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IESTP "AACD" proyecto
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Proyecto:
TRATAMIENTO DE AGUAS ACIDAS DE MINA
ASESOR : ING. EGOAVIL VICTORIA, Heber
INTEGRANTES:
2014
INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO
“ANDRÉS A. CÁCERES DORREGARAY”
CARRERA PROFESIONAL DE METALURGIA
INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO“ANDRÉS A. CÁCERES DORREGARAY”
Dirección:
Director de la institución:
Participantes: Nombre: Correo: Teléfono:
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Asesor:
Duración del proyecto:
PROYECTO: TRATAMIENTO DE AGUAS ACIDAS DE MINA
TRATAMIENTO DE AGUAS ACIDAS DE MINA
RESUMEN
La actividad minera-metalúrgica en nuestro país, son causa de diversos problemas
ambientales entre ellos tenemos es la generación del drenaje ácido como producto de los
sistemas de explotación minera.
En estos efluentes mineros líquidos, tienen un diverso contenido de; carbón, sulfuros y
metales, especialmente el drenaje ácido de minas (DAM) generados en actividades mineras.
El DAM es caracterizado por sus bajos valores de pH y elevadas concentraciones de iones
inorgánicos tóxicos
Este es un problema que ya se tiene planteado en el centro del país por las precipitaciones
pluviales y la existencia de aguas subterráneas en el interior de las minas para este
problema es necesario alternativas tecnológicas eficaces que puedan mitigar los efectos
ocasionados por esta actividad.
La actividad minera es una fuente potencial de contaminación, y siendo la preservación
ambiental responsable, nosotros debemos evitar que la actividad que desarrollamos tenga
medidas que abarquen este problema.
En el trabajo de investigación que se presenta, se realizara un análisis de la problemática de
la generación de aguas ácidas, así como también planteo de una alternativa para procesar
dicho drenaje, que principalmente consiste de un proceso químico y la filtración.
En la primera se trata el agua neutralizándolo con cal para eliminar el Fe y el Al, en una
segunda etapa se remueve el Cu, Zn, Mn y los metales tóxicos pesados (Hg, Cd, As)
adicionándole ácido sulfhídrico al agua, pasando por un proceso de filtrado a malla 300 µm y
una cloración para desinfectas de las bacterias y otros.
CAPITULO I
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1. FORMULACION DEL PROBLEMA
La minería peruana se caracteriza por la complejidad de sus minerales, y en la mayoría de
los casos está acompañada de pirita como mineral encajonante, es decir necesariamente los
minerales sulfurados de las especies de metales base (Cu, Pb, Zn) son acompañados de este
sulfuro que es el principal causante de las características de los drenajes ácidos, las piritas
al ofrecer una superficie fresca y en contacto con las aguas forma las soluciones ácidas
indicadas.
FeS2 (s) + 7/2 O2 (g) + H2O ↔ Fe2+ + 2 SO4 2- + 2 H+……. (1)
Fe2+ + 1/4 O2 (g)+ H+ ↔ Fe3+ + 1/2 H2O……………… …….. (2)
Fe3+ + 3 H2O ↔ Fe (OH) 3 (s) + 3 H+………………………...... (3)
FeS2 + 14 Fe3+ + 8 H2O ↔ 15 Fe2+ + 2 SO4 2- + 16 H+………. (4)
Por esta razón se plantea la necesidad de realizar un tratamiento que permita obtener aguas
limpias sin la presencia de los metales disueltos en dichas aguas y poder tener uso
doméstico. Los efectos ocasionados por la emisión de aguas ácidas, producto de la
extracción minera y así tratar en lo posible de afectar mínimamente los sistemas
ecológicos.
Las fuentes potenciales de contaminación de agua de minería incluyen drenaje desde la
superficie y las minas subterráneas, derroches de agua, desde la beneficiación, y emergen
fuera. Un problema particular es drenaje ácido de mina.
Muchas operaciones mineras, especialmente esos minerales extraídos que contienen
sulfuros, tales como níquel, cobre, hierro, zinc, el cadmio, hierro y el carbón, puede
producir ácidos y las soluciones metalíferas que resultan desde la oxidación natural de los
sulfuros mediante la exposición para ventilar y agua pueden tener efectos severos sobre la
ecología de los cursos de agua locales, y los metales puede entrar en la cadena alimenticia.
1.2. JUSTIFICACION
La minería sin duda es una de las actividades extractivas más grandes del mundo llevando a
cabo diversos procesos lo cual entre una de ellas tenemos el tema del drenaje de aguas de
minería que es un grave problema para el ambiente y la población y es necesario poner
medidas adecuadas para su tratamiento.
