71597 Materialdeestudio Parti

1

TRATAMIENTO DE EFLUENTES MINERO-METALURGICOS Dr. CRISTIAN VARGAS R. Consultor INTERCADE

2

TRATAMIENTO DE MINERALES SOLUBLES

Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade

INTERCADE CONSULTANCY & TRAINING

www.intercade.org [email protected]

2 3

INDICE 1.- INTROD INTRODUCC UCCION ION 2.2.- TRAT TRATAM AMIE IENT NTO O DE MINE MINERA RALES LES SOLU SOLUBLE BLES S


4

1. INTRODUCCION




3 5

LOS MATERIALES METALICOS GENERALIDADES  Son aquellos que están compuestos básicamente por uno o más metales. También pueden contener otros . • Los Los materia riales metálicos cuyo cuyo compon component ente e princi principa pall es el hierr ierro o son son lla llamad mados materiales férricos. Son ejemplos de estos el hierro y el acero. • Los Los mate materi rial ales es metá metálilico coss obtenidos a partir de otros metales so son llamados mate materi rial ales es no férr férric icos os.

Hierro

Acero

Zinc

Cobre


6

MINERALES Y MET METALES ALES Los metales no suelen aparecer puros, sino combinados con otros elementos y formando minerales: La Minería se encarga de extraer minerales metálicos o menas. La Metalurgia Tra Trata ta de los los meta metale less elab elabor orad ados os y sus sus propiedades. proces eso o para para obte obtene ner r Calcinación y tostación: Es un proc metales libres o puros calentando las menas en hornos y elimin eliminand ando o los óxidos óxidos ue se roduce roducen. n. proces eso o para para obte obtene nerr meta metale less libr libres es Electrolisis: Es un proc fund fundie iend ndo o el mine mineral ral,, intro introdu duci cien endo do en la fund fundic ició ión n dos electr electrodo odoss y hacien haciendo do circul circular ar una corrie corriente nte eléctr eléctrica ica de modo que el metal puro se deposita en un electrodo. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



4 7

METALURGIA EXTRACTIVA Es la ciencia y tecnología de extracción de los metales de sus fuentes naturales o de los materiales de reciclado y su preparación para usos prácticos.

MINERAL Es una sustancia natural, inorgánica y homogénea de composición química determinada. Se llama MENA a una asociación de minerales a partir de la cual se obtienen uno o más metales de forma por las impurezas. El tanto por ciento del contenido en mena de un mineral se conoce como LEY DE MINERAL. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade

8

METALURGIA: Estudio

general

de

los

metales.

METALURGIA EXTRACTIVA: Obtención comercial de metales a partir de sus menas y preparación de los metales para su uso.

ETAPAS:  Extracción

de la mena.

 Pretratamiento  Reducción

de menas.

a metales

libres.  Afino

o purificación.




5 9

CLASIFICACION DE LAS MENAS METALICAS TIPOS DE COMBINACION

EJEMPLO

Metales nativos

Au, Grupo Pt

Sulfuros

Calcopirita CuFeS2 Calcosina Cu2S Esfalerita ZnS Galena PbS Pirita de hierro FeS 2 Cinabrio HgS Molibdenita MoS2 Estibina Sb2S3

Oxidos

Ma netita Fe O Hematites Fe2O3 Ilmenita FeTiO3 Bauxita Al2O3 Casiterita SnO2 Periclasa MgO Cuarzo SiO2

OBSERVACIONES

También Ag, Bi, Hg y Cu aunque de .

Menas tí icas de Fe Al Ti Cr Mn Sn W Si Nb, Ta, U, Th, Lantanidos.


10

CLASIFICACION DE LAS MENAS METALICAS Haluros

Alcalinos y alcalinoterreros de de pósitos salinos y aguas marinas. Sal gema NaCl; silvinita KCl canalita KCl. MgCl2 fluorita CaF2; AlF3. 3NaF

Importancia en la metalurgia del magnesio.

Oxisales

Silicatos Berilio Be3 Al2Si6O18; Zircón ZrSiO4 Caolinita Al2(SiO8)(OH)4 Espodumen LiAl(SiO2)2

Metalurgias del Be, Li, Zr y Lantánidos.

Fosfatos Monacita CePO4 Autunita Ca(UO2)2(PO4)2

Metalurgias del U y lantánidos.

Carbonatos Siderita FeCO3; Cerusita PbCO3 Smithsonita ZnCO3; Malaquita Cu2(CO3)(OH)2 Dolomita MgCO3.CaCO3; Caliza CaCO3 Magnesita MgCO3 Sulfatos Yeso CaSO4.2H2O; Epsomita MgSO4.7H2O Barita BaSO4; Anglesita PbSO4




6 11

PROPIEDADES FISICAS DE LOS MINERALES 

Dureza



Peso Específico



Fusibilidad



Fractura



Exfoliación



Tenacidad



Color



Brillo



Transparencia

Exfoliable Quebradizo Dúctil Maleable Flexible e inelástico Flexible y elástico

Escala Mohs 1. Talco . 3. Calcita 4. Fluorita 5. Apatita 6. Feldespato 7. Cuarzo 8. Topacio 9. Corindón 10. Diamante


12

LOS MATERIALES METALICOS PROPIEDADES  Los

materiales metálicos:  Conducen bien el calor y la electricidad.  Su aspecto presenta un cierto brillo.  A temperatura ambiente suelen ser sólidos, excepto el mercurio .  Funden a la temperatura que llamamos punto de fusión. . , y el cobre.

Conductores Se funden

Mercurio

Oro nativo

Plata nativa

Cobre




7 13

LOS MATERIALES METALICOS Aleaciones  Una aleación es un material metálico que se obtiene al mezclar y fundida y dejar que solidifique una mezcla de un metal con otros materiales casi siem re otros metales.  El producto resultante tiene características metálicas y alguna propiedad que no tenían los componentes por separado.  El latón, por ejemplo, es una mezcla de cobre y cinc y resulta más duro y con resistencia eléctrica.

Aleaciones

Latón


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LAS PROPIEDADES QUIMICAS Son aquellas propiedades que dependen de la capacidad del mineral de reaccionar químicamente con las otras sustancias. el ácido clorhídrico. - Solubilidad en agua. Los minerales solubles pueden presentar gusto y olor. Por ejemplo la halita es salada, la silvina es salada y picante, la epsomita es amarga, etc. - La efervescencia con el ácido clorhídrico (HCl). Es la capacidad del mineral de reaccionar con este ácido y desprender burbujas de dióxido de carbono (*CO2). Esta reacción resulta muy útil para identificar la *calcita y la *aragonita, que son los minerales básicos de las rocas calcáreas. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



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PROPIEDADES QUIMICAS DE LOS METALES Es característico de los metales tener valencias positivas en la mayoría de sus compuestos. Esto significa que tienden a ceder electrones a los átomos con los que se enlazan. También tienden a formar óxidos básicos. Por el contrario, elementos no metálicos como el nitrógeno, azufre y cloro tienen valencias negativas en la mayoría de sus compuestos, y tienden a adquirir electrones y a formar óxidos ácidos. Los metales tienen energía de ionización baja: reaccionan con facilidad perdiendo electrones para formar iones positivos o cationes. De este modo, los metales forman sales como cloruros, sulfuros y carbonatos, actuando como agentes reductores (donantes de electrones). ¿Cómo reaccionan los metales con él oxigeno, con el agua y con el ácido clorhídrico? Algunos metales como el sodio y el potasio al entrar en contacto con él oxigeno comienzan a desintegrarse y con el agua y ácido clorhídrico reaccionan violentamente, algunos otros como el cobre al estar en contacto con él oxigeno y con el agua se pueden oxidar. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade

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LA SOLUBILIDAD QUIMICA DE ORO Y COBRE La química ácuea del oro es esencialmente eso de iones complejos desde los iones Au+1 y Au+3 son inestables en el agua debido a sus potenciales de la oxidación altos. - o un exceso e gen es e comp ex n como 2 3 - o compe os solubles del tipo [Au(S2O3)] [Au(CN)2] y [AuCl2] qué da oro muy móvil en la solución. Algunos complejos húmicos tienen la misma facilidad. La acidez (pH) de agua tiene un parte importante en la solubilidad de los complejos de oro. El oro, plata y cobre son elementos del grupo IB de la tabla periódica, dichos metales es maleable. De color amarillo, blanco y rojo respectivamente. Los estados de oxidación que han sido estudiados van del +1 a +3. Todos son solubles en soluciones ácidas oxidantes, básicas com le as sales oxidantes, forman complejos con todas las soluciones oxidantes. La solubilidad de dichos elementos es altamente influenciadas por las reacciones redox. M + H

n+

+

1 4

O2

→ M

n+

+

1 2

H 2O

Donde M representa a los elementos metálicos: oro, plata o cobre. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



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TABLA. PROPIEDADES DE LOS METALES DEL GRUPO IB Propiedades N mero at mico Configuración electrónica exterior Peso atómico Densidad sólido 20 (C, g/cm³ Volumen atómico sólido, m³

Solubilidad A ua re ia Acidos comunes Alcalis Cianuros Sales oxidantes

ORO

PLATA

COBRE

79 5d106s1 197,2 19,3 10,22

47 4d105s1 107,88 10,5 10,27

29 3d104s1 63,54 9,92 7,12

soluble insoluble insoluble soluble soluble

li ero soluble ligero soluble soluble

soluble soluble ligero soluble soluble


18

MINERALES OXIDADOS Y SULFURADOS DE COBRE MINA

Minerales de cobre (0,3-3 % Cu)

Cobre oxidado

20 %

Cobre sulfurado

80%




10 19 PYROMETALLURGICAL PROCESSING

Mining

To Flotation

Sulfuric Acid

Size Reduction

Dust and Fine particles

Flotation

Tailings Reservoir

Multiple Hearth Roasting

To Acid Production

Gas Cleaning

HYDROMETALLURGICAL PROCESSING To Leaching Leaching Operations

Separation

Precipitation

Stripping

Decanting

0.1 – 0.7% Cu

Primary Smelting Furnace

Electro winning

Drying

Slag Waste

Copper Cathode

Converters Flue gas dust, acid plant sludge

Blister Copper

Te

Se

RECOVERY OPPORTUNITIES

Electrolytic Refining

Slimes

Au

KEY

Ano de Refin ing Furnaces

Recovery of Lead, Gold

Ag

Cement Copper

< 0.8% Cu

Pt

Pd

Refined Copper

COPPER MINING OPERATIONS AND BY-PRODUCT REOVERY OPPORTUNITIES.


