AGUAS ÁCIDASAGUAS ÁCIDAS DE MINA DE MINA

PROBLEMAPROBLEMAEn la explotación de un yacimiento se elimina materiales al medio, dejando disponibles ciertos elementos que antes no lo estaban, o lo estaban de forma más limitada; originándose una interacción entre:

- Los sulfuros mineros- el agua de lluvias (precipitación)- el oxígeno de la atmósfera;

iniciándose un complejo de mecanismo de oxidación la cual se ve acelerada en muchos casos por la acción catalizadora de algunas bacterias, dando como resultado la generación de drenajes ácidos de mina (AMD : Acid Mine Drainage)

GENERACIÓN DE LOS DRENAJES DE GENERACIÓN DE LOS DRENAJES DE ÁCIDOS DE MINASÁCIDOS DE MINAS

Aguas Ácidas

H O

O

S

(Bacterias)

2

-2

2

Oxidación de Sulfuro de HierroOxidación de Sulfuro de HierroLa oxidación de la pirita puede presentarse tanto:

• Directamente por la reacción con el aire y el agua, o • Indirectamente de la reacción con el hierro férrico.

• Las tres reacciones (3) presentadas a continuación pueden describir el proceso de oxidación directa de la pirita:

• 2 FeS2 + 7O2 + 2H2O 2Fe2+ + 4SO42- + 4H+• 4 Fe2+ + 10H2O + O2 4Fe(OH)3 + 8H+• 2 Fe2+ + ½O2 + 2H+ 2Fe3+ + H2O

La siguiente ecuación puede describir la oxidación indirecta:

• FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O 15Fe2+ + 2SO42- + 16H+

La formación de ácidoOcurre cuando las bacterias oxidantes de sulfuro y hierro atacan a la pirita contenida en un relaves o en desechos de la minería y la oxidan generando ácido y sulfato ferroso. El ión ferroso puede seguir siendo oxidado por las bacterias para producir el ión férrico. Esta acción se potencia a si misma debido a que va generando las condiciones de acidez favorables a la proliferación bacteriana. Se puede apreciar mejor en una escombrera abandonada, desprovista de vegetación o de materiales de cobertura, que soporta un alto grado de oxidación de aguas de lluvias, así como la erosión de sus taludes.

Thiobacillus FerroxidansThiobacillus Ferroxidans

MICROBIOLOGÍA AGUAS ÁCIDASMICROBIOLOGÍA AGUAS ÁCIDAS • Entre los procariotas más comunes están las bacterias

quimiolitótrofas (aerobias, anaerobias estrictas y anaerobias facultativas) y

• las algas cianofíceas fotolitótrofas; con capacidad de catalizar la oxidación de la pirita y otros sulfuros metálicos

• Atendiendo a su fuente energética se pueden agrupar en: Fe, S oxidantes.

• La oxidación del Fe2+ a Fe 3+ en condiciones normales es lenta; sin embargo, la acción catalizadora de las bacterias puede llegar a potenciar la velocidad de reacción hasta en 10 veces.

• Estos microorganismos utilizan como fuente primaria de energía especies reducidas de azufre y ciertos metales en disolución

• El pH optimo de crecimiento del Thiobacillus ferroxidans esta entre 1.8 y 2.8 acidófilas por excelencia, es capaz de oxidar a la pirita a temperaturas inferiores a 10 ° C; por lo que es considerado más tolerante a bajas temperaturas que a temperaturas altas.

• Thiobacillus thioxidans es aerobio obligado y obtiene su energía de la oxidación de Fe +2 y S

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TRATAMIENTO DEL TRATAMIENTO DEL DRENAJE ÁCIDO DE MINADRENAJE ÁCIDO DE MINA

TRATAMIENTOS PARA EL TRATAMIENTOS PARA EL DRENAJE ÁCIDODRENAJE ÁCIDO

Tratamientos PasivosLos sistemas pasivos son los que intentan tratar las aguas sin la

intervención humana a través de sistemas biológicos como:

• Humedales

• Biolixiviación

El uso de humedales construidos muestra buen funcionamiento en el retiro de agentes contaminadores del drenaje de ácido de la mina. Las reacciones químicas y biológicas ocurren en la célula, reduciendo así los agentes contaminadores. Los procesos aerobios y anaerobios pueden ser producidos pero principalmente los procesos anaerobios tales como reducción del sulfato muestran un funcionamiento mejor en la reducción de acidez y de los metales pesados. La presencia de plantas proporciona sitios para la conexión microbiana, libera oxígeno de sus raíces, y provee de materia orgánica para los microorganismos heterotrophic.