Entre algunas métodos más utilizados son: los humedales artificiales (aerobios o anaerobios),
los drenajes anóxicos calizos, los sistemas de Producción de alcalinidad, y cuando el problema
se manifiesta en aguas subterráneas, las barreras reactivas permeables. El objetivo principal en
todos ellos es la supresión de la acidez, la precipitación de los metales pesados y la eliminación
de los sólidos en suspensión. Para ello actúan cambiando las condiciones de Eh y pH del
influente de forma que se favorezca la formación de especies insolubles que precipiten y
retengan la carga contaminante, el tratamiento de las aguas de minería son muy diversas pero
también costosas.
En este proyecto presentamos una alternativa para por realizar una neutralización y
tratamiento de aguas provenientes de los procesos mineros metalúrgicos. El agua es el
componente principal para el desarrollo de los cultivos y mantenimiento de Animales
domésticos, es por ello que debemos contar una calidad de agua óptima para el riego y bebida
de animales, en cuanto a sus propiedades químicas, físicas y biológicas.
1.3 OBJETIVOS
1.2.1. OBJETIVO GENERAL
Tratar el problema de la contaminación con aguas ácidas que permita
obtener agua tipo III como consecuencia de los sistemas de explotación
minera
1.2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Aplicar una tecnología de procesamiento químico para el tratamiento de
aguas ácidas de mina por etapas distintas de proceso.
Contribuir con empleo de tecnologías modernas para resolver el problema
de contaminación con aguas ácidas y lograr crear una conciencia nueva
para un desarrollo sostenible.
Evitar la emisión de aguas contaminadas por las actividades minero
metalúrgico.
Determinar las variables del proceso de neutralización.
Determinar las variables del proceso de filtración.
Determinar las variables de la precipitación con H2S.
CAPITULO II
MARCO REFERENCIAL
2.1. MARCO CONTEXTUAL
2.2. MARCO TEÓRICO
A. BASES TEÓRICAS
2.2.1. CLASIFICACION DE LOS TIPOS DE AGUA SEGÚN ASTM 1193: 2001.
TIPO I
Usada para procedimiento que requieren de máxima exactitud y precisión; tales como
Espectrometría atómica, fotometría de llama, enzimología, gas en la sangre, soluciones buffer de
referencia y reconstitución de materiales liofilizados usados como estándares. El agua Tipo I, debe
seleccionarse siempre que en la prueba sea esencial un nivel mínimo de componentes ionizados o
cuando se preparan soluciones para análisis de rastreo de metales.
TIPO II
Recomendada para la mayoría de las pruebas analíticas y generales de laboratorio, tales como los
análisis hematológicos, serológicos y microbiológicas; así como para métodos químicos en los que
específicamente no se indique o se haya comprobado que requieren agua de calidad Tipo I. La
ASTM especifica que el agua Tipo II sea preparada por destilación y como factor importante
recomienda que esté siempre libre de impurezas orgánicas.
TIPO III
Satisfactoria para algunas pruebas generales de laboratorio; para la mayoría de los análisis
cualitativos, tales como uroanálisis, procedimientos histológicos y parasitológicos; para el enjuague
de muestras analíticas; preparación de soluciones de referencia; y para el lavado o enjuague de
cristalería (el enjuague final de la cristalería debe hacerse con el tipo de agua especificado para el
procedimiento realizado).
TIPO IV
Agua con una conductividad final máxima de 5,0 μS/cm. Sirve para la preparación de soluciones y
para el lavado o enjuague de cristalería.
CLASIFICACION DE LOS TIPOS DE AGUA SEGÚN NC- ISO 3696: 2004 [6] [7]
Grado 1- Exenta básicamente de contaminantes constituidos por iones disueltos o coloidales y
materias orgánicas. Es apropiada para los requisitos de análisis más exigentes, incluyendo la
cromatografía liquida de alta definición. Es puede preparar por un tratamiento adicional del agua de
grado 2 (por ejemplo osmosis inversa o desionización seguida de filtrado a través de una membrana
con tamaño de poro de 0,2 μm para separar las partículas, o por redestilación en un aparato de sílice
fundido).
Grado 2- Con muy pocos contaminantes inorgánicos, orgánicos o coloidales. Es apropiada para
análisis delicados, incluyendo la espectrometría de absorción atómica (EAA) y la determinación de
componentes en cantidades mínimas. Se puede preparar por destilación múltiple o por
desionización u osmosis inversa seguida de destilación.
Grado 3- Apropiada para la mayoría de los trabajos de química en laboratorios por vía húmeda y la
preparación de soluciones de reactivos. Se puede preparar mediante una sola destilación, por
desionización o por osmosis inversa. Salvo indicación en contrario, se puede utilizar para el trabajo
normal de análisis.
