Control de Generación de Gases Tóxicos en Voladuras en en Minas Minas a Cielo Abierto 1
Ca r l o s P . O r l a n d i
RESUMEN: La aparición de humos de color luego de una voladura es señal de alguna anormalidad en el proceso de detonación. Este fenómeno ocurre usualmente a causa de una reacción de combustión desbalanceada en oxígeno, incompleta o de bajo orden. Excepcionalmente se pueden generar humos nitrosos por un efecto termodinámico debido al enfriamiento brusco de los gases de la detonación, aun cuando ésta haya sido completa, o por reacciones indeseadas del explosivo o productos de la detonación con sustancias contenidas en el macizo rocoso. La aparición de estos humos, todos ellos de alta toxicidad, presenta en primera instancia un riesgo para las personas, y, además, un problema económico, por la necesidad de detener la operación y esperar la evacuación total de los gases. PALABRAS CLAVE: Gases nitrosos, humos nitrosos, humos tóxicos.
1 Introducción La aparición de humos de color distinto al blanco luego de una voladura es señal de alguna anormalidad en el proceso de detonación. Este fenómeno ocurre usualmente a causa de una reacción de combustión desbalanceada en oxígeno, incompleta o de bajo orden, como una deflagración. Excepcionalmente se pueden generar humos nitrosos por un efecto termodinámico debido al enfriamiento brusco de los gases de la detonación, aun cuando ésta haya sido completa, o por reacciones indeseadas del explosivo o productos de la detonación con sustancias contenidas en el macizo rocoso. La aparición de estos humos, todos ellos de alta toxicidad, presenta en primera instancia un riesgo para las personas, y, además, un problema económico, por la necesidad de detener la operación y esperar la evacuación total de los gases. Humos de color gris oscuro a negro reflejan un exceso de combustible, o falta relativa de oxígeno. Por el contrario, humos de color amarillento, anaranjado o rojizo reflejan exceso de oxígeno o, dicho de otro modo, insuficiente combustible. La causa de este fenómeno puede estar en el explosivo mismo, en algún fenómeno físico o químico asociado al macizo rocoso o en la interacción entre ambos. En minería a cielo abierto, lo más usual es un mal balance de oxígeno del explosivo, explosivo, típicamente causado por una mezcla errónea de nitrato de amonio y 1
Gerente Técnico y de Desarrollo de ENAEX S.A.; Director de CINTEX ®, Centro de Innovación Tecnológica en Explosivos y Voladura de Enaex S.A.; Académico Part-time de la Facultad de Economía y Negocios de la Universidad Alberto Hurtado; Consultor Internacional de Dyno Nobel Samex S.A. (Perú); Co-Chairman del Comité de I+D de la ISEE, International Society of Explosives Engineers; Miembro del Directorio del Grupo FragBlast Intl.; Presidente de la Asociación Chilena de Ingenieros Explosivistas A.G. (ASIEX).
petróleo en el Anfo o en las mezclas de Anfo Pesado, por lo que se tiende siempre a “culpar” al explosivo, sin un análisis más profundo de otras posibles causas. Pero también existen causas ajenas al explosivo: − Presencia de agua dinámica que daña físicamente el explosivo. − Agua ácida que lo ataca químicamente. − Enfriamiento de los gases de detonación por agua muy fría. − Presencia de minerales sulfurados en el macizo rocoso, especialmente piritas activas (en proceso de oxidación natural). El objetivo de este trabajo es plantear las principales posibles causas de aparición de gases tóxicos luego de las voladuras, proponer una metodología de análisis y prevención de su generación en voladuras en explotaciones a cielo abierto. En términos generales, las causas de generación de estos gases puede extrapolarse a faenas subterráneas. 