HumedalesHumedales

Ventajas de los humedales construidos

- Relativamente económicos para construir y operar

- Fáciles de mantener

- Eficaces y confiables para el tratamiento de aguas residuales

- Relativamente tolerantes a los cambios en las tarifas de cargamento hidráulicas y biológicas

- Puede proporcionar beneficios ecológicos

- Reconocidos como una buena alternativa de tratamiento por muchos reguladores y grupos ambientales.

- Requisitos de área a ser usada relativamente grandes

- Criterios de diseño y operación actual imprecisos

- Complejidad biológica e hidrológica

- Diferencias en funcionamiento con el cambio de las estaciones

- Posibles problemas con olor y mosquitos

Desventajas de los humedales construidos

Humedales subterráneos para el tratamiento Humedales subterráneos para el tratamiento de flujosde flujos

Humedales Superficiales para flujo libre Humedales Superficiales para flujo libre de aguade agua

Sistemas de humedalesSistemas de humedales

Selección de la vegetaciónSelección de la vegetación

• La selección de plantas es importante etapa para alcanzar un tratamiento acertado. Sin embargo, poco trabajo existe en la selección apropiada de la especie de planta para los humedales. Todo esto puede tener implicaciones para el éxito a largo plazo de un proyecto; puesto que el DAM es altamente ácido y contiene altas cantidades de metales, las plantas tienen que ser seleccionadas considerando su capacidad de resistir estas condiciones. Además, la selección de la vegetación se debe hacer basándose en el conocimiento de condiciones locales, y su capacidad de proporcionar las funciones requeridas.

• Dos especies principales se utilizan en el tratamiento de DAM en humedales construidos: cattails (typha) y turba (Sphagnum) (Kadlec et al., 2000; Skousen et al., 1994; Witthar, 1993;). Ambos son característicos de ser tolerantes

al ácido y de prosperar bajo variedad de condiciones ambientales.

El mineral se trabaja en pilas mediante la cual el mineral está dispuesto en un lecho de dos, tres o seis metros de altura, y que posteriormente es regado con ácido, esta innovación fue una parte clave para el desarrollo de la aplicación industrial controlada de la lixiviación bacteriana, ya que el mineral no está inundado como en las piscinas, sino que hay aire y solución lixiviante que permite el crecimiento bacteriano. Para mejorar la parte biológica se utilizó la experiencia que la minera tenía en el diseño y construcción de pilas para que el mineral fuera permeable al líquido y al aire, debido a que se necesita que el ácido atraviese toda la pila sin que ésta se tape ni se inunde. Esto, aunado con nuestra experiencia en la parte bacteriana, permitió desarrollar un proceso que no era nuevo en su concepto, pero sí en la forma, donde se planeaba explotar un yacimiento de cobre en función únicamente de biolixiviación

BiolixiviaciónBiolixiviación

THIOBACILLUS FERROOXIDANS

O2

CO2

1-EL CONTACTO FISICO ENTRE LA BACTERIA Y EL MINERAL ES NECESARIO.

2- LA BACTERIA TOMA EL OXIGENO Y EL DIOXIDO DE CARBONO Y OXIDA AL FE2 Y AL S2

Th F

Th F

Th F

Th F

Th F Th F

Th F

THIOBACILLUS FERROOXIDANS

Fe2

SO4

3- SE GENERAN SULFATOS SOLUBLES

Th F

Th F

Th F

Th F

4- MINERAL DISUELTO POR LOS MICROORGANISMOS

Th F

Th F

Th F

Th F

CuS

Fe 3

1-EL MINERAL SE OXIDA QUIMICAMENTE

Cu 2

SO4

2- SI LA SOLUCION ES COMPLETA SE GENERAN Fe2, Cu2

Y SULFATO

Th FFe2

CuS

Th F

CO2

O2

Fe2

3- LA BACTERIA REGENERA EL OXIDANTE QUIMICO Fe3

Th F

CuS

4- EL CONTACTO FISICO NO ES NECESARIO

Fe 3

Tratamientos ActivosTratamientos ActivosLos sistemas de tratamiento activo son aquellos procesos que requerirían una operación continua por el hombre tales como:

• Neutralización y precipitación

• Aereación

• Filtración y osmosis inversa

• Inhibición de Bacterias

• Ensayo en columna

Cal, piedra caliza, y carbonato

de sodio

++ Lodos

Metal

--

+ +

-

+

2 H + CaCO3 -------- Ca + O2 + H2O

Para neutralizar 2 moles de H+ se requiere 1 mol de CaCO3

La acidez también se puede expresar en miliequivalentes /litros(1 meq/l=50 mg/l CaCO3)

Neutralización- Precipitación

AireaciónAireación Aireación mecánicaAireación mecánica superficialsuperficial Introduce oxígeno en la poza de aireación por medio de cuchillas rotadoras localizadas en la superficie del agua. La transferencia de oxígeno ocurre cuando el agua debajo de las cuchillas es empujada y salpica en toda la superficie de la poza de aireación.

Aireación de turbina sumergidaAireación de turbina sumergida Introduce el oxigeno en una poza de aireación mediante el uso de un tubo rociador ubicado casi en el fondo de la poza de aireación. La accióncortadora de las cuchillas rotadoras localizadas sobre el tubo rociador produce pequeñas burbujas de aire que contribuyen a la transferencia de Oxígeno.

PB > PAPB > PA

Membrana semipermeable

Filtración y osmosis inversaFiltración y osmosis inversa

La filtración elimina los sólidos La filtración elimina los sólidos suspendidos y disueltos, en una suspendidos y disueltos, en una escala de 0.001 a 0.1 micronesescala de 0.001 a 0.1 micrones junto con ósmosis inversa junto con ósmosis inversa que elimine los sólidos disueltos que elimine los sólidos disueltos menores a 0,001 micronesmenores a 0,001 micrones

Lauril sulfato de sodio tensoactivos aniónicos, son excelentes Bactericidas para los Thiobacillus ferroxidans

Los bactericidasminimizan el rol catalítico, de las bacterias que convierten el hierro Ferroso (Fe +2) en férrico (Fe +3), siendo el hierro férrico el principal oxidante Rompiendo las cadenas de reacción bioquímicas

Fácil de aplicar, económico, predecible efectivo y se puede aplicar durante las operaciones activas mineras y la recuperación de suelos

Bactericidas previene la formación de ácido y la lixiviación de metales, Incrementando el desarrollo de bacterias heterótrofas beneficiosas para el suelo y su reforestación

Inhibición de las bacteriasInhibición de las bacterias

Aplicación:Aplicación:

Adición del biocida en forma granulada en

el terreno

Pulverización de la zona afectada Efecto inmediato

Concentración activa del biocida

Evita la biodegradación y el lavado por acción

del agua

““Ensayo en columnas”Ensayo en columnas”1. Características:

Funcionan sin aporte continuo de reactivos y energía artificialMantenimiento infrecuenteSistema de reducción y producción de alcalinidadReducción de sulfatos y Fe (III)

2. Desventajas.Corta vida:– Pasivación (pérdida de reactividad por recubrimiento con hidróxidos de Al, Fe y yeso)Se aprovecha mal el reactivo– Colmatación (pérdida de permeabilidad)

3. Componentes.A) Sustrato orgánico

25% caliza 0.1-3 mm 25% virutas de madera 25% estiércol de caballo 25% compost de jara (SRB)

b) Sustrato orgánico 25% caliza 0.1-5 mm 75% virutas de madera

4. Resultados

4.1 Caliza, viruta de madera, estiércol de caballo, compost de jara (SRB) arroja los siguientes resultados:

• Aumento del pH 2.7 a 7.7 en forma positiva

• Inhibe la presencia de Al, Fe y Zn

• El mantenimiento y monitoreo se realza cada tres meses

4.2 Caliza y virutas de maderas arroja los siguientes resultados:• Aumento del pH de 2.7 a 6.8 • Inhibe la presencia de Al, Fe, y Zn• El mantenimiento y monitoreo se realiza cada seis meses

2 meses con flujo

0 días 0

días6 meses con flujo

GRACIAS