DEFINICION DE CALIDADES DE AGUA [1] [3] [4] [5] [6] [8]
Están definidos los diferentes niveles de pureza del agua en función de los parámetros Físicos
químicos, tales como conductividad eléctrica, resistividad, contenido de carbono, oxígeno o sílice;
que se muestran en las tabla 2, 3, y 4; donde se presenta la clasificación del agua de acuerdo a sus
características fisicoquímicas, según las normas ASTM 1193 2001 Standard specification for
reagent water, BS 3978: 1987 British Standard Specification for water for laboratory use e ISO
3696: 1987 Water for analytical laboratory use – Specification and test methods; las cuales hacen
referencia a los niveles de pureza como calidades o tipos de agua. La norma cubana, NC-ISO 3696:
2004 "Agua para uso en análisis de laboratorio. Especificaciones y método de ensayo"; es una
adopción idéntica de la ISO 3696: 1987 "Water for analytical laboratory use – Specification and
test methods".
En la tabla 5 aparece una comparación de los parámetros fisicoquímicos y valores de las
Definiciones de calidad de agua según ASTM, BSI, ISO-NC.
Tabla 2. Clasificación del agua de acuerdo a su característica fisicoquímica.
Especificaciones según la norma ASTM 1193: 2001
Tabla 3. Clasificación del agua de acuerdo a su característica fisicoquímica.
Especificaciones según la BS 3978: 1987
Tabla 4. Clasificación del agua de acuerdo a su característica fisicoquímica.
Especificaciones según ISO 3696: 1987 y la NC-ISO 3696: 2004.
Tabla 5. Comparación de los parámetros fisicoquímicos y valores de las definiciones de
Calidad de agua según ASTM, BSI, ISO y NC-ISO.
2.2.2. CONTAMINACION DEL AGUA
El ciclo natural del agua tiene una gran capacidad de purificación. Pero esta misma facilidad de
regeneración del agua, y su aparente abundancia, hace que sea el vertedero habitual en el que
arrojamos los residuos producidos por nuestras actividades. Pesticidas, desechos químicos, metales
pesados, residuos radiactivos, etc., se encuentran, en cantidades mayores o menores, al analizar las
aguas de los más remotos lugares del mundo. Muchas aguas están contaminadas hasta el punto de
hacerlas peligrosas para la salud humana, y dañinas para la vida.
2.2.2.1 Alteraciones físicas del agua
Alteraciones físicas Contaminación que indica
Color El agua no contaminada suele tener ligeros colores rojizos,pardos, amarillentos o verdosos debido, principalmente, a los compuestos húmicos, férricos o los pigmentos verdes de las algas que contienen..Las aguas contaminadas pueden tener muy diversos colorespero, en general, no se pueden establecer relaciones claras entre el color y el tipo de contaminación
Olor y sabor Compuestos químicos presentes en el agua como los fenoles, diversos hidrocarburos, cloro, materias orgánicas en descomposición o esencias liberadas por diferentes algas u hongos pueden dar olores y sabores muy fuertes al agua, Aunque estén en muy pequeñas concentraciones. Las sales o los minerales dan sabores salados o metálicos, en ocasiones sin ningún olor.
Temperatura El aumento de temperatura disminuye la solubilidad de gases(Oxígeno) y aumenta, en general, la de las sales. Aumenta la velocidad de las reacciones del metabolismo, acelerando la putrefacción. La temperatura óptima del agua para beber está entre 10 y 14ºC.Las centrales nucleares, térmicas y otras industrias contribuyen a la contaminación térmica de las aguas, a veces de forma importante.
Materiales ensuspensión
Partículas como arcillas, limo y otras, aunque no lleguen a estar disueltas, son arrastradas por el agua de dos maneras: en suspensión estable (disoluciones coloidales); o en suspensión que sólo dura mientras el movimiento del agua las arrastra. Las suspendidas coloidalmente sólo precipitarán después de haber sufrido coagulación o floculación (reunión de varias partículas)
Radiactividad Las aguas naturales tienen unos valores de radiactividad,debidos sobre todo a isotopos del K. Algunas actividadeshumanas pueden contaminar el agua con isótopos
radiactivos.
Espumas Los detergentes producen espumas y añaden fosfato al agua (eutrofización). Disminuyen mucho el poder autodepurador de los ríos al dificultar la actividad bacteriana. También interfieren en los procesos de floculación y sedimentación en las estaciones depuradoras.