2 Humos Tóxicos Generados por Detonación de Explosivos En la industria de explosivos el término “humos” se refiere normalmente a los gases tóxicos producidos por la detonación, para distinguirlos de aquellos gases no tóxicos, que son llamados simplemente “gases”. Los “gases” resultantes de la detonación de mezclas explosivas son principalmente dióxido de carbono (CO 2), nitrógeno (N2) y vapor de agua (H 2O); todos estos son, esencialmente, no-tóxicos. Adicionalmente, y por razones diversas, se puede producir una variedad de gases tóxicos, siendo los más comunes el monóxido de carbono (CO) y los óxidos de nitrógeno, principalmente NO2 y NO. Las características relevantes de éstos son: Monóxido de carbono (CO): Gas incoloro, Inodoro e Insípido TLV= 50 ppm (partes por millón). Punto de ebullición = - 192 º C Una de las formas en que se produce es por la combustión incompleta del carbono, desde compuestos que los contengan. Este proceso tiene lugar cuando el oxígeno disponible es inferior a la cantidad necesaria para una combustión completa, de la que se desprende CO 2. Efectos nocivos: dolor de cabeza, vómitos, náuseas, asfixia, muerte. Óxidos de nitrógeno (NOx): Gases de color amarillo – anaranjado – rojizo TLV = 5 ppm. Los NOx corresponden a mezclas de NO y NO 2, generados usualmente por combustión de hidrocarburos o carbón. Una de las formas en que se
producen es por el exceso de oxígeno durante la detonación de productos nitrados, es decir, cuando el oxígeno disponible es superior a la cantidad necesaria para la combustión (detonación) completa, de la que se desprendería N2. Efectos nocivos: edema pulmonar, que puede ser fatal en caso de exposición prolongada. Otros gases tóxicos que se pueden generar bajo ciertas condiciones, dependiendo principalmente de la composición del explosivo, son amoníaco (NH 3) y ácido sulfhídrico (H2S), fáciles de detectar por sus típicos olores. Los explosivos se formulan para producir la condición de menor riesgo, diseñando el balance de oxígeno para evitar la generación de gases nitrosos; por esto en los productos de la detonación está casi siempre presente monóxido de carbono, por ser menos riesgoso que los óxidos de nitrógeno. El desarrollo de modelos termodinámicos del proceso de detonación, altamente complejo, ha permitido optimizar el diseño de explosivos, a pesar de lo cual se puede afirmar que no existe un explosivo absolutamente inocuo. Más aún, veremos que la generación de humos nitrosos depende más de condiciones operacionales y ambientales asociadas a la voladura que a la composición de los explosivos. 3 Balance de Oxígeno Este concepto representa la relación entre la cantidad de oxígeno efectivamente disponible para la reacción de detonación y la teóricamente necesaria para que ésta sea completa, expresada en tanto por ciento del peso del explosivo. Se determina calculando el oxígeno requerido para que el resultado de la conversión del material explosivo a productos finales estables, como N 2, CO2, H20, SO2, Al2O3,... (según la respectiva composición), sea teóricamente completo; por esto se le conoce también como “balance estequiométrico de combustión”. En la práctica, el balance de oxígeno representa el exceso o defecto de oxígeno para lograr la combustión completa de un compuesto o una mezcla, expresado como porcentaje en peso. Si hay oxígeno insuficiente para la reacción completa de la oxidación se dice que el compuesto tiene un balance de oxígeno negativo; en este caso hay un exceso de combustible con relación al equilibrio estequiométrico. Por el contrario, se tiene un balance de oxígeno positivo si hay presencia de un exceso de oxígeno (o deficiencia de combustible). 2CH2 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H2O 2NH4NO 3 → 4H2O + 2N2 + O2
Corresponde a la proporción que representa el peso de oxígeno contenido o requerido respecto al peso total del compuesto. Algebraicamente: BO compuesto = β PMo2 / α PMcompuesto BO mezcla = Σ BOi x Xi
