Fundamentos de Investigación Extracción y transformación de metales
ÍNDICE Introducción«««««««««««««««««««««««««««««««««««««.. 3 Capítulo I: Extracción y transformación de metales«««««««««««««««««««.«. 4 Capítulo II: Maquinaria capaz de extraer extraer metales con el fin de reducir el riesgo riesgo para el personal humano y hacer eficaz su extracción«««««««.«««««««««««««««««««.. 5 Capítulo III: Planeación adecuada e implementación de métodos para la prevención o reducción de la contaminación en la extracción y transformación de metales««««««««« metales««««««««««««««« ««««««.. 7 Capítulo IV: Maquinaria capaz de extraer metales, implementada Mediante una planeación correcta y adaptada para no crear tanta contaminación«««««««««««««««..««.. 11 Conclusión««««««...««««««««««««««««««««««««««««..«« 13 Bibliografía««««««««««««««««««««««««««««««««««««..« 14
I.
INTRODUCCIÓN Esta monografía es el resultado de la investigación documental realizada del día 2 de Febrero al 13 de Abril del 2010 para la materia de Fundamentos de Investigación por alumnos del 2º Semestre de la carrera de Ing. Electrónica y Eléctrica. Debido a que existe un alto riesgo para el personal al realizar la extracción de metales, se pueden implementar máquinas para realizar este trabajo y de esta forma evitar el riesgo de accidentes hacia los mineros, así como la reducción de la contaminación ocasionada por estos procesos. Para realizar esta investigación se necesitó de un presupuesto aproximado de $60ºº y de material como: plumas, internet, libros, computadora, etc. Así como la participación de todos los integrantes del equipo.
II.
CAPÍTULO I Extracción y transformación de metales. 2.1 Las etapas de la minería Ya que los minerales son recursos que cuentan con un ciclo de vida y son un recurso no renovable, siempre se está en búsqueda de nuevos yacimientos para seguir con su extracción. Esto se hace a través de cuatro etapas, las cuales implican un gasto económico, ecológico y social.
2.1.1 Exploración
³Primero
se utilizan reportes de satélites para la detección de zonas
mineralizadas después se hace otro estudio en helicóptero emitiendo sondas para ver la ubicación exacta de eso m inerales y por último los geólogos realizan estudios de la tierra´ (Yanacocha, n.f.).
2.1.2. Construcción ³Cuando
se decide la explotación de un depósito mineralizado, se prosigue con
el pre-minado, que no es más que el retirado de la capa orgánica de la tierra´ (Yanacocha, n.f.). ³Después
con mucha seguridad se procede a realizar las perforaciones que van
almacenar los explosivos, por último se realizan las explosiones, para que remueva
subterráneamente
el
material
exponiendo
el
mineral
que
posteriormente será acarreado´ (Yanacocha, n.f.). ³En
ocasiones, la preparación del terreno demanda la reubicación de los
habitantes de la zona a ser explotada. Las repercusiones sociológicas y culturales de lo anterior, son especialmente acentuadas cuando la población está muy arraigada en un espacio vital reducido o afianzada a sitios sagrados de importancia religiosa o histórica´ (Anónimo, 1993).
2.1.3. Explotación ³La
extracción de los minerales se ha tecnificado. El uso de maquinaria pesada
de alta capacidad y el empleo de medios de transporte sofisticado capacidad (palas mecánicas que son capaces de transportar 50 toneladas por cucharada y camiones gigantes que transportan hasta 240 toneladas por viaje), ha provocado la demanda de mano de obra especializada para manejar el equipo nuevo´ (Yanacocha, n.f.). ³Esto
da como resultado una disminución en la plantilla de empleados. Así, la
generación de empleos como principal beneficio de los nuevos proyectos mineros, puede verse disminuido debido a que las grandes empresas se inclinan por el uso de capital cada vez más intensivo, es decir se produce más con menos empleados y en menor tiempo´ (SEMARNAT, 2006).