Conductividad El agua pura tiene una conductividad eléctrica muy baja. Elagua natural tiene iones en disolución y su conductividad es mayor y proporcional a la cantidad y características de esos electrolitos. Por esto se usan los valores de conductividad como índice aproximado de concentración de solutos. Como la temperatura modifica la conductividad las medidas se deben hacer a 20ºC
2.2.2.2. Alteraciones químicas del agua
Alteraciones físicas Contaminación que indica
pH
Las aguas naturales pueden tener pH ácidos por el CO2
disuelto desde la atmósfera o proveniente de los seres vivos;por ácido sulfúrico procedente de algunos minerales, porÁcidos húmicos disueltos del mantillo del suelo. La principalsubstancia básica en el agua natural es el carbonato cálcicoque puede reaccionar con el CO2 formando un sistema tampónCarbonato/bicarbonato.Las aguas contaminadas con vertidos mineros o industrialesPueden tener pH muy ácido. El pH tiene una gran influenciaen los procesos químicos que tienen lugar en el agua,actuación de los floculantes, tratamientos de depuración, etc.
Oxígenodisuelto OD1
Las aguas superficiales limpias suelen estar saturadas deoxígeno, lo que es fundamental para la vida. Si el nivel deoxígeno disuelto es bajo indica contaminación con materiaorgánica, septicización, mala calidad del agua e incapacidadpara mantener determinadas formas de vida.
Materia orgánicabiodegradable:DemandaBioquímica deOxígeno(DBO5)
DBO5 es la cantidad de oxígeno disuelto requerido por losmicroorganismos para la oxidación aerobia de la materiaorgánica biodegradable presente en el agua. Se mide a loscinco días. Su valor da idea de la calidad del agua desde elpunto de vista de la materia orgánica presente y permiteprever cuanto oxígeno será necesario para la depuración deesas aguas e ir comprobando cual está siendo la eficacia deltratamiento depurador en una planta.
Materiales Es la cantidad de oxígeno que se necesita para oxidar los
oxidables:DemandaQuímica deOxígeno(DQO)
materiales contenidos en el agua con un oxidante químico(normalmente dicromato potásico en medio ácido). Sedetermina en tres horas y, en la mayoría de los casos, guardauna buena relación con la DBO por lo que es de gran utilidadal no necesitar los cinco días de la DBO. Sin embargo la DQOno diferencia entre materia biodegradable y el resto y nosuministra información sobre la velocidad de degradación enCondiciones naturales.
Nitrógenototal
Varios compuestos de nitrógeno son nutrientes esenciales. SuPresencia en las aguas en exceso es causa de eutrofización.El nitrógeno se presenta en muy diferentes formas químicasen las aguas naturales y contaminadas. En los análisishabituales se suele determinar el NTK (nitrógeno totalKendahl) que incluye el nitrógeno orgánico y el amoniacal. ElContenido en nitratos y nitritos se da por separado.
Fósforo total El fósforo, como el nitrógenos, es nutriente esencial para lavida. Su exceso en el agua provoca eutrofización.El fósforo total incluye distintos compuestos como diversosortofosfatos, polifosfatos y fósforo orgánico. Ladeterminación se hace convirtiendo todos ellos en ortofosfatosque son los que se determinan por análisis químico.
Aniones:clorurosnitratosnitritosfosfatossulfuroscianurosfluoruros
indican salinidadindican contaminación agrícolaindican actividad bacteriólogicaindican detergentes y fertilizantesindican acción bacteriológica anaerobia (aguas negras, etc.)indican contaminación de origen industrialen algunos casos se añaden al agua para la prevención de lascaries, aunque es una práctica muy discutida.
Cationes:sodiocalcio ymagnesioamoniometalespesados
indica salinidadestán relacionados con la dureza del aguacontaminación con fertilizantes y hecesde efectos muy nocivos; se bioacumulan en la cadena trófica;(se estudian con detalle en el capítulo correspondiente)
Compuestosorgánicos
Los aceites y grasas procedentes de restos de alimentos o deprocesos industriales (automóviles, lubricantes, etc.) sondifíciles de metabolizar por las bacterias y flotan formandopelículas en el agua que dañan a los seres vivos.Los fenoles pueden estar en el agua como resultado decontaminación industrial y cuando reaccionan con el cloro quese añade como desinfectante forman clorofenoles que son unserio problema porque dan al agua muy mal olor y sabor.La contaminación con pesticidas, petróleo y otros
hidrocarburos se estudia con detalle en los capítuloscorrespondientes.