Ejemplo: Nitrato de Amonio (NA) = NH 4NO3 2 NH4NO3 ===> 4 H2O + 2 N 2 + O2 Como PM NA = 14 + 4x1 + 14 + 3x16 = 80 y PM o2 = 2x16 = 32 ===> BO = 1 x 32 / 2 x 80 = + 0.2 = + 20 % 4 Proceso de Detonación del ANFO El proceso de detonación del ANFO, y en general el de todos los agentes de voladura, debe ser provocado mediante la detonación sucesiva de un “tren” que lo forman un detonador, que se activa por una fuente externa, y un “booster” o multiplicador: El booster genera una onda de choque que se traduce en una compresión de las partículas de Nitrato de Amonio. La compresión adiabática del aire ocluido en los poros cerrados de los gránulos genera calor. Estos poros actúan como “puntos calientes” (hot spots), por el calor que generan como consecuencia de la compresión violenta. Si este calor es suficiente, se genera la violenta reacción química exotérmica de la mezcla NA + FO. Ésta, a su vez, provoca la expansión de los gases de reacción, amplificando el frente de choque y comprimiendo los siguientes poros, lo que permite la continuidad del proceso a lo largo de la columna de explosivo. La repetición de este proceso permite la propagación de la detonación en la masa del explosivo (en estricto rigor, del “agente de voladura”). 3NH4NO 3 + CH2 ⇔ 7H2O + 3N2 + CO 2 + ∂Q
De la ecuación de la reacción de detonación del ANFO es posible obtener algunas conclusiones: Explosivos con deficiencia de oxígeno favorecen la formación de monóxido de carbono (CO); Explosivos con exceso de oxígeno favorecen la formación de óxidos de nitrógeno (NOx); Lo anterior puede ocurrir por falta de petróleo o por reemplazo de éste por un aceite de mala calidad (con impurezas o agua), que puede ser el caso de uso de aceites lubricantes usados no tratados adecuadamente; Si se retira en forma rápida el calor ( δQ) durante el proceso de expansión de los gases resultantes antes de completar la reacción, ésta tenderá a desplazarse hacia la derecha, formando óxidos de nitrógeno (NOx). Del proceso de propagación de la detonación por compresión adiabática se
infiere: La adición de microburbujas (químicamente generadas o por adición de microesferas) aumenta la eficiencia de la reacción, genera una mayor temperatura y una mayor expansión de los gases resultantes, lo que ayuda a disminuir la probabilidad de formación de NOx. Estas microburbujas actúan del mismo modo que los microporos del nitrato de amonio del Anfo, mejorando la eficiencia termodinámica de la mezcla. Los gases resultantes alcanzan mayores temperaturas, la rapidez de la reacción aumenta, y, como consecuencia, también la velocidad de detonación. Del mismo modo, aumenta la eficiencia del explosivo, al aprovecharse una mayor proporción de la energía teórica del explosivo. 5 Gases Tóxicos causados por uso de Aceites Lubricantes Reciclados Es común hoy día, tanto por razones medioambientales como económicas, reemplazar todo o parte del petróleo diesel del ANFO o de la fracción ANFO de los Anfos Pesados por aceites lubricantes usados debidamente procesados. Para hacer esto en forma eficiente y segura es necesario eliminar las impurezas excesivas en los aceites lubricantes reciclados (ALR) que se utilizan como combustible del ANFO, mezclado o no con petróleo diesel. La presencia de lodos, agua y sólidos en suspensión (Fig. 1) puede afectar tanto el balance de oxígeno de la mezcla como la estabilidad de las emulsiones, en el caso de los Anfos Pesados. Cabe hacer notar que una pequeña cantidad de agua presente en el aceite, emulsionada en forma de microceldillas, puede ser favorable para el proceso de detonación. Los principales fabricantes de explosivos determinan las especificaciones y el tratamiento recomendado para los ALR según sus respectivos procesos y formulaciones. En general, el tratamiento consiste básicamente en: Decantación de sólidos en suspensión Eliminación de agua Filtración Fig. 1 Muestra de ALR con excesivo contenido de grasa, agua y tensoactivos.
6 Otras posibles causas de Gases Tóxicos En la literatura se describen múltiples situaciones y condiciones que contribuyen a la generación de humos tóxicos. Entre éstas cabe mencionar las siguientes: Formulación inadecuada del explosivo o mezclado deficiente o irregular de ANFO o mezclas ANFO / Emulsión (Anfos Pesados). Esto considera también posible inyección excesiva de aditivos en el caso de explosivos gasificados químicamente, lo que puede producir gases anaranjados desde el comienzo del proceso.
