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FACULTAD DE INGENIERÍA TEMA: NEUTRALIZACION DE AGUAS ACIDAS CON CAL. CURSO: Plan de Cierre y Recuperación de Minas.

AUTORES: -De La Rosa Briones, José -Díaz Silva, Leonardo. -Chuquiruna Llanos Edwar. -Rodríguez Barra, Eddie DOCENTE: Ing. Chuquiruna Chávez, Wilder.

Cajamarca-Perú

INDICE

Contenido CAPITULO I .................................................................................................................................... 3 INTRODUCCION ............................................................................................................................ 3 CAPITULO II ................................................................................................................................... 4 GENERALIDADES ......................................................................................................................... 4 CAPITULO III .................................................................................................................................. 5 NEUTRALIZACIÓN CON CAL ..................................................................................................... 5 Oxidación de compuestos de azufre en ácido sulfúrico: .................................................. 6 ZONA DE ESTUDIO ...................................................................................................................... 9 PARTE EXPERIMENTAL............................................................................................................ 10

CAPITULO I

INTRODUCCION En el siguiente informe se tratará un tema muy importante para la industria minero – metalurgia lo cual son las aguas acidas de mina, pero específicamente se profundizará en el tema de un paso muy importante en el tratamiento de los drenajes ácidos de mina que es la neutralización, los métodos y los materiales que son utilizados en este proceso de neutralización.

CAPITULO II

GENERALIDADES DRENAJES ÁCIDOS. Durante la explotación de determinados yacimientos (carbón, sulfuros metálicos, hierro, uranio y otros) quedan expuestos a la meteorización grandes cantidades de minerales sulfurosos que pueden llegar a formar drenajes ácidos. Para que esto tenga lugar son necesarias unas condiciones aerobias, es decir la existencia de cantidades suficientes de agua, oxígeno y simultáneamente la acción catalizadora de bacterias. Nordstrom y Alpers (1998) describen el proceso de oxidación de la pirita como principal responsable de la formación de aguas ácidas y, afirman que estas reacciones geoquímicas se aceleran en áreas mineras debido a que el aire entra en contacto con mayor facilidad con los sulfuros a través de las labores de acceso y la porosidad creada en las pilas de estériles y residuos, unido a ello el cambio de composición química y el incremento de la superficie de contacto de las partículas. También afirman que los procesos físicos, químicos y biológicos tienen gran influencia en la generación, movilidad y atenuación de la contaminación ácida de las aguas, y los factores que más afectan a la generación ácida son el volumen, la concentración, el tamaño de grano y la distribución de la pirita. Skousen et al. (1994 y 1998) y Ziemkiewics et al. (1997) a partir del pH y el contenido de oxígeno y metales pesados hacen una clasificación de los drenajes de mina y lo agrupan en 5 tipos. Por tanto, los drenajes de entornos mineros pueden ser ácidos o alcalinos, pueden degradar el hábitat acuático y cambiar la calidad de las aguas debido a su toxicidad, corrosión y otros efectos producidos por la disolución de sus constituyentes. Por lo general tienen unos valores de pH entre 2 a 9, contienen cationes y aniones en disolución (de < 1 a 100.000 mg/l) predominando elevadas concentraciones de SO4, Fe, Mn y Al, y en menor proporción Ca, Na, K, Mg y otros elementos. Por consiguiente un drenaje acido de mina es considerado un efluente minero lo cual para su tratamiento se tendrá los siguientes pasos antes de que este drenaje acido se ponga en contacto con un medio receptor y los pasos serán neutralización, sedimentación y filtración.

CAPITULO III NEUTRALIZACIÓN CON CAL Es el propósito de la neutralización llevar su valor a pH entre 6 y 8.5. Si es inferior se debe alcalinizar con NaOH3Ca(OH)2 u otro agente alcalino; si es mayor debe acidificarse con HNO3, HCl. Se debe efectuar después de la igualación, es decir cuando se tiene un caudal constante. Cuando las aguas de la industria minero-metalúrgica son ácidas, la acidez puede ser neutralizada por la adición de agentes alcalinos. Los agentes alcalinos más usados son: cal viva, cal hidratada, piedra caliza, caliza en polvo, hidróxido de sodio (soda cáustica), hidróxido de amonio, etc. El escoger alguno de estos materiales estará condicionado por su poder neutralizante y por su costo. Cuando se usa piedra caliza o caliza en polvo, