Tratamiento de Aguas Acidas de Mina2

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERIacuteA QUIacuteMICA E INGENIERIacuteA METALUacuteRGICA

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIacuteA METALUacuteRGICA

SEMINARIO Nordm 02

PRESENTADO POR

AMACHI MELO ROSA CODIGO 080012

ARENAS FARFAN WILSON CODIGO 062733

HUARCA FLORES RENE WALTHER CODIGO 070382

DOCENTE

Mag Ing Pedro Camero Hermoza

TRATAMIENDO DE AGUAS ACIDAS DE MINA

TRATAMIENTO DE AGUAS ACIDAS DE MINA

INTRODUCCIOacuteN

iquestQueacute son las aguas aacutecidas

Son aguas que se producen como resultado de la oxidacioacuten quiacutemica y bioloacutegica de sulfuros metaacutelicos especialmente pirita o pirrotita que se pueden encontrar presentes o formando parte de botaderos relaves basuras municipales etc La oxidacioacuten se produce cuando las rocas conteniendo sulfuros son expuestas al aire y al agua

Los drenajes aacutecidos de minas subterraacuteneas y a cielo abierto son una de las principales fuentes de contaminacioacuten de las aguas superficiales y subterraacuteneas por consiguiente del medio ambiente

Este fenoacutemeno puede permanecer por mucho tiempo si no se toman medidas adecuadas como el tratamiento pasivo y activo cuyo fundamento son los procesos fiacutesico quiacutemico y bioloacutegico que tiene lugar en los fangos naturales en las que la reduccioacuten bacteriana de los sulfatos y la oxidacioacuten e hidroacutelisis catalizada por bacterias son las actividades maacutes importantes

Esta tecnologiacutea se investigoacute estudioacute e implementoacute en los Estados Unidos cuyos resultados han sido muy satisfactorios en lo que se refieren a la disminucioacuten de los metales disueltos el aumento del pH y la disminucioacuten de sulfatos

En el Peruacute se viene implementando como parte del Programa de Adecuacioacuten y Manejo Ambiental (PAMA) cuyo procedimiento tiene dos fases De laboratorio y la implementacioacuten en el terreno Los resultados han sido satisfactorios en la Mitigacioacuten del Drenaje Aacutecido de Mina (DAM)

TIPOS DE TRATAMIENTOS

Existen dos tipos de tratamientos

Tratamiento activo

Tratamiento pasivo

Tratamiento activo se entiende la aplicacioacuten de los meacutetodos ortodoxos de depuracioacuten de aguas residuales que generalmente incluyen

- el usa de reactivos sinteacuteticos (en este caso aacutelcalis y floculantes) - el usa de energiacutea eleacutectrica (para bombeo para la mezcla de reactivos con agua etc)- sedimentacioacuten intensificada (en un estanque o en una clarificadora)

Tratamiento pasivo (termino que no existiacutea antes del ano 1990 Cohen and Staub 1992) implica tratamiento en sistemas estaacuteticos (sin bombeo etc) que contienen materias naturales (abono piedra caliza etc) Los sistemas pasivos provocan la

mejora de la calidad del agua por reacciones biogeoquiacutemicas sin el usa de reactivos sinteacuteticos y sin la aplicacioacuten de energiacutea externa EI tratamiento pasivo fue desarrollado en los EE-UU (pej Cohen and Staub 1992 Hedin et a 1994) con motivo de tener estrategias sostenibles para el tratamiento de aguas de mina a largo plazo reconociendo que el drenaje contaminado de minas es un fenoacutemeno que suele durar siglos y hasta milenios (pej Younger 1997) Aparte de realizar un tratamiento de aguas contaminadas un sistema pasivo generalmente tiene valores antildeadidos en teacuterminos de ecologiacutea recreo etc

PRINCIPIOS DE TRATAMIENTO

Aunque los reactivos utilizados en sistemas pasivos son distintos de los que se usan en sistemas activos los principios de tratamiento en ambos tipos de sistema son bastante parecidos Se reconocen varios enfoques distintos para convertir metales en formas menos moacuteviles

(i) Precipitacioacuten de hidroacutexidos Casi todos los metales ecotoacutexicos son susceptibles de formar soacutelidos hidroacutexidos