Explosivo insuficientemente sensibilizado para las condiciones particulares. Por ejemplo, gasificación química insuficiente para la longitud de la columna explosiva. El exceso de combustible en el ANFO puede hacerle perder sensibilidad, especialmente si está fabricado con nitrato de amonio de baja porosidad; lo mismo puede suceder con mezclas de ANFO y emulsión. Detonaciones de bajo orden, como deflagración de la columna explosiva. Esta situación puede darse con o sin presencia de residuos de explosivo no detonado o parcialmente “quemado”. Usualmente se obtienen resultados pobres en fragmentación y desplazamiento de la pila. Las causas pueden ser múltiples, siendo las más corrientes asociadas a primado insuficiente (“booster” muy pequeño, por ejemplo), especialmente en presencia de agua. Esto puede ocurrir también por desensibilización parcial del explosivo a causa de compresión excesiva generada por la detonación previa de cargas adyacentes. Dilución o contaminación excesiva del explosivo con material inerte, como detrito de perforación. Esto puede generar detonación parcial del explosivo, similar al caso anterior. Detonaciones tardías de explosivo entrampado en fracturas o grietas alrededor de los taladros. Esta situación suele producirse en terrenos muy agrietados o de tipo “suelo”, poco competentes. Entrampamiento de agua en el explosivo durante el proceso de carguío. Esto puede ocurrir por un proceso de bombeo poco cuidadoso (retiro muy rápido de la manguera de bombeo), o vaciamiento del explosivo a través de agua en el taladro sin dejar tiempo para su adecuada evacuación. Uso de un explosivo sin suficiente resistencia al agua, provocando una disolución del nitrato de amonio de la mezcla en el agua de los barrenos. Excesiva permanencia del explosivo en los taladros, lo que puede permitir daños causados por estabilidad de las mezclas mismas o por condiciones propias del terreno (vibraciones, agua, piritas). Presencia de agua ácida que puede dañar o destruir la emulsión, en el caso de Anfos Pesados. Como se señaló antes, el enfriamiento brusco de los gases producto de la detonación durante su proceso de expansión puede generar gases nitrosos. Este enfriamiento puede ser provocado por agua muy fría o hielo entrampado en el macizo rocoso. Una pérdida de calor similar puede ocurrir en terrenos de alto contenido de ciertas sales (sal común) o yeso, que son altamente absorbentes de calor (en el caso del yeso, por presencia de agua molecular). 7 Generación de Humos Anaranjados en Voladuras de Minerales Sulfurados Los minerales sulfurados, en particular los que contienen piritas en proceso de
desgaste natural, pueden reaccionar con los explosivos bajo determinadas circunstancias, formándose un sistema de reacciones químicas simultáneas complejas. En voladuras de minerales que contienen piritas activas puede ocurrir desde generación de gases tóxicos (humos anaranjados) hasta una detonación prematura del explosivo, producto de una reacción en cadena autosostenida al alcanzarse la temperatura de autocatalización (usualmente del orden de 115 120 °C, aunque bajo condiciones muy específicas, la iniciación puede ser a una temperatura tan baja como 65 o 70 °C). Este fenómeno, ampliamente estudiado, ocurre cuando se suman varias condiciones en forma simultánea, hasta producirse una reacción autosostenida altamente exotérmica que puede derivar en descomposición violenta del explosivo. Es posible distinguir los aspectos relevantes que deben tenerse presentes para analizar grado de riesgo de reactividad de rocas piritosas, teniendo siempre presente que todos los explosivos que contienen nitrato de amonio pueden reaccionar, bajo ciertas condiciones, con minerales que contengan piritas en cantidad apreciable, produciéndose una reacción química cuyo desarrollo depende de condiciones específicas, especialmente del grado de oxidación de las piritas, conocido como “desgaste”. Los minerales de pirita se oxidan en forma natural y permanente, ya sea por agentes atmosféricos o ambientales (condiciones del mineral in-situ) formando sulfato ferroso heptahidratado. La oxidación natural de las piritas se caracteriza porque en estas condiciones el terreno presenta humedad, producto de las propias reacciones químicas, siendo la presencia de sulfato ferroso un indicador de esta reactividad. El sulfato ferroso es el causante de la aceleración de la reacción del nitrato