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DRENAJE ÁCIDO DE MINA

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Febrero - 2016

CONCEPTOS BÁSICOS DRENAJE ÁCIDO DE ROCA (DAR) Generación de aguas ácidas, producida por procesos de oxidación de rocas (principalmente sulfuros) en cualquier ambiente donde no exista actividad minera. DRENAJE ÁCIDO DE MINA (DAM) Drenajes ácidos producto de la interacción entre las fuentes potencialmente generadoras y los factores ambientales. FUENTES POTENCIALMENTE GENERADORAS DE (DAM) Son todas aquellas instalaciones mineras expuestas a los factores ambientales.

que quedan

FACTORES AMBIENTALES Son aquellos que son necesarios para el proceso de generación de drenaje ácido, entre los principales tenemos al agua y el oxigeno.

DRENAJE ÁCIDO MINA Clasificación del DAM (Según Morin y Hutt, 2001): CLASE

pH

DESCRIPCIÓN

Ácido

9 ó 10

v Alcalinidad generada por disolución de minerales básicos (carbonatos y hidróxidos). v Mayor [Al] que en drenajes casi neutros. v Asociados a minas de diamantes, entre otros.

Casi neutro

6 - 9 ó 10

v Dependiendo de la abundancia de minerales pueden ser ácidos o alcalinos. v La [ ] de metales disueltos pueden exceder a niveles tóxicos.

Otros

Irrelevante

v Puede afectar la [ ] de metales. v Asociados a la minería no metálica (potasa, gravas, etc)

v Acidez generada por oxidación de minerales (Sulfuros) v Nivel de metales disueltos en mayor que en drenajes neutros. v Asociados a minas metálicas, carbón y piritas.

DRENAJE ÁCIDO MINA Características:

La tendencia de una muestra particular de roca a generar acidez neta es:

Valores de pH por debajo de 7 hasta 1.5 Alcalinidad decreciente y acidez creciente.

Acidez neta

[ ] elevada de sulfatos.

Minerales sulfurosos (productores potenciales de ácido)

Minerales alcalinos (consumidores potenciales de ácido)

[ ] elevada de metales (disueltos o totales) [ ] elevada de sólidos disueltos totales. Color café rojizo (atribuido al ión Fe (3)). Color azul verdoso (atribuido al ión Fe (2))

NO toda roca con contenido de sulfuros es potencialmente generadora de ácido.

Con el paso del tiempo: Acidez neta

Minerales sulfurosos (productores potenciales de ácido)

Minerales alcalinos (consumidores potenciales de ácido)

DRENAJE ÁCIDO MINA Principales componentes para la generación de ácido:

REACCIONES QUÍMICAS Oxidación

v Minerales sulfurosos.

v Oxidación de la Pirita (FeS2):

v Agua o atmósfera húmeda.

FeS2 + O2 + H2O → Fe2+ + 2 SO42- + 2 H+

v Oxígeno de la atmósfera o fuentes químicas.

! "

(Pirita)

(Hierro Ferroso)

La velocidad y la magnitud de la generación de ácido son afectados por los siguientes factores:

v Temperatura

(Ión hidrogeno)

Oxidación es relativamente rápida de la FeS2

pH > 4.5

v Bacterias (Thiobacillus ferrooxidans) v pH

(Sulfato)

v De Hierro ferroso a Férrico: #

#

Fe2+ + $O2 + H+ → Fe3+ + "H2O (Hierro Férrico)

DRENAJE ÁCIDO MINA REACCIONES QUÍMICAS Oxidación

Bacterias que aceleran la velocidad de las reacciones químicas oxidantes:

v De Hierro Férrico a Hidróxido Férrico: Fe+3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3H+

Thiobacillus ferrooxidans

(Hidróxido Férrico)

• Thiobacillus thioosidans. • Sulfolobus

Hierro férrico tiende a precipitarse como hidróxido férrico (precipitado rojo)característica de DAM

pH > 3.5

FeS2 +

8H2O →

15Fe2+ +

Oxidan minerales sulfurosos.

Parámetros que influyen en la oxidación bacteriana:

v Oxidación de minerales sulfurosos: 14Fe3+ +

Ø Oxida compuestos de azufres reducidos. Ø Oxida el Hierro ferroso en férrico.

16H+

+ 2SO4

2-

* Temperatura * pH * Disponibilidad de O2

Importante: El O2 es el principal elemento que controla la velocidad de oxidación química.

