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JORNADAS DE TRONADURA ASIEX 2012 PUERTO VARAS, CHILE JORNADAS DE TRONADURA ASIEX 2012 PUERTO VARAS, CHILE

Humos Txicos en Voladuras en Minas a Cielo Abierto

Control de su Generacin

Carlos P. Orlandi Gerente de Innovacin y Desarrollo

ENAEX Servicios S.A.

JORNADAS DE TRONADURA ASIEX 2012 PUERTO VARAS, CHILE

Agenda

Introduccin Humos Txicos de la Voladura Balance de Oxgeno Proceso de Detonacin del ANFO Aspectos Relevantes Condiciones de Riesgo:

Del Mineral Del Explosivo

Recomendaciones Propuesta de Plan de Accin:

De Gestin General De ejecucin inmediata

Discusin


Introduccin

Este trabajo es una actualizacin de uno similar presentado en 2007; se ha incorporado informacin de nuevas investigaciones y publicaciones sobre el tema.

En aos recientes se ha registrado una mayor frecuencia de voladuras que han generado gases txicos, en particular xidos de nitrgeno, caracterizados por su coloracin anaranjada o rojiza.

La aparicin de humos de color distinto al blanco luego de una voladura es seal de alguna anormalidad en el proceso de detonacin.

Aunque este fenmeno ocurre usualmente por una detonacin incompleta o de bajo orden, los factores que contribuyen no estn asociados solamente a la calidad del explosivo, sino que a toda la cadena del proceso minero, desde su diseo hasta la operacin.

Malas prcticas de carguo, mala seleccin del explosivo y un diseo inadecuado de la iniciacin son frecuentes causas de mal funcionamiento del explosivo.

Las condiciones climticas y del macizo rocoso son descritas en la literatura como otras posibles causas.

No es necesariamente cierto que los Humos Rojos se deben a un explosivo defectuoso.


Humos Txicos de la Voladura

MONXIDO DE CARBONO (CO) Gas incoloro e inodoro. Una de las formas en que se produce es por combustin

incompleta del carbono de la fase combustible. Esto puede ocurrir por una mala composicin o un deterioro

de la fase oxidante, generndose CO en lugar de CO2. Efectos nocivos: dolor de cabeza, vmitos, nuseas, asfixia,

muerte. XIDOS DE NITRGENO (NOx)

Gases de color amarillo anaranjado - rojizo Una de las formas en que se produce es por el exceso de

oxgeno durante la detonacin de productos nitrados. Puede ocurrir cuando parte del combustible disponible para

la reaccin de detonacin es usado en otras reacciones qumicas.

Tambin un enfriamiento de los gases producto de la detonacin sufren un enfriamiento brusco.

Efectos nocivos: edema pulmonar, que puede ser fatal. OTROS: AMONIACO, GASES de AZUFRE


xidos de Nitrgeno ms comunes

NO Oxido Ntrico NO2 Dixido de Nitrgeno N2O Oxido Nitroso

N2O3 Trixido de dinitrgeno N2O4 Tetraxido de dinitrgeno

N2O5 Pentxido de dinitrgeno

NOx 95 % 5 %


Balance de Oxgeno

El BO representa el exceso o defecto de oxgeno para lograr la combustin completa de un compuesto, expresado como porcentaje de su peso. La cantidad de oxgeno requerida para la conversin completa del material explosivo a sustancias estables como N2, CO2, H20, SO2, Al2O3... se conoce como balance estequiomtrico de combustin". Si hay oxgeno insuficiente se dice que el compuesto tiene un balance de oxgeno negativo; si hay en exceso, el BO es positivo.

Ejemplo: Nitrato de Amonio (NA) = NH4NO3 2 NH4NO3 ===> 4 H2O + 2 N2 + O2 Como PM NA = 14 + 4 x 1 + 14 + 3 x 16 = 80 y PM o2 = 2 x 16 = 32 ===> BO = 1 x 32 / 2 x 80 = 0.2 = + 20 %

Para la reaccin de detonacin de un explosivo el oxgeno proviene del Nitrato de Amonio y/u otros oxidantesno del ambiente.