2.2.3. Como se produce la Contaminación en la minería
La contaminación de las aguas de los cauces naturales es causada en la industria minera
metalúrgica por dos fuentes: una como producto de la explotación minera y la otra como
consecuencia del procesamiento de minerales. En el primer caso se puede conceptuar como una
consecuencia de la hidrología de la zona minera que está relacionada directamente con la
geología de la zona y puede explicarse de la siguiente manera:
El agua que cae sobre la tierra como la lluvia o nieve contiene solamente pequeñas cantidades
de materia mineral disuelta. Tan pronto como este alcance la tierra, sin embargo, comienza a
reaccionar con los minerales del suelo y las rocas con las que llega a estar en contacto. La
cantidad y carácter de la materia mineral disuelta por aguas meteóricas depende de la
composición química y estructura física de las rocas con las cuales ellas han estado en contacto,
la temperatura, la presión, la duración del contacto y los materiales ya en solución. La acción
solvente del agua es asistida por la presencia en solución de dióxido de carbono en solución,
derivado a partir de la atmósfera, en el agua que cae en forma de lluvia o a partir del suelo a
través por el cual pasa el agua y se forma por procesos orgánicos.
La acción de las aguas meteóricas sobre los minerales existentes en las rocas ígneas, primero se
disuelve el mineral luego se hidroliza, que es la reacción de los iones del agua con los del
mineral disuelto. La cantidad de disociación de agua pura en iones es pequeña: a temperaturas
ordinarias un litro de agua contiene solamente 10-7 gramos de hidrogeno en la forma iónica. La
concentración de iones hidrógeno de aguas meteóricas es más grande, sin embargo, debido a la
presencia del dióxido de carbono que existe universalmente en ellas, la acción del agua sobre los
minerales es acelerada, la cantidad de aceleración depende de la cantidad de dióxido de carbono
en la solución. Es probable que cerca de la superficie, o grande sea las aguas percolantes
conteniendo ácido carbónico, la acción de este ácido es la más fuerte, pero como este es usado
en la reacción mencionada, los efectos de la hidrólisis llega a ser predominante.
Como una regla cualquier mineral conteniendo hierro es fácil de alterarse rápidamente con el
ataque por el agua, el hierro se une con él oxígeno para formar el óxido de hierro, el cual es muy
insoluble y permanece en el suelo.
El principal material soluble en las rocas sedimentarias es el carbonato, principalmente de
calcio. La disolución del carbonato de calcio, con algo de carbonato de magnesio, es el resultado
de la acción primaria de las aguas meteóricas conteniendo en solución dióxido de carbono del
aire y el suelo, que pasa a través de depósitos sedimentarios.
El carbonato de calcio es relativamente insoluble en agua pura: 1 litro de agua destilada disuelve
solamente 0,014 gr de carbonato de calcio a 25ºC. El bicarbonato de calcio, formado por la
reacción entre el carbonato de calcio y agua conteniendo ácido carbónico, es sin embargo,
mucho más soluble.
El sulfato es derivado de varias fuentes en el suelo y las rocas y a partir de materiales
adicionados por agentes humanos, por ejemplo los sulfatos resultantes de la oxidación e
hidrólisis de sulfuros metálicos, del gypsum o de fertilizantes conteniendo sulfatos. El sulfuro
de hierro, por oxidación e hidrólisis, produce óxido de hierro (usualmente hidratado) y ácido
sulfúrico:
2FeS2 + 7H2O + 7.5O2 = 2Fe (OH)3 + 4H2SO4
Las aguas provenientes de las pizarras característicamente llevan sulfatos, algunas veces en
considerables cantidades, derivado probable mayormente, de la pirita frecuentemente asociados
con las pizarras. El ácido sulfúrico formado en la oxidación e hidrólisis de la pirita actúa
fuertemente sobre las otras rocas constituyentes e intensifica la acción de las aguas percolantes.
Algunas aguas, particularmente en la vecindad de las minas de carbón, donde la pirita ha sido
expuesta a la acción del aire y del agua, son ácidas debido a su contenido de ácido sulfúrico.
Cuando aquellas aguas ácidas se mueven hacia abajo a través de rocas calizas, el ácido sulfúrico
actúa sobre el carbonato de calcio y las aguas llegan a ser neutrales y entonces más y más
alcalinos pero aun contienen considerables cantidades de iones sulfato y hierro.
H2SO4 + CaCO3 = H2CO3 + CaSO4
H2CO3 + CaCO3 = Ca (HCO3)2
La otra fuente considerada son los afluentes producidos como consecuencia del procesamiento
de minerales, en este caso se trata de una planta concentradora convencional, que básicamente
tiene los circuitos de chancado, molienda, clasificación, flotación por espumas de sulfuros,
espesado y filtrado de concentrados. Dentro de este aspecto habría que considerar como mayor
fuente de contaminación los reactivos empleados dentro del proceso tanto como los colectores,
espumantes, modificadores de superficie, reguladores de pH. La acción de estos reactivos es la
de adecuar a los minerales sulfurados para que se flote selectivamente a los minerales de interés
y deprimir a los minerales no importantes económicamente.
