Drenaje Acido de Roca

DRENAJE ACIDO DE ROCA

CURSO : CIERRE DE MINAS Y RESTAURACION DOCENTE : MSc. MARIO CUENTAS ALVARADOINTEGRANTES : ABARCA LEONARDO, JOEL FERNANDO

SONCCO CCORI, RAMOS TURPO, URIEL HIDALGONINA PAYE, KEVIN ROMEL

FACULTAD INGENIERIA DE MINAS UNA PUNO

INTRODUCCION• Se considera al drenaje ácido de mina como la responsabilidad ambiental y económica más grande que actualmente afronta la industria minera. Su desarrollo puede tomar años o décadas, y puede continuar durante siglos. • En los últimos 15 años, la tecnología ha desarrollado rápidamente, hasta el punto que se pueden tomar medidas razonables como parte del programa de diseño y desarrollo de mina para identificar y controlar el drenaje ácido.

RESUMEN

• se origina de la oxidación de los minerales sulfurosos y de la lixiviación de los metales pesados asociados. Las reacciones de oxidación son reacciones que ocurren en forma natural, las cuales se aceleran por el aumento de exposición de la roca al oxígeno y al agua.• El DAR se desarrolla a través del tiempo, con cambios en la química del agua que reflejan la mineralogía y la cantidad de minerales sulfurosos, alcalinos, así como la velocidad y magnitud de la oxidación y neutralización.

DEFINICION

• El ARD se forma por la oxidación natural de minerales sulfurosos cuando son expuestos al aire y al agua. • Las actividades que involucran la excavación de rocas con minerales sulfurosos, tales como la minería de metal y carbón, aceleran el proceso. • El drenaje resultante del proceso de oxidación puede ser de neutro a ácido, con o sin metales pesados disueltos, pero siempre con contenido de sulfatos. • El ARD resulta de una serie de reacciones y etapas que típicamente proceden de condiciones de pH casi neutras a más ácidas. Cuando los suficientes minerales base están presentes para neutralizar el ARD, se puede presentar un drenaje neutro de mina o drenaje salino del proceso de oxidación. esquemática.

CARACTERIZACION• La generación, liberación, transporte y atenuación del ARD son intrincados procesos regidos por una combinación de factores físicos, químicos y biológicos. El hecho que el ARD se convierta en una preocupación ambiental, depende en gran medida de las características de las fuentes, trayectorias y receptores involucrados. La caracterización de estos aspectos es por lo tanto crucial para la predicción, prevención y manejo del ARD.

GENERALMENTE EL DAR SE CARACTERIZA

• valores de pH por debajo de 7 hasta 1.5• Alcalinidad decreciente y acidez creciente• Concentraciones elevadas de sulfato• Concentraciones elevadas de metales (disueltos o totales)• Concentraciones elevadas de sólidos disueltos totales

DRENAJE DE ÁCIDO DE ROCAS, SALINO Y NEUTRO

• El drenaje ácido de roca (DAR) involucra un pH bajo (<5) y ocurre por medios naturales o antropogénicos. El drenaje de sales (DS) se basa en componentes de pH alto (>8). El drenaje neutro (DNM) es aquel con pH neutro.

• Estos drenajes son producidos por la oxidación de minerales con sulfuros y dan como resultado distinta calidad de agua, la cual se mide en base a su concentración de hidrógeno:

- pH < 6 se trata de drenaje ácido de roca (DAR) - pH > 6 se trata de drenaje neutro (DNM) o drenaje

de sales (DS)

DRENAJE NATURAL Y ANTROPOGÉNICO

• El drenaje natural ocurre cuando un mineral se encuentra expuesto al medio ambiente por medios naturales como la erosión o la escorrentía.

• Por otro lado, el drenaje antropogénico produce áreas mineralizadas que poseen agua con bajo pH y elevada concentración de metales y sulfatos debido a procesos humanos que modifican la exposición al aire y agua, lo que cataliza la oxidación.