³También
se realiza la construcción de escuelas, clínicas y caminos para el
ingreso a la comunidad donde se vallan a instalar. Estos son algunos de los pocos beneficios que trae la instalación de minas´ (SEMARNAT, 2006).
2.1.4. Post-operatoria ³Tras
la
consunción
de
los
yacimientos,
las
empresas
inician
el
desmantelamiento de sus instalaciones, aunque no siempre ha sido así. Los caminos de acceso y de comunicación local, así como las escuelas y las clínicas, son donados a las comunidades´ (SEMARNAT, 2006). ³Sin
embargo, no se hereda el mantenimiento a los caminos, ni el servicio
médico y la asistencia de los profesores. Su permanencia depende de la intervención del gobierno y la participación de la comunidad´ (SEMARNAT, 2006). Al disminuir la actividad minera y principalmente al concluirla, aparece el desempleo y en consecuencia, la caída de ingresos en la población, que anteceden a la migración. El grado de afectación en esta etapa depende de la diversificación económica lograda durante el desarrollo de la minería en las comunidades (Roberts, et al., 2000).
III.
Capitulo II Maquinaria capaz de extraer metales con el fin de reducir el riesgo para el personal humano y hacer eficaz su extracción. La implementación de esta maquinaria es posible gracias a la Inteligencia Artificial (IA).
¿Qué es la Inteligencia Artificial? Rich y Kninght (1991) la definen como: ³El estudio de cómo lograr que los computadores realicen tareas que, por el momento, los humano hace mejor´ (J. Russell y Peter Norvig, 2004). Kurweil (1990) la define como: ³El arte de desarrollar máquinas con capacidad para realizar funciones que cuando son realizadas por personas requieren de inteligencia´ (J. Russell y Peter Norvig, 2004).
Agentes Inteligentes ³Un
agente, es cualquier cosa capaz de percibir su medioambiente con ayuda de sensores
y actuar en ese medio usando actuadores´ (NASA, 2001). ³Percepción,
en este contexto es utilizada para indicar que el agente puede recibir
información en cualquier momento. Para que un agente tome una decisión depende de todas las percepciones que ha recibido hasta ese momento´ (NASA, 2001).
¿Cómo es posible que un robot pueda hacer decisiones como un humano? Ayanna (2001) menciona que: ³Los humanos no tienen un libro de reglas o programa que consultar para cada movimiento que hacen´ (NASA, 2001). El trabajo del equipo de Ayanna es diseñar robots que simulen el pensamiento humano y que además puedan ser capaces de ver las características del terreno para conducir un vehículo en tiempo real. Basándose en dos conceptos de IA: lógica confusa y redes neurales.
Lógica Confusa ³Permite
a los computadores operar no solo en términos de blancos y negros-verdadero o
falso-sino también en matices de gris. Por ejemplo, un computador normal solo mediría un árbol y lo pondría en una categoría alto. Pero equipado con lógica confusa diría la probabilidad de que el árbol este en la categoría de alto o bajo´ (NASA, 2001).
Redes Neurales Ayanna (2001) ³Las redes neurales permiten asociar entradas generalizadas con un resultado especifico´. ³Cuando una persona observa cuatro patas y oye un ladrido (entradas), su experiencia le permite concluir que esto en un perro (el resultado)´ (NASA, 2001). ³Esta
facilidad de las redes neurales de asociar (entradas) con las experiencias permitirá
que los nuevos robots seleccionen comportamientos o cambios a seguir según su alrededor. Para poder lograr esto, las redes neurales contienen diferentes capas de nodos, que simulas a las neuronas.