20

TRATAMIENTO QUIMICO DIVISION DE LA METALURGIA EXTRACTIVA VIA SECA O PIROMETALURGIA

- Cianuración - Tostación Oxidación Sulfatante Clorurante  Aglomerante Otras - Fusión Reductora Ultrareductora Neutra Oxidante - Volatilización Reductora Oxidante De haluros De carbonilos - Electrólisis - Metalotermia

VIA HUMEDA O HIDROMETALURGIA

- Lixiviación  Acida. Básica. Neutra. - Purficación y/o concentración Métodos químicos convencionales. Cementación. Resinas de intercambio de ión. Extracción con disolventes. - Precipitación Electrólisis. Cementación. Métodos Químicos.




11 21

ORO Y PLATA El Oro al igual que la Plata, es encontrado algunas veces en estado de pureza. Se extrae de las siguientes fuentes: en las vetas de Oro, generalmente acompañado de cuarzo; el Oro , manufacturadas, como la del Cobre, Estaño y Zinc. El Oro está enlazado genéticamente con las intrusiones ácidas, el más característico es el de origen hidrotermal en los filones cuarcíferos, donde va acompañado de la Pirita, la Arsenopirita, la Galena, las menas grises, la Calcopirita, la bismutina, los telúridos. Además, el Oro se encuentra en las menas de los yacimientos de polimetales, Cobre, metales raros, Uranio y otras, de las cuales se extrae simultáneamente. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade

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Cristales de oro puro

Oro natural

Pepita de oro puro




12 23

MINERALES POLIMETALICOS Un yacimiento polimetálico es aquel que contiene diversas especies de interés tales como: oro, plata, cobre, zinc etc., los cuales son todos de interés económico en cuanto a su recuperación. Los yacimientos polimetálicos no están dispuestos tan uniformemente como los de cobre y zinc. De ellos se extraen principalmente mezclas de plomo, zinc, cobre y plata. Los minerales polimetálicos, tales como minerales de cobre, complejos, y su recuperación requiere de la separación selectiva de cada uno de ellos o de un par de ellos, mediante esquemas de tratamiento mas complejos que los convencionales. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade

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Para el tratamiento de polimétalicos, se utiliza preferentemente la separación o concentración de minerales, particularmente la concentración selectiva de minerales o especies. Entre los diferentes concentrados de un mineral olimetálico se pueden tener fundamentalmente cobre y zinc, además de molibdeno, plata y plomo que son obtenidos de manera secundaria en el proceso de producción. Estos concentrados son polvos finos de mineral reducidos a micrones, con una alta ley de contenido metálico. En algunos casos, los productos pueden ser clasificados de la siguiente manera: Concentrados de cobre. Concentrados de zinc. Concentrados de molibdeno. Concentrados de plomo. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



13 25

YACIMIENTOS DE PLOMO Y ZINC • Estos dos elementos (Pb y Zn) suelen encontrarse asociados pues los procesos geológicos que favorecen su formación tienen la misma ara énesis. • Estos yacimientos suelen ser de origen hidrotermal rellenando cavidades preexistentes en las rocas, formando filones o sustituyendo a las rocas carbonatas por un proceso de metasomatismo. , blenda o esfalerita (ZnS). Los minerales secundarios son fundamentalmente carbonatos y sulfatos y ocasionalmente óxidos: cerusita (PbCO3), anglesita (PbSO4), calamina o Hemimorfita(Zn2SiO4), smithsonita (ZnCO3n). Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade

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MEDIO AMBIENTE Y CONCIENCIA AMBIENTAL Medio Ambiente: “El sistema lobal constituido or elementos naturales artificiales de naturaleza física, química o biológica, socioculturales y sus interacciones, en permanente modificación por la acción humana o natural y que rige y condiciona la existencia y desarrollo de la vida en sus múltiples manifestaciones”. Otras definiciones lo explican como “Entorno vital; conjunto de , , interactúan entre sí de manera sistémica”. Para los efectos analíticos se lo suele clasificar de diversas formas: medio biofísico, medio sociocultural, medio ambiente natural, etcétera. Pero en todos los casos, el análisis incluye a la población humana y sus actividades. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



14 27

DEFINICIONES PREVIAS METAL: Elemento químico caracterizado por una fuerte conductividad térmica y eléctrica, brillo peculiar (metálico), aptitud para la deformación y una marcada tendencia a formar cationes. 18 0

1 IA H

2 IIA

13 IIIA

14 IVA

15 VA

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

3 IIIB

12 IIB

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Rb

Sr

Cs

Ba

Fr

Ra

11 IB

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rh

7 VIIB

8

9 VIIIB

V

Cr

Mn

Fe

Nb

Mo

Tc

Ta

W

Re

5 VB

Sc

Tl

Y

Zr Hf

He

10

6 VIB

4 IVB

16 17 VIA VIIA

Metales alcalinos Metales alcalinotérreos Metales de transición Lantánidos Actínidos Otros metales

La

Ce

Pr Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

Nometales

Ac

Th

Pa

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Gasesnobles

U

METALES PESADOS: Grupo de elementos de P.M. 63,5 a 200,6 con una distribución electrónica similar en su capa externa (Rainbow, 1993). Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade

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El término de metal pesado refiere a cualquier elemento químico metálico que tenga un relativa alta densidad y sea tóxico o venenoso en concentraciones bajas. Los ejemplos de metales pesados incluyen el mercurio (Hg), cadmio (Cd) el arsénico (As), el cromo (Cr), el talio (Tl), y el plomo (Pb). Los metales pesados son peligrosos porque tienden a bioacumularse. La bioacumulación significa un aumento en la concentración de un producto químico en un organismo biológico en un , químico en el ambiente. Los metales pesados pueden entrar en un abastecimiento de agua por medio de residuos industriales y de deposita corrientes, los lagos, los ríos, etc. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



15 29

RESIDUOS TOXICOS Y PELIGROSOS GENERADOS EN LOS SECTORES INDUSTRIALES As

Cd

CN-

Cu

X X

Curtidos X

X

X

X

Textil

X

Varios

X

X

X

X

X

X

X

Pesticidas X

Zn

X

X

Químicas

Se

X

X

Galvanoplastía Minería Pasta y papel

Hg O rgánicos Pb

X

Caucho y plástico Farmacéutica

Cr

X X

X X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X X


30

RESIDUOS TOXICOS Y PELIGROSOS PROCEDENTES DE LAS AGUAS RESIDUALES DE LA MINERIA METALICA Minería del hierro Aluminio Cromo Cobre Hierro Plomo Mercurio Niquel Zinc Cianuro Boro Cobalto Selenio Telurio Arsénico Estroncio Cadmio

X X X X X X X X X -

Minería del Minería del cobre plomo-zinc X X X X X X X X X X X X X

X X X X X X X X

Minería del aluminio

Minería plata

X X X X X -

X X X X X X X X X X X X X




16 31

LIMITES MAXIMOS PERMISIBLES VIGENTES DEL SECTOR Actualmente, el sector cuenta con dos normas que establecen los Límites Máximos Permisibles: 

Resolución Ministerial Nº 011-96EM/VMM; LMP para descarga de efluentes líquidos mineros. Regula en total 08 parámetros, para el caso se controla en su fracción disuelta.



Resolución Ministerial Nº 315-96EM/VMM; LMP para descarga de emisiones Atmosféricas. Regula en total 04 parámetros. Para el caso del SO 2, se establecen los valores en función del balance de masa de azufre que ingresa al proceso.


32

LIMITES MAXIMOS PERMISIBLES VIGENTES PARA EFLUENTES LIQUIDOS PARA LAS ACTIVIDADES MINERO-METALURGICOS (R.M. 011-96) PARAMETRO pH SS (mg/L) Pb (mg/L) Cu (mg/L) Zn (mg/L) Fe (mg/L) As m /L CN total (mg/L)

VALOR EN CUALQUIER >6 y <9 50 0.4 1.0 3.0 2.0 . 1.0

>5.5 y <10.5 100 1 2 6 5 1 2

VALOR PROMEDIO >6 y <9 >5.5 y <10.5 25 50 0.2 0.5 0.3 1 1.0 3 1.0 2 0.5 0.5 1.0 1

Valores para unidades mineras en operación cuando se emitió la norma (adecuación 5 años). Valores para unidades mineras nuevas. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



17 33

CONCIENCIA AMBIENTAL


34




18 35

EFLUENTES MINERO-METALURGICOS EMISIONES A LA ATMOSFERA Una de las principales emisiones que genera la minería a la atmósfera es el polvo. Otro aspecto a considerar es que determinados minerales al descomponerse o al ser sometidos a procesos metalúrgicos dan origen a la emisión de gases de naturaleza variada. EL POLVO Las características del polvo que afectan a ésta son fundamentalmente la composición y granulometría. La composición afecta porque determinados minerales contienen metales que a su vez pueden tener efectos tóxicos. Por otra parte, la granulometría es muy importante puesto que las partículas de polvo de tamaño inferior a 10 micras (las denominadas PM10) entran en el sistema respiratorio alcanzando los pulmones, donde pueden quedar acumuladas y generar graves daños al sistema respiratorio (e.g. silicosis). Las partículas menores de 2.5 micras (denominadas PM2.5) son aun más peligrosas, ya que se mantienen en suspensión en al aire, lo que permite que se desplacen muy largas distancias. El polvo generado por los procesos mineros puede proceder de distintas fuentes: Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade

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Voladura y Arranque. Es una fuente muy importante de este contaminante, puesto que normalmente se lleva a cabo sobre roca seca, lo que facilita aún más el desprendimiento del polvo.

