TRATAMIENTO DE EFLUENTES MINEROS De todos los contaminantes de los cursos de agua, quizás el drenaje ácido de mina mina sea uno de los los más graves, graves, por su naturaleza, naturaleza, extensión extensión y dificultad de resolución. Los ríos y acuíferos afectados por este tipo de cont co ntam amin inac ació ión n se ca cara ract cter eriz izan an po porr su ac acid idez ez,, as asíí co como mo po porr el al alto to contenido en sulfatos y metales pesados de sus aguas y por el contenido metálico de sus sedimentos. CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN DEL AGUA
Antes de controlar contaminantes, se debe reducir al mínimo el consumo de agua, optimizar su recuperación y recirculación. La complejidad de extrae extraerr el minera minerall y sus subproductos desde las rocas minera mineraliz lizada adas s no sólo sólo radica radica en la gran gran varied variedad ad de proce procesos sos que que requiere, sino también en que esta actividad genera un residual sólido, emis emisio ione nes s gase gaseos osas as y eflu efluen ente tes s líqu líquid idos os que que cont contie iene nen n espe especi cies es metálicas y otros contaminantes. Los efluentes líquidos más importantes importantes en minería corresponden a drenaje ácidos de mina, aguas de escorrentía e infiltración que atraviesan la roca mineralizada, relaves provenientes de los procesos de concentración, soluciones gastadas utilizadas en los procesos de lixiviación, extracción por solvente y electro obtención, y aguas provenientes del lavado de gases en fundiciones y plantas de ácido. Independiente de la actividad o proceso que genera el efluente, los los cont contam amin inan ante tes s asoci sociad ados os a esto estos s pro proceso cesos s frec frecue uent ntem emen ente te corresponden a metales, sulfatos y otros componentes inorgánicos. Los principales focos productores de AMD en las explotaciones mineras son los drenajes de las minas subterráneas, por bombeo en las minas activa activas s y por por grav graved edad ad en las las aband abandon onada adas, s, las las escor escorren rentía tías s en la minería a cielo abierto y los lixiviados de las escombreras y residuos mineros. El drenaje ácido de la mina puede emanar desde diferentes actividades y lugares. Entre ellos:
> Trabajos en la superficie y subterráneos. > Desechos rocosos (provenientes de la planta chancadora). > Sitios de acopio de estériles provenientes de la molienda u otro > Desechos provenientes de embalses de relave, flotación, entre otros. Problemática de los drenajes ácidos de minas Los drenajes ácidos de minas son aguas con altos índices de acidez y carga de metales en disolución. Estos drenajes ácidos de minas son el resultado de la reacción del agua, tanto superficial como subterránea, con miner minerale ales s sulfur sulfurado ados. s. El ácido ácido es gener generado ado en las las insta instalac lacion iones es minera mineras s cuand cuando o los los sulfur sulfuros os metáli metálico cos s miner minerale ales s son oxid oxidado ados. s. Los Los sulfuros minerales están presentes en el interior de las rocas asociados con con dife difere rent ntes es meta metale les. s. En form forma a natu natura ral, l, la oxid oxidac ació ión n de esto stos
minerales y la formación de ácido sulfúrico corresponden a procesos de oxidación de los metales. Los procesos de extracción asociados a la actividad minera incrementa el grado de estas reacciones químicas ácidos de minas han afectado entre 8.000 y 16.000 km de riberas de ríos con metales como el cadmio, cobre, cinc y arsénico en ese país. Se cree que los drenajes ácidos de minas son los causantes de la mayor contaminación ambiental entre los años 40 y 80. Los problemas ambientales asociados al drenaje ácido son variados y dependen del componente del medio ambiente en que se emplacen pero, en general, perduran en el largo plazo. Entre los efectos específicos de la acidificación de los cursos de agua se encuentran la interrupción del crecimiento y reproducción de fauna y flora acuática, daño a los ecosistemas (cadenas tróficas, comunidades, otros), en algunos casos contaminación de las fuentes de agua potable, y efectos corrosivos en las bases de los puentes.
Formación de drenajes ácidos En la naturaleza, los sulfuros permanecen en el subsuelo en ausencia de oxígeno y sólo una pequeña parte de estos depósitos aflora a la superficie. El drenaje se forma cuando los minerales que contienen azufre, principalmente la pirita (FeS2), se ponen en contacto con la atmósfera, produciendo su oxidación y formando ácido sulfúrico y hierro disuelto. La reacción general que controla este proceso es:
FeS2 (s) + 7/2 O2 (g) + H2O Fe2+ + 2 SO4 2- + 2 H+ (1) En presencia de oxígeno, el hierro ferroso sufre la reacción:
Fe2+ + 1/4 O2 (aq) + H+ Fe3+ + 1/2 H2O (2) El hierro férrico que se produce puede oxidar nueva pirita (reacción 3) o precipitar como hidróxido férrico (reacción 4).
FeS2 (s) + 14 Fe3+ + 8 H2O 15 Fe2+ + 2 SO4 2- + 16 H+ (3) Fe3+ + 3 H2O Fe (OH)3 (s) + 3 H+ (4) Estas reacciones generan acidez y liberan grandes cantidades de sulfatos, hierro y otros metales que contienen los sulfuros (As, Cd, Co, Cu, Pb, Zn, etc.), produciendo un lixiviado tóxico. Este lixiviado reacciona con las rocas del entorno produciendo la hidrólisis de otros minerales y haciendo que se disuelvan otros elementos como Al, Ca, Mg, Mn, Na, Si, etc. La cinética de las reacciones anteriores es muy lenta, sobre todo de la reacción 2, que es la que controla la velocidad de todo el proceso, pero se acelera cuando son catalizadas por bacterias acidó filas.