de amonio y afecta la temperatura de iniciación de las reacciones químicas de descomposición; la presencia de acidez cataliza las reacciones. En el Anexo 1 se presenta un resumen de las principales reacciones. La reacción química desencadenante de una posible deflagración o detonación prematura del explosivo en un ambiente de mineral piritoso es la del sulfato ferroso con el nitrato de amonio. Rocas de piritas activas, en pleno proceso de oxidación aeróbica, generalmente tienen temperaturas mayores que la roca no piritosa o inactiva de la misma área, por lo que este parámetro es un buen indicador del riesgo potencial de reactividad. La presencia de exceso de agua ayuda a disminuir el riesgo, ya que un gran volumen de agua, o bien agua dinámica, sirve de refrigerante, disipando el calor. Cabe destacar que una roca totalmente seca es de bajo riesgo: no hay reacción química de oxidación. La presencia de polvo fino de material piritoso en el explosivo o de nitrato de amonio en polvo puede incrementar la reactividad con sulfato ferroso contenido en el mineral, ya que se aumenta la superficie de contacto de los potenciales reactantes. El exceso de agua en el Nitrato de Amonio puede generar una detonación de bajo orden o una deflagración parcial, generando gases nitrosos. Por otro lado, la presencia de emulsión en la mezcla explosiva produce un efecto
retardante. El petróleo del Anfo o Anfos Pesados protege al nitrato de amonio, al formar una molécula compleja inerte que retarda la reacción de oxidación. El uso de inhibidores químicos permite disminuir el riesgo de reactividad, minimizando tanto la posibilidad de generación de gases anaranjados como la ocurrencia de reacciones autosostenidas, al aumentar el umbral de temperatura a la que éstas comienzan; estos inhibidores forman moléculas complejas impidiendo que el sulfato ferroso reaccione con el Nitrato de Amonio. Se deduce que la reactividad dependerá tanto de las características del explosivo como de las del mineral. El uso de aditivos creadores de “puntos calientes” (hot spots) en el explosivo permite obtener una reacción de detonación de mayor rapidez y eficiencia, produciendo gases a mayor temperatura que pueden inhibir o reducir la formación de gases del tipo NOx. 8 Observaciones en Terreno La generación de humos anaranjados, en particular, ocurre de diferente manera y en diferentes momentos de la voladura. Distinguir esto puede dar luces con relación a las posibles causas. Por ejemplo, es corriente que el primer taladro de una voladura produzca humos coloreados, de diversa intensidad, y ninguno otro lo haga. Esto puede ser señal de falta de petróleo en la primera carga del camión, que puede ocurrir por demora en la apertura de la válvula de alimentación o por errónea ubicación del punto de inyección. Si la presencia de humos anaranjados se puede correlacionar con el explosivo de un determinado camión, y no se generan en ninguna otra zona del disparo, parece obvio revisar la calibración de éste, a fin de descartar en forma sencilla una posible causa. Hay terrenos en que nunca aparecen humos nitrosos si están secos, pero sí presentan humos cuando tienen agua, muchas veces de baja intensidad pero extendidos en gran parte del disparo; esto es señal de un primado pobre para estas condiciones. En estos casos es recomendable usar un booster de mayor tamaño o primado doble, si la columna es muy larga. La aparición tardía de humos anaranjados, segundos o fracción de minuto luego de completarse la voladura, es señal de enfriamiento de los gases o de reacciones secundarias de éstos con sustancias químicas presentes en el macizo, como sulfato ferroso proveniente de la oxidación natural de piritas u otros minerales sulfurados. Más adelante se detalla el proceso químico asociado a este último fenómeno. En estos casos los humos anaranjados parecen emerger desde la pila de material fragmentado. 9 Caso: Humos Anaranjados en Pórfido Cuprífero Las Figuras 2 y 3 muestran fotografías de un caso de generación intensa de humos anaranjados en un pórfido cuprífero. La primera corresponde a un típico
caso de explosivo desbalanceado en oxígeno; la segunda, parece mostrar un caso de reactividad de piritas. Fig. 2 Gases Nitrosos típicos de Explosivo con Desbalance de Oxígeno
Fig. 3 Gases típicos de voladura en terreno con piritas activas
