drenaje acido de mina

7/21/2019 Drenaje Acido de Mina

http://slidepdf.com/reader/full/drenaje-acido-de-mina-56d9c29e8385f 1/14

Ingeniería de MinasFACULTAD DE CIENCIAS FÍSICASY MATEMÁTICAS UNIVERSIDADDE CHILE

pirita + oxígeno + aguaFeS2(s) + 7/2 O2 + H2O

Hierro ferroso + sulfato + protonesFe2+ + 2 SO4

2- + 2 H+

! El drenaje ácido de mina segenera a partir de la disolucióno x i d a t i v a d e s u l f u r o s ,principalmente pirita.

!

Esta problemática ambientalm u e s t r a u n a a m p l í s i m aincidencia en todo el mundo conmás de 21500 km de ríosafectados teniendo tan sólo encuenta USA, UK y España.

!

Estas aguas muestran unah i d r o q u í m i c a p e c u l i a rcaracterizada por una elevadaconcentración de metales ysulfato disuelto así como unaelevada acidez y bajo pH.




Capacidad de tamponamiento del AMD

Sánchez-España et al., (2011) Applied Geochemistry. Schwertmannite and hydrobasaluminite: A re-evaluation of their

solubility and control on the iron and aluminium concentration in acidic pit lakes

! Tampón químico (buffer): es la mezcla en concentraciones relativamente elevadas de unácido débil y su base conjugada. Tiene la propiedad de mantener estable el pH de unadisolución frente a la adición de cantidades relativamente pequeñas de ácidos o basesfuertes.

! Algunos metales típicamented i s u e l t o s e n a g u a scontaminadas por drenaje ácidode mina (i.e., Fe, Al y Mn)t i e n e n l a c a p a c i d a d d ea m o r t i g u a r p o s i b l e sincrementos en el pH delsistema.

!

Esta pseudo-capacidad detamponamiento del AMD sedebe a la precipitación de

varias fases minerales, por loque vendrá controlado por lasolubilidad de éstas en elsistema.




Capacidad de tamponamiento del AMD: hierro

PIRITA

FeS2 + 7/2O2 + H2O =

Fe2+ + 2SO42- + 2H+

pH

Caraballo et al., (2013) Chemical Geology. Metastability, nanocrystallinity and pseudo-solid solution effects on the

understandin of schwertmannite solubilit .

Fe2+ + 0,25O2 + H+ = Fe3+

+ 0,5H2O

pH

GOETHITA

SCHWERTMANINITA

JAROSITA

Fe3+ + 2H2O" FeOOH + 3H+

8Fe3+ + SO4= + 14H2O"

Fe8O8(OH)6(SO4) + 22H+

3Fe3+ + K + 2SO4= + 6H2O"

KFe3(SO4 )2(OH)6 + 6H+

pH




Capacidad de tamponamiento del AMD: aluminio

PIRITA

pH

5µm

4Al3+ + SO4= + (22-46)H2O"

Al4 (SO4)(OH)10 !(12-36)H2O + 10H+

pH




H2CO3

HCO3-

Neutralización

! Neutralización: es una reacción química en la cual un ácido y una base reaccionan paradar una sal: NaOH + HCl" NaCl + H2O.

! La disolución de ciertos minerales que contienen metales alcalinos y alcalinoterreos (e.g.,

CaCO3, NaOH, Ca(OH)2, Mg(OH)2 o KOH) da lugar a un aumento del pH por consumo de H+ o liberación de OH-.CaCO3(s) + H2O Ca2+(aq) + CO3

2-(aq)

CO32-(aq) + H+ HCO3

-(aq)

CaCO3(s) + H2O Ca2+(aq) + CO32-(aq)

CO32-(aq) + H+ HCO3

-(aq)

HCO3-(aq) + H+ H2CO3(aq)

CaCO3(s) + H+ Ca2+(aq) + HCO3-(aq)

CaCO3(s) + 2H+ Ca2+(aq) + H2CO3(aq)




Neutralización

! Los distintos metales disueltos en el AMD tiene su propio rango de estabilidad, por loque la precipitación o redisolución del conjunto de metales disueltos en el AMD puedediferir significativamente entre ellos.

1

-1

-3

-5

-7

-9

2 4 6 8 10 12 14

pH

l o g C ( m o l / L )

Fe3+

Al3+

Cr 3+

Pb2+

Cu2+

Ni2+ Co2+

Zn2+

Cd2+

Mn2+

CaCO3 Mg(OH)2 Ca(OH)2

! Los metales trivalentes (e.g., Fe3+, Al3+, Cr3+,…) muestran un comportamiento similarentre ellos, alcanzando sus mayores precipitaciones a valores de pH entre 6 y 7 (disoluciónde calcita).

!

Los metales divalentes(e.g., Pb2+, Cu2+, Ni2+,…)

m u e s t r a n u ncomportamiento conjuntos i m i l a r , n e c e s i t a n d ovalores de pH en torno a8,5 y 10,5 para alcanzarsus mayores retiradas dela solución.

