UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION FACULTAD DE INGENIERIAESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE MINAS

AO DE LA CONMEMORACION DE LOS 450 AOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

CONTAMINACION DEL AGUA DE MINA POR LA OPERACIN MINERA DE VOLADURA DE ROCAS

Por

Carlos Agreda * CERRO DE PASCO 14,15 Y 16 Noviembre - 2001

* P.H.d, m. Sc., P. Eng. Canad. * Profesor principal de Pre y Post Grado UNI FIGMM * Consultor Internacional en Ingeniera de Explosivos, Perforacin y Voladura de Rocas; Ingeniera de Sistemas e investigacin de operaciones aplicadas a la voladura de rocas * Especialista en la metodologa para identificar, evaluar y gerenciar los impactos ambientales producidos por la voladura de rocas, etc.

ABSTRACTOEn el presente artculo, en forma muy somera y generalizada un caso practico de contaminacin del agua de mina y/o tnel es mencionado, descrito, analizado y discutido Las causas de la contaminacin del agua de mina son muy bien identificadas y enfatizadas Algunas medidas de prevencin, monitoreo y control para minimizar y/o evitar la contaminacin del agua de mina son recomendadas. Figuras y referencias siguen al texto.

INTRODUCCIONComo bien se sabe los impactos ambientales producidos por las operacin minera unitaria de voladura de rocas son mltiples, los mas identificados, monitoreados y evaluados entre otros son los siguientes: polvo, gases venenosos, lanzamientos de rocas, vibraciones del macizo rocoso, aire producido por el disparo, ruido, subsidencia,etc. Por otro lado en el presente articulo tcnico se menciona, describe, evala y discute un caso prctico muy especial de la contaminacin del agua de mina de una operacin minera subterrnea. Dicha contaminacin del agua de mina se deba al contenido de altos niveles de N en la forma de nitratos (NO3) y amoniaco (NH3).

NIVELES MAXIMOS PERMISIBLES DE NITRATOS (NO3) Y AMONIACO (NH3) PARA LOS EFLUENTES LIQUIDOS DE MINA

En 1989, el gobierno canadiense a travs del ministerio del ambiente estableci que los niveles mximos permisibles de los afluentes lquidos de mina en cuanto al contenido de N como nitratos y (NO3) y amoniaco (NH3) no deban exceder las 300 y 70 lbs por da respectivamente.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAEl caso del estudio prctico presentado en este articulo fue llevado a cabo en una operacin minera subterrnea en Ontario, Canad. En dicha operacin minera se detect que los afluentes lquidos de mina contenan niveles altos de N en la forma de nitratos (NO3) y amoniaco (NH3) por lo que para solucionar dicho problema s tenia que identificar las fuentes de contaminacin y luego tratar de minimizar, mitigar y/o evitar dicha contaminacin. La figura 1 muestra esquemticamente los puntos de ingreso del agua a la mina y los puntos de recoleccin y salida de la mina (estacin de bombeo).

FIGURA 1: MOSTRANDO LOS PUNTOS DE INGRESO DEL AGUA A LA OPERACIN MINERA SUBTERRANEA (IP) Y LOS PUNTOS DE RECOLECCION Y/O SALIDA (OP)

IDENTIFICACION DE LOS ELEMENTOS CONTAMINANTES

Despus de varias investigaciones y deliberaciones se dedujo que el mayor y nico contaminante del agua de mina era el AN/FO (NO3NH4 + CH2) que era usado como agente de voladura para llevar a cabo las operaciones de voladura de rocas.

CMO EL AGUA DE MINA ESTABA SIENDO CONTAMINADA?Para la operacin minara unitaria de voladura de rocas, la compaa usaba normalmente el agente de voladura seco llamado AN/FO y para taladros con agua se usaba SLURRIES y/o EMULSIONES, pero estos ltimos en menor cantidad. Por otro lado se debe tener en cuente que el AN/FO est compuesto casi en su totalidad por nitratos (NO3) y amoniaco (NH3). Se debe tener en cuenta tambin que la disolucin de pequeas cantidades de AN/FO podra producir altos niveles de contenido de nitratos y amoniaco en los afluentes lquidos de la mina. Por lo tanto se lleg la conclusin que ninguna otra fuente de contaminacin podra existir en el ambiente minero subterrneo que no sea el uso de los agentes de voladura.

PRINCIPALES FUENTES DE CONTAMINACION DE EFLUENTES LIQUIDOS DE MINALas principales fuentes de contaminacin de la referencia fueron detectadas que eran las siguientes: Retorno y cada del agente de Voladura AN/FO en el momento del carguo neumtico de este Desperdicios por excesos cuando el carguo del AN/FO era completado. Derrames del AN/FO contenidos en las bolsas, por rotura de estas. Tiros cortados los cuales deben ser desactivados usando agua, etc.

