TRATAMIENTO DE AGUA EN EL INTERIOR DE LA MINA - COBRIZA Ings. Alexis Echevarria F., Luis Soto Y.
Doe Run Peru S.R.L – Cobriza Division
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INTRODUCCION
La Empresa DOE RUN PERU SRL, viene operando desde 1998 en la mina Cobriza ubicada en el Distrito de san Pedro de Coris, Provincia de Churcampa Departamento de Huancavelica, en las Ribera del Río Mantaro Límite con el Departamento de Ayacucho, la cual es una mina Subterránea, cuya principal actividad es la extracción de Mineral (Cobre); y como parte fundamental de la Filosofía Empresarial tenemos los referidos a la protección y conservación del medio ambiente. La operación de la Planta de Tratamiento de Agua en el Interior de la mina Cobriza con un tratamiento eficaz y económico es para obtener agua de buena calidad que finalmente son descargados al río Mantaro, a fin de dar cumplimiento a nuestra filosofía Empresarial. 2.
UBICACION
El principal medio de acceso hacia las obras es mediante la utilización de la Carretera Central, que parte de la ciudad de Lima, la cual se desarrolla a lo largo del río Rímac para luego seguir el curso del río Mantaro hasta llegar a la ciudad de Huancayo ubicada a 310 km de Lima. Esta carretera es asfaltada, siendo el punto más alto de paso el lugar denominado Ticlio, que se encuentra a 4 818 msnm. Desde Huancayo, el acceso a la zona de las obras se hace por carretera afirmada pasando por la localidad de Pampas, el cual dista de Huancayo 90 km. Desde Pampas hacia Cobriza existe una distancia de 120 km. Una de las principales localidades que se encuentran en el recorrido es San Pedro de Coris el cual se encuentra a una altura de 3560 msnm. Desde aquí se realiza un descenso gradual hasta la zona de operaciones mineras Cobriza, ubicada a una altura de 2400 msnm aproximadamente. 3.
SITUACION ACTUAL
Las operaciones mineras en Cobriza comprenden excavaciones bajo superficie, creando una serie de labores los cuales cortan el movimiento natural del flujo de las aguas subterráneas. Este flujo es captado y conducido mediante cunetas de drenaje y son evacuados a la superficie. El proceso minero comprende también el relleno de las labores con material de relleno hidráulico y el uso de agua en las operaciones de perforación para minimizar el polvo producido. En ese sentido, las cunetas de drenaje evacuan los siguientes efluentes, según la nomenclatura que se indica a continuación: Soto,
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Q1
=
Q2 Q3
= =
Agua subterránea (filtraciones que ingresan a la mina, incluyendo algunas de procedencia geotermales) Agua de relleno hidráulico Agua de perforación
Estos efluentes conforman el Agua de Mina que discurre por las Bocaminas de los Niveles 0, 10 y 28, ubicados en las siguientes coordenadas UTM: Cuadro N°1: Ubicación de las bocaminas
4.
Bocamina
Norte
Este
Nivel 0 Nivel 10 Nivel 28
8610951 8610730 8610519
566536 566380 565971
ESTUDIO BASICOS
Un aspecto de importancia en el desarrollo del proyecto de Tratamiento de Agua de Mina, será precisar los caudales de agua de mina que se requiere manejar con su respectiva caracterización físico química. 4.1
DETERMINACIÓN DE CAUDALES DE AGUA DE MINA Se ha realizado diferentes mediciones para determinar los caudales de Agua de Mina que discurren por las bocaminas de los niveles N° 0, 10 y 28. La medición de caudales corresponde al proceso mediante el cual con un procedimiento directo, se estima el volumen de agua que transita a través de una sección dada en un tiempo determinado. Los métodos utilizados, para medir los caudales de Agua de Mina, son: métodos volumétricos y método velocidad/superficie. A continuación presentamos los caudales determinadas en las mediciones efectuadas: Cuadro N° N°2: 2: Caudales de Agua de Mina
Nivel
Niv el 0 Niv el 10 Niv el 28 Manantial Termal (Niv el 10) Total
Caudal (m3/h)
164.52 235.74 61.64 36.60 498.50
Cabe indicar que este caudal está contabilizando el agua de relleno hidráulico (Q2) con el 30% de aprovechamiento, 16.9 m3/h, y el agua de perforación (Q3), 28.0 m3/h. Es decir, para conocer los valores naturales de caudal provenientes solamente de la filtración se debe restar estas magnitudes, obteniéndose 453.6 m3/h. Soto,
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4.2.1 CARACTERIZACIÓN DEL AGUA DE MINA