(pej Fe (OH)3 Al(OH)3 Zn(OH)2 etc) Reacciones tiacutepicas de precipitacioacuten de hidroacutexidos son las siguientes

Fe3+ + H2O 1048774 Fe (OH)3 + 3 H+ (1)

Al3+ + H2O 1048774 Al (OH)3 + 3 H+ (2)

Se nota que ambas reacciones producen acidez por la liberacioacuten de tres protones (H+) para cada mol de metal hidrolizado Esta acidez precisa neutralizacioacuten en el proceso de tratamiento completo y generalmente esta demanda para agentes neutralizantes es mucho maacutes grande que la demanda ejercida par el pH ambiente del agua subterraacutenea en su punta de salida

Aunque la precipitacioacuten de hidroacutexidos se practica para remover los metales ecotoacutexicos en solucioacuten los hidroacutexidos mismos tienen propiedades muy favorables a la sorcioacuten de otros contaminantes Por ejemplo el proceso industrial para sacar arseacutenico de aguas es par coprecipitacioacuten con (y sorcioacuten en) Fe(OH)3 Entonces el tratamiento

total que se realiza por precipitacioacuten de hidroacutexidos tiene ventajas antildeadidas ademaacutes de los de la precipitacioacuten misma

(ii) Reduccioacuten bacteriana de sulfatos y precipitacioacuten de soacutelidos sulfuros

Aguas aacutecidas de mina contienen concentraciones muy altas de sulfato (S042-) Existen

varios geacuteneros de bacterias que catalizan la reduccioacuten de sulfatos a sulfuros Se puede escribir la reaccioacuten asiacute

S042- + CH2O + H+ 1048774 HS- + 2H2O + 2C02 (3)

Donde CH2O representa una fuente de carbona Una vez que existen iones de HS- en

solucioacuten los metales divalentes podriacutean reaccionar y precipitarse como minerales sulfurosos seguacuten

HS- + M2 -+ MS + H+ (4)

Donde M2+ representa Fe2+ Zn2+ Cd2+ etc Par el consumo de un protoacuten en la reaccioacuten (3) y su liberacioacuten en la reaccioacuten (4) se puede conjeturar que el proceso de reduccioacuten bacteriana de sulfatos no alteraraacute el pH del agua Sin embargo siempre se ve un aumento considerable de pH por medio de estas reacciones porque la cantidad

de S042- que se reduce es siempre mucho maacutes que la cantidad de MS que se

precipita Ademaacutes el CO2 liberado en (3) se convierte en HCO3- (una fuente importante de

alcalinidad) una vez que el pH sobrepasa 45 Es importante tener en cuenta que los minerales sulfurosos formados por estas reacciones son estables solamente en condiciones reducidas y por eso es maacutes aconsejable usar reduccioacuten bacteriana cuando se sabe que se mantendraacuten estas condiciones indefinidamente

TRATAMIENTO ACTIVO DE AGUAS AacuteCIDAS DE MINA

Precipitacioacuten de hidroacutexidos

Hasta la fecha la gran mayoriacutea de sistemas de tratamiento activo para aguas aacutecidas de mina estaacuten basados en la precipitacioacuten de hidroacutexidos Esta precipitacioacuten se realiza en un proceso de tres pasos

- oxidacioacuten (para convertir Fe2+ en Fe3+) - dosis con aacutelcalis (especialmente Ca(OH)2 pero tambieacuten con Na(OH)2 NaHCO3 y

otras sustancias) - sedimentacioacuten

Cada paso en este proceso ofrece una oportunidad para la intensificacioacuten por la cual se puede mejorar la eficiencia del proceso en su totalidad (Younger et a 2002) Por ejemplo

(i) La oxidacioacuten se realiza tradicionalmente por una cascada de aireacioacuten Sin embargo en circunstancias apropiadas el proceso de oxidacioacuten puede intensificarse por la aplicacioacuten de otros enfoques mecaacutenicos (pej un aparato Venturi Ackman 2000) o por el usa de reactivos quiacutemicos (especial mente peroacutexido de hidroacutegeno (H2O2))