* Disponibilidad de CO2 * Nutrientes (N,P) * Área superficial del mineral sulfurosos

DRENAJE ÁCIDO MINA REACCIONES QUÍMICAS Oxidación La oxidación de sulfuros es un proceso Exotérmico

Genera

Calor (aumenta la temperatura en el sitio de reacción)

Minerales sulfurosos considerados como fuente de DAR: * Pirita (FeS2) * Pirrotita (Fe1(-x)Sx)

Hierro férrico

T (°C)

T (°C) (Proceso de oxidación exotérmico)

Condiciones ideales para las bacterias.

Veloc. de oxidación (biológica y química)

* Marcasita (FeS2)

Neutralización Minerales consumidores de acidez: * Carbonatos (Calcita - CaCO3) * Hidróxidos (Limonita - FeO(OH)·nH2O) * Silicatos (Clorita - (Mg,Fe)3(Si,Al)4O10 (OH)2·(Mg,Fe)3(OH)6)

4°C

Velocidades de oxidación consideradas como insignificantes.

* Arcillas

DRENAJE ÁCIDO MINA REACCIONES QUÍMICAS Neutralización El principal mineral consumidor de Ácido – Calcita (CaCO3).

A través de:

Características

• Formación de Bicarbonato (HCO 3). • Formación de Ácido Carbónico (H2CO30) Siderita

Calcita

CaCO3 + H+ → Ca2+ + HCO3Menos soluble que la Calcita

Tiende a amortiguar pH (4.5 - 6)

Neutraliza soluciones llevándolas a un pH (6.0 – 8.0)

CaCO3 + 2H+ → Ca2+ + H2CO30 =

La liberación de bicarbonato y carbonatos (CO3 ) pueden forman minerales carbonatados secundarios como: Siderita (FeCO3) Fe2+ + CO32- → FeCO3

Consumidos los minerales carbonatados, los que proporcionan alcalinidad son los HIDRÓXIDOS. Al(OH)3 + 3H+ → Al3+ + 3H2O

DRENAJE ÁCIDO MINA REACCIONES QUÍMICAS Neutralización

Etapas del desarrollo del DAR

pH Neutro

v Presentan baja solubilidad. v Precipitan en forma de Hidróxidos u óxidos metálicos.

Etapa 1

Metales:

Etapa 2

v El drenaje presenta rangos de pH entre 3.5 - 4.5, por lo que ocurren reacciones de oxidación tanto químicas como biológicas. v Concentraciones elevadas de hierro ferroso y sulfato. v Concentraciones de metales en la solución es baja.

Etapa 3

Sin embargo:

v La velocidad de las reacciones de oxidación son más rápidas debido al descenso del pH. v El drenaje se vuelve más ácido (pH < 3.5) producto de la oxidación de sulfuros metálicos (PbS, ZnS, etc), con mayores concentraciones de metales disueltos. v Las oxidaciones catalizadas por bacterias aumentan.

Algunos metales son más solubles:

Condiciones v Zinc. alcalinas v Arsénico. v Molibdeno.

Lixiviación de metales Solubilidad de las formas metálicas

pH < 7

v Oxidación química de la pirita (FeS2), con el oxígeno atmosférico (O2), da como resultado la producción de acidez. v Neutralización de la acidez debido a la presencia de minerales carbonatados. v Podría encontrarse un contenido elevado de calcio. v El drenaje presenta rangos de pH > 4.5. v Velocidad de la reacción de oxidación de la pirita es relativamente baja.

DRENAJE ÁCIDO MINA REACCIONES QUÍMICAS Vigilancia y control del DAR

ETAPA 1

Etapas del desarrollo del DAR

ETAPA 2Y3

El monitoreo se centrará en los parámetros:

Fuente: Modificada de Broughton L. and Robertson A., 1992.

O2

Se controla el proceso de oxidación

Se controla el DAR

• • • •

Sulfato Bicarbonato Hierro ferroso Zinc, etc

Evitando que el contaminante sea liberado al ambiente.