Cada nodo en una capa está conectado a nodos en otras capas. Las señales viajan en esta red de conexiones, y nodo funciona como una compuerta, solo pasan señales de cierta magnitud´ (NASA, 2001). ³En
este ejemplo simplificado de una red neural, las señales de entrada se conectan a la
capa amarilla de la izquierda, pasa a través de dos capas de procesos, y luego emerge a la derecha como una señal de salida. Esta arquitectura puede ejecutar problemas de arquitectura sorprendentemente sofisticados´ (NASA, 2001). Ayanna llama a las redes neurales tecnología de caja negra. En otras palabras, lo que entre las capas de entrada y salida es tan difícil de descifrar, que los científicos la denominan caja negra que de cierta manera transforma las entradas en salidas.
Relación entre Redes Neurales y Lógica Confusa Esta relación permite que los nuevos robots detecten un obstáculo en un terreno desconocido, juzgar la seguridad relativa de varias rutas alternativas, y establecer una ruta hacia su destino, todo esto sin que un humano lo guíe.
IV.
Capítulo III Planeación adecuada e implementación de métodos para la prevención o reducción de la contaminación en la extracción y transformación de metales Como se sabe, México es un país exportador de materias primas, una de estas son los minerales, los cuales después de someterse a div ersos tratamientos, son transformados en metales y exportados. Existe una gran actividad minera en el país, pero no hay una planeación adecuada en el momento de decidir en donde se va a crear una mina, solamente se selecciona el yacimiento y se empieza la excavación, sin crear un plan para la construcción de la misma. En los estados de Baja California Sur, Zacatecas y Sonora se han presentado estos casos, se han detectado en varias delegaciones de dichos estados contaminación de suelo por metales (SEMARNAT, 2006). La minería es una de las actividades que más degradan el ambiente, y en México se basa el diseño de las minas se ha orientado a encontrar un punto de desarrollo económico sin considerar los costos para la protección del medio ambiente (SEMARNAT, 2006).
El grado de deterioro en las minas superficiales puede ser tal que no existe regeneración natural y los daños pueden ser irreparables, o que pasen siglos antes de recuperarse (Meffé y Carrol, 1994; Bradshaw, 1997; Dobson et al., 1997), esto significa que los ecosistemas pierden la capacidad de regenerar sus funciones para proveer de bienes y servicios a las comunidades donde se desarrolla la minería, en consecuencia se obtiene un menor ingreso al esperado y las empresas dedicadas a esta actividad tienen que responder a cargos
debido al incumplimiento con los compromisos ambientales. En
este capítulo se hablará de algunos métodos considerados, con los cuales se puede analizar mediante un diagrama de flujo causa-efecto (Martín, 1999), que nos permite hacer una representación de las conexiones entre los impactos causados al medio y los tipos de proyectos posibles a aplicar para disminuir la contaminación en estos lugares, y ayudar a prevenirla en otros lugares.
4.1 Planeación adecuada de la mina y factores que influyen en esta. Los factores a analizar para ubicar de manera adecuada la mina son: la geografía, la geología, la ingeniería, la seguridad dentro de la mina y los procesos que se llevarán a cabo dentro de esta. Estos factores son los que establecen en donde se ubicará la mina, que tan profunda será, cuanta cantidad de residuos habrá, la superficie que cubrirán estos residuos, la vida útil de la mina, los accesos, etc. Todos estos f actores influyen al momento de crear la mina y ubicarla, además de tener una repercusión en el ambiente (JiménezGonzález, n. f). Mediante este análisis, además de emplear el diagrama de causa-efecto, se puede anticipar el impacto
ambiental y se pueden hacer correcciones antes de tomar las
decisiones finales. De acuerdo con el INEGI (1999) existen 2368 minas activas en todo el país, de las cuales 2128 son de minerales no metales, esto quiere decir que la explotación de los metales ha disminuido en comparación con la de los no metales. El interés de los habitantes locales sobre la tierra y agua en sus comunidades, responde a la relación directa que existe entre el estado del ambiente y la viabilidad de continuar las actividades económicas que les permiten sobrevivir (Lévano, 2000; Borgesi y Vercelli, 2003). Uno
de los aspectos a considerar es el desarrollo sustentable en la minería, que es aquel
que permite satisfacer las necesidades presentes sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones de satisfacer las propias (WED, 1987).