Es indudable que la interacción entre las superficies frescas de los minerales involucrados con
los reactivos empleados, produzcan cierto grado de lixiviación o disolución de las especies
sólidas lo que se ve reflejado en los análisis químicos de las aguas de rebose de los relaves, esto
entendiendo que las áreas de las superficies de los minerales se ven incrementadas por la
molienda, estas superficies frescas se ponen en contacto en la etapa de acondicionamiento con
reactivos como la cal (cambio de pH), el NaCN (a razón de 0,05 kg / TM de mineral fresco) y el
CuSO4 (a razón de 0,86 kg / TM de mineral fresco), principalmente aparte de los reactivos
orgánicos empleados como los xantatos, promotores, espumantes. Los primeros reactivos son
considerados dentro de la metalurgia extractiva como agentes lixiviantes muy activos. Dentro de
la planta concentradora también debemos considerar como fuente de contaminación el consumo
de agentes de molienda, básicamente las barras y bolas de acero que son consumidos en una alta
proporción (aprox., 1 kg/TM de mineral fresco), gran parte de este hierro pasa a solución.
B). FUNDAMENTOS TEÓRICOS
La formación de las aguas ácidas provenientes de las minas y de las canchas de relave
es debida al proceso de oxidación de las piritas y otros sulfuros por acción del oxígeno,
el agua y bacterias, los cuales en un primer momento forman el ácido sulfúrico, el que
al pasar a solución forma iones férrico, que a su vez es un fuerte oxidante y disuelve a
otros sulfuros llevando a solución a otros metales; estas soluciones normalmente entran
a los cauces de los ríos ocasionando grandes perjuicios a la biomasa existente en la
cuenca aguas abajo.
2.2.4. Técnicas Para La Prevención Y Tratamiento De Los Efluentes Líquidos Contaminados
Existen muchos métodos de tratamiento de los drenajes ácidos, hay métodos pasivos
(sin intervención del hombre) y activos (con intervención del hombre) donde lo más
importante es la prevención de la formación de efluentes contaminados.
Tratamientos pasivos
Métodos de tratamiento convencionales o activos de aguas ácidas tienen un coste elevado,
por lo que no pueden ser mantenidos por un período prolongado una vez finalizada la vida
de la mina. Máxime teniendo en cuenta que el problema de las aguas ácidas puede
perdurar, según las estimaciones de Younger (1997), varios cientos de años. En la última
década se han investigado diversos métodos de tratamiento pasivo y se ha comprobado que
dan buenos rendimientos en la neutralización del pH y en la eliminación de metales
pesados. Además requieren poco mantenimiento y su bajo coste puede ser asumido
durante largos períodos de tiempo (20 a 40 años) una vez clausurada la instalación minera
(Watzlaf, 1997b). Los métodos de tratamiento pasivo se basan en los mismos procesos
físicos, químicos y biológicos que tienen lugar en los humedales naturales (wetlands), en
donde se modifican favorablemente ciertas características de las aguas contaminadas,
consiguiendo la eliminación de metales y la neutralización del pH.
Entre los métodos pasivos que más se han utilizado destacan los humedales aerobios, los
humedales anaerobios o balsas orgánicas, los drenajes anóxicos calizos (ALD, Anoxic
Limestone Drains), los sistemas sucesivos de producción de alcalinidad (SAPS,
Successive Alkalinity Producing Systems) y las barreras reactivas permeables cuando son
aguas subterráneas (PRB, Permeable Reactive Barriers). En la práctica estos métodos se
emplean solos o combinados, dependiendo del tipo de drenaje ácido y de los
requerimientos de tratamiento.
Tratamiento activo
Los sistemas de tratamiento activo son aquellos procesos que requieren una operación
continua por el hombre, tales como las plantas de tratamiento de aguas residuales. Algunos
procesos en los sistemas de tratamiento activo incluyen tecnología de:
1. Neutralización y precipitación
2. Aereación
3. Filtración y osmosis inversa
4. Intercambio iónico
5. Ablandamiento químico
Método de tratamiento de agua por neutralización
Tratamiento del agua
Los flujos superficiales provenientes de los embalses de relaves pueden ser colectados y
tratados con cal, caliza, soda caústica y carbonato de sodio, que es el método activo de
neutralización y precipitación. Esta técnica está siendo utilizada por algunas unidades
mineras de la ex Centromin Perú.