Emisiones polvo causadas por voladura de roca en minas a cielo abierto. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



19 37

Carga. En este caso es más sencillo de evitar o controlar, puesto que durante el proceso se puede proceder al regado (mojar) del material.


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Transporte. Si se realiza mediante cinta transportadora el viento podrá levantar y arrastrar un volumen significativo de polvo, si no se evita mediante el humedecimiento del material transportado, o utilizando cintas cerradas. Si el transporte es en vehículos, se puede producir una doble emisión e polvo: la relacionada con el escape de polvo procedente de la propia carga, y el polvo levantado durante la rodadura del vehículo. Ambos son relativamente sencillos de controlar, en un caso recubriendo la carga, en el otro regando las pistas de rodadura.

Polvo levantado por un camión durante el transporte de minerales. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



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Chancado. Es otra de las fuentes más importantes de este elemento, puesto que como el arranque (voladura de roca) por lo general se realiza en seco. Por otra parte, se puede llevar a cabo dentro de edificaciones realizadas al efecto, lo que permite evitar la dispersión generalizada del polvo que se genera.

Operaciones de chancado primario. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade

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Disposición en escombreras. El volcado del estéril (u otros productos) en escombreras produce una emisión inmediata, durante el propio proceso de descarga, y un riesgo potencial de emisión, si la escombrera no se trata de alguna forma para prevenir que el viento levante polvo de la misma.

Descarga de minerales. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



21 41

Metalurgia. El tratamiento metalúrgico de menas puede llevarse a cabo de distintas maneras, siendo las más comunes la pirometalurgia (descomposición térmica de los minerales o tostación) y la hidrometalurgia (descomposición del mineral en medio acuoso, mediante reactivos específicos que permiten la separación del elemento de interés minero). En el primer caso se suelen emitir a la atmósfera gases y partículas, mientras que en el segundo caso las emisiones pueden ser de aerosoles que contienen reac vos m s o menos x cos e.g. c anuro, c o su r co , y se pue e levantar polvo de las pilas de lixiviación. El particulado emitido por las chimeneas puede ser muy importante en algunos casos, como en Chuquicamata (ver siguiente figura) donde por ejemplo el año 2002 se emitieron unas 1040 t toneladas de este tipo de material.

Pirometalurgia, Fundición de cobre.


42

HIDROMETALURGIA: LIXIVIACION EN PILA




22 43

En cuanto a la naturaleza del polvo generado, puede ser de distintas tipologías: Polvo mineral. Es el más común, y puede ser muy variado en sus características: su composición dependerá de la del material minero explotado, mientras que su granulometría dependerá por una parte de la composición, y por otra del proceso minero que lo genere: será más grueso el levantado durante las voladuras, y más fino el procedente de procesos de molienda y subsecuentes. Polvo de rodadura. Dependerá de la naturaleza del firme de rodadura sobre el que se muevan los camiones. Cenizas. Son las partículas procedentes de procesos de pirometalurgia o de combustión de productos mineros, como el carbón. También podrán tener composiciones variadas, en función de la naturaleza del proceso y de los productos afectados por el mismo. La granulometría será por lo general muy fina, muy inferior a la característica de los procesos mineros propiamente dichos. Los minerales que podemos encontrar en forma de partículas en el aire, pueden ser muy variados: los más comunes son el cuarzo, por su gran abundancia y resistencia a la alteración meteórica, y las arcillas, que son también muy comunes en medio exógeno, y que por su morfología plana y su pequeño tamaño de grano suelen constituir la fracción más fina del polvo en suspensión.


44

Emisiones de humo con cenizas desde una planta generadora de electricidad por combustión de carbones. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



23 45

LOS GASES Durante los procesos mineros y afines puede producirse la emisión de gases, bien porque estén contenidos en aquello que explotemos (caso del grisú en el carbón), o porque se produzca una descomposición del mineral que libere esos ases durante el roceso metalúr ico. En concreto odemos citar los siguientes casos como más significativos: El grisú es un gas altamente explosivo que se libera durante la explotación del carbón y que esta formado por una mezcla de tres gases: metano, nitrógeno y anhídrido carbónico. Para que se verifique la explosión de grisú se necesita que se cumplan tres condiciones: A) Que la relación del metano al aire este en proporción determinada (5% al 15%); que a esta mezcla apropiada se le aplique una fuente de calor con temperatura mínima de 650º C; y B) Que dicha llama de ignición permanezca durante un tiempo determinado en contacto con la mezcla grisuosa, lo que se conoce con el nombre de “retardo a la inflamación” o “histéresis de encendido”, propiedad en que se fundan los explosivos de seguridad. Con llama a 650ºC el “retardo” se aproxima a 10 segundos, mientras que si la temperatura alcanzara los 1000ºC, el “retardo” solo sería de 1 segundo. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade

La pirometalurgia libera una gran cantidad de gases, entre los cuales suelen destacar los óxidos de azufre, puesto que esta técnica se aplica a los sulfuros. Por ejemplo, los procesos que ocurren dentro de un horno convertidor de cobre (producción de cobre blister ) son del tipo: 2 Cu2S + 3 O2

46

2 Cu2O + 2 SO2

→

2 Cu2O + Cu2S

6 Cu + SO2

→

un proceso que libera SO2 a la atmósfera.

Convertidores para la fundición de sulfuros y producción de cobre metálico.




24 47

Otros gases ligados a la pirometalurgia pueden ser muy variados: vapor de mercurio en el caso de la tostación de cinabrio o de esfalerita u otras menas ricas en este metal, vapores de arsénico o de cadmio en la tostación de menas de cobre o de cinc, etc.

Parte del complejo metalúrgico de Almadén (España) para la tostación de cinabrio (HgS). Parte del material escapa a la atmósfera como Hg gaseoso.


48

La problemática de estas emisiones normalmente no se puede resolver más que mediante aplicación de tecnologías industriales a los correspondientes procesos. Un caso notable en este sentido eran or e em lo las emisiones de arsénico de la fundición de Chuquicamata (Chile), con valores de 2340 toneladas/año en 1994. En la actualidad la compañía minera CODELCO tiene que recuperar al menos una parte importante del arsénico que potencialmente sería emitido. En Chuquicamata el proceso se realiza en una lanta hidrometalúr ica ue recu era el cobre, y precipita el arsénico como arsenato férrico. A partir del 2003 las cifras de emisión no pueden exceder las 400 toneladas/año.




25 49

PRINCIPALES ETAPAS DEL PROCESO MINERO Y SU RELACION CON EL MEDIO AMBIENTE DISPOSICION DE DESECHOS

AGUA POLVO RUIDO HUNDIMIENTO ECOLOGIA (FLORA Y FAUNA)

TUNELES DE MINA

HIDROLOGIA FUENTE DE AGUA IMPACTO SOCIO ECONOMICO TUNELES DE FIERRO


50

IMPACTOS DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL INDICE . mpac os e a m ner a e minerales metálicos en el medio natural.  Atmósfera.  Suelos y terreno. superficiales y  Aguas subterráneas.




26 51

IMPACTOS DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL ATMOSFERA m s ones s

as:

El polvo emitido tiene su origen en las propias actividades extractivas, durante la voladura y arranque de material, o durante los procesos de carga y transporte, o en relación a procesos metalúrgicos. Además puede haber una importante remoción eólica de material fino en escombreras .


52

IMPACTOS DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL ATMOSFERA




27 53

IMPACTOS DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL ATMOSFERA

Chuquicamata (Chile)


54

IMPACTOS DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL TERRENO Peligros geotécnicos: 

Desestabilización de laderas por sobrecargas y/o excavaciones y alteraciones en el nivel freático.

 Subsidencia

por huecos. Subsidencia por depresión en el nivel freático.




28 56

IMPACTOS DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL SUELOS Pérdida de propiedades físicas: 

Variaciones en el régimen hídrico del suelo por alteraciones en el nivel freático, y variaciones texturales y estructurales.

 Pérdida

física de suelo por extracción y arranque, acumulación de vertidos (escombreras y balsas) o construcción de infraestructuras. Por erosión inducida.


57

IMPACTOS DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL SUELOS Pérdida de propiedades físicas: 

Alteraciones en la horizonación por arranque y/o mezcla de horizontes, deposición de vertidos y polvo. Pérdida de los horizontes superficiales por erosión inducida.




29 58

IMPACTOS DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL SUELOS Pérdida de propiedades químicas:  Contaminación

por metales pesados (Cu, Pb, Cd, Hg, etc.), metaloides (As) e hidrocarburos generada por efluentes líquidos y sólidos.



Acidificación por acumulación y oxidación de sulfuros y drenaje ácido.

 Adición

de sales al suelo (sulfatos).


59

IMPACTOS DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL SUELOS Mina Sur (Calama, Chile)




30 60

IMPACTOS DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL AGUAS Alteraciones en la dinámica fluvial:  Variación

del perfil y trazado de la corriente fluvial, variaciones en el nivel de base local, alteración en la dinámica (variaciones en las tasas de erosión/sedimentación) en el perfil (aguas abajo y a uas arriba or excavaciones di ues re resas. Aumento de la peligrosidad de inundación).