PRINCIPALES FACTORES QUE CAUSAN EL RETORNO, LA CAIDA Y LOS DESPERDICIOS DEL AN/FOlos factores de l referencia entre otros son los siguientes:

Si los taladros no son adecuadamente cargados con AN/FO, la densidad obtenida no es la apropiada, entonces el trabajador tiene como practica normal botar la ultima parte cargada y volver a recargar el taladro. Los taladros de los cuales se remueve el agua antes de ser cargados (pero el agua permanece en el piso de la labor a dispararse y el AN/FO que cae sobre el piso es disuelto por dicha agua) Derrames del AN/FO contenidos en las bolsas, por rotura de estas. Uso de presiones inadecuadas en el cargador de AN/FO (cuando dichas presiones son muy altas, estas causaran innecesarios retornos y cadas del AN/FO )

ENERGIA ENTREGADA POR LA DETONACIN DEL AN/FOComo se sabe el AN/FO es un agente de voladura seco de poca resistencia al agua (por la alta higroscopicidad de los prills de Nitrato deAmonio). La densidad del AN/FO debe estar comprendida entre 0.85 1.25 gr/cc. Se debe tener muy presente que a partir de 1.2gr/cc. Este se vuelve insensible. Por otro lado, al detonarse el AN/FO los tomos de dicha mezcla explosiva tomaran parte en reacciones competitivas de gases. Los productos formados dependern de las proporciones de los reactantes presentes de las constantes de equilibrio para la reaccin de los gases y de la temperatura.

ENERGIA ENTREGADA POR LA DETONACIN DEL AN/FOLas cantidades de Amoniaco (NH3), Oxido Ntrico (NO) y Dixido de Nitrgeno (NO2) producidos, dependern fundamentalmente de la relacin de Nitrato de Amonio (AN) sobre petrleo Diesel No. 2 (FO), en la mezcla explosiva comercial llamada AN/FO y tambin probablemente del grado de confinamiento. La energa entregada al detonarse el AN/FO puede ser calculada para diferentes relaciones de AN y de FO. La mxima energa obtenida al detonarse el AN/FO ocurre cuando el exceso de oxigeno es usado por el combustible para dar CO2, vapor de H2O y N2.

ENERGIA ENTREGADA POR LA DETONACIN DEL AN/FOComo bien se sabe esto ocurre cuando la mezcla explosiva comercial esta balanceada en oxigeno (OB } 0) Es importante analizar en que proporcin deben intervenir el AN y el FO para obtener la mxima energa entregada por el AN/FO en el momento de su detonacin y sobre todo para minimizar la formacin de gases venenosos que se producirn como productos de la detonacin del AN/FO y que contaminaran el ambiente minero.

REACCIONES QUIMINCAS DEL AN/FO PARA DIFERENTES PROPORCIONES DE SUS INGREDIENTESAN/FO = 92/8 (Defecto de oxigeno: OB - ) 2NO3NH4 + CH2p

5H2O + CO + 2N2 + 761 Kcal/Kg

AN/FO = 94.4 / 5.6 (Oxigeno Balanceado: OB } 0 ) 3NO3NH4 + CH2p

7H2O + CO2 + 3N2 + 900 Kcal/Kg

AN/FO = 96.6 / 3.9 (Exceso de Oxigeno: OB + ) 5NO3NH4 + CH2p 11H2O

+ CO2 + 2NO + 2N2 + 550 Kcal/Kg

La Fig. 2 muestra la influencia que tiene el contenido de FO (%) sobre la velocidad de detonacin (V.O.D.). La Fig. 3 muestra la curva del calor de explosin (Q3) AN/FO vs. El contenido del FO(%)

FIGURA 2: Velocidad de Detonacin vs Contenido de FO en el AN/FO.

FIGURA 3: Calor de Explosin del AN/FO vs. Contenido de Petrleo.

DISCUSINObservando la reaccin qumica del AN/FO, cuando esta balanceada en oxigeno (OB }0); se puede ver que dicha mezcla explosiva comercial se descompone completamente en el momento de su detonacin, de acuerdo a la siguiente reaccin qumica exotrmica.