*


Proceso de Detonacin del ANFO

Proceso de Detonacin: El ANFO es un Agente de Voladura: su detonacin debe ser provocada

mediante una onda de choque intensa o una fuente de calor interna. Esto se logra usando un booster o multiplicador, que genera una onda

de choque que se traduce en una compresin violenta (adiabtica*) de las partculas de Nitrato de Amonio.

La Compresin Adiabtica del aire ocluido en los poros cerrados de los grnulos genera calor, el que, si es suficiente, activa la reaccin qumica exotrmica de la mezcla NA + FO.

sta, a su vez, provoca la expansin de los gases de reaccin, la que comprime los siguientes poros, permitiendo as la detonacin de la carga completa.

ANFO = AN + FO AN = Nitrato de Amonio FO = Fuel Oil CH2

QCONOHCHNONH ++++ 222234 373

* Sin prdida de calor al ambiente


Por qu detona el ANFO?

Auuch..!

C.Orlandi - 1998

Inflar (compresin del aire)

Calor!

Onda de Choque (del booster o del explosivo anterior)

Propagacin de la

Detonacin

Compresin de los Poros Cerrados

??? Compresin Adiabtica..!


Y esto qu tiene que ver..?

De la ecuacin de la reaccin de detonacin del ANFO es posible obtener algunas conclusiones: Explosivos con deficiencia de oxgeno favorecen la formacin de monxido de

carbono (CO) Explosivos con exceso de oxgeno favorecen la formacin de xidos de nitrgeno

(NOx) Lo anterior puede ocurrir por falta de petrleo o por reemplazo de ste por un

aceite de mala calidad (con impurezas o agua). Si se retira el calor antes de completar la reaccin, sta tender ocurrir en forma

incompleta, formando diversos compuestos, entre ellos xidos de nitrgeno (NOx). Del proceso de propagacin de la detonacin por compresin adiabtica se

infiere: La adicin de microburbujas (por incorporacin mecnica de aire, adicin de

microesferas huecas o generadas qumicamente) aumenta la eficiencia de la reaccin, genera una mayor temperatura resultante y una mayor expansin de los gases, que disminuye la probabilidad de formacin de NOx.

QCONOHCHNONH ++++ 222234 373 OHCOOCH 2222 2232 ++22234 242 ONOHNONH ++


Uso de Aceites Reciclados

EcoPlanta

Tratamiento de los Aceites: Decantacin de slidos en suspensin Eliminacin de agua Filtracin Mezclado


Estanques de Diesel y de Aceite: Planta en que no

hay tratamiento adecuado.

Tratamiento de Aceites Usados

Muestra de Aceite con excesivo contenido de grasa, agua* y

tensoactivos.

* Agua finamente dispersa (nanogotas) puede tener efecto positivo.


Tipos de Humos de Color Rojizo

Gases NOx tpicos de Explosivo con Desbalance de Oxgeno

Gases NOx tpicos de Voladura en Terreno con Grietas, Agua muy Fra o con Piritas Activas


Humos Anaranjados Intensos 1/2


Humos Anaranjados Intensos 2/2

3 SP 4283 03 / 15-12-06


Condicin de Riesgo:

Los minerales sulfurados, en particular los que contienen piritas en proceso de desgaste natural, pueden reaccionar con los explosivos bajo determinadas circunstancias, formndose un sistema de reacciones qumicas simultneas complejas.

Este fenmeno puede causar desde pequeas emanaciones de gases txicos hasta deflagracin del explosivo o, en casos extremos, incluso una detonacin prematura.

Esto puede ocurrir cuando se suman varias condiciones en forma simultnea, hasta producirse una reaccin autocatalizada, altamente exotrmica, que deriva en descomposicin violenta del explosivo.

El proceso se inicia por la reaccin del nitrato de amonio del explosivo y el sulfato ferroso hidratado generado como producto del desgaste natural de las piritas, en un ambiente cido.