DRENAJE ÁCIDO MINA EVALUACIÓN DE LA ESTABILIDAD GEOQUÍMICA

EVALUACIÓN DE LA ESTABILIDAD GEOQUÍMICA

Etapa de descripción / caracterización

Revisión de antecedentes

Descripción del medio físico

Identificación y caracterización de las fuentes potenciales de DAM

Etapa de predicción

Definición de modelos conceptuales

Reconocimiento en terreno

Técnicas instrumentales

Técnicas de predicción

Modelación

DRENAJE ÁCIDO MINA EVALUACIÓN DE LA ESTABILIDAD GEOQUÍMICA (EQ) Etapa de descripción / caracterización Repercute en: * El grado de meteorización del material.

Revisión de antecedentes: Información disponible en referencia al proyecto de interés para la evaluación de la EQ (Estudios de línea base, información de la etapa de exploración, etc )

Clima

Factores importantes: Precipitación Temperatura

Descripción del medio físico: Es el conocimiento del entorno, en el cual se consideran las variables de influencia directa en el proceso del DAM.

Aspecto mas relevante en la generación y calidad del DAM. Geología

* Dispersión del lixiviado. * Variación estacional de la química del drenaje o concentración de elementos.

Considera la cantidad y mineralogía de los sulfuros , así como la disponibilidad, mineralogía y resistencia de los minerales neutralizantes.

Permite comprender la interacción entre el medio y las fuentes generadoras potenciales de DAM. Hidrología e Hidrogeología

Se delimita la cuenca hidrográfica en donde esta emplazada la mina Caracterización hidrológica e hidrogeológica.

DRENAJE ÁCIDO MINA EVALUACIÓN DE LA ESTABILIDAD GEOQUÍMICA (EQ) Etapa de descripción / caracterización Identificación y caracterización de la fuentes potenciales de DAM: En un asiento minero, las fuentes potenciales de DAM son las áreas en las cuales las roca ha sido disturbada, la superficie expuesta. Entre las principales tenemos: * Las pilas de desmonte * Las pilas de lixiviación * Relaveras * Minas: A tajo abierto y subterraneas * Minas de tajo abierto * Represas, carreteras, etc

Modelos conceptuales Relato escrito y/o representación gráfica del sistema ambiental y de los procesos físicos, químicos y biológicos que determinan el transporte de contaminantes desde la fuente, a través de los medios que componen el sistema, hasta los potenciales receptores.

Etapa de predicción Reconocimiento en terreno Es un método in situ de inspección preliminar, en donde se busca alarmas visuales, los cuales se pueden obtener de: * Observación del material en la zona estudiada. * Presencia o ausencia de vegetación, variaciones de la

cubierta de nieve, presencia de color amarillo, rojizo o café típicas de zonas afectadas por DAM.

* Perturbaciones o ausencia de flora y fauna acuática en ecosistemas acuáticos. * Interpretación de colores: amarillo o blanco (Evidencia fuerte oxidación ácida), verdes y azulados (meteorización de los minerales de Cu en condiciones ácidas y alcalinas)

DRENAJE ÁCIDO MINA EVALUACIÓN DE LA ESTABILIDAD GEOQUÍMICA (EQ) Etapa de predicción

Etapa de predicción

Técnicas instrumentales

Técnicas predicción

Son utilizadas para la caracterización detallada de los materiales que componen en las fuentes potencialmente generadoras de DAM y el efluente generado a partir de su interacción con los factores ambientales. Identificación petrográfica y mineralógica

Técnicas de predicción

Lupa binocular Microscopio petrográfico

Cualitativas

Cuantitativa

Determinan la probabilidad y grado de que se produzca DAM, mediante un balance entre los componentes generadores de ácido y los neutralizadores

Entregan un valor preciso de la tasa de producción del DAM

Análisis de sulfuros

Análisis elemental

ICP-MS ICP-OES Espectrómetro de absorción atómica (AAS)

Análisis mineralógico

Técnicas instrumentales

Fluorescencia de rayos X

Difracción de Rayos X Microscopía electrónica de barrido (SEM) Microscopía electrónica de transmisión (TEM) QEMSCAM ® Espectroscopia Mössbauer

Volatilización Extracción química

Fuente: Guía metodológica para la estabilidad química de faenas e instalaciones mineras, 2015

• • •

Se realiza en periodos cortos. Los costos son bajos. Incluye test estáticos.

• • •

Mayor tiempo de ejecución. Costos más elevados. Incluye test cinéticos.