DRENAJE PRODUCIDOS POR OXIDACIÓN DE SULFUROS

FUENTES SENDEROS AMBIENTE RECEPTOR

Desgaste reserva de roca Infiltración de desgate Agua subterránea

Reservas de minerales y bajo grado de minerales Zona de sólidos Agua superficial

Pilas de materiales Aguas subterráneas – superficiales Sólidos y sedimentos

GENERACIÓN DE DRENAJE ACIDOLos componentes principales para la generación de ácido son:• minerales sulfurosos reactivos;• agua o atmósfera húmeda; y• un oxidante, especialmente el oxígeno de la atmósfera o de

fuentes químicas.La velocidad y la magnitud de la generación de ácido son afectadas por los siguientes factores• secundarios:• bacterias (Thiobacillus ferrooxidans)• pH• temperatura

• Las reacciones de generación de ácido se expresan generalmente como la oxidación de la pirita, uno de los minerales sulfurosos más comunes. Inicialmente, los sulfuros reaccionan con el oxígeno y el agua para formar sulfato (SO42), hierro ferroso (Fe2+) e iones de hidrógeno (H+). Esta reacción total de generación de ácido, en la que se muestra la pirita siendo oxidada por el oxígeno, puede representarse por la siguiente ecuación:• FeS2 + 7/2O2 + H2O ---> Fe2+ + 2SO42- + 2H+

OXIDACIÓN

Posteriormente, el hierro ferroso reacciona con el oxígeno para formar hierro férrico:• Fe2+ + 1/4O2 + H+ ---> Fe3+ + 1/2H2O Dependiendo del pH en el ambiente alrededor del sitio de oxidación, el hierro férrico puede luego precipitarse en la forma de hidróxido como la Ecuación:• Fe+3 + 3H2O ---> Fe(OH)3 + 3H+o puede, a su vez, ser utilizado como oxidante:• FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O ---> 15Fe2+ + 16H+ + 2SO42-

A niveles de pH por encima de 3.5, el hierro férrico (Fe3+) tiende a precipitarse como hidróxido férrico.

OXIDACIÓN

MINERALES SULFUROSOS• Los minerales sulfurosos más comunes, considerados como fuente de DAR, son los minerales de hierro, en forma especial, la pirita (FeS2), pirrotita y marcasita (FeS2). Dependiendo de la forma y de la estructura cristalina del mineral, como éste se presenta en el yacimiento, se observarán diferentes velocidades de oxidación. Por lo general, la marcasita, pirrotita y la pirita se oxidarán más rápidamente.

MINERALES SULFUROSOS• Todo mineral sulfuroso tiene el potencial de oxidarse y lixiviar metales. Los minerales de metales bases, tales como calcopirita(CuFeS4), enargita (Cu3AsS4), galena (PbS), esfalerita (ZnS) y arsenopirita (FeAsS), pueden encontrarse asociados a cuerpos mineralizados en el Perú. La oxidación y lixiviación de los minerales, generalmente como resultado de la generación de ácido a partir de los minerales de sulfuro de hierro asociados, pueden dar como resultado la liberación de acidez y metales disueltos en el agua de drenaje.

NEUTRALIZACIÓNDespués de la oxidación de un mineral sulfuroso, los productos ácidos resultantes pueden ser:

• Inmediatamente arrastrados por la infiltración de agua; o

• Extraídos de la solución, como resultado de la reacción con un mineral que consuma ácido.

Existe una serie de minerales que pueden consumir acidez y neutralizar el drenaje ácido. Entre los minerales que consumen ácido se encuentran:

• Carbonatos (calcita)

• Hidróxidos (limonita)

• Silicatos (clorita)

• Arcillas

El mineral más común que consume ácido es la calcita (CaCO3), que consume acidez a través de la formación de bicarbonato (HCO3) o ácido carbónico (H2CO30)

NEUTRALIZACIÓN

• El bicarbonato y carbonato a través de la disolución de la calcita puede resultar en la formación de minerales carbonatados secundarios, siderita (FeCO3), mediante:• Fe2+ + CO32- ---> FeCO3 • Este mineral también puede estar presente como mineral

principal en la roca. Es menos soluble que la calcita, tendiendo a amortiguar el pH en el rango de 4.5 a 6.0. La calcita tiende a neutralizar soluciones llevándolas hasta un pH entre 6.0 y 8.0.

NEUTRALIZACIÓN

• La mayoría de rocas contendrán tanto minerales sulfurosos como minerales consumidores de ácido. La relativa cantidad y la reactividad de los dos tipos determinarán si la roca producirá finalmente condiciones ácidas en el agua que pasa sobre y a través de ella.• Las reacciones de neutralización eliminarán una porción de

la acidez y el hierro de la solución, elevando el pH. Donde hay suficiente tiempo de contacto con los minerales consumidores de ácido, puede ocurrir la neutralización hacia un pH de 7. Bajo condiciones de pH neutro, la mayoría de metales presenta baja solubilidad y precipitan de la solución en forma de hidróxidos u óxidos metálicos.

Esquema ilustrativo de factores que afectan la oxidación de sulfatos y modifican el drenaje de

mina durante su transporte.