(ii) En cuanto al proceso de dosis con aacutelcalis cada reactivo tiene sus propias ventajas e inconvenientes Generalmente el reactivo maacutes econoacutemico es la cal apagada (Ca(OH)2) Sin embargo donde se precisa precipitar altas concentraciones de Mn Zn

yo Cd la sosa caacuteustica suele resultar maacutes barata todaviacutea Donde el espacio disponible para una planta de tratamiento es muy pequentildeo se puede usar amoniacuteaco (en forma de gas)

(iii) El paso de la sedimentacioacuten frecuentemente ofrece las oportunidades maacutes importantes para intensificacioacuten del proceso de tratamiento en su totalidad Eso es porque el proceso de sedimentacioacuten gobierna la densidad del lodo de hidroacutexidos producido que a su vez controla el volumen de residuos que se precisa recoger La sedimentacioacuten en un estanque sencillo suele dar lodos con un contenido en soacutelidos de 5 (en peso) o menos Con otros enfoques se puede aumentar este contenido en soacutelidos hasta un 40 Un enfoque sencillo pero muy exitoso es el proceso HDS (high-density sludge) En este proceso (Figura 2) se bombea un porcentaje (~ 80) del lodo final del estanque de sedimentacioacuten hasta el punta de arranque de la planta Las partiacuteculas de lodo presentan nuacutecleos para la precipitacioacuten de nuevos hidroacutexidos y obtenemos una precipitacioacuten final de lodo con un 20 de soacutelidos en peso La densidad puede aumentarse maacutes por aplicacioacuten de filtros prensas etc

La optimizacioacuten de la densidad y estabilidad de lodos fue el motivo para el desarrollo de una nueva variedad de precipitacioacuten de hidroacutexidos en la que la reaccioacuten es controlada y cada partiacutecula de hidroacutexido de hierro es abrigada por una capa de siacutelice Tras ensayos a escala piloto este meacutetodo esta ya en marcha a escala real en Venn Quarry (una mina a cielo abierto para agregados en Devon Inglaterra que tiene un problema de drenaje aacutecido) aunque no se ha perfeccionado esta aplicacioacuten todaviacutea (Dr C Nicholas comunicacioacuten personal 2002)

Reduccioacuten bacteriana de sulfatos (RBS) Los principios de la reduccioacuten bacteriana de sulfatos y la precipitacioacuten de los

metales blancos en la forma de sulfuros se presentoacute brevemente en Seccioacuten 2 (ii) Hasta la fecha no se han vista aplicaciones de esta tecnologiacutea a escala real para aguas de minas (La uacutenica aplicacioacuten a escala real ha sido para un ingenio de zinc en Holanda) Sin embargo se han vista aplicaciones exitosas a escala piloto (en la mina Wheal Jane UK par ejemplo) y de estas pruebas es claro que los procesos de RBS ocupan un nicho importante en dos circunstancias comunes - donde la desalinizacioacuten de las aguas es imprescindible - donde existen aguas altamente contaminadas por metales valiosos (tales como Cu Zn) para que por varios procesos activos de RBS brinden posibilidades de recuperacioacuten de estos metales como materias primas

Entre las posibles acciones de los procesos activos de RBS hay dos muy notables

(i) En el propio proceso THIOPAQreg (marca registrada de la empresa Paques Bio-Systems BV Holanda) se usan mezclas de los gases H2 y CO2 yo etanol como una

fuente de arbona para las bacterias EI proceso saca tanto metales como sulfato de las aguas de mina dejando concentraciones residuales muy bajas THIOPAQ obtiene lodos con bajo contenido en carbono y alta concentracioacuten de sulfuros que en circunstancias aptas suelen proporcionar beneficios econoacutemicos en mineriacutea de metales de baja ley Por un paso secundario de oxidacioacuten es tambieacuten posible obtener