Esto significa que se debe de asegurar la disponibilidad de los minerales, aún cuando se trata de recursos no renovables y atender las repercusiones ambientales derivadas de estas actividades, para permitir el desarrollo económico y evitar los problemas de salud.
4.2 Contaminación causada por la minería Como se explicó en el capítulo 1, el proceso de extracción de metales es diverso, el primer paso es el descapote, es decir cuando se retiran las capas externas: el suelo y la vegetación. Este proceso elimina el suelo, los microorganismos existentes en el suelo, dañando la regeneración de este, además de la composición química de este. Una
vez que se retira el suelo y la vegetación se inicia la barrenación y la voladura, y
debido a las detonaciones se produce ruido, polvo y vibraciones que pueden alterar estructuras, además en el momento de la detonación se pueden hacer v olar rocas, mismas que dañan el equipo y la maquinaria, así como causar lesiones a los trabajadores. Walker y Powell en el año 2001 mencionaron que una vez eliminadas las rocas encima de la mena comienza la excavación, esto tiene por consecuencia un cambio en el ambiente, la temperatura y la evaporación cambian, la dirección del movimiento de escurrimiento y el movimiento de los sedimentos de la superficie, lo cual representa un aumento en la sedimentación y acumulación de lodo en los sistemas de drenaje, así como la emisión de polvo, además residen en zonas muy abruptas, lo que origina inestabilidad en el suelo. Uno
de los impactos más fuertes que se producen es la contaminación del agua por el
minado superficial, el cual produce un drenado ácido, compuesto por diversos metales que al combinarse con el agua dan como resultado ácido sulfúrico, y las gritas dentro de las minas donde este ácido es generado exponen a los minerales al aire libre, y son llevados hacia ríos, lagos u otros cuerpos de agua causando la muerte de la fauna silvestre acuática debido a contaminación por metales pesados y acidez del agua. Hasta el momento no es posible saber con certeza cuando ocurre el drenaje ácido, además existe poco conocimiento del tema, en algunos casos se detecta desde el principio de las operaciones, mientras que en otros pasan varios años para que se manifieste, una manera de prevenirlo sería controlando los factores de formación.
El tratamiento y control que se han generado son costosos y pueden tratarse mediante técnicas como la rizofiltración en pantanos artificiales o a través de plantas de tratamiento de agua, a continuación se explicarán los métodos más utilizados para la recuperación de los suelos y la prevención de la contaminación.
4.3 Tratamientos para la reducción de la contaminación causada por metales La remediación de sitios contaminados con metales, puede realizarse a través de métodos fisicoquímicos, térmicos y/o biológicos. Sin embargo, la efectividad de un método de remediación para un sitio contaminado con compuestos inorgánicos, depende del conocimiento de los factores hidrológicos y geológicos del sitio, de la solubilidad y especiación de los metales, de los procesos de atenuación e inmovilización y de la medida en que éstos puedan migrar en el suelo. Por otra parte, el costo y el tiempo de la remediación de un sitio son también factores a considerar para elegir un método de tratamiento para un contaminante y un sitio en particular. Actualmente existen en México alrededor de 85 empresas autorizadas, que ofrecen servicios de remediación para suelos contaminados con el uso de diferentes tipos de tecnologías. Desde 1997 las autoridades ambientales establecieron un programa para la verificación y acreditación de las empresas que ofrecen este servicio, además, para poder hacer un trabajo de remediación es necesario contar con permisos específicos por parte de la Dirección General de Gestión Integral de Materiales y Actividades Riesgosas (DGGIMAR) de la SEMARNAT. De acuerdo con datos proporcionados por esta Secretaría, en septiembre de 2002, todas las tecnologías que ofrecían las empresas autorizadas en ese momento, se enfocaban exclusivamente a la remediación de sitios contaminados con compuestos orgánicos (principalmente hidrocarburos).