FUENTES DEL DAR• Los minerales sulfurosos están en todas partes en el ambiente geológico, pero se encuentran principalmente en rocas que yacen debajo de una capa de suelo y, a menudo, debajo de la napa freática. Bajo condiciones naturales, el suelo que cubre la roca y el agua subterránea minimizan el contacto con el oxígeno, permitiendo así que la generación de ácido prosiga a una velocidad tan baja que el efecto sobre la calidad general del agua será insignificante o indetectable.

FUENTES DEL DAR

• las fuentes primarias de drenaje ácido son las áreas en las cuales la roca de mina ha sido disturbada, y la superficie expuesta. Entre las fuentes principales del DAR están:

• las pilas de desmonte

• las pilas de lixiviación

• los embalses de relaves

• las labores mineras subterráneas

• las minas de tajo abierto

• la roca de construcción -relleno, represas, carreteras.

FUENTES DEL DAR

• Además, el drenaje ácido de roca puede ocurrir en otras áreas de mineria, las cuales contienen generalmente menor volumen de roca, pero que deberían considerarse en la evaluación del lugar, por ejemplo:

• derrames de concentrados y relaves

• almacenamiento de concentrados e instalaciones de descarga

• apilamiento de mineral

• superficies de roca expuestas al cortar rocas para carreteras, etc.

• caminos por los cuales pasan camiones o ferrocarriles con concentrados

• aliviaderos de emergencia

• pozas de almacenamiento de lodos en plantas de tratamiento.

FUENTES DEL DAR

• EN UNA MINA A TAJO ABIERTO Se forma de una sucesiva remoción de rocas desde los bancos principales. Se evitan áreas con alto contenido de DAR, sin embargo, igual se alteran las condiciones del agua superficial y subterránea.

Fuentes y vías del Drenaje Ácido de Rocas en una mina a tajo abierto durante su operación y cierre

FUENTES DEL DAR

• EN MINA SUBTERRÁNEA Se remueve el agua subterránea de trabajos bajo tierra usando separadores de corriente. Se puede construir un túnel por gravedad que transporta el agua a la superficie. Las fuente de DAR se da al exponer los sulfuros en paredes y fracturas al oxígeno atmosférico.

Fuentes y vías del Drenaje Ácido de Rocas en una mina subterránea durante su operación y cierre.

FUENTES DEL DAR

• EN BOTADEROS MINEROS

Al cargar y descargar camiones se produce una segregación del material, siendo la rocas con DAR de tamaño mediano o pequeño las que quedan en la superficie y reaccionan químicamente.

Fuentes y vías del Drenaje Ácido de Rocas en un botadero minero

PREVENCIÓN Y MITIGACION

• El principio fundamental de la prevención del ARD es aplicar un proceso de planeación y diseño para prevenir, inhibir, retardar o parar los procesos hidrológicos, químicos, físicos o microbiológicos que resulten en los impactos de los recursos de agua.• Se mostrará métodos de prevención y mitigación

involucrándose a la tecnología, reguladores, sociedad, economía y sostenibilidad. • Como el ácido sulfúrico es parte del ciclo del sulfato, este

debe mantenerse alejado de la exposición ambiental. Procurar reducir el ingreso de oxígeno y flujo de agua.


METAS Y OBJETIVOS DE PREVENCIÓN Y MITIGACIÓN Los pasos para identificar los objetivos estratégicos son: • Cuantificar riesgos a sistemas ecológicos, salud humana y

otros receptores.• Criterio de calidad de agua, riesgo de falla del sistema.• Los costos de capital, operación y de medidas de

mitigación o prevención. Lo principal es detener la contaminación del drenado tras dejar la mina, sus fuentes y desechos.


ALCANCES A LA PREVENCIÓN Y MITIGACIÓN DEL DAR El proceso de mitigación bien implementado consiste en: • Minimizar el oxígeno, agua infiltrada (función de reactante

y transporte). • Minimizar la infiltración de agua y la lixiviación• Minimizar, remover o aislar los minerales sulfatados. • Controlar la solución de pH, procesos bacteriológicos y

biogeoquímicos. • Maximizar la cantidad de minerales con ácidos

neutralizados y agua alcalina.


Factores que influyen en la selección de los métodos anteriores incluyen: • potencial del material para producir.• Tipo y características de la fuente, incluyendo el flujo de agua y transporte de oxígeno. • Etapa de desarrollo de la mina.• Fase de oxidación.• Periodo de tiempo en la medida de control.

Medidas de Prevención y Mitigación del ARD (INAP, 2009)

TRATAMIENTO DEL DRENAJE ACIDO DE MINA

• El tratamiento del drenaje de mina puede ser un componente del manejo general de agua de mina para apoyar a la operación de la mina en su vida entera.

• El tratamiento del drenaje de mina, en este caso, está dirigido a modificar la calidad del agua para que sea adecuada para el uso pretendido dentro o fuera del sitio de la mina.


OBJETIVOS DEL TRATAMIENTO DE MINA DRENADO • Recuperación y reúso del agua de mina las operaciones de la

mina. • Protección de la salud humana donde haya contacto con el

agua infectada. • Protección Ambiental, relacionada con el agua superficial y

subterránea • Productos potencialmente vendibles serán recuperados del

drenado de mina • Requerimientos regulatorios estipulan una calidad de la

descarga de agua.


Las consideraciones prácticas relacionadas con las características del sitio de la mina que influenciarán la construcción, operación y mantenimiento de una planta de tratamiento de drenaje son las siguientes: • Diseño de la mina y topografía • Espacio • Clima • Fuentes de drenaje de mina que alimentan la planta de

tratamiento • Ubicación y usuarios de agua tratada

tratamiento del ADR (inap, 2009)


TECNOLOGÍAS DE TRATAMIENTO ACTIVO • Requiere de operaciones continua: mantenimiento, monitoreo basado en fuentes de energía con infraestructura y sistemas ingenieriles. Se cuenta con la Aeración, Neutralización e Hidrólisis: cal, caliza, adición de álcali, Remoción metálica, Precipitación química para la remoción de sulfatos, Tratamiento de membrana, Intercambio de Iones, Remoción de sulfatos biológicos, Precipitación de sulfuro.


TECNOLOGÍAS DE TRATAMIENTO PASIVO • Para la selección del tratamiento pasivo se contará con los siguientes mecanismo: oxidación, precipitación de hidróxidos y carbonatos bajo condiciones aeróbicas, precipitación de sulfuros e hidróxidos sulfatados bajo condiciones anaeróbicas, complejidad y absorción de la materia orgánica, intercambio iónico con materia orgánica y respuesta de plantas.

MONITOREO

• El monitoreo en el sitio de la mina tiene como objetivo identificar y caracterizar cualquier cambio ambiental proveniente de las actividades de mina para evaluar las condiciones en el sitio y los posibles impactos.• Formación de condiciones actuales, confirmación de la

producción potencial de DAR, verificación del comportamiento esperado, transportar los constituyentes, predecir el volumen de DAR, verificar el comportamiento esperado, transportar los constituyentes, evaluación de impactos ambientales, gestión ambiental.

MONITOREO

MODELO DE SISTEMA CONCEPTUAL DINÁMICO • El Modelo del Sitio Conceptual (MSC) provee el marco de

desarrollo para el monitoreo del DAR. El MSC integra especialidades como la geología, hidrología, química, biología e información del clima para explicar la producción, transporte y hecho de los constituyentes. • Su objetivo es identificar las fuentes, receptores y

travesías del DAR. El transporte ocurre por las aguas subterráneas, superficiales o infiltración. Los sedimentos u otras travesías son menos importantes.

MONITOREO

DESARROLLO DEL PROGRAMA DE MONITOREO • Se inicia con una evaluación previa de los materiales extraídos, así se tomarán en cuenta la calidad del agua y observar el proceso de oxidación de sulfuros. Para un adecuado desarrollo se consta con una recolección de datos clasificados, consideraciones estáticas, muestras del lugar o de frecuencia, protocolos el laboratorio.

MONITOREO

A continuación algunas evaluaciones a tomar en cuenta. • Análisis estadístico para identificar cambios en las condiciones ambientales relacionadas. • Evaluar la calidad de agua. •Necesidad de locaciones de monitoreo adicionales • Renovaciones Regulares para MSD

EJEMPLO

DEFINICIONES

• En la caracterización de drenaje acido de rocas (DAR) se aplica los siguientes términos

• Ph en pasta: Es el índice de acides total almacenada muestra

• Potencial acido (PA): Es la medida del máximo potencial de acides que la muestra puede generar si los sulfuros se oxidan rápidamente.

• Potencial de neutralización (PN): Es una medida del potencial de neutralización de la muestra.

• Potencial neto de neutralización (PNN): Es una medida del balance entre el potencial de generación de acido y el consumo de acido de la muestra.

• Ratio de potencial de neutralización (NPR): Es la taza o ratio del potencial de neutralización a potencial de generación de acido para la muestra.

