20 a +20 Posible generador
POTENCIALMENTE
GENERADOR
DE ACIDO
ZONA DE
INCERTIDUMBRE
Realidad
Teoría
Práctica
NO
GENERADOR
DE ACIDO
-20
0
+20
PNN (kgCaCO3 / T)
Interpretración de Pruebas BAB
PN/PA
Condición de la Roca .
>3
Consumidora de ácido
1-3
Incertidumbre
<1
Generador de ácido
1-2 (Relaves)
No generador
.
Potencial PN/PA
1:1
Generador
de ácido
Incertidumbre
PN/PA
3:1
No Generador
Potencial de Neutralización
DISTRIBUCIÓN DE VALORES DEL PNN CON
DIFERENTES TAMAÑOS DE COMPÓSITO
16
GENERADOR
DE ACIDO
NO GENERADOR DE ACIDO
Muestras compuestas muy grandes
Frecuencia
Muestras compuestas moderadas
8
Muestras pequeñas
discretas
0
- 40
-20
0
20
40
PNN (kg CaCO3/t)
60
ESTRATEGIA DE PREDICCIÓN DE DAR
Prueba Estática PNN = PN - PA
PNN -
PNN +
PN:PA <3
PNN +
PN:PA >3
Generador Potencial de Ácido
Pruebas Cinéticas a
Muestras Seleccionadas
Generador de Ácido
Adoptar Estrategia
adecuada de Manejo
de Desecho Ácido
No Generador
No Generador
de Ácido
Manejo de Material
como No Generador de
Ácido
PRUEBAS CINETICAS
OBJETIVOS
• 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 condiciones controladas o en la mina, con el fin de
confirmar el potencial para generar ácido, determinar 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
Tamaño de partícula: -5 mm
.Aire
Agua
Relave
Cedazo
Aire
Agua
10 cm
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
• .
45 a 60 cm
Diam.
Tamaño de partícula: -1/4 Diám.
Columna
Bomba
Tamaño de muestra: 10 a 50 kg
Objetivo: Predecir con mayor
precisión la calidad del agua de
drenaje en botaderos, pilas de
Paño de filtro lixiviación y paredes de canteras.
El lavado con agua se aproxima al
nivel de la precipitación para eliminar
el enjuague
Carga Contaminante
Perfiles típicos de cargas contaminantes
del agua de drenaje a través del Tiempo
c
b
a
a.
b.
c.
Tiempo
Lavado de productos fácilmente solubles
Lavado de DAR
Combinación
•Lixiviación en Columna
• Tamaño de partícula: ROM
• Tamaño de muestra: 1 t.
• Columnas de gran escala o lisímetros
2–10 m Diam.
se usan para simular el intemperismo
Desmonte o Relave
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
Paño de
semanal.
Filtro
• También se puede controlar el O2 y
CO2 disueltos o gaseosos.
Tubo al recipiente
• Análisis: pH, Eh, alcalinidas/acidez,
de solución
conductividad, Sulfatos, Metales
disueltos.
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, parcialmente 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
Gas
Alimentación
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.
Viento
O2
O2
Algas
Células
Agua
Servida
Nuevas
Sólidos
Sedimentables
Residuos
Orgánicos
CO2
NH3
PO4-3
Ác.Org.
Alcoholes
O2
Células
Muertas
Bacterias
H2S
NH3
PO4-3
CO2
H2S+2O2=H2SO4
Células
Células Muertas Nuevas
CO2 + NH3 + H2S + CH4
ESQUEMA DE LAGUNA FACULTATIVA
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.
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