DRENAJE ÁCIDO MINA EVALUACIÓN DE LA ESTABILIDAD GEOQUÍMICA (EQ) Métodos de laboratorio pH en pasta y conductividad

Test estático de laboratorio

Test ABA modificado Determinación del potencial de neutralización por carbonato Test NAG Test NAG secuencial y cinético B.C. research initial test Test SPLP y TCLP Extracciones secuenciales Test ABCC Test NAP

Test cinéticos de laboratorio

Test (APP/S ratio) Celdas de humedad Test de columnas B.C. Research confirmation test Soxhlet extraaction

Fuente: Guía metodológica para la estabilidad química de faenas e instalaciones mineras, 2015

Etapa de predicción Métodos de campo Son test cinéticos que se desarrollan in situ con el propósito de determinar la meteorización de los materiales en condiciones reales.

Test cinéticos de terreno (cuantitativos)

Etapa de predicción

Test de barriles (pequeña escala) Test cinéticos de campo a mediana escala Pilas experimentales (mediana y gran escala)

Fuente: Guía metodológica para la estabilidad química de faenas e instalaciones mineras, 2015

DRENAJE ÁCIDO MINA EVALUACIÓN DE LA ESTABILIDAD GEOQUÍMICA (EQ)

Etapa de predicción Modelización Modelo matemático que simula los procesos relevantes en el sitio de estudio que ha sido identificado en el modelo conceptual. Los modelos ayudan a:

MUESTREO DE FUENTES POTENCIALES GENERADORAS DE (DAM) El muestreo de las fuentes potencialmente generadoras de DAM es único para cada una. El muestreo varía de acuerdo a la en función de que si una instalación ya existe o si se encuentra en la etapa de planificación.

* Entender la interacción entre las distintas instalaciones mineras y el agua que entra en contacto con estas.

Fases del muestreo

* Predecir la calidad y cantidad del DAM

* Entender la química del drenaje.

Muestreo inicial (Fase 1) Es una fase exploratoria, es el levantamiento de información mas relevante del área de estudio.

Muestreo detallado (Fase2) Se valida la información obtenida en la Fase 1, .

DRENAJE ÁCIDO MINA MUESTREO DE FUENTES POTENCIALES GENERADORAS DE (DAM)

Determinación del N° de muestras Se recomienda tener en cuenta para su determinación: * Antecedentes disponibles. * Objetivos y el tipo de estudio para el cual se diseña el

muestreo.

* Condiciones específicas de la fuente (composición, características, variabilidad, entre otros.)

MASA DE CADA TIPO DE ROCA (T)

NÚMERO MÍNIINO DE MUESTRAS

< 10 000

3

< 100 000

8

< 1 000 000

26

10 000 000

80

N° de muestras mínimas de acuerdo a la unidad geológica

* Recursos económicos disponibles * Grado de confiabilidad estadística requerida. Factores del entorno. Para unidades geológicas homogéneas, durante la primera fase, se recomienda un numero de muestra según la siguiente tabla.

Fuente: Guía metodológica para la estabilidad química de faenas e instalaciones mineras, 2015

DRENAJE ÁCIDO MINA TRATAMIENTO DE AGUAS ÁCIDAS

Tratamiento Activos

Métodos de tratamiento de DAM

Activos

Sucede en plantas químicas de tratamiento.

Con cal

Con caliza/cal

Pasivos

Su costo es elevado.

* La intervención del hombre es mínima. *Tienen mayor eficacia en el tratamiento de pequeños caudales.

Con soda cáustica

Se suele utilizar cal hidratada (Ca(OH))2

La caliza CaCO3 es más barato que la cal y más fácil de manipular.

Útil para tratar grandes caudales

Se emplea para elevar el pH hasta 4 ó 4.5.

Se necesita grandes cantidades de cal y un largo tiempo de retención para la neutralización.

Se utiliza en una primera etapa para luego continuar el proceso con cal.

Método para pequeños caudales y muy bajas concentraciones de hierro.

DRENAJE ÁCIDO MINA TRATAMIENTO DE AGUAS ÁCIDAS Tratamiento Pasivos

Para flujos superficiales

Para flujos subterráneos

Humedales aerobios.

Humedales Anaerobios

Barreras reactivas permanentes (PRB)

Humedales anaerobios Drenaje anóxico calizo

Drenaje anóxico calizo

Canal o drenaje óxido calizo Sistema de producción sucesiva de alcalinidad (SAPS)

PRB

Canal o drenaje óxido calizo

SAPS

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