! La selección del agentealcal ino apropiado escrucial para la óptimaretirada de metales de lasolución




Sistemas de Tratamiento de AMD

!

Utilización de fuentes de energíanaturales y fácilmente disponibles (energíametabólica microbiana, fotosíntesis,gravedad)

! Diseño simple y fácilmente implementable.

!

Bajo coste

MINAS ABANDONADAS

!

Comúnmente empleado para eltratamiento de grandes flujos de aguacontaminada (>100L/s).

!

Mayor control sobre los procesos detratamiento.

MINAS ACTIVAS




Agua y Energía

Consumo de energía y producción de cobre enChile para el período 1995-2006

Fuente: Informe COCHILCO

Perspectivas de crecimiento en elconsumo energético hasta el año 2020

Fuente: Informe COCHILCO

> 20TWh

Perspectivas de crecimiento en elconsumo de agua hasta el año 2020

> 150Mm3




http://www.gardguide.com/index.php?title=Chapter_7


!

La neutralización mediante cal hidratada, Ca(OH)2, y el lodo de alta densidad resultantepuede ser considerado como el procedimiento industrial por excelencia para el tratamientoactivo de AMD debido a: 1) el bajo costo y eficiente uso de la cal, 2) alta densidad del lodoresidual (menor espacio de almacenaje), 3) robustez del proceso, capaz de tratar flujos ycargas metálicas variables.

!

El AMD y el lodo de cals e m e z c l a n y s o ntransvasados a tanquesde neutralización.

!

Se añaden diversospolímeros para facilitar

la decantación y filtradode los precip itadosformados




http://www.gardguide.com/index.php?title=Chapter_7


! Debido a las mayores exigencias ambientales que tienen que cumplir las aguas que deseanser devueltas al medio natural, es necesario la adición de un paso final de ultrafiltración/

osmosis inversa a los tratamientos activos de aguas ácidas.

!

El AMD tratado sesomete a un proceso deultrafiltración previo alproceso final de osmosisinversa para disminuir losriesgos operacionales y

costes del último paso.

! Una vez que el drenaje ácido ha sido neutralizado (eliminación de metales cuyaprecipitación está fuertemente ligada al pH de la solución: Fe, Al, As, Cu, Mn, Zn, Pb, …), elagua sigue conteniendo una enorme cantidad de aniones (principalmente SO4

2-) y otroselementos (sobre todo Ca2+, así como Na+, K+, Mg2+, …). Por lo que previo a la etapa deultrafiltración se fomenta la precipitación de yeso (CaSO4).

! Este esquema implica unenorme consumo energético peroa la vez ofrecer la mayorrecuperación de agua posible(calidad y cantidad)





! Dreanaje anóxico calizo (anoxic

limestone drainage, ALD): consiste en unaneutralización química. Para ello se hacecircular el AMD por una capa compuestade grava caliza (CaCO3). Comúnmente llevaasociada una piscina de reacción/decantación.

!

Bioreactor sulfato reductor (sulfatereducing bioreactor, SRB): mediante eluso de una capa de sustrato orgánico ybacter ias se induce condic ionesreductoras en el agua. Bajo estascondiciones y gracias a la actividadmicrobiana se precipitan los metales como

sulfuros.

! Sistemas reductores y productores dealcalinidad: (reducing and alkalinityproducing systems, RAPS): combinación de procesos de neutralización química ysulfato-reducción bacteriana




Sistema de tratamiento pasivo de AMD tipo DAS (Dispersed Alkaline Substrate)

Ayora et al., (2013) Environmental Sciences and Pollution research. Acid mine drainage in the Iberian Pyrite Belt: 2. Lessons

learned from recent passive remediation experiences

12.5% (v/v) limestone

87.5% (v/v) wood shavings

50% porosity

DAS-Magnésico

DAS-Calizo

20% (v/v) limestone

80% (v/v) woodshavings

50% porosity






learned from recent passive remediation experiences

0

50

100

150

200

250

300

350400

450

500

T 1 I N

T 1 - S U P

T 1 O U T

D 1 - O U T

D 2 - O U T

T 2 - I N

T 2 - S U P

T 2 - O U T

D 3 - O U T

D 4 - O U T

T 3 - I N

T 3 - S U P

T 3 - O U T

C o n c e n

t r a

t i o n

( m g

/ l )

1

2

3

4

5

6

p H

Fe Al Zn alk pH

DAS-Calizo MgO-DAS

!

El diseño implementado induce la precipitación de metalestrivalentes mediante el uso sucesivo de dos tanques reactivoscon caliza.

! La retirada de metales divalentes se consiguió mediante lautilización de MgO como agente alcalino.






l d f t i di ti i

!

La modelización hidroquímica del sistema permite mejorar la comprensión de los procesos hidroquímicos y mineralógicos que controlan el sistema. Adicionalmente, permite hacerpredicciones de la evolución hidráulica (e.g., porosidad),hidroquímica y mineralógica del sistema.

drenaje acido de mina

Documents