Presencia de Piritas Activas


Presencia de Piritas:

Para analizar el grado de riesgo de reactividad de rocas piritosas se debe tener presente que: Todos los explosivos a base de nitrato de amonio, bajo ciertas

condiciones pueden reaccionar con estos minerales, producindose una reaccin qumica cuyo desarrollo depende de condiciones especficas, especialmente del grado de desgaste de las piritas (presencia de sulfato ferroso heptahidratado).

Una temperatura del mineral mayor a la normal es un indicador de algn grado de actividad de las piritas, aumentando el riesgo de gatillar una reaccin con el explosivo. Para que sta se autosustente debe alcanzarse la temperatura de autocatalizacin (115 - 120 C, aunque bajo condiciones muy especficas puede ser a una temperatura tan baja como 65 o 70 C).

La reactividad depender tanto de las caracterstica del explosivo como de las del mineral. El principal riesgo es el desconocimiento de la geo-qumica relevante.

Aspectos Relevantes


Caractersticas del Macizo

Si en sectores de piritas activas hay presencia de acidez y detrito piritoso fino, el riesgo de reaccin con el explosivo aumenta.

La presencia de agua cida o contaminada con sustancias qumicas puede ser una fuente de mal funcionamiento del explosivo, causando posiblemente generacin de gases txicos.

Agua muy fra puede causar un fenmeno termodinmico de generacin de humos anaranjados por enfriamiento brusco de los gases de detonacin.

Terrenos blandos, muy fracturados, o esponjosos pueden causar un pobre confinamiento del explosivo, mermando sus caractersticas de detonacin, pudiendo en algunos casos generar gases de color.

En cualquier tipo de roca, la existencia de grietas y fracturas abiertas puede permitir entrampamiento de explosivo: ste tiende a deflagrar o descomponerse lentamente si el espesor de las grietas es igualo inferior al dimetro crtico del explosivo.

Otros Aspectos Relevantes


Del Explosivo

En el caso de minerales piritosos, la reaccin qumica desencadenante de una posible deflagracin o detonacin prematura en este ambiente es la del Sulfato Ferroso con el Nitrato de Amonio (NA).

La presencia de NA en polvo o cristalizado, azufre o aluminio en escamas puede incrementar la reactividad.

El petrleo del Anfo protege al NA, al formar una molcula compleja inerte que retarda la reaccin de oxidacin. La presencia de emulsin en la mezcla explosiva produce un efecto retardante.

El uso de inhibidores qumicos permite disminuir el riesgo, al aumentar el umbral de temperatura a la que stas comienzan: forman molculas complejas impidiendo que el sulfato ferroso reaccione con el NA.

En el caso de tener poca resistencia al agua, el exceso de sta en el NA puede generar una detonacin de bajo orden o una deflagracin parcial, generando gases de nitrgeno.

Conocer las propiedades del explosivo y su comportamiento al momento de cargarse es absolutamente necesario.


Causas Tpicas de Humos Rojos 1

PRIMADO Un primado inadecuado puede resultar en una falla de la detonacin, dificultad de conseguir la velocidad de rgimen o una deflagracin completa del explosivo.

PRODUCTO La seleccin de un producto no adecuado para las condiciones ambientales de la tronadura, puede ocasionar resultados no esperados.

DOSIFICACIN

La relacin de ingredientes en la formulacin del producto explosivo influye directamente en el tipo de gases generados durante la detonacin (Balance de Oxgeno)

VARIABLE EFECTO

PERMANENCIA DEL EXPLOSIVO

Debe considerarse las condiciones del terreno, para evitar daos por condiciones adversas (vibraciones, grietas) o reacciones con sustancias propias del terreno (piritas, aguas cidas).

Operacionales


Causas Tpicas de Humos Rojos - 2

VARIABLE EFECTO

PRESENCIA DE AGUA

Disminuye la energa disponible para sostener la reaccin de detonacin. Puede bajar la temperatura de la detonacin y la temperatura de los gases resultantes.