A pesar de que las investigaciones en general no permiten obtener conclusiones únicas y definitivas de las causas de la generación de humos anaranjados en algunas voladuras, debido a que no siempre se dispone de antecedentes necesarios para correlacionar estas situaciones con los parámetros relevantes del macizo rocoso y con algunas de las posibles causas, sí es posible focalizar las recomendaciones que permitan poner la situación bajo control. En las situaciones mostradas en las fotografías de las Figs. 2 y 3 fue posible clarificar algunos aspectos relacionados con el explosivo mismo, la operación de carguío y las características del macizo. El primer caso correspondió a una mala calibración del camión. En el segundo, la identificación del tipo de mineral, su composición química, la anticipación de la perforación con respecto al carguío con explosivos y el tiempo de permanencia de éstos en los taladros permitió aclarar el problema en esa zona. Se correlacionó toda esta información, incluyendo antecedentes del diseño de cada voladura, registros de los explosivos utilizados, fotografías, videos, pruebas de laboratorio y de voladuras de casos simulados, replicando las condiciones a investigar en perforaciones individuales. Las estadísticas disponibles mostraban presencia de humos anaranjados en casi un 20 % de las voladuras en el período estudiado (seis meses), existiendo casos de distinta intensidad. Según la experiencia del autor y de la literatura técnica sobre esta materia, fue posible determinar que había factores de distinta índole que en este caso en particular podrían ser la causa de esta situación. Un parámetro estudiado fue la posible presencia de
pirita, calcopirita u otros minerales sulfurados, ya que las observaciones permiten anticipar su presencia en cantidades variables en el yacimiento, lo que fue posteriormente corroborado mediante análisis químico. 10 Resumen de Anaranjados
Causales
Típicas
de
la
Generación
de
Humos
En los cuadros 1 y 2 se resume las causales más recurrentes de generación de humos anaranjados. Como ya se señaló, éstas no sólo dependen únicamente del explosivo, sino que también de condiciones del macizo rocoso, ambientales y mineralógicas. Distinguiremos, entonces, causas operacionales (Cuadro 1) y causas asociadas al terreno (Cuadro 2). Cuadro 1: Causas Operacionales Típicas VARIABLE
EFECTO
Dosificación del Explosivo (calidad de mezclado)
La relación de ingredientes en la formulación del producto explosivo influye directamente en el tipo de gases generados durante la detonación. Ésta afecta directamente el Balance de Oxígeno del producto.
Producto
La selección de un producto no adecuado para las condiciones ambientales de la voladura, puede ocasionar resultados no esperados.
Primado
Un primado inadecuado puede resultar en una falla de la detonación, dificultad de conseguir la velocidad de régimen o una deflagración completa del explosivo.
Ésta debe considerar las condiciones del terreno. Una excesiva permanencia en adversas (vibraciones, agua, Permanencia del Explosivo en condiciones piritas) puede provocar daños ya sea los Taladros disminuyendo la estabilidad de las mezclas mismas o por reacción con sustancias propias del terreno.
Anticipación de la Perforación
La oxidación de las piritas puede acelerarse en la superficie interior de los barrenos si la perforación se realiza con mucha anticipación al carguío de explosivos, aumentando el riesgo de reactividad.
Cuadro 2: Causas Ambientales o del Macizo Típicas VARIABLE
Presencia de Agua
Roca Reactiva
Confinamiento
Grietas o Roca Fracturada
Diámetro de los Taladros
EFECTO Disminuye la energía disponible para la conversión de las materias primas del explosivo en productos de la detonación. Puede bajar la temperatura de la detonación y la temperatura de los gases resultantes, posibilitando la generación tardía de gases nitrosos. La reacción de sustancias presentes en el terreno con el explosivo, podría afectar su formulación o provocar reacciones químicas secundarias (presencia de piritas, por ejemplo). Un mal confinamiento puede producir la pérdida de energía generada durante la detonación, impidiendo que las reacciones químicas involucradas sean completas. Favorece el depósito de explosivos en las grietas, el que tiende a deflagrar o quemarse si el diámetro equivalente de la grieta es inferior al critico del explosivo. Afecta la VOD del producto explosivo, hasta impedir su detonación en el caso de alcanzar su diámetro crítico.