So una mercanciacutea tambieacuten rentable

(ii) El proceso ASPAM es un ejemplo impresionante de varias tecnologiacuteas Sudafricanas que se conocen como biodesalinizacioacuten El concepto de ASPAM (Rose et a 1998) es la utilizacioacuten de una fuente residual de carbono (de la industria de cuero yo de aguas residuales urbanas) para estimular la RBS en aguas aacutecidas de mina (que se mezclan con la fuente de carbona en grandes estanques) ASPAM realiza el tratamiento simultaacuteneo de dos fuentes de residuos sin utilizar reactivos costosos Tambieacuten el proceso ASPAM controla la re-oxidacioacuten de sulfuros disueltos

para recuperar el azufre en la forma rentable de So

TRATAMIENTO PASIVO DE AGUAS AacuteCIDAS DE MINA

Consideraciones generales EI tratamiento pasivo para aguas de mina ha evolucionado desde hace 15

antildeos inicialmente en los Estados Unidos (Cohen amp Staub 1992 Hedin et a 1994) Los meacutetodos aplicables para aguas alcalinas de mina (es decir aguas contaminadas solamente par Fe y Mn) son ya bien desarrollados y consisten en el usa de humedales aeroacutebicos (carrizales) Existen muchos ejemplos de la mala aplicacioacuten de humedales aeroacutebicos para aguas aacutecidas de minas (pej Bannister 1997) Humedales aeroacutebicos son inapropiados para el tratamiento de aguas auacuten aacutecidas porque los procesos estimulados en humedales aeroacutebicos resultan en la hidroacutelisis del hierro un proceso que libera acido protoacutenico (ecuacioacuten (1)) Sin embargo una vez que se ha corregido la acidez de una agua de mina par otro tipo de sistema pasivo se puede usar un humedal aeroacutebico como paso final para remover los uacuteltimos mgl de hierro

Tambieacuten tecnologiacuteas pasivas para otras variedades de aguas de mina estaacuten ya experimentando avances raacutepidos en el contexto del proyecto de investigacioacuten

PIRAMID (Comisioacuten Europea 50 Programa Marco) PIRAMID comprende avances en las tecnologiacuteas que se discuten en los paacuterrafos siguientes pero tambieacuten para el tratamiento pasivo de aguas contaminadas par arseacutenico cianuros y radionucleidos Para una discusioacuten amplia de todas las variaciones actuales de tecnologiacutea pasiva para

aguas de mina en general se debe consultar Younger et al (2002) Enseguida consideramos los principales meacutetodos actuales para el tratamiento pasivo de aguas aacutecidas de mina La Figura 3 presenta la loacutegica seleccioacuten entre las variables opciones

Tecnologiacuteas con minerales carbonatos

Un enfoque obvio para el tratamiento pasivo de aguas aacutecidas pretende imitar lo que ocurre en la naturaleza y neutralizar aguas aacutecidas por disolucioacuten de minerales carbonatados EI mineral carbonatado maacutes uacutetil en el tratamiento pasivo es la calcita (CaC03) que se disuelve mucho maacutes raacutepidamente que dolomiacutea (CaMg(C03)2) En los

EEUU usa de caliza en sistemas de tratamiento pasivo se inicioacute por la construccioacuten de drenes anoacutexicos de caliza (anoxic limestone drains ALDs) Es importante notar que un ALD nunca debe ser considerado como un sistema de tratamiento completo en siacute mismo maacutes bien siempre se sigue un ALD por un estanque de sedimentacioacuten y luego un humedal aeroacutebico Por eso algunas autoridades consideran ALD como una tecnologiacutea de pre-tratamiento

La aplicabilidad de ALD es limitada debido a que el agua que precisa

tratamiento debe tener menos de 1 mgl de Fe3+ Al3+ y oxiacutegeno disuelto Si una ALD recibe aguas con altas concentraciones de estos componentes los poros del dren se colmatan con hidroacutexidos de AlFe producieacutendose (despueacutes de unos meses) el fracaso total del sistema Aunque se han vista unas aplicaciones de ALD a escala piloto en Europa (ej Ulrich 1999 Hamilton et al 1999) la ausencia completa de ALD entre los 30 sistemas pasivos en el Reino Unido (todaviacutea el paiacutes en la vanguardia de la aplicacioacuten de tratamientos pasivos de aguas de minas en Europa) sugiere que existen pocas aguas adecuadas para la aplicacioacuten de ALD a escala real La aplicacioacuten maacutes grande de una ALD en Europa hasta la fecha fue en el sistema pasivo experimental en la mina de Wheal Jane (Hamilton et al 1999) En aquel sitio la ALD fue colmatada con hidroacutexidos de aluminio hasta que el flujo de agua por el dren terminoacute tras seis meses de utilizacioacuten Para sobrepasar esta limitacioacuten a la aplicabilidad de disolucioacuten de calcita es posible combinar reduccioacuten bacteriana de sulfatos con alga de la tecnologiacutea de ALD Esta resulta en sistemas del tipo RAPS