ROCA REACTIVA La reaccin de sustancias presentes en el terreno con el explosivo, podra afectar su formulacin (presencia de piritas, por ejemplo).

DIMETRO DE PERFORACIN

Afecta la VOD del explosivo, hasta impedir su detonacin si es inferior a su dimetro crtico.

CONFINAMIENTO Un mal confinamiento puede producir la prdida de energa generada durante la detonacin, impidiendo que las reacciones qumicas involucradas sean completas.

GRIETAS o ROCA FRACTURADA

Favorece el depsito de explosivos en las grietas, el que tiende a deflagrar o quemarse si el dimetro equivalente de la grieta es inferior al critico del explosivo.

Ambientales o del Macizo


Recomendaciones 1 de 2

Disponer un Procedimiento de Calibracin Peridica de los camiones de explosivos.

Si se usa aceites lubricantes reciclados (ALR), controlar su calidad, eliminando lodos, partculas en suspensin y el agua (especialmente las que pueden contener detergentes). No usar aceites que contengan tensoactivos antiespumantes.

Conocer oportunamente los parmetros geoqumicos de zonas estimadas de riesgo: presencia de pirita, acidez del agua, temperatura del agua.

Tener presente que los terrenos de ms alto riesgo de reactividad corresponden a zonas hmedas (no las totalmente secas o las con mucha agua). Tener especial atencin en las zonas que antes estuvieron saturadas.

Perforar las zonas de riesgo con la menor anticipacin posible, para minimizar la oxidacin aerbica natural de las piritas.

Mantener el explosivo en los taladros el menor tiempo posible en situaciones definidas como de riesgo, realizando la voladura en un plazo no mayor a dos das (o el mismo turno del carguo, si hay un alto contenido de pirita).

Operacionales


Recomendaciones 2 de 2

Las aguas dinmicas pueden causar deterioro fsico del explosivo, provocando un desbalance de la mezcla: usar emulsin de alta resistencia o mangas protectoras.

El agua muy fra (< 5C) puede ser causa de humos anaranjados o rojos, por un fenmeno termodinmico de los gases post-voladura: usar explosivo sensibilizado (las mangas no neutralizan este efecto).

En zonas de alto riesgo es recomendable analizar el uso de explosivos especiales:

Si hay grietas, usar un explosivo de bajo dimetro crtico. Si hay agua cida o muy fra, usar explosivo de alta temperatura de

reaccin (sensibilizado mediante microesferas o gasificacin qumica); Si hay alto contenido de pirita en terreno hmedo, y por razones

operacionales el explosivo debe reposar ms de un da en los pozos, usar explosivo con aditivos inhibidores de la reaccin con piritas.

Todos los principales fabricantes de explosivos en el mundo tienen tecnologa para enfrentar estos riesgos. Su costo adicional es muy inferior a cualquier dao potencial a personas o prdida de produccin.

Operacionales


Propuesta de Plan de Accin 1de 2

Desarrollar un sistema de Gestin de Bases de Datos e Informacin asociada a la Voladura, que permita correlacionar causa - efecto en la cadena de procesos a fin de permitir una gestin global y unificar criterios.

Este sistema permite tanto analizar problemas complejos como la aparicin de humos rojos, como evaluar mejoramientos en los procesos aguas abajo asociados a la fragmentacin (rendimiento de palas, camiones, chancador, molinos y procesamiento del mineral).

Para el caso particular de los humos nitrosos, debe contener al menos: Toda la informacin directa del diseo de cada voladura: malla de

perforacin, explosivos utilizados, tipo de taco, sistema de iniciacin; secuencia de salida, etc.

Toda la informacin relacionada con la implementacin del diseo: carguo, eventuales dificultades, etc.

Toda la informacin geolgica, geoqumica e hidrolgica Informacin geoestructural y geomecnica.

De Gestin de Procesos


Propuesta de Plan de Accin 2de 2

Formar un Equipo Multidisciplinario para aprovechar sinergias y experiencias a fin de acelerar la solucin de eventuales problemas. Mantener un solo canal de comunicacin formal.