61

IMPACTOS DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL AGUAS Mina Brillador (La Serena, Chile)




31 62

IMPACTOS DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL AGUAS Alteraciones en la dinámica fluvial:  Incorporación

de partículas sólidas en la corriente, aumento de la carga de fondo y en suspensión, incremento en las tasas de sedimentación aguas abajo.

Mina Brillador (La Serena, Chile)


63

IMPACTOS DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL AGUAS Pérdida de masas de agua: Ocupación de lagos, embalses, bahías (p.e. Portman).

Antes de 1958

Actual




32 64

IMPACTOS DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL AGUAS Alteraciones en el régimen hidrogeológico:  Variaciones

en el nivel freático, variaciones en el régimen de recarga y modificaciones en el flujo subterráneo por efectos barrera, drenajes inducidos, infiltración restringida/favorecida, compactación, modificación de relieve deforestación.


65

IMPACTOS DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL AGUAS Nivel piezométrico (acuífero inferior) debido a la excavación de la galería

Nivel freático (acuífero superior) debido a la excavación

Depresión en el nivel freático (acuífero superior) debido a la excavación

Irrigación (Acuífero inferior)

Excavación

Río Acuífero superior)

Acuífero

Acuífero inferior

galería

Depresión en nivel piezométrico (acuífero inferior) debido a la excavación de la galería




33 66

IMPACTOS DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL AGUAS Contaminación por metales pesados y metaloides (As):  En

coloides en suspensión.

 En

especies en disolución: uno de los procesos más relevantes para la movilización de metales desde la fase sólida es el (“acid mine drainage”, AMD), a em s e os procesos e me a urg a por x v ac n y cianuración.


67

IMPACTOS DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL AGUAS Contaminación por metales pesados y metaloides (As):  Se

puede producir nuevamente la incorporación de los metales a la fase sólida (sedimentos) por adsorción y/o coprecipitación.

Río Toro, Chile.




34 68

IMPACTOS DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL AGUAS Variaciones del pH por el drenaje ácido de mina:  Se

produce por la hidrólisis y oxidación de sulfuros, en especial la pirita: 4FeS2 + 14O2 + 4H2O

→

4Fe2+ + O2 + 4H+ 4Fe3+ + 12H2O

→

4Fe2+ + 8SO42- + 8H+

→

4Fe3+ + 2H2O

4Fe(OH)3 [“limonita”] + 12H+


69

IMPACTOS DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL AGUAS

Río Tinto (Nerva, España)




35 70

IMPACTOS DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL AGUAS Variaciones del pH por el drenaje ácido de mina (“acid mine drainage”, AMD): 

En condiciones de aridez, se forman sulfatos de hierro (jarosita).

 Como

resultado se obtienen aguas de pH muy bajo - , carga as en an ones so re o o su a os , en las que generalmente son más solubles los metales pesados como Pb, Zn, Cu, As, Cd, etc. (a excepción de Hg).


71

IMPACTOS DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL AGUAS Composición de AMD de una mina de Pb-Zn Componente Valor (ppm) SO4-2 63.000 Fetotal 16.250 Zn 14.560 Ni 4,8 13,4 Cu 2.625 Mn 22,5 Cd 2,2 (unidades) pH Conductividad 48000 (moh) Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



36 72

IMPACTOS DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL AGUAS Variaciones del pH por el drenaje ácido de mina (“acid mine drainage”, AMD):  Depende

de la superficie específica (tamaño) de las partículas ¡¡balsas!! y la porosidad.

 La

cinética también esta controlada por el clima y la ac v a ac er ana.


73

2. TRATAMIENTO DE MINERALES SOLUBLES




37 74

2. TRA T RAT TAMIENTO DE MINERALES SOLUBLES Diag Diagra ram ma de Fluj Flujos os de Trata ratami mien ento to de Mine Minera rale less de Oxidados de Cobre. Mineral

Solución de Lixiviación

Lixiviación

Separación sólido-líquido Solución impura y diluida Sólido agotado Purificación Concentración

Im I urezas urezas

Solución casi pura y más concentrada

Tranque de relaves o botadero

Recuperación especie valiosa

Esquema general del tratamiento hidrometalúrgico e un m nera .

Solución agotada

Metal o compuesto puro


75

MOLIENDA

1

2 Primario

4

3 Secundario

Terciario

PILAS DE LIXIVIACION 5

EXTRACCION POR SOLVENTES

Proceso productivo minerales oxidados de cobre

6

Soluciones

ELECTRO OBTENCION

7

CATODOS ELECTRO OBTENIDOS

8




38

EFLUENTES PRODUCIDOS EN LOS PROCESOS DE PRODUCCION DE COBRE A PARTIR DE MINERALES OXIDADOS

76

Recursos Mineros DESCARGAS Emisiones al Aire Insumos - Agua. - Energía. - Reactivos. - Combustibles. - Otros.

OPERACIONES MINERO METALURGICAS

- SO2, PM10. - Arsénico. - Neblina Acida.

Efluentes Líquidos - Drenaje ácido. - Residuos líquidos. - Efluentes ácidos. - Infiltraciones.

Residuos Sólidos

Productos Mineros - Usuario final. - Procesamiento adicional.

- Material estéril. - Relaves. - Escorias. - Ripios. - Otros Desechos.


77

ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO DE MINERALES DE COBRE Y PRINCIPALES PRINCIPALES EFLUENTES CONTAMINANTES CONTAMINANTES ESTERIL LASTRE DRENAJE ACIDO

MINERALES OXIDADOS

SOLUCIONES ACIDAS

ORGANICOS

SOLUCIONES ACIDAS NEBLINA ACIDA

LIXIVIACION

SX

MINERALES SULFURADOS

FLOTACION

RELAVES ORGANICOS REACTIVOS

FUNDICION

GASES POLVOS

ELECTRO OBTENCION

ELECTRO REFINACION

COBRE 99.9%

COBRE 99.99%

SOLUCIONES ACIDAS NEBLINA ACIDA




39 78

RIPIOS DE LIXIVIACION • Las tecnol tecnologí ogías as para proces procesar ar óxid óxidos os y sulf sulfur uros os de baja baja ley ley cons consid ider eran an corri corrient entem emen ente te el uso de ácido sulfúrico. • Este proc roceso de lixiviación prod produc uce e un gran gran volu volume men n de residuos sólidos (ripios) y soluciones de desecho. 300 e m u l o V 3 d m e t M a l , n a g s e r o p p s i m I l D a u n n A

, l a s o p s i D e g a n t n o T M s o i p i R l a u n n A

2500 2000 1500 1000 500 0 1990

1995

2000

2005

Year Annual

Accumulated

DISPOSICION ESTIMADA DE RIPIOS

250 200 150 100 50 0 1990

1995

2005

2000 Year

Annual

Accumulated

DISPOSICION ESTIMADA DE SOLUCIONES DE DESECHO


79

TRATAMIENTO DE MINERALES POR LA VIA HIDROMET HIDRO METALURG ALURGICA ICA – IDENT IDENTIFICAC IFICACION ION DE RESIDUOS Y ABATIMIENTO TRATAMIENTO DE RESIDUOS

Oxidized ore MINING

Sterile and low Grade ore

CRUSHING H2SO4

Acid drainage

Acid drainage

Raffinate

SOLVENT EXTRACTION ELECTROWINNING

Estéril

Disposición

Ripios Lixiviados

STRONGH H2SO4 AGGLOMERATION AGGLOMERATION

HEAP LEACHING

ABATIMIENTO

RESIDUOS / ELEMENTO

Residuos Líquidos / Drenaje Neutralización con cal ácido Soluciones de Refino

Disposición

Residuos sólidos del circuito SX

Recirculación: neutralización

Solid leached residues

SX plant claryfer sludges

Disposición

Oilwater emultion wastewater

Acid Mist

Ventilación y uso de reactivos de activación superficial

Neblida Acida

EW Sludges

Cu Cathodes

Barros anódicos (plomo)

Confinamiento




40 80

CARACTERIZACION FISICOQUIMICA DE LOS EFLUENTES Los efluentes ácidos se deben caracterizar de acuerdo a la acidez que presentan. Para condiciones de extrema acidez se utiliza el concepto de “acidez libre” en vez del pH del efluente acuoso. Cabe recordar que: pH = -Log[H+]

La neutralización de la acidez se puede realizar preferentemente ,mediante neutralización con algún agente que incorpore iones OH-, alcalinizando de esta manera el efluente y otorgándole condiciones menos agresivas para su disposición. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade

81

CARACTERIZACION FISICOQUIMICA DE LOS EFLUENTES En el caso de efluentes conteniendo fierro, este elemento se puede presentar tanto como Fe2+ como Fe3+, dependiendo de las características oxidantes del efluente. El equilibrio entre estas dos especies se presenta a través de la siguiente reacción electroquímica: Fe3+ + e = Fe2+

Para la caracterización del hierro, comúnmente se realizan análisis químicos tanto por Fe 2+ como Fe(total), el Fe3+ se obtiene por diferencia entre ambos debido a que: Fe(total) = Fe3+ + Fe2+

La disminución en los contenidos de fierro se pude lograr mediante la precipitación de algún compuesto estable de fierro, ajustando el pH y/o adicionando un elemento formador de compuestos. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



41 82

TRATAMIENTO DE SOLUCIONES ACIDAS Neutralizar ácidos en lechos de caliza. La caliza se da en forma natural como piedras y tal nombre se refiere al carbonato de calcio; la disolución del carbonato genera alcalinidad. Los lechos pueden ser tanto de flujo ascendente como descendente, la tasa de carga de diseño -sin información adicional de laboratorio- es del orden de los 4*10-2m3/(min*m2); esta tasa está definida por las constantes de la caliza y por el tiempo de residencia típico de neutralización de caudales ácidos del tipo industrial. ay c o su r co, a concen rac n e c o no e era exceder un 0,6% de H2SO4 para no formar una capa excesiva de CaSO 4 (no reactiva) y se debe vigilar que la evolución de CO 2 no sea excesiva (pues produce un efecto tampón). Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade

83

Mezcla de ácidos con lodos de cal. Se suele llamar "cal" al hidróxido de calcio, también citado como "cal viva" (cuando la "cal apagada" es el óxido de calcio). El grado de neutralización dependerá del tipo de cal utilizada. Si hay una racc n magn s ca, a reacc n e neutra zac n es muy rápida y llega a pH bajo 4,2. El diseño depende de la curva de titulación de la cal a utilizar. La reacción de la cal se acelera -como muchas otras- por calor y por agitación física. En sistemas altamente reactivos, se requieren unos diez minutos. La cal se utiliza en lodos al 8 a 15 %. Otros agentes neutralizantes (alcalinos) típicos son el NaOH, el Na2CO3 o el NH4OH. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



42 84

NEUTRALIZACION DE “DAR” CON LECHADA DE CAL 2Ca(OH)2(ac) + H2SO4(ac) + Me2+ + (2+n)H2O

→

CaSO4-2H2O(s) + Me(OH)2-nH2O(s) + Ca2+

A ua Cal Solución Acida con Metales

Floculante

Agua Mezclador

Lechada Cal

Aire

Aire Agua Industrial

Clarificador Sedimentador

Neutralizadores con Lodos

Neutralizadores con Cal Lodo Recirculado

Lodos


85

CONSUMO DE CAL REQUERIDO PARA NEUTRALIZAR UNA SOLUCION DE REFINO INDUSTRIAL VARIABLE Al Mg e tota) Fe(II) Znj Cu Ca Cloruro total Sulfato total Acidez libre como H2SO4 Acidez total como H2SO4 pH a 25ºC Eh a 25ºC, (mV) Conductividad a 25ºC, (mS/cm)

• Disolución • Disociación • Neutralización • Hidrólisis • Oxidación • Precipitación • Precipitación

CONCENTRACION (G/L) / VALOR 3.90 6.01 1. 0.11 2.60 0.60 0.50 0.90 63.50 10.10 37.52 1.26 716 50.10

CaO(s) + H2O  Ca2+ + 2OHHSO4 H+ + SO42OH- + H+  H2O n+ Me + (n+m)H2O  Me(OH)n-MH2O(s) + nH+ Fe2+ + 0.25O2(ac) + H+  Fe3+ + 0.5H2O Fe3+ + (2+n)H2O  FeOOH·nH2O(s) + 3H+ 2+ 2Ca + SO4 + 2H2O  CaSO4-2H2O(s)




43 86

NEUTRALIZACION DE UNA SOLUCION DE REFINO INDUSTRIAL CON CAL 12

250 ) 3

m

200 / g

10

k ( , o d 150 o L e d n 100 ó i c c u o r P

C º 8 5 2 a H6 p

2

0

20

40

60

80

100

120

140

0 160

Adición de Ca(OH)2, (kg/m3)


87

PRECIPITACION DE HIERRO DISUELTO Existe como férrico (+3) o ferroso (+2). La presencia del ferroso es menos probable ya que en condiciones abiertas a la atmósfera se oxida a férrico. El férrico precipita como hidróxido o, más en general, como jarosita (con algún otro catión, que puede ser desde aluminio hasta amonio) a pH neutro. Sin embargo, a pH muy alto (alcalino) el férrico puede solubilizarse gracias a la formación del Fe OH - como com le o. El sistema típico de remoción de hierro consiste en llevar todo el hierro a estado férrico y precipitarlo a pH 7. La oxidación es rápida a pH 7,5 y bajo aireación. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



44 88

MINERALES SOLUBLES DE COBRE Etapa final ELECTROBTENCION (Cu, Zn y otros).

¿Se generarán algún tipo de efluentes? Respuesta: Sí, se generan principalmente efluentes de 2 tipos: -

,

- Un producto sólido (borra anódica).


89

PROBLEMATICA A ESTUDIAR: NEBLINA ACIDA Proceso de Electroobtención de Cobre: Reacción Anódica :

H 2O

Reacción Catódica :

Cu2+ + 2e-

Reacción Global :

Cu2+ + H 2O

½ O2 + 2H+ + 2e-

E°= - 1,23 V ENH

Cu°

Cu° + ½ O2 + 2H+

E°= 0,34 V ENH

E°= - 0,89 V ENH




45 90

NEBLINA ACIDA Durante el proceso de electro-obtención se genera oxígeno (gas) en la superficie del ánodo insoluble. La burbuja de gas se eleva hacia la superficie de la celda donde explota, dispersando pequeñas partículas liquidas de solución con alta concentración de ácido sulfúrico en la forma de aerosoles líquidos. Estas partículas liquidas, forma en el interior de la nave de electroobtención, la denominada neblina acida, constituyendo una atmósfera altamente corrosiva, con riesgos asociados hacia las personas, instalaciones y medio ambiente. Para lo anterior, es im ortante controlar: • Los niveles de acido sulfúrico en el ambiente. • Disponer de mediciones online de aerosoles de modo de tomar acciones rápidas frente a cambios importantes en el contaminante. • Disponer de la adecuada protección respiratoria y realizar un correcto uso de ella. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade

91

DIAGRAMA DE FORMACION DE NEBLINA ACIDA Campanas

Anodo

Neblina Acida

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Cátodo

(g)

Comentario: a ne na c a es una par cu a Líquida, de semejante composición al electrolito presente en la celda, con un tamaño promedio, en el rango de 1 a 100 μ m.

de Oxígeno CuSO4 + H2O

Cu + H2SO4 + ½O2

→

Electrólito




46 92

MITIGACION DE LA NEBLINA ACIDA • Barreras Mecánicas. . • Adición de aditivos surfactantes (Tensoactivos). • Disminuyen la tensión superficial del electrolito. • Aditivo actualmente en uso: Fluorad FC-1100 (Cuestionado por ser un aditivo fluorado) y MISTOP (base quillay).


93

Sin surfactante

Con surfactante




47 94

ESTADO DEL ARTE • Los aditivos surfactantes no afectan mayormente la calidad de los cátodos obtenidos ni la eficiencia de corriente del proceso. • El proceso de SX no se ve afectado en ningún aspecto. • Los surfactantes generan una capa de espuma sobre la superficie del electrolito, la cual debe ser mínima de manera que no afecte la eficiencia del sistema. • No existe suficiente información sobre el efecto de los tensoactivos en las propiedades fisicoquímicas de un electrolito de cobre, tampoco se ha evaluado su carácter espumante antes de ser utilizado ni las problemáticas que eso conlleva. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade

95

DIAGRAMA DE FLUJOS DE TRATAMIENTO DE MINERALES DE ORO ORO

Joyería, Electrónica, etc.

Minería

Trituración

Refinación Relaves Lixiviación y adsorción Fundición

Recuperación del oro




48 96

Cu, Au, Ag, polimetálicos

MINERAL

FLOTACION Au grueso

Au, Ag

Concentrado m x o u, u

FUSION

Esquema simplificado de procesos clásicos de tratamiento de minerales de oro.

CIANURACION CONCENTRACION GRAVITACIONAL

REFINACION electrolítica Cu Barros anódicos

Concentrado

PRECIPITACION O ABSORBCION

Precipitado o cátodo

FUSION

Barra de metal dore


97

Mineral MOLIENDA FINA

CHANCADO GRUESO

LIXIVIACION POR

LIXIVIACION EN

Solución

ADSORCION CARBON ACTIVADO

CEMENTACION CON ZINC

Esquema simplificado de las alternativas para procesos de cianuración.

ELUCION, CEMENT. O EW

FUSION Barra de doré




49 98

Riego por goteo con una solución cianurada de 50 ppm (50 partes de cianuro en 1 millónde partesde agua)la cual disuelvelos metales.

DORE. Producto final

Agua reciclada que se v ue lv e a u ti li za r e n e l circuito. Po za de l ixi vi aci ón donde se concentra la solución con contenidode oro.

En esta etapa se obt ien e el m erc uri o como producto secundario.

REFINERIA Planta de Columnas de Carbón

E l p ro ce so u ti li za do para extraer el oro de la solución es el Merril Crowe. • F il tr ad o p ar a t en er unasoluciónlimpia. • Deareación, para eliminar oxígeno de la solución. • Adición de polvo de zincy finalmente. Filtrado del precipitado de oro.

El volumen de agua es casi constante y se mantiene en circuito cerrado. MERRIL CROWE

TANQUE DE CIANURACION

Seagregacianuro a la solución para seguir lixiviando.

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA.

Lasoluciónsinoro niplata se d enom in a s ol uci ón pobre o Barren. Esta tiene menor contenido de cianuro.(15-25 ppmCN)

E l e xc es o d e a gu a e s e nv ia do a u na P la nt a de Tratamiento, para po de r r et or nar la a l medio ambiente.


99 GRAVA AURIFERA + ½”

RELAVE

CLASIFICACION - ½”

+1,5 mm CLASIFICACION

O/F: 80% -200 m HIDROCICLON

Esquema de tratamiento metalúrgico de minerales aluviales.

O/F

ACONDICIONAMIENTO

CONC. GRAVIMETRICA CONO REICHERT

RECICLAJE DE

CARBON-ACEITE AGLOMERACION

AGLOMERADOS CONTACTO

CONC. GRAVIMETRICA ESPIRALES

RELAVES FLOTACION CONC. GRAVIMETRICA MESA

COMBUSTION

PERDIDA DE PESO

CENIZAS

FUNDICION Y REFINACION

ORO




50 100 Almacenamiento y Transporte Mercurio Concentración gravimétrica (Batea)

Quebradura

Amalgamación

CHANCADO, MOLIENDA Y CONC. GRAVIMETRICA

Quema de Amalgama

Molienda

AMALGAMACION

Concentración gravimétrica (Canalón) Sedimentos Metales pes. Mat. susp.