Consiste en la remoción de los elementos pesados, en la solución o incremento del pH (grado
de acidez de la solución), hasta valores mayores a 9, mediante la adición de cal para
posteriormente hacer uso de un reactivo floculante, el cual ayuda a la sedimentación de las
partículas finas. Si bien existen otras técnicas para el tratamiento de los drenajes ácidos,
ninguna es absoluta, generalmente se opta por una combinación de dichos métodos.
2.3 MARCO CONCEPTUAL
2.3.1 Aguas acidas
¿Qué son las aguas ácidas?
Son aguas que se producen como resultado de la oxidación química y biológica de sulfuros
metálicos, especialmente pirita o pirrotita, que se pueden encontrar presentes o formando
parte de botaderos, relaves, basuras municipales, etc.
La oxidación se produce cuando las rocas conteniendo sulfuros son expuestas al aire y al
agua.
FUENTES PRINCIPALES DE GENERACIÓN DE AGUAS ÁCIDAS
Botaderos de material estéril (6 H2CO3 (ac) H2O + CO2 (ac) pH 6:
H++ KAlSi3O8(s) + 7H2O K+ + Al (OH)3 + 3H4SiO4 4H2O K+ + Al+3 +
3H4SiO4
A pH > 6: H++ KAlSi3O8(s) + 7H2O K+ + Al (OH)3 + 3H4SiO4
A pH < 4.5: 4 H+ + KAlSi3O8(s) + 4H2O K+ + Al+3 + 3H4SiO4
Reacciones de Precipitación
Una reacción de precipitación se caracteriza por la formación de un producto insoluble, o
precipitado. Un precipitado es un producto insoluble que se separa de la solución. Las
reacciones de precipitación por lo general requieren compuestos iónicos.
Un criterio importante es indicar la solubilidad de los compuestos iónicos en agua (a 25°C).
1.- Todos los compuestos de los metales alcalinos (grupo 1A) son solubles.
2.- Todos los compuestos de amonio (NH4+) son solubles.
3.- Todos los compuestos que tienen nitrato (NO3-), clorato (ClO3
-) y perclorato
(ClO4-), son solubles.
4.- La mayoría de los hidróxidos (OH-) son insolubles; las excepciones son los
hidróxidos de los metales alcalinos y el hidróxido de bario [Ba(OH)2]. El
hidróxido de calcio [Ca(OH)2] es ligeramente soluble.
5.- La mayoría de los compuestos que contienen cloruros (Cl-), bromuros (Br-) o
yoduros (I-), son solubles con excepción de aquellos que contienen Ag+, Hg2+, y
Pb2+.
6.- Todos los carbonatos (CO32-), fosfatos (PO4
3-) y sulfuros (S2-), son insolubles
excepto los de los metales alcalinos y del ión amonio.
7.- La mayoría de los sulfatos (SO42-) son solubles. El sulfato de calcio (CaSO4) y el
sulfato de plata (Ag2SO4) son ligeramente solubles. Los sulfatos de bario
(BaSO4), mercurio (II) sulfato (HgSO4) y sulfato de plomo (PbSO4), son
insolubles
Con el fin de poder predecir si se formará un precipitado cuando se mezclan dos soluciones o
cuando se agrega un compuesto a una solución, es necesario conocer su solubilidad, esto es la
máxima cantidad de soluto que se puede disolver en una cantidad dada de disolvente a una
temperatura específica.
Producto de Solubilidad
El producto de solubilidad de un compuesto es el producto de las concentraciones molares de
los iones constituyentes, cada uno elevado a la potencia de su coeficiente estequiométrico en la
ecuación de equilibrio. El valor del Kps indica la solubilidad de un compuesto: mientras más
pequeño sea el valor del Kps menos soluble será el compuesto.
En la ecuación:
Fe3+ + 3OH- Fe(OH)3
Kps = [Fe3+][OH-]3
Equilibrios de Solubilidad de los Sulfuros
Del análisis anterior se puede esperar que el equilibrio de solubilidad del sulfuro de cadmio
(CdS) se escriba como:
CdS(s) ↔ Cd2+(ac) + S2-
(ac)
en donde
Kps = [Cd2+][S2-)
Sin embargo, los estudios muestran que el ión S2- es una base fuerte de BrØnsted como el ión
O2- por lo que está muy hidrolizado en solución. Por esta razón, el equilibrio de solubilidad del
CdS se escribe de manera correcta como:
CdS(s) + H2O(l) ↔ Cd2+(ac) + HS-
(ac) + OH-(ac)
Entonces, la expresión del producto de solubilidad para el CdS, que es la constante de equilibrio
para la reacción global, está dada por:
Kps = [Cd2+][HS-)[OH-] = 8.0 x 10-28
Nótese que este es el valor de Kps del CdS y no se debería interpretar como Kps = [Cd2+][S2-) =
8.0 x 10-28. El punto importante es que la concentración de los iones S2- en la disolución por lo
general es muy pequeña en virtud de la hidrólisis.