Lo anterior es imperativo al cambiar zonas de explotacin (Gestin del Cambio).

Efectuar peridicamente un anlisis de riesgo de ocurrencia de potenciales situaciones problemticas, correlacionando cada situacin con informacin geoqumica e hidrolgica relevante, verificar existencia de agrietamiento y de posible presencia de piritas en las zonas propensas a tronaduras con humos rojos.

Definir especificaciones de aceptacin de ALR (aceites reciclados) e implementar un sistema de control de calidad de recepcin y uso.

Adecuar las instalaciones de almacenamiento y despacho de todos los elementos y materias primas utilizadas: nitrato de amonio (mantenerlo resguardado de lluvia y sol), petrleo, ALR, aditivos, accesorios.

Informar los resultados de los pasos sugeridos y en base a lo obtenido determinar pasos siguientes y plazos.

Sugerencia

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Gracias por vuestra atencin.

Preguntas o comentarios?

Consultas difciles a [email protected]


Proceso de Desgaste de la Pirita:

Desgaste inicial: FeS2 + 3 O2 + H2O Fe+2 + 2 SO4-2 + 2 H+ (1)

Oxidacin de in ferroso: 2 Fe+2 + O2 (g) + 2 H+ 2 Fe+3 + H2O + Q (calor) (2)

Aceleracin del desgaste: FeS2 + 14 Fe+3 + 8 H2O 15 Fe+2 + 2 SO4-2 + 16 H+ (3)

Generacin de dixido de S: FeS2 + Q (calor) FeS + S0 (g) (4)

S0 + O2 SO2 (g) (5)

Generacin de trixido de S: SO2 + O2 SO3 (g) (6)

Formacin de cido sulfhdrico: S0 + 2 H+ H2S + Q (calor) (7)

Weathering o Envejecimiento Natural


Reaccin con el Nitrato de Amonio:

+ Sulfato Ferroso: 3 Fe+2 + NO3- + 4 H+ 3 Fe+3 + NO (g) + H2O + Q (8)

+ Sulfato Frrico Fe2SO4 + NO FeSO4NO (color caf) (9)

En medio cido se tiene: Fe2(SO4)3 Fe2O3 + 3 SO3 (g) (10)

A T 95 C y en presencia de cido sulfrico se verifica una combinacin compleja de diversas reacciones, entre las que se destacan las siguientes:

NH4NO3 + H2SO4 N2O + N2 + H2O + H2SO4 (11)

NH4NO3 + H2SO4 HNO3 + SO3 (g) + (12)

NH4NO3 + H2SO4 ( - H2O ) NH2 NO2 (13)

NH2 NO2 ( - H2O ) N2O (g) (14)

NH2 NO2 + H2O HNO3 + NH3 (15)

Dado un ambiente cido y presencia de iones Fe+2:

Estas son algunas de las infinitas combinaciones de reacciones que ocurren en forma simultnea, una vez que el sulfato ferroso reacciona exotrmicamente con el nitrato de amonio aumentando la temperatura de toda la masa. El resultado global es un proceso muy rpido, autocataltico y altamente exotrmico.

Humos Txicos en Voladuras en Minas a Cielo AbiertoAgendaIntroduccin Humos Txicos de la Voladuraxidos de Nitrgeno ms comunesBalance de Oxgeno Proceso de Detonacin del ANFO Nmero de diapositiva 8Y esto qu tiene que ver..?Uso de Aceites RecicladosTratamiento de Aceites UsadosTipos de Humos de Color RojizoHumos Anaranjados Intensos1/2Humos Anaranjados Intensos2/2Condicin de Riesgo:Presencia de Piritas:Caractersticas del Macizo Del ExplosivoCausas Tpicas de Humos Rojos 1Causas Tpicas de Humos Rojos - 2Recomendaciones1 de 2Recomendaciones2 de 2Propuesta de Plan de Accin1de 2Propuesta de Plan de Accin2de 2Gracias por vuestra atencin.Proceso de Desgaste de la Pirita:Reaccin con el Nitrato de Amonio:

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