Relaves Amalgamación

Piscina de sedimentación

ORO

Relaves Canalón

OTRO ESQUEMA DE TRATAMIENTO

Agitación

PERCOLACION

AGITACION Precipitación

Precipitación Percolación Tanque Cianuro Cianuro e a es pes.

Gases Soluciones ácidas

Calcinación

REFINACION Fundición I

Refinación

Relaves finales

Fundición II

Escombrera Metales pes. Mat. susp.

ORO, PLATA

Relaves finales


101

EFLUENTES PRODUCIDOS EN LA OBTENCION DE ORO Y SU CARACTERIZACION - Drenaje de mina. - Efluentes de planta.

.

Estándares de Emisión: PARAMETROS

CONCENTRACION (ppm) PUNTUAL

pH os en suspen. Plomo Cobre Zinc Fierro Arsénico Cianuro Total

PROM. AÑO

5.5
0.5 1 3 2 0.5 1




51 102

CARACTERIZACION DE LOS EFLUENTES EN LA PRODUCCION DE ORO Métodos de Análisis de Cianuros: CNf

Electrodo ión selectivo. Titulación. Colorimétrico.

CNwad Destilación a pH 4.5, después por titulación o colorimetría. CNt

Destilación a pH 2.0, seguido por titulación o colorimetría.


103

PROBLEMATICA DEL CIANURO Usos del Cianuro Los compuestos de cianuro también se utilizan en vendas uirúr icas ue romueven la cicatrización reducen las cicatrices. El 20% restante de la producción de cianuro se utiliza para fabricar cianuro de sodio. De este porcentaje, el 90%, es decir, el 18% de la producción total, se utiliza en minería en todo el mundo, para la recuperación de oro. PRODUCCION MUNDIAL TOTAL 20% UTILIZADO PARA CIANURO DE SODIO

18% UTILIZADO EN MINERIA




52 104

CIANURO EN LA PRODUCCION DE ORO El cianuro se utiliza en minería para extraer oro (y plata) del mineral, en particular mineral de baja ley y mineral que no uede tratarse fácilmente mediante rocesos físicos sim les. Etapa de Lixiviación en estanques agitados (24 hrs.)

Reacción Global 2Au + 4CN- + O2 + 2H2O = 2Au (CN)- 2 + H2O2 + 2OH-

2Au + 4CN- = 2Au (CN)-2 + 2e-

Reacción Catódica O2 + 2H2O + 2e- = H2O2 + 2OHDr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade

105

IMPORTANCIA DEL PROBLEMA Los compuestos cianurados son sub-productos de la minería y operaciones de recuperación que tiene el potencial de influir negativamente en los suelos y aguas superficiales y subterráneas, ya que cianuro es un compuesto tóxico inhibidor del metabolismo, por lo tanto los efluentes que contienen cianuro no pueden ser liberados al ambiente sin antes pasar por un tratamiento que reduzca su contenido de cianuro a niveles permisibles.




53 106

TOXICIDAD DE CIANUROS HUMANOS a

mg g. ora

LC50

100 a 300 pmm(inhalación)

LC50

100 mg/kg. (absorción)


107

Tabla 2. Caracterización de los impactos personales y ambientales reales y potenciales a lo largo del recorrido del cianuro. AREA CRITICA

ACCIDENTE

Almacén (descarga)

Derrame

RIESGO Exposición corta, Contaminación

Transporte (hacia planta)

Choque, Volcadura Derrame, Filtración

Inhalación, Exposición corta y/o prolongada, Contaminación

, Filtración

, , corta y/o prolongada, Contaminación

reparac n e

anuro e o o a

Transporte mediante tuberías hacia las Filtración operaciones Derrame

Exposición corta y/o prolongada Inhalación, Contaminación

Adición en el proceso de molienda, Derrame, Filtración espesado y CIL. Colpaso

Exposición corta, Inhalación Contaminación

Adición en el proceso de cianuración de, Derrame, Filtración concentrados gravimétricos. Colpaso

Exposición corta y/o prolongada Inhalación, Contaminación

Destrucción del cianuro en la Pulpa.

Derrame, Caída Filtración

Inhalación, Intoxicación, Exposición corta y/o prolongada, Contaminación

Pozas de solución barren.

Filtración Caída

Intoxicación, Exposición corta prolongada, Contaminación

Transporte mediante tubería hacia la Filtración presa de relaves. Derrame Disposición en la presa de Relaves.

Filtración, Caída Colapso

y/o

Exposición corta y/o prolongada Inhalación, Contaminación Exposición corta y/o prolongada Inhalación, Contaminación




54 108

ATENUACION DE LAS CONCENTRACIONES DE CIANURO LA DEGRADACION NATURAL El principal mecanismo de degradación natural es la volatilización con tóxicas. En los suelos, las bacterias asimilan el cianuro mediante diversas reacciones aeróbicas y anaeróbicas. 22

L 20 / g m18 T

N 16 C 14 e 12

n ó 10 i c 8 a r t n 6 e 4 c n o 2 C 0

1

1980 Abril 30

5

10

Junio 4

Julio 9

15

20

25

Agosto 13 Septiembre 12


109

ATENUACION DE LAS CONCENTRACIONES DE CIANURO procesos de oxidación química para el tratamiento del cianuro incluyen el proceso con SO2/Aire (desarrollado por la compañía minera canadiense INCO) y el proceso de tratamiento con H2O2 (peróxido de hidrógeno) (iniciado por Degussa).

 Los

 El

peróxido de hidrógeno, un potente oxidante, oxida el cianuro libre y el cianuro DAD y los convierte en amonio y carbonato.

 En

el proceso con SO2/Aire, el cianuro libre y el cianuro DAD se oxidan y el cianuro de hierro se precipita como un sólido insoluble.




55 110

ATENUACION DE LAS CONCENTRACIONES DE CIANURO La precipitación de cianuros estables se puede obtener mediante el agregado deliberado de complejantes tales como e erro.  Esto reduce la concentración de cianuro libre y también es eficaz para controlar los elevados niveles de otros metales que pueden estar presentes.  La biodegradación del cianuro es la base de los sistemas de tratamiento de los efluentes residuales industriales. Las condiciones aeróbicas son mucho más favorables para la degradación del cianuro que las condiciones anaeróbicas.  Las ventajas del proceso de tratamiento biológico son su diseño simple y el control del proceso operativo, los bajos costos de las sustancias químicas y la capacidad para tratar todas las formas del cianuro y sus subproductos. 


111

ANTECEDENTES DEL PROBLEMA Existe un proceso de degradación natural de cianuro que reduce la toxicidad del cianuro en un periodo de tiempo más o menos lar o realizándose dentro de esta de radación una variedad de mecanismos como volatilización, oxidación, adsorción dentro de otros minerales, hidrólisis, biodegradación y precipitación. De estos se tienen dos métodos generales:

.-

, alcalina, INCO-SO2, AVR (acidificación-volatilizaciónregeneración), otros.

b.- Biodegradación. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



56 112

EL CIANURO EN SOLUCIONES Después de haber extraído el oro por medio de procesos hidrometalúrgicos, pueden estar presentes tres tipos residuales o en las soluciones de los procesos: Cianuro libre, cianuro débilmente complejado y cianuro fuertemente complejado. Juntos, los tres compuestos de cianuro constituyen el “cianuro total”. Al conocer la química de estos tres tipos de cianuro se puede comprender su comportamiento respecto de la seguridad y el ambiente. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade

113

CLASIFICACION COMUN DE CIANUROS Cianuro Libre (CNf): HCN, NaCN, KCN,Ca(CN)2

Cianuro fácilmente disociable (CNwad): HCN NaCN, KCN, Ca(CN)2 Ag(CN) 2-1 Cu(CN) 3-2 Ni(CN)4-2 Zn(CN) 4-2




57 114

CLASIFICACION COMUN DE CIANUROS Cianuro Total (CNt):

CNAg(CN) 2-1 Cu(CN)3-2 Ni(CN)4-2 -2 4

Au(CN) 2Fe(CN)6-4


115

ESPECIES RELACIONADAS AL CIANURO Especies Relacionadas al Cianuro Anión Cianuro CNAcido cianídrico HCN Complejo metal-cianuro Metal -CN Cyanato CNOThiocyanato SCNThiosulfato S2O3-2 Catión amonio NH4+ Nitrato NO3Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



58 116

Ambientalmente las formas de cianuro libre (HCN y CN-), no son generalmente detectables en efluentes mineros. La preocupación por la toxicidad de los efluentes radica en as ormas comp e as e c anuro y a pos a e romperse y generar cianuro libre en el nuevo sistema.

Compuestos Simples de Cianuro Los cianuros simples se definen como las sales del ácido cianhídrico (KCN y NaCN, etc.) los cuales se disuelven completamente en solución produciendo cationes alcalinotérreos libres y aniones cianuros.


117

EQUILIBRIO DE CN-/HCN CON EL pH 100

0

80

20 -

N C H N 60 O I C A M R 40 O F %

N C N 40 O I C A M R O 60 F %

CN-

HCN

80

20

0

100 5

6

7

8

9

10

11

12

PH Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



59 118

REACCIONES COMUNES CON CIANURO Disociación NaCN <=> Na+ + CNHCN <=> H+ + CN-

Complejos Zn+2 + 4CN- <=> Zn(CN)4-2 Volatilización HCN(aq) <=> HCN(g) Oxidación 2CN- + O2 <=> 2CNOFotólisis Tiocinatos

Fe(CN) 6-4 <=> Fe+2 + 6(CN)S0 + CN- <=> SCN-


119

COMPUESTOS COMPLEJOS DE CIANURO Cianuro de hierro, Ferrocianuros, en el cual el hierro reducido con la valencia +2 y el Ferricianuro, en donde el hierro se . forma usual en solución a potenciales redox ambientales pero, rápidamente se puede oxidar a ferricianuro.