Tecnologiacuteas pasivas que aprovechan reduccioacuten bacteriana de sulfatos

Como se vio anteriormente el proceso de reduccioacuten bacteriana de sulfatos brinda la posibilidad de combatir acidez reducir la alcalinidad de los bicarbonatos disueltos y remover metales del agua mediante la precipitacioacuten de sulfuros La aplicacioacuten de este proceso en sistemas pasivos se realiza por tres sistemas diferentes (Younger et al 2002)

- Humedales de abono (compost wetlands) (Figura 4) es decir humedales con sustratos espesos de abono en los que se mantienen condiciones anaeroacutebicas que promocionan reduccioacuten bacteriana de sulfatos - Sistemas de flujo subterraacuteneo con reduccioacuten bacteriana de sulfato (SFB) entre los que estaacuten comprendidos barreras reactivas permeables para aguas subterraacuteneas (permeable reactive barriers PRBs Figura 5) y otros sistemas parecidos que se apliquen para descargas superficiales de aguas acidas (Figura 6) - Sistemas reductores y productores de alcalinidad (reducing and alkalinity-producing systems RAPS Figura 7) (previamente llamado como SAPS (sistemas sucesivos de produccioacuten de alcalinidad) Kepler amp McCleary 1994) Un RAPS tiacutepico consta de una capa de abono (ge 05m) encima de una capa (tambieacuten ge 05m) de gravas de caliza El flujo se dirige verticalmente por el abono y luego por

la capa de aacuteridos de caliza La disclucioacuten de calcita sigue sin los problemas de colmatacioacuten que afectan a las ALD porque las condiciones reductoras producidas par

el abono aseguran que el hierro esta presente en la forma ferrosa (Fe2+) en la que no puede precipitar hidroacutexidos en las superficies de las piedras de caliza bajo las condiciones ambientes de pH

Cada tipo de sistema tiene sus propias ventajas e inconvenientes En general los RAPS son preferibles para la mayoriacutea de los casos Sin embargo la implementacioacuten de RAPS precisa la disponibilidad de una altura de caiacuteda del agua en

el sitio mayor de 15m (Kepler amp McCleary 1994) En lugares donde no se posee tal desnivel se puede utilizar un humedal de abono (aunque se precisa un aacuterea entre 3 o 4 veces maacutes grande que la de un RAPS para abastecer el mismo nivel de depuracioacuten Jarvis amp Younger 1999) Ni RAPS ni humedales de abono resultan ser una rebaja apreciable en la salinidad de aguas de mina Donde la desalinizacioacuten es imprescindible un SFB es la opcioacuten maacutes adecuada (Cohen amp Staub 1992) No obstante la aplicacioacuten de un SFB para una descarga de aguas de mina en la superficie demanda una gran altura de caiacuteda (de varios metros para superar la permeabilidad baja del abono) y un volumen total muy grande (para asegurar un tiempo de retencioacuten del agua superior a las 40 horas) Los PRB son un ejemplar del tipo SFB que se implementan sola mente dentro de acuiacuteferos contaminados (Figura 5 Benner et a 1997)

En todos casas (con la uacutenica excepcioacuten de las PRB para la que es imposible) se recomienda que a la unidad de reduccioacuten bacteriana siga un paso de oxidacioacuten (preferiblemente incluyendo un humedal aeroacutebico) para re-oxigenar el agua y sacar los restos de hierro etc antes de su descarga final al riacuteo

Ya se han vista aplicaciones de todos estos tipos de sistemas en Europa particularmente en Gran Bretantildea y Espantildea Par ejemplo - Humedales de abono (compost wetlands) se han implementado en el Reino Unido (Younger et a 1997 Ordoacutentildeez et al 1998 Jarvis and Younger 1999 Heal and Salt 1999) y Esparia (Ordoacutentildeez Alonso 1999) - Barreras reactivas permeables se han instaurado en Espantildea (Alcolea et al 2001) e Inglaterra (Amos amp Younger en prensa) - Ejemplares de RAPS existen ya en Gales (Younger 1998) Inglaterra (2002) y Galicia Espantildea (Laine 1998)