11 Recomendaciones: Se propone implantar procedimientos de gestión y de operación que permitan tener los procesos asociados a la voladura permanentemente bajo control, según la siguiente pauta de trabajo, propuesta como un plan de acción preventivo: Gestión: Formar un Equipo de Trabajo Multidisciplinario para aprovechar sinergias y experiencias a fin de acelerar la solución de éste u otro tipo de problemas. Mantener un solo canal de comunicación formal. Desarrollar un sistema de Gestión de Bases de Datos e Información asociada a la Voladura, que permita correlacionar causa - efecto en la cadena de procesos. Este sistema permite realizar una gestión global y unificar criterios, facilitando tanto analizar problemas complejos, como la aparición de humos anaranjados, como evaluar mejoramientos en los procesos aguas abajo (rendimiento de palas, camiones, chancador, molinos y procesamiento del mineral). Para el caso particular de los humos nitrosos, el sistema de gestión debe
contener al menos: Toda la información directa del diseño de cada voladura: malla de o perforación, explosivos utilizados, tipo de taco, sistema de iniciación; secuencia de salida, etc. Toda la información relacionada con la implementación del diseño: o carguío, eventuales dificultades, etc. Toda la información geológica, geoquímica (composición del mineral) o e hidrológica; Información geomecánica (dureza, UCS) y geoestructural (presencia o de fracturamiento o grietas). Operación: Disponer un Procedimiento de Calibración Periódica de los camiones de explosivos. Para el análisis y prevención permanente, correlacionar cada situación con información geoquímica e hidrológica relevante del macizo rocoso: es necesario conciliar la información de voladura con la de los parámetros del macizo, a fin de permitir identificar o descartar posibles causas de los fenómenos observados y prevenirlas o reducirlas en el futuro. Mantener un control adecuado de la presencia de agua. Las aguas dinámicas pueden causar deterioro físico del explosivo, provocando un desbalance de la mezcla. El agua muy fría (usualmente < 5° C), puede causar el enfriamiento de los gases de la detonación, aunque ésta haya ocurrido sin ninguna alteración, y como consecuencia puede ser causa de humos anaranjados. Es recomendable usar un doble primado (booster de mayor tamaño, preferentemente) en taladros con agua en sectores considerados de riesgo de generación de humos anaranjados o rojos. Verificar posible presencia de piritas u otros minerales sulfurados en las zonas de las voladuras con humos anaranjados. Tener presente que los terrenos de más alto riesgo de reactividad corresponden a zonas húmedas (no las totalmente secas o las con mucha agua), con especial atención en las zonas que antes estuvieron saturadas: verificar si las zonas identificadas como “secas” lo son realmente, y que no corresponde a aquéllas con poca agua medida o que tienen humedad remanente porque estuvieron previamente saturadas y bajó el nivel freático. Perforar las zonas de riesgo con la menor anticipación posible, para minimizar la oxidación aeróbica natural de las piritas. Mantener el explosivo en los taladros el menor tiempo posible en situaciones definidas como de riesgo, realizando la voladura en el menor plazo posible, de preferencia en el mismo turno del carguío, si hay un alto contenido de pirita. En zonas de alto riesgo es recomendable analizar el uso de explosivos especiales. Todos los principales fabricantes de explosivos en el mundo tienen tecnología para enfrentar estos riesgos. Su costo adicional es muy