Mientras la acidez producida sea baja en relación a la capacidad neutralizante del medio, estas bacterias no pueden desarrollarse y la producción de lixiviados ácidos no es muy elevada. Sin embargo, si las condiciones que se alcanzan son ácidas, se produce un incremento de la población de bacterias que catalizan estos procesos, lo que ocasiona que cada vez se produzca mayor acidez y el proceso se retroalimenta, generando un lixiviado con valores de pH muy bajos y enormes concentraciones de metales y metaloides. El potencial de una mina para generar acidez y producir contaminantes depende de varios factores. Estos factores que regulan la formación de drenajes ácidos se pueden identificar como primarios, secundarios y terciarios. Los factores primarios incluyen la producción de acidez, como las reacciones de oxidación. En los secundarios estarían el control de los productos de la reacción de oxidación, como las reacciones con otros minerales que consumen ácido o las que producen neutralizaciones. Los factores terciarios se refieren a factores físicos de la gestión de los residuos en las minas. Estos factores influyen en las reacciones de oxidación, la producción de acidez y la migración de los contaminantes.
Formas de control Una de las mejores defensas contra el drenaje ácido es prevenir que el material que puede generarlo entre en contacto con el aire y el agua, porque una vez que la reacción comienza es casi imposible detenerla y continuará por varias décadas. El control de la generación de ácido se puede hacer a través de la remoción de uno o más de los componentes esenciales: azufre, aire, agua. Algunas formas de control son:
> Separación de los desechos y mezcla. Se trata de mezclar la roca generadora de ácido con otro tipo de roca, cuya composición sea neutralizadora, creando un pH neutro. > Aditivos base. Material alcalino, tales como caliza, cal, ceniza de soda pueden ser agregados a la roca sulfurosa con el fin de amortiguar las reacciones productoras de ácido. > Cubrimientos. Tierra, arcilla y coberturas sintéticas pueden ser puestas sobre la roca generadora de ácido, con el fin de minimizar la infiltración de agua y aire. > Bactericidas. La introducción de ciertos químicos que reducen la bacteria (Thiobacillus ferrooxidans ) que cataliza las reacciones de la generación de ácido ha resultado bastante efectiva. La bacteria Thiobacillus ferrooxidans se emplea en procesos de lixiviación bacteriana, también conocida como biolixiviación de minerales, un proceso natural de disolución que resulta de la acción de
un grupo de bacterias con habilidad de oxidar minerales sulfurados, permitiendo la liberación de los valores metálicos contenidos en ellos. En términos más globales se puede señalar que la biolixiviación es una tecnología que emplea bacterias específicas para lixiviar o extraer un metal de valor como uranio, cobre, zinc, níquel y cobalto presente en un concentrado de mineral. El producto final de este proceso es una solución ácida que contiene el metal en su forma soluble.
METODOS DE TRATAMIENTO EN GENERAL •Homogenización: minimizar fluctuaciones •Neutralización: ajustar pH •Precipitación: por reacción con S. química •Coagulación y floculación: aglomeración •Clarificación: por sedimentación
TRATAMIENTO DEL DAR Neutralización para precipitar metales pesados disueltos: •Neutralizantes: Cal, soda cáustica y caliza. •Cuando hay Fe2+: oxidar con aireo bacterias •Cuando hay 2 clases de metales: precipitaren 2 etapas: 1°pH bajo, y 2°pH alto. •Después de neutralización a pH alto: bajar pH. •El reciclaje de precipitado reduce volumen de precipitado.
DIAGRAMA DE FLUJO DEL TRATAMIENTO DE AGUA DE MINA AGUA CRUDA NEUTRALIZA
CAL
OXIDACI
AIRE FLOCULANTE
PRECIPITACI ÓN
AGUA DECANTADA
PRECIPITAD TRATAMIENTO DE
SEDIMIENT
RIO
PROCESO DE NEUTRALIZACIÓN EN ETAPAS
AGUA ÁCIDA
AIRE LECHADA DE CAL POLIMERO
pH = 4 pH = 7
CLARIFICADOR pH = 8.5 pH = 9.5
RECICLAJE DE
AGUA TRATADA
DESCARGA DE LODO
FUNDAMENTOS DE LAS TECNOLOGIAS
El agua de mina (AMD) es mezclado con una lechada de cal/lodo en un tanque de mezcla rápida (RTM), para llevar el pH de la lechada combinada a 9.5 a 9.8. Luego se dispone en un reactor de cal (R3) con un rango de tiempo de retención de 30 a 90 minutos típicamente. Se inyecta aire en el reactor de cal para la oxidación ferrosa. En el Tanque de Floculación (FT) se mezcla a los precipitados del efluente con polímeros para la formación del flóculo. Una parte del lodo del clarificador es reciclado al tanque de mezcla de cal/lodo. La proporción de lodo reciclado es típicamente entre 10 a 30 kg de sólidos reciclados por cada kg de sólidos formados en el proceso. Esto significa que en cualquier momento, al menos 90 % de los sólidos en el reactor de cal son de lodo reciclado. La adición de cal es controlada para conservar el pH en el punto de referencia deseado (9.5), medido o en el RMT o el LR.