La caracterización de calidad física y química de los efluentes correspondientes a las bocaminas de los niveles 0, 10 y 28, fue realizado en base a las extracciones de muestras de tipo puntual y en condiciones de operación normal. Para las extracciones y mediciones de calidad In Situ, se han considerado las pautas recomendadas en el Documento del Ministerio de Energía y Minas “Protocolo de Monitoreo de Calidad de Agua” del Sub-Sector Minería - Dirección General de Asuntos Ambientales. A continuación presentamos el cuadro de calidad física y química del agua de mina: Cuadro N° 3: Calidad Física y Química del agua de mina Características
Nivel 0
Conductividad eléctrica (µS/cm) Turbiedad (UNT) Sólidos total suspendidos (mg/l)
Nivel 10
Nivel 28
2190
3410
3340
1326 1513
684 778
1450 1628
0.940 <0.005
0.454 <0.005
0.950 <0.005
4.15 <0.005 7.61
2.552 0.658 7.74
6.87 2.85 6.26
Aguas Termales
1.39
Plomo:
Suspendido (mg/lt) Disuelto (mg/l) Zinc:
Suspendido (mg/lt) Disuelto (mg/l) pH
7.8
Evaluaciones de resultados
♦
♦
♦
♦
La presencia de sólidos suspendidos se encuentran en concentraciones mayores a los niveles establecidos en las normas de vertimientos para Operaciones Mineras, para todos los efluentes analizados, siendo el problema general para el tratamiento de remoción. Las concentraciones de metales evaluados en su forma suspendida y disuelta, nos permite conocer la cantidad de metal en forma particulada o suspendida que se puede remover con simple proceso físico de sedimentación. Los resultados del elemento plomo en su forma disuelta, no se detecta en concentraciones mayores al mínimo detectable de 0.005 mg/L, lo que significa que no genera problema alguno por la presencia de este elemento metálico para los tres efluentes evaluados. La concentración del elemento zinc zinc en su forma disuelta en los efluentes se encuentran por debajo de los valores establecidos de 3.0 mg/l para Operaciones Soto,
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antiguas como promedio anual y como dato puntual de 6.0 mg/l; el zinc en su forma suspendida o particulada se remueve con proceso físico de sedimentación ♦
♦
Los resultados de pH para los efluentes de los Niveles 0, 10 y del agua termal, se encuentran dentro del rango permisible, con cierta tendencia a la alcalinidad. Los resultados de las mediciones de de pH para el efluente del Nivel 28, se encuentran en el límite mínimo permisible, con características de ser efluente con tendencia ácida.
4.2.2 SELECION DEL TRATAMIENTO
Como se ha visto anteriormente, la presencia en el Agua de Mina de sustancias sólidas, constituye indudablemente la parte mas importante de contaminación. El tratamiento a emplear para la remoción de los sólidos, es la de Tratamiento Químico Físico con aplicación de floculantes con el objetivo de acelerar el proceso de sedimentación de las partículas en suspensión existentes en el Agua de Mina. Este tratamiento presenta bondades como fácil operatividad, eficiencia eficiencia controlada controlada con variaciones de caudal y tratamiento que asegura baja concentraciones residuales de sólidos suspendidos. El tratamiento químico- físico a efectuarse se desarrolla en base a procesos principales de clarificación de aguas, conocidos como : ♦ ♦
Coagulación – Floculación y Sedimentación .
4.3.3 CONDICIONES OPERACIONALES EN EL TRATAMIENTO
Para determinar las condiciones operacionales del sistema de tratamiento, se ha realizado pruebas de tratamiento al efluente final simulado, en condiciones normales y críticas de operación. Para este trabajo se muestrearon los efluentes que conformarían el efluente final, en volúmenes suficientes para las correspondientes pruebas de tratamiento químico. La metodología empleada se determinó en base a : a. b.
Productos químicos: floculantes comunes en nuestro mercado nacional. Equipos: El tratamiento químico se realizó con equipo de floculación de
laboratorio, conformado de un sistema de agitación múltiple regulable de 0 a 300 r.p.m., de 6 jarras cuadradas (6 jarras de 2 litros litros ) que incrementa incrementa la gradiente en la agitación rápida, equipo convencional para tratamiento de aguas. Los equipos usados en la medición de calidad de efluente residual son: ♦ ♦
Turbidímetro Hach 2100P digital pHmeter digital. Soto,
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Así mismo, se realizó una prueba piloto con los datos obtenidos, para ello se construyo un sedimentador en la bocamina del Nivel 10, obteniéndose resultados de calidad de sólidos suspendidos por debajo del limite permisible. Para estas pruebas pilotos se tomó el Agua de Mina del Nivel 10. A continuación se presenta los resultados de la Prueba de Tratamiento físico – químico efectuado al efluente final simulado: ♦ ♦ ♦ ♦ ♦
5.