El proyecto PIRAMID pretende fomentar el uso maacutes extendido de las tecnologiacuteas pasivas por todos los paiacuteses Europeos que tienen problemas con aguas de minas

CONCLUSIONES La correccioacuten de aguas aacutecidas de mina puede realizarse par dos tipos de

tratamiento - Tratamiento activo especial mente por precipitacioacuten de hidroacutexidos pero tambieacuten par meacutetodos que aprovechan reduccioacuten bacteriana de sulfatos Quizaacutes el reto maacutes importante es la evolucioacuten de meacutetodos baratos para desalinizar las aguas - Tratamiento pasivo sobre todo par sistemas basados en reduccioacuten bacteriana de sulfatos con una contribucioacuten importante tambieacuten de disolucioacuten de calcita

TRATAMIENTO DE AGUAS ACIDAS DE MINA

INTRODUCCIOacuteN

iquestQueacute son las aguas aacutecidas

Son aguas que se producen como resultado de la oxidacioacuten quiacutemica y bioloacutegica de sulfuros metaacutelicos especialmente pirita o pirrotita que se pueden encontrar presentes o formando parte de botaderos relaves basuras municipales etc La oxidacioacuten se produce cuando las rocas conteniendo sulfuros son expuestas al aire y al agua

Los drenajes aacutecidos de minas subterraacuteneas y a cielo abierto son una de las principales fuentes de contaminacioacuten de las aguas superficiales y subterraacuteneas por consiguiente del medio ambiente

Este fenoacutemeno puede permanecer por mucho tiempo si no se toman medidas adecuadas como el tratamiento pasivo y activo cuyo fundamento son los procesos fiacutesico quiacutemico y bioloacutegico que tiene lugar en los fangos naturales en las que la reduccioacuten bacteriana de los sulfatos y la oxidacioacuten e hidroacutelisis catalizada por bacterias son las actividades maacutes importantes

Esta tecnologiacutea se investigoacute estudioacute e implementoacute en los Estados Unidos cuyos resultados han sido muy satisfactorios en lo que se refieren a la disminucioacuten de los metales disueltos el aumento del pH y la disminucioacuten de sulfatos

En el Peruacute se viene implementando como parte del Programa de Adecuacioacuten y Manejo Ambiental (PAMA) cuyo procedimiento tiene dos fases De laboratorio y la implementacioacuten en el terreno Los resultados han sido satisfactorios en la Mitigacioacuten del Drenaje Aacutecido de Mina (DAM)

TIPOS DE TRATAMIENTOS

Existen dos tipos de tratamientos

Tratamiento activo

Tratamiento pasivo

Tratamiento activo se entiende la aplicacioacuten de los meacutetodos ortodoxos de depuracioacuten de aguas residuales que generalmente incluyen

- el usa de reactivos sinteacuteticos (en este caso aacutelcalis y floculantes) - el usa de energiacutea eleacutectrica (para bombeo para la mezcla de reactivos con agua etc)- sedimentacioacuten intensificada (en un estanque o en una clarificadora)

Tratamiento pasivo (termino que no existiacutea antes del ano 1990 Cohen and Staub 1992) implica tratamiento en sistemas estaacuteticos (sin bombeo etc) que contienen materias naturales (abono piedra caliza etc) Los sistemas pasivos provocan la






Fe3+ + H2O 1048774 Fe (OH)3 + 3 H+ (1)

Al3+ + H2O 1048774 Al (OH)3 + 3 H+ (2)







S042- + CH2O + H+ 1048774 HS- + 2H2O + 2C02 (3)



HS- + M2 -+ MS + H+ (4)




















































Fe3+ + H2O 1048774 Fe (OH)3 + 3 H+ (1)

Al3+ + H2O 1048774 Al (OH)3 + 3 H+ (2)







S042- + CH2O + H+ 1048774 HS- + 2H2O + 2C02 (3)



HS- + M2 -+ MS + H+ (4)















































Tratamiento de Aguas Acidas de Mina2

Documents

Transcript of Tratamiento de Aguas Acidas de Mina2