Interpretación de pruebas de balance acido-base PNN

POTENCIAL DE DAR CRITERIO DE EVALUACION COMENTARIO

MUY PROBABLE NPR MENOR A 1

Gran probabilidad de generación de DAR a menos que los minerales sulfurosos sean no reactivos

POSIBLE 1menor NPR menor a 4

Alguna posibilidad de generación de DAR, si el PN tiene una reacción insuficiente o se disipa mas rápido que los sulfuros.

BAJO 2 menor NPR menor a 4Poca probabilidad de generación de DAR

NINGUNO NPR mayor a 4----------------

Criterios para la evaluación de drenaje acido de roca (DAR)

MUESTREO DE DAR

• Para la determinación del potencial de DAR en la zona de estudio se tomaron 13 muestras cuya altitud, tramo muestreado y características del área se indican en el cuadro siguiente. las coordenadas geográficas se presentan en el capitulo de geología del EIAS.

INFORMACIÓN DE LAS MUESTRAS

MUESTRA ALTITUD (msnm)Tramo muestreado

Long. O profundidadCARACTERISTICAS

DA-01 1040 L = 27,20 mLecho actual de la quebrada rio seco, aguas abajo de la mina

Eliana.

DA-02 1077 L = 14,10 mCerro alterado en el paraje la

Bolívar.

DA-03 4312 P = 0,62 m Bofedal en las alturas de Huaytará.

DA-05 4428 L = 38,30 mLadera de roca tobacea con

manchas de limonita.

DA-10 3537 P = 1,70 m Ladera de rocas graníticas rojizas.

DA-11 3682 P = 0,45 mLadera de tobas grises con algunos

sectores rojizos.

DA-13 3032 P = 1,08 mSuperficie ondulada con substrato

tobaceo.

DA-14 3205 P = 0.75 mLadera son substrato intrusivo

granítico.

DA-15 4541 L = 17,50 m Volcánico alterado y oxidado.

DA-16 4785 P = 1,10 m Ladera de roca volcánica.

DA-17 4210 P = 1,50 m Coluvial con oxidos de hierro.

DA-18 3361 L = 4,50 mRoca pizarrosa con abundante

limonita.

DA-19 3348 L = 30 m Limonitas en caliza.

• Los resultados del balance acido base DAR obtenidos en el laboratorio son:

RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DEL DAR

Muestra Ph en pasta% azufre

total% azufre piritico

%azufre del sulfato

PA* PN* PNN* NPR (PMPA)

DA-01 7,9 0,346 0,346 ND 10,83 5,99 -4,83 0,553

DA-02 7,5 1,116 0,974 0,192 36,44 39,62 3,17 1,067

DA-03 6,2 0,360 0,340 0,020 11,28 3,49 -7,78 0,309

DA-05 6,7 0,744 0,729 0,015 23,29 5,98 -17,31 0,256

DA-10 5,7 0,347 0,327 0,020 10,86 1,24 -9,61 0,114

DA-11 6,5 0,248 0,232 0,014 7,70 0,24 -7,45 0,031

DA-13 7,8 0,506 0,480 0,026 15,86 64,92 49,06 4,093

DA-14 7,2 0,395 0,376 0,019 12,36 2,48 -9,87 0,200

DA-15 4,7 0,443 0,395 0,048 13,85 2,36 -11,49 0,170

DA-16 2,2 2,189 1,984 0,205 68,42 -2,62 -71,04 -0,038

DA-17 5,7 0,737 0,733 0,004 23,08 1,24 -21,81 0,053

DA-18 7,5 0,293 0,290 0,003 9,10 1,16 -7,94 0,127

DA-19 7,8 1,182 1,180 0,002 37,07 6,26 -30,81 0,163

CONCLUCIONES• El drenaje acido de roca dependerá de la disponibilidad de agua para la

oxidación de minerales sulfurados, tipo de yacimiento, cantidad de mineralogía de sulfuros, disponibilidad de oxigeno, cantidad de sulfuros en los residuos masivos como los botaderos.• El DAR afectara la calidad de las aguas superficiales y subterráneas

(acuíferos poco profundos), lo cual también podría afectar a la comunidad aledañas al sector minero.• El acido sulfúrico se forma por la oxidación de los sulfuros por acción del

agua y del oxigeno.• El agua acida deteriorara la calidad del agua de mina, limitando así su

uso en el proceso; creando problemas de corrosión en las instalaciones y equipos mineros.• En zonas de altura, la generación de DAR a partir de rocas con contenido

de minerales sulfurosos ocurre en forma natural, y es rápida e intensa debido al clima lluvioso; este fenómeno se acentúa en las áreas con fuerte alteración hidrotermal, que ha generado oxidación de rocas sulfurosas.

MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION

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