Cianuro Total: (TCN) Se denomina así a todos los compuestos de cianuro existentes en una solución acuosa. Este es un término que se emplea en los procedimientos analíticos. El cianuro total incluye el cianuro libre, los cianuros simples y los todos los cianuros complejos.




60 120

Cianuro Disociable con Acido Débil (Wad CN). Es un término analítico para designar a los compuestos de cianuro , a pH 4.5. Otros Compuestos Derivados del Cianuro: Tiocianato: La presencia de tiocianato, SCN - en efluentes resulta de la reacción del cianuro con iones sulfuros desprendidos de los sulfuros metálicos durante la lixiviación.


121 TERM

DESCRIPTION

EXAMPLE

Cyanide ion

The free cyanide ion

CN-

Molecular HCN

Hydrogen cyanide or hydrocyanic acid

HCN

Free cyanide

Includes the cyanide ion and hydrogen cyanide

CN- + HCN

Simple cyanide A salt which dissociates to form a cyanide ion

NaCN

Complex cyanide

Dissociates to form another cyanide compound

Au(CN)2

WAD cyanide

Weak acid dissociable, cyanide that is readily released from cyanide containing compunds when the pH is lowered. Stron acid dissociable cyanide that is released from cyanide containing compounds under highly acidic conditions

Cd(CN)2

Total cyanide

4-

The sum of all of the different forms of cyanide present in a system




61 122

TRATAMIENTO DE SOLUCIONES CON CIANURO Una vez que se ha recuperado el oro, la solución queda desprovista de oro pero sigue conteniendo cianuro. proceso que sm nuye a concen rac n e c anuro en solución, ya sea en el ambiente natural o en instalaciones creadas a tal fin, se denomina “atenuación”. La volatilización de HCN, que reduce la concentración de cianuro libre en solución, es el principal proceso de atenuación natural. La Figura siguiente muestra una representación esquemática de las relaciones entre las formas del cianuro los rocesos ue las controlan. Durante las dos décadas pasadas, las industrias química y minera lograron grandes avances en la manipulación de soluciones residuales de cianuro para que no perjudiquen a la salud pública ni al ambiente. Se utilizan dos tecnologías, con frecuencia en forma combinada: tratamiento y reciclado. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade

123

EL CICLO DEL CIANURO oxidación biológica

HCOO- + NH4+

Fotólisis/oxidación

NH3 + CO2

Hidrólisis Haciael sueloo el Enfoques sobre las Difusión/dispersión agua superficial Humedad HCN/CNHCN(g) concentraciones M uy po r d eba jo (muy diluido) de fondo

d e l os l ím it es d e detección

AIRE

CN-Fe(CN)52-

Luz UV

CN-Fe(CN)64-

Luz UV

Fe(CN)63-

Fe3+

HCN

hidrólisis

HCOO- + NH4+

• Hidrólisis • Oxidación biológica • Nutrientevegetal • Metabolismo de losanimales

ESTANQUE DE RELAVES

Fe(CN)64-

NO2- + NO3biológica

O2 Fe3+

Dímeros, trímeros,etc.

CN-

HS-

Complejos de hierro sujetos a oxidación biólogica parcial. NaFe [Fe(CN)6]+

Ni(CN)42-

zu e rus a

O2

Cu(CN)2-

Procesos de adsorción/desorción

SEDIMENTOS Actividad biológica anaeróbica con sedimentos

HCO3- + NH3 oxidación SCNNH3 + HCO3- + HSO4biológica

HSCN

S+ HCN/CN-

T od os l os c om l e os s u etos a oxidación biológica

Zn(CN)42-

2H2O 3H2

H2O

HCOONH4

NH3 + H2S + CO2 NH3 + CO2

H2

CH2+ CO2

CH2 + NH3




62 124

Eh (Volts) 2.0

Sistema C - N - H2O a 25ºC

1.5 CO2(g)

1.0 . 0.0

CNO(-a)

-0.5 -1.0 HCN(g)

-1.5 -2.0

0

4

2

CN(-a)

6

8

10

12

14 pH

Diagrama de Eh vs. pH 25ºC para el sistema H 2O-CN. Para la degrdación de cianuro 10 -3 M. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade

125

TRATAMIENTO Se emplean cuatro formas generales de tratamiento de la solución de cianuro: • Degradación natural. • Oxidación química. • Precipitación. • Biodegradación. Además, existen varias tecnologías que permiten la reutilización del cianuro mediante el reciclado. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



63 126

DEGRADACION NATURAL El principal mecanismo de degradación natural es la volatilización con posteriores transformaciones atmosféricas a . Otros factores como la oxidación biológica, la precipitación y los efectos de la luz solar también contribuyen a la degradación del cianuro. Las especies de cianuro pueden ser adsorbidas sobre las superficies de los minerales o del desecho de carbono orgánico en los suelos del terraplén de un estanque, en un recubrimiento de arcilla o a lo largo de una vía de agua subterránea. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade

127

En los suelos, las bacterias asimilan el cianuro mediante diversas reacciones aeróbicas y anaeróbicas. En algunos casos, la combinación de estos procesos de degradación natural son suficientes para satisfacer los requisitos que reglamentan la descarga de soluciones que contienen cianuro. En los depósitos de relaves, la gran superficie permite la descomposición del cianuroDAD. natural en diversas minas de oro en todo el mundo. Los valores de esta tabla demuestran la capacidad de la degradación natural para reducir la concentración de cianuro en las soluciones. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



64 128

EJEMPLO DE DEGRADACION NATURAL DEL CIANURO 22 / g 18 m T 16 N C 14 e d 12 n ó 10 i c 8 a r t n 6 e c 4 n o C 0

1 1980 Abril 30

5 Junio 4

10 Julio 9

15 Agosto 13

20 Septiembre 12

25


129

DEGRADACION NATURAL DEL CIANURO EN DEPOSITOS DE RELAVES

MINA

al sistema de relaves (mg.L -1)

CN que egresa del sistema de relaves (mg.L -1)

Lupin, NWT, Canadá (a)

184

0.17

Holt McDermott, Ontario, Canadá (a)

74.8

0.02

Cannon, Washington, EE.UU. (b)

284

<0.05

Ridgeway, Carolina del Sur, EE.UU.(c)

480

0.09

Golden Cross, Nueva Zelanda (d)

6.8 (CN DAD)

0.33 (CN DAD)




65 130

Los procesos de oxidación química para el tratamiento del cianuro incluyen el proceso con SO 2/Aire (desarrollado por la compañía minera canadiense INCO) y el proceso de tratamiento con H2O2(peróxido de hidrógeno) (iniciado por Degussa). Una alternativa de oxidación química más antigua, el Proceso de Cloración Alcalina, se utiliza rara vez en la industria minera en la actualidad. La precipitación de cianuros estables se puede obtener mediante el a re ado deliberado de com le antes tales como el hierro. Esto reduce la concentración de cianuro libre y también es eficaz para controlar los elevados niveles de otros metales que pueden estar presentes.


131

OXIDACION CON PEROXIDO DE HIDROGENO CN- + H2O2 = CON- + H2O 700 650

600 530

500 452 ] N C [

400

400 380 308

300 250

217

200 100

217 178

191

178 150 120

106 55

101 165

76 44

50 30

0 0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

Tiempo (h) 1

1.5

2

2.5

3

3.5

Figura 1. Degradación de CNempleando Peróxido de Hidrógeno Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



66 132

DESTRUCCION DE CIANUROS CON BISULFITO DE AMONIO

DESTRUCCION DE CIANUROS CON SULFITO DE SODIO


133

DESTRUCCION DE CIANUROS CON BISULFITO DE AMONIO

METABISULFITO DE SODIO




67 134

DESTRUCCION DE CIANUROS CON TIOSULFATO DE AMONIO


135

PROCESOS 1) Oxidación con aire y SO 2 (Proceso INCO) a) Oxidación: NaCN(ac) + SO2(ac) + O2(ac) + H2O(L) Me CN

2-

+ 4SO

+ 4O

+ 4H O

→

NaCNO(ac) + H2SO4(ac)

→

4CNO- cianato + 4H SO + Me 2+

Donde: Me = Au, Ag, Zn, Cu, Fe, Ni, Cd, etc. NaCNO(ac) + H2O + H2SO4 → CO2 + NH3 + NaHSO 4(ac)

b) Neutralización: H2SO4 + Ca(OH)2

→

c) Precipitación: Me2+ + Ca(OH)2

Me(OH)2(s) + Ca2+

2Me2+ + Fe(CN)

→

4-

→

CaSO4-2H2O

Me Fe(CN)

Razón SO2/CN= 2.46 kg/kg. Alimentación: [CN] = 250 - 400 ppm. Efluente: [CN] = 0.2 - 5 ppm. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



68 136

INCO SO2 /AIR PROCESS SCHEMATIC FLOWSHEET Reactor

Reagent Vessels

Wear Line

Copper Sulfate

Cyanide Free Stream Discharged To Environment

Cyanide Stream or Toada Waste SO2 Storage V.