Producto: Concentración: Dosis promedio: Velocidad de sedimentación: Sólidos sedimentables, efluente tratado:
Floerger – Flocul. aniónico PHP-50 0.1% 0.5 mg/l 6.4 cm/min 2.5 ml/l/h
DESCRIPCION DEL PROYECTO 5.1
CONFIGURACION DEL PROCESO Y DESCRIPCION ESQUEMATICA DEL PROYECTO El proceso ha sido configurado teniendo en consideración la información obtenida, respecto a sus operaciones en Cobriza, así como los resultados de los trabajos de campo realizados, de acuerdo a esto, el proceso del proyecto se ha configurado en la siguiente manera: a)
Las aguas del Nivel 28 N (sección 3100), se conducirán hacia hacia el nivel 10 mediante una Chimenea raese bore .
b)
Las aguas del Nivel 28 S, se captaran en la bocamina mediante una caja de concreto y será evacuada por la superficie, con una tubería de 6” de diámetro, hasta el collar del Pique y de ahí hacia el Nivel 10.
c)
En el nivel 10 se efectuará una separación de las aguas, según el detalle siguiente: ♦ En la sección 3365, el agua proveniente del Nivel 28 se llevara hacia el Nivel 0, mediante 3 huecos Down The Hole (DTH) (DTH) de 6” de diámetro. En la sección 3250, el agua de mina será captada y conducida hacia el Nivel 0 ♦ mediante un huecos Down The Hole (DTH) (DTH) de 6” de diámetro ♦ El agua termal, es captada en una caja de concreto y conducida mediante una tubería de 4” de diámetro hacia la superficie, para luego ser descargado a la tubería de 24” de diámetro que conduce las aguas tratadas del sedimentador. El agua termal tiene un caudal de 36.6 m3/h. ♦ Las aguas provenientes de filtraciones ubicadas cerca a la bocamina, serán conducidas mediante una cuneta hacia una caja de captación ubicado en la superficie para luego juntarlas con las aguas termales. Cabe indicar que estas aguas por ser de filtraciones, cuentan con bajo contenido de sólidos suspendidos y tiene un caudal de aproximadamente 40.8 m3/h.
d)
Las aguas del Nivel 0, 10 y 28 serán captadas en las secciones 3250 y 3365, la cual serán conducidos hacia los sedimentadores para su tratamiento, previa dosificación del floculante.
Soto,
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5.2
e)
Se cuenta en total con 02 pozas de sedimentación, que funcionaran alternadamente, de acuerdo a la acumulación de lodos, de donde las aguas tratadas se evacuarán hacia el río Mantaro mediante una tubería de 24” de diámetro, estas pozas de sedimentación están ubicadas dentro del Nivel 0.
f)
También del Nivel 0 existe existe aguas remanentes, provenientes del fondo del Pique del Nivel 10, esta agua será captada y bombeada hacia la tubería de 24” de diámetro que evacua las aguas del sedimentador, y las aguas de las filtraciones ubicadas cerca a la bocamina, estas aguas serán captadas en una caja de concreto y evacuadas hacia la tubería de 24” de diámetro que evacua las aguas del sedimentador; las aguas provenientes del pique y de filtraciones, cuentan con bajo contenido de sólidos suspendidos y tiene un caudal de aproximadamente de 48.2 y 25.2 m3/h, respectivamente.
g)
Para la preparación del floculante se cuenta con una planta dosificadora con dos unidades, una de preparación y la otra de almacenamiento. La unidad de preparación está provisto de un agitador mecánico y una conexiones para abastecimiento de agua tratada, conexiones de descarga de mezcla y purga.
h)
Periódicamente se hace mediciones del nivel alcanzado por los sólidos sedimentados en la poza de sedimentación, mediante varillas palpadoras.
i)
Los lodos son evacuados de los sedimentadores mediante una bomba para lodos, hacia un volquete, para luego ser transportadas al interior mina como relleno para su disposición final.
CRITERIOS DE DISEÑO Los criterios de diseño se han elaborado después de la evaluación de los resultados de los trabajos de campo y laboratorio, que han permitido caracterizar cualitativa y cuantitativamente los parámetros y procesos involucrados. Podemos destacar los siguientes procesos de diseño: ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦
5.3
Caudal de diseño: Caudal actual de agua al sedimentador: Producto: Concentración: Dosis promedio: Velocidad de sedimentación: Sólidos sedimentables del efluente tratado:
602 m3/h 315.1 m3/h Floerger – Floculante aniónico PHP-50 0.1% 0.5 mg/l 6.4 cm/min 2.5 ml/l/h
DISEÑOS BASICOS DE SOLUCION PLANTEADA. PLANT EADA. De acuerdo a los criterios de diseños y a la configuración del proceso tenemos: A.