4.3.1Tratamientos fisicoquímicos. Este tipo de tratamientos, aprovecha las propiedades físicas y/o químicas de los contaminantes o del medio contaminado para destruir, separar o contener la contaminación. Algunas de las ventajas que presentan este tipo de tratamientos son: efectivos en cuanto a costos; pueden realizarse en periodos cortos; el equipo es accesible y no se necesita de mucha energía ni ingeniería. Entre los tratamientos incluidos en esta clasificación se encuentran:
Remediación electrocinética, Inundación y lavado (percolación) de suelo, Extracción química, Solidificación/estabilización, Vitrificación (fusión de suelos) y Separación.
4.3.2 Tratamientos biológicos. El término biorremediación se utiliza para describir una variedad de sistemas que utilizan organismos vivos (plantas, hongos, bacterias, etc.) para degradar, transformar o remover compuestos orgánicos tóxicos a productos metabólicos inocuos o menos tóxicos. Esta estrategia depende de las actividades catabólicas de los organismos, y por consiguiente de su capacidad para utilizar los contaminantes como fuente de alimento y energía (Van Deuren et al., 1997). Sus ventajas son: efectivos en cuanto a costos; tecnologías más benéficas para el ambiente; los contaminantes generalmente son destruidos; se requiere un m ínimo o ningún tratamiento posterior. Algunos de estos tratamientos son: Biorremediación microbiana y la Fitorremediación entre otras.
V.
Capitulo IV Maquinaria capaz de extraer metales, implementada mediante una planeación correcta y adaptada para no crear tanta contaminación. 5.1- Maquinaria para la fabricación del acero mediante el hierro El horno de crisol abierto tiene cámaras en las cuales los gases quemados despiden su calor transmitiéndolos a los ladrillos dispuestos como en un tablero de ajedrez. Cuando la dirección de la corriente del combustible es invertida, aire fresco y gas pasan a través de esas cámaras, se calientan con el calor de los ladrillos y se queman, produciendo temperaturas más altas que si se quemaran fríos. El convertidor Bessemer puede aprovechar como combustible las impurezas que quedan del hierro; cuando sustancias tales como carbón, silicio, sulfuro y magnesio se combinan con oxígeno y se queman a temperaturas altas, al final se extrae el acero.
4.2- ³Oro ecológico´ Para producir oro, los mineros utilizan grandes cantidades de mercurio que en muchos casos después de volver a la tierra, a los ríos y a los bosques producen un certero golpe al hombre y al medio ambiente.
Pero un experto peruano parece haber encontrado la fórmula para evitar la grave contaminación que generan sobre todo la minería informal, algo que ha elevado la presión global de las organizaciones ecologistas y generado críticas contra países mineros. La invención peruana es una procesadora que no utiliza mercurio ni cianuro para obtener un "oro ecológico". En ella -una pequeña máquina cilíndrica- se vierte el material o arena extraída de las vetas con contenido de oro, agua y reactivos biodegradables antes de su operación. Luego, la mezcla recibe una fuerte presión de aire acompañado de un movimiento centrífugo que produce millones de burbujas, donde se adhiere el oro, que termina flotando con un concentrado de hasta 85 % de ley, según el ingeniero Carlos Villachica, quien desarrolló esta tecnología. La máquina de metal puede producir hasta 100 gramos de oro en cada ciclo de producción, afirmó el experto. "El aporte global, pensamos, va a ser muy importante" (Villachica, 2010).
Conclusión Debe de existir una relación muy estrecha entre lo que es la IA y la metalurgia, para automatizar los procesos de extracción y reducir el riesgo de perder vidas humanas por derrumbes, etc. Puesto que la minería es una actividad que contamina en demasía el medioambiente, debido a los compuestos que utilizan para la extracción de los metales, se han buscado formas más ecológicas de hacer este proceso, esto implica la creación y utilización de mejores máquinas que reduzcan la contaminación del medio, sin embargo, no es la única forma de reducir esta contaminación ya que también existen varios procesos para lograr este objetivo.