Oxidade

Air

Air Compressor


137

TRATAMIENTO DE EFLUENTES CONTAMINADOS OXIDACION QUIMICA El roceso INCO SO /AIRE fue introducido en 1994 la desventaja del SO2 es su agresividad química. Degrada a cianato: Solución limpia

Zona de rociado

SO2 Base CuSO4

Columna de carbón

neutralizado <1 ppm CN

Soplador aire Pozo de solución rica

Aire sumergido

Pozo de solución pobre




69 138

2) Clorinación Alcalina CN- + ClO- + H2O

CNCl + 2OH-

→

2CNO- + 3ClO- + 2H+ 2NaCN + 2Cl2 + 2Ca(OH)2

2CO2 + H2O + 3Cl- + N2

→

(pH=11)

→

2NaCN + 5Cl2 + 4Ca(OH)2

CNO- + Cl- + H2O

→

2NaCl + CaCl2 + Ca(CNO)2 + 2H2O

→

2NaCl + 2CO2 + N2 + 4H2O + 4CaCl2

→

3) Acidificación/Neutralización Acidificación: CN- + H+

→

(pH=5.5)

→

(Hidrólisis NaCN + H2O

HCN

→

HCN + OH-)

Desorción con aire en columna rellena: HCN

 HCN

Neutralización con cal de la solución sin cianuro para precipitar los metales: Regeneración: HCN(g) + NaOH(ac)

NaCN(ac) + H2O

→

Solución Efluente: [CN] = 0.1 - 25 ppm, libre de: metales, ferrocianuro y tiocianato. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade

139

CLORINACION ALCALINA Utiliza el cloro como agente oxidante. Registro Soda caustica Acido Agua con cianuro

Analizador de pH

Hipoclorito ORP

ORP

pH

Hipoclorito

Cianuro a cianato

Cianuro a carbonato y neutralización

Sedimentación

Lodo




70 140

CINETICA DE OXIDACION DE CIANURO 1.4 1.2 1.0 1 p g , N C

0.8 0.6 0.4

Titanio #1

0.2

Titanio #2

0.0 0.0

0.5

1.5

2.5

3.5 4.5 Tiempo, h

5.5

6.5

7.5


141

RADIACION ULTRAVIOLETA RAYOS X

UV – VACIO

UV – ONDA CORTA (UVC)

UV – ONDA MEDIA

UVC – Onda Larga (UVA)

Luz Visible

100 nm

200 nm

254 nm

315 nm

400 nm

800 nm

Una molécula de oxígeno absorbe radiación de longitudes de onda en el intervalo entre 1600 Å y 2400 Å y se disocia en dos átomos de oxígeno. O2 + fotón = O + O

El ozono se disocia fotoquímicamente por absorción de radiación . O3 + fotón  O + O2

El oxígeno y el ozono estratosféricos absorben de 97 a 99% de las radiaciones UV entre 150 y 300 nm, procedentes del sol. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



71 142

LA RADIACION ULTRAVIOLETA Y DESCONTAMINACION  La

radiación UV se aplica en desinfección de agua desde 1901.

 El

90% de la energía irradiada de las lámparas UV es en 253,7 nm, cerca del pico germicida efectivo de 265 nm.

ESTERILIZACION DE AGUA CON RADIACION UV. . DEGRADACION FOTOQUIMICA DE TINTAS CON RAYOS UV/H2O.


143

VENTAJAS DEL EMPLEO DE LAS RADIACIONES UV  No

se usan químicos. .

  No

se necesita tanque de almacenamiento.

 No

hay subproductos de formación.

 No

hay cambio de: color, olor, pH, conductividad, etc.

 Mediciones

sin necesidad de un operador.

 Simplicidad

y facilidad de mantenimiento.

 Más

efectivo que el cloro contra los virus.

 Compatible

con todos los demás: filtración, osmosis inversa, intercambio iónico.




72 144

DEGRADACION DEL CIANURO CON RAYOS UV  La

degradación de iones cianuros mediante rayos UV no producen compuestos tóxicos, como el cloruro de cianógeno. oxidación es capaz de transformar el CN - en productos como el cianato CNO - (1000 veces menos tóxico).

 La U

oxidar a CO 2 y NO3. CN- + 2OH- + 2 h+ + 2O2 = NO3 + CO2 + 3H2O

 Termodinámicamente

es factible descomponer el cianuro a cianato como compuesto intermedio y como CO2 como compuesto final.

 Es

necesario elevar el potencial del sistema con la adición del peróxido de hidrógeno como oxidante.


145

VARIABLES DEL PROCESO DE DEGRADACION LONGITUD DE ONDA: El H2O2 absorbe radiación en el espectro de longitud de onda de 190 a 280 nm, se considera 254nm. INTENSIDAD DE RADIACION: La velocidad de reacción es proporcional a la intensidad de la luz hasta cierta intensidad específica para cada proceso. OXIDANTE: Se usará diferentes proporciones de H 2O2: 1, 5, 10, 15, 25 ml or cada 500 ml de muestra. TIEMPO: Se realizará monitoreo a diferentes tiempos en función de la disminución de cianuro en la solución investigada. ALCALINIDAD: Se toma los mismos valores de la solución problema tal como vienen en el efluente. Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



73 146

VELOCIDAD REACCION DE DEGRADACION DE CIANURO LIBRE 600 500 CN total

L / g 400 m : n ó i c 300 a r t n e c n o 200 C

CN libre

100 0 0

20

40

60

80

100

120

140

Tiempo: minutos


147

BIODEGRADACION DE CIANURO  Se

aprovecha de la capacidad de ciertos grupos de microorganismos, mayormente bacterias, de utilizar compuestos cianurados como fuente de carbono y



inocuas. La biodegradación de cianuro puede ser aeróbica y anaeróbica y resulta en la formación de amonio. NO 3

iv

CYANIDE (TOTAL) Aerobic Degradation

v

Anaerobic Degradation vi

mmon a

ar on

ox e

mmon a

orma e

iii

NO2-

NO viii

N2O vii

Nitrite Nitrate

-

N2 Bicarbonate

NH4+

HCN

xi ORGANIC NITROGEN

Biodegradation pathways and end products for cyanide Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade



74 148

VIAS DE BIODEGRADACION DE CIANURO COMPUESTO DEGRADADO

MICRO-ORGANISMO INVOLUCRADO

REACCION NADH + H+ + HCN + O2HNCO + H2O + NAD+ HCNO + H 2O CO2 + NH3

HCN vía HNCO

P. fluorescens

HCN

Stemphylium loti Alcaligenes xylosoxidans subsp. Denitrificans

No precisado en la literatura

NaCN

P. putida


KCN

Pseudomonas stutzeri Ak61


KCN

Bacillus pumilus C1


Cianuros Orgánicos

Pseudomonas aeruginosa


HCN

Cultivos mixtos – no se ha determinado un microorganismo anaerobio específico.

HCN

HCN + H 2O HCONH2

HCN + 2H2OOHCOO- + NH4+ En condiciones metanogénicas


149 Hydrolytic reactions Cyanide hydratase HCN + H2O → HCONH2

Reductive reactions HCN + 2H+ + 2e- → CH2=NH + H2O → CH2=O

Nitrile hydratase R-CN + H2O → R-CONH2

↓

CH2=NH + 2H+ + 2e-→ CH3-NH + 2H+ + 2e- → CH4 + NH3

Cyanade HCN + 2H2O → HCOOH Nitrilase R-CN + 2H2O → R-COOH Chemical reactions for the biodegradation of cyanide and thiocyanate Oxidative reactions

Substitution/transfer reactions

Cyanide monoxygenase HCN + O2 + H+ + NAD(P)H → HOCN + NAD(P)+ + H2O

Cyanoalanine synthase Cysteine + CN- → β -cyanoalanine + H 2S OAS + CN- → β -cyanoalanine + CH3COO-

Cyanide dioxygenase HCN + O2 + 2H+ + NAD(P)H → CO2 + NH3 + NAD(P)+

Thiosulfate: cyanide sulfurtransferase CN- + S2O32- → SCN- + SO32-

Thyocyanate biodegradation ar ony pa way ocyana e y ro ase SCN- + 2H2O → COS + NH3 + OHCyanate pathway (cyanase) SCN- + 3H2O + 2O2 → CNO- + HS- + 2O2 → SO42- + H+ ↓

CNO- + 3H+ + HCO3- → NH4+ + 2CO2 Current Opinion in Biotechnology 2004, 15:231-236




75 150

La primera operación industrial se localiza en la mina de Homestake Mining en Lead. South Dakota, USA. El sistema de tratamiento se basa en la biodegradación de los cianuros y la biosorción de los metales pesados tóxicos. El principal microorganismo encontrado pertenece al género Pseudomonas . El . primero, incluye la ruptura oxidativa del cianuro y thiocianato y la captura de los iones metálicos en una biopelícula. El segundo paso, convierte el amonio producido a nitrato mediante una nitrificación biológica.

Mine Water

Decadent Water

Flow Equalization System

Soda Ash

Influent Rapid Mix Tank

Phosphoric Acid

24 Low Density Rotating Biological Contractors for Removal of Metal Complexed Cyanides, Metals and Thiocyanate

24 High Density Rotating Biological Contractors for Nitrification

Polymer

MxCNy + 2 HxO + ½ O2 = M-biopelícula + HCO3 + NH3 (Me: Fe, Cu, Zn) SCN- + 2 H2O + 5/2 O 2 = SO4-2 + HCO3-1 + NH3

Effluent Rapid Mix Tank

Ferric Chloride

V

Secondary Clarifier

Emergency Clarifier

V Multi-Media Pressure Sand Filtration

NH4+ + 3/2 O2 = NO2-1 + 2 H+ + H2O NO2-1 + ½ O2 = NO3-1


151

RECICLADO • Existe la opción de reciclar las soluciones de cianuro, agregando ácido clorhídrico al NaCN en condiciones muy con ro a as y cap urar e c anuro era o en a , que o transforma en NaCN. • Esto se suele hacer para recuperar el cianuro y utilizarlo otra vez en el proceso.




71597 Materialdeestudio Parti

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