3NO3NH4 + CH2

p

7H2O + CO2 + 3N2 + 900 Kcal/Kg . . . . . (1)

por otro lado, el Nitrato de Amonio (NO3NH4) se puede descomponer de acuerdo a las siguientes reacciones qumicas:

2NO3NH4 DETONACION

2N2 + 4H2O + O2

. . . . . (2)

NO3NH4 (A BAJAS TEMPERATURAS)

N2O + 2H2O . . . . . (3)

Observndolos segundos miembros de las ecuaciones anteriores se puede ver que Amoniaco libre (NH3), nunca es producido, pero dixido de carbono (CO2), Nitrgeno (N2) y xidos nitrosos son producidos por supuesto, dependiendo de una serie de variables y condiciones operacionales.

DISCUSINPor otro lado, los gases nitrosos lo mismo que los otros gases son evacuados del ambiente minero y/o del tnel por el sistema de ventilacin de aire. En realidad, debido a la alta solubilidad de los xidos nitrosos y a la presencia de aire hmedo fri, gotas de agua contenidos y que se encuentran en las partes circundantes a la roca. Por lo tanto, el agua de la mina contendra un nivel de nitratos (NO3) mas alto que el que se esperaba que contenga estequiomtricamente. Teniendo en cuenta lo anteriormente mencionado, se puede afirmar que el Amoniaco (NH3) encontrado en el agua de Mina debe provenir de la disolucin del Nitrato de Amonio (NO3NH4) que ha sido usado como ingrediente del AN/FO y cuya mezcla explosiva comercial es usada para efectuar la operacin minera unitaria de voladura de rocas. La contaminacin del agua de mina se debe entonces a los desperdicios del AN/FO en el momento del manipuleo, carguo, confinamiento, etc., etc. De dicha mezcla explosiva comercial.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESPara minimizar, mitigar y/o evitar la contaminacin del agua de mina en operaciones mineras similares a la presentada en este artculo tcnico; las siguientes conclusiones y/o recomendaciones se pueden enunciar:

Exigir a los proveedores de los Agentes de Voladura que estos sean adecuadamente formulados. Revisar y supervisar el ciclo completo que siguen los agentes de voladura a ser usados en operaciones mineras subterrneas y/o tonelera; o sea las practicas y procedimientos de transporte, almacenaje y manipuleo de estos. Reducir la cantidad de AN/FO por tonelada disparada, en otra palabras el factor de carga debe ser el mnimo permisible. Este factor de carga (L.F.) puede ser reducido; dejando por lo menos 2 pies de collar.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Organizar cursos de capacitacin para los supervisores y trabajadores lo mismo que para los gerentes para hacerles ver lo importante que es llevar a cabo una eficiente operacin minera unitaria de voladura de rocas sin contaminar y/o depredar el ambiente minero. Se debe usar por lo meneos 1 pie de taco en todos los taladros cargados. Esto reducir el Factor de Carga (L.F.) y tambin de esta manera se evitara depositar AN/FO ene el agua de mina ene el momento de la detonacin. Se debe tener un control muy exhaustivo de los factores de carga (L.F.) tanto del diseado como del obtenido en el campo.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Se deben incluir los elementos Nitratos (NO3) y Amoniaco (NH3) ene l listado de paramentos contenidos en la R.M. No. 011-096-EM/VMM en lo referente a los niveles mximos permisibles para afluentes lquidos de Mina (NMPELS); ya que dichos elementos no estn contemplados. Se debe llevar a cabo una investigacin muy profunda para minimizar, mitigar y/o evitar la contaminacin de los efluentes lquidos de mina como consecuencia de la operacin minera unitaria de voladura de rocas.

REFERENCIASAGREDA, C. Ammonium Nitrate in Mine Water Computer Simulation Model at Denison Mines Ltd. Elliot Lake, Ontario - Canad 1989 AGREDA, C. Ingeniera Ambiental Aplicada a la Industria Minera La Paz Bolivia 1993 AGREDA, C. Y TORRES Y. L. Control Instrumental Durante la Voladura de Rocas Presentado en el IX Simposium de Minera Universidad de Huancayo, Facultad de Minas. Setiembre 6-10, 1993 CROBITT, R.A. Standard Handbook of Environmental Engineering McGraw-Hill Publishing Co. 1st Edition, N.Y. 1990

REFERENCIASGENTRY, D. y AGREDA, C. Guas de los Impactos Ambientales Producidos por las Operaciones Mineras Unitarias de Perforacin y Voladura de Rocas Lima-Per. Mayo 1994. THOMPKINS, R.W. Environmental Health Engineering. Graduate Course Notes. M. Sc. Program in Mining Engineering. Enero 1977 WELLARD, J. Survey o Ammonium Nitrate Levels in Mine Water. Elliot Lake, Ontario-Canada 1989.