inferior a cualquier daño potencial a las personas o pérdida de producción. En el evento de no disponer de éstos, el uso de mangas protectoras para evitar el contacto del explosivo y la roca puede ser de gran ayuda, aunque no neutralizan el posible enfriamiento de los gases post-voladura. Si hay gran cantidad de agua, especialmente si es ácida o muy fría, o usar explosivo de alta temperatura de reacción (sensibilizado mediante microesferas o gasificación química); Si hay alto contenido de pirita en terreno húmedo, y por razones o operacionales el explosivo debe reposar más de un día en los pozos, usar explosivo con aditivos inhibidores de la reacción con piritas. Si se usa aceites lubricantes reciclados, establecer sus especificaciones e implantar un sistema de control de calidad, manteniendo las instalaciones de almacenamiento en condiciones óptimas. Evitar aceites que contengan antiespumantes si se usa Anfos Pesados, pues pueden dañar la emulsión. Tomar precauciones adecuadas para el almacenamiento de nitrato de amonio, manteniéndolo adecuadamente cubierto. Cabe hacer notar que, si bien los envases son dobles y de costuras reforzadas, no son totalmente herméticos, lo que hace que pueda haber penetración de aguas lluvias el estar directamente a la intemperie. Conclusiones La generación de gases nitrosos (humos anaranjados) es un fenómeno cuyas causas pueden ser operacionales o asociadas a las condiciones del terreno. Es básico disponer un procedimiento de calibración periódica de los camiones de explosivos, pero es tanto o más importante conocer oportunamente los parámetros geoquímicos del macizo: composición química de los minerales presentes, presencia de pirita u otros minerales sulfurados, acidez del agua, temperatura del agua. Es importante mantener registros de toda la información asociada a la gestión de voladuras, no sólo para efectos del tema de este trabajo. Hay que tener presente que todo lo que se haga o deje de hacer en esta etapa inicial del proceso minero tendrá un alto impacto en todas las demás etapas aguas abajo, con factores de apalancamiento generalmente altos. Para el caso particular de prevenir la generación de humos tóxicos generados por la voladura, es necesario un trabajo de investigación permanente, lo que permitirá que este tipo de situaciones se mantenga bajo control en tanto sea posible hacer una buena conciliación de la información relevante. El principal riesgo es el desconocimiento de la geoquímica del macizo: es imprescindible conocer la composición química del mineral. La falta de tecnología de explosivos adecuada es un riesgo a evaluar, pero fácil de resolver. Es recomendable implantar un Plan de Acción concreto, conformando un equipo de trabajo con profesionales de las diferentes áreas de la Mina. Es posible prever la probable necesidad de utilización de explosivos sensibilizados, ya sea mediante microesferas sólidas o mediante gasificación química.
BIBLIOGRAFÍA Colcleugh, D., General Letter on Blasting Fumes, du Pont Explosives, March 1978. Chiapetta, F. & Treleaven, T, Expansion of the Panama Canal Project , Seventh High-Tech Seminar on Blasting Techniques, Orlando, US, July 1997. Orlandi, C.P., Reactividad de Minerales Piritosos con Explosivos en Base a Nitrato de Amonio, Coloquio de Tronadura, Iquique, 2001. Orlandi, C.P., Reactivity of Pyrite-bearing Ores with Ammonium Nitrate Explosives, Asia-Pacific Symposium on Blasting Technology, Kunming City, China, May 2007.
ANEXO 1 Resumen de las principales reacciones químicas del proceso de oxidación o desgaste natural de la pirita y su reacción con Nitrato de Amonio. Proceso de Desgaste de la Pirita “Weathering” o Envejecimiento Natural: Desgaste inicial: FeS2 + 3 ½ O2 + H2O ⇔ Fe+2 + 2 SO4-2 + 2 H+ Oxidación de ión ferroso: 2 Fe+2 + ½ O2 (g) + 2 H+ ⇒ 2 Fe+3 + H2O + Q (calor) Aceleración del desgaste: FeS2 + 14 Fe+3 + 8 H2O ⇔ 15 Fe+2 + 2 SO4-2 + 16 H+ Generación de dióxido de S: FeS2 + Q (calor) ⇒ FeS + S0 (g) S0 + O2 ⇒ SO2 (g) Generación de trióxido de S: SO2 + ½ O2 ⇒ SO3 (g) Formación de ácido sulfhídrico: S0 + 2 H+ ⇒ H2S + Q (calor)
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)
Reacción con el Nitrato de Amonio Dado un ambiente ácido y presencia de iones Fe+2: AN + Sulfato Ferroso: 3 Fe+2 + NO3- + 4 H+ ⇒ 3 Fe+3 + NO (g ) + H2O + Q (8) + Sulfato Férrico Fe2SO4 + NO ⇒ FeSO4NO (color café) (9) En medio ácido se tiene: Fe2(SO4)3 ⇒ Fe2O3 + 3 SO3 (g ) (10) A T ≥ 95 °C y en presencia de ácido sulfúrico se verifica una combinación compleja de diversas reacciones, entre las que se destacan las siguientes: NH4NO3 + H2SO4 ⇒ N2O + N2 + H2O + H2SO4 (11) NH4NO3 + H2SO4 ⇒ HNO3 + SO3 (g ) + … (12) NH4NO3 + H2SO4 ( - H2O ) ⇒ NH2 – NO2 (13) NH2 – NO2 ( - H2O ) ⇒ N2O (g ) (14) NH2 – NO2 + H2O ⇒ HNO3 + NH3 (15)