pH y Solubilidad
Además de que la solubilidad depende de la presencia de un ión común, la solubilidad de
muchas sustancias también depende del pH de la disolución. Considérese el equilibrio de
solubilidad del hidróxido de magnesio:
Mg(OH)2(s) ↔ Mg2+ + 2OH-(ac)
Al añadir iones OH- (con lo que aumenta el pH), se desplaza el equilibrio de la derecha hacia la
izquierda, por lo que disminuye la solubilidad del Mg(OH)2. Por otra parte, al añadir iones H+
(con lo que disminuye el pH), se desplaza el equilibrio de la izquierda a la derecha, y la
solubilidad del Mg(OH)2 aumenta. Así, las bases insolubles tienden a disolverse en disoluciones
ácidas. Una lógica similar muestra por qué los ácidos insolubles se disuelven en disoluciones
básicas.
2.3.2. HIPOTESIS DE LA INVESTIGACION
Al tratar aguas ácidas de mina se eliminara los metales pesados tóxicos (Hg, Cd, As)
empleando etapas de procesamiento químico, que incluye una primera de neutralización con cal
para eliminar el Fe y el Al y una segunda para remover el Cu, Zn, Mn y con la adición de un
agente sulfurizante, así también utilizando métodos físicos como un proceso de filtración lo que
nos permitirá obtener agua tipo III.
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
3.1 Métodos Químicos Para El Tratamiento
3.1.1 sedimentación de las partículas.
Mediante este proceso en un contenedor dispuesto con aguas acidas de mina elaborada en
laboratorio lo cual es exactamente igual a las aguas acidas de la industria minera metalúrgica.
Agregamos cal para que para eliminar Fe y Al.
3.1.2 adición de ácido sulfhídrico en las aguas
Realizamos una práctica obtención de H2S con los siguientes pasos:
Contando con el estiércol de la vaca
Las bacterias de lodo
Preparamos una mezcla la cual nos dará un resultado de obtención de H2S al permanecer en
estado de reposo.
Al agregar H2S directamente pero en una cantidad pequeña en escalas de tiempo de 10 segundo
podemos remover y sedimentar estos metales sobrantes en las aguas Cu, Zn, Mn , entre otros
para acelerar la sedimentación adicionando floculante para el proceso.
3.2 Métodos Físicos Para El Tratamiento
3.2.1 proceso de filtrado
Primer filtrado: Para un filtrado corrector se optó realizar el filtrado en varias capas de filtros con
cuarzo de diversas medidas trituradas.
Segundo filtrado: este paso del filtro se utilizó, ya como una alternativa adicional para garantizar
la pureza del agua usando como medio de filtrado; filtro cerámico descontaminante micro porosa.
3.3 eliminación De Olores Y desinfección
Un filtrado correcto de las aguas acidas ya neutralizadas favorece a tener una mayor pureza del
agua tratada.
Tras haber pasado por el proceso del filtrado el agua tratada presentar olores por el cual se añade
carbón activado quedando sin presencia de olores.
La desinfección
Lo que se busca en esta etapa del tratamiento es la disminución significativa de gérmenes
coliformes mediante la aplicación del cloro o el hipoclorito sódico.
CAPÍTULO IV
PRESUPUESTO
4.1. Materiales
Cantidad Materiales Coste de materiales
4.2. Tareas realizadas
tareas Tiempo realizado
4.3 Tiempo de realización del proyecto
Tareas realizadas Tiempo de trabajo Tiempo esperado para las reacciones
CAPITULO V
RESULTADOS
CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES
BIBLIOGRAFÍA Y WEB GRAFIA
[1] Aduvire. Oswaldo (2006). Tratamiento drenaje ácido de mina. Madrid: Edición UPM.
[2] Calzado P. Luis (1997). Caracterización y categorizaciónde los problemas ambientales de la minería en el Perú. Primer Simposio Nacional de Medio Ambiente y Seguridad Minera – Colegio de Ingenieros del Perú.
MEM Website, http//www.minem.gob.pe
Universidad de Navarra tema 8 contaminación de aguas 07
Klepel Consulting S.A.C. Av. Grau 412, Miraflores Lima, Perú
http://[email protected]
http://www.fonam.com.pe/mejoras_ambientales_en_el_peru