CARACTERÍSTICAS DE PRODUCTO QUÍMICO: QUÍMICO: FLOCULANTE ANIÓNICO Aniónico PHP-50 o su equivalente en el mercado nacional.
Soto,
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Especificaciones de Floculante
Tamaño de malla Densidad del producto Viscosidad aproximada de trabajo 5.0 g/L 2.5 g/L 1.0 g/L Concentración recomendada de disolución Concentración máxima de disolución Tiempo de disolución a 25ºC Estabilidad de solución en agua Tiempo de almacenamiento de floculante Temperatura de almacenamiento Presentación B.
2% mayor a malla 10 10% menor a malla 100 0.8 gr/c.c. 2000 cps 1000 cps 300 cps 3 g/L 5 g/L 150 minutos 1 día 12 meses 0 – 35 ºC Bolsas multipliegos de 25 Kg.
CANTIDAD DE FLOCULANTE ANUAL La cantidad de floculante que se utilizará durante un años es 2637 kg., como los floculantes vienen en bolsas de 25 kg., tenemos entonces 106 bolsas a utilizar.
C.
ALMACENAMIENTO DEL FLOCULANTE El floculante en estado sólido granulado, que se presenta en bolsas de 25 Kg., con envoltura de papel multipliego y plástico, protegido contra la humedad del ambiente, deberá ser almacenado correctamente, tal como se indica: ♦
♦ ♦
♦ ♦
D.
Almacenar las bolsas bolsas sobre tarima tarima de madera y no directamente directamente al suelo, con altura de 30 cm. No colocar productos nuevos sobre los existentes. La altura máxima de apilamiento no debe exceder los 2.00 m para el acarreo manual. Dejar pasillos de 1.50 m, entre cada tarima. Mantener el almacén seco, ventilado y protegido del polvo y lluvia.
TANQUE DE DISOLUCION DE FLOCULANTE Contendrá al floculante a una concentración del 0.1% en peso, en cada tanque, donde se encontrara uno en almacenamiento y el otro en preparación, de capacidad de atención de por lo menos 5 días; cada tanque tendrá un volumen de 11,000 galones.
E.
SISTEMA DE AGITACION DEL TANQUE La agitación del agua, estará conformado por un agitador que pueda vencer la viscosidad de la solución de 1000 cps., para un tiempo de de preparación máxima de 2 horas, 30 minutos.
F.
BOMBA DOSIFICADORA Bombas especiales para especificaciones técnicas:
la aplicación de floculantes, con las siguientes
Soto,
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Dosis de aplicación:
♦
Mínima Promedio Máxima
% de Concentración de la solución de aplicación: Densidad de la Solución : Viscosidad de solución:
♦
♦ ♦
= 0.15 p.p.m. = 0.50 p.p.m. = 1.00 p.p.m. 0.1 % , 1.0 gr/c.c. 1000 cps
Rango de caudal de bomba dosificadora: ♦ qmin = 1.5 l/min ♦ qpro = 5.0 l/min ♦ qma = 10.0 l/min G.
DIMENSIONAMIENTO DEL SEDIMENTADOR Para el tratamiento del Agua de Mina se considera la construcción de 2 sedimentadores, quedando una unidad en stand by, y entrando en funcionamiento cuando la otra se encuentra en limpieza. Los sedimentadores estarán ubicados en el Nivel 0. Para el Dimensionamiento se han tenido las siguientes consideraciones: Caudal de diseño: 602 m3/h ♦ Caudal actual: 315.1 m3/h ♦ Velocidad de sedimentación: 6.4 cm/min ♦ De la cual se han obtenido: ♦ Altura útil: 3.00 m ♦ Longitud útil: 50.00 m ♦ Ancho útil: 10.00 m ♦ Tiempo T iempo de retención: 2.00 horas ♦ Periodo de limpieza: 20 días la extracción de lodos o sedimentos se efectuará por sistema de bombeo hacia un volquete para su transporte como relleno dentro de la mina.
6.
CONCLUSIONES
1. Control de Calidad del Agua de Mina Tratada. Cabe mencionar que la eficiencia de este sistema es EXCELENTE, pues el agua que se vierte al río contiene Sólidos en Suspensión en la proporción de 30 mg/lt, el cual cumple con las Normas Ambientales. 2.
Uso del Agua de Mina Tratada El Agua luego de su tratamiento puede ser utilizado en el sistema de regadío y forestación, ya que el pH del líquido es de 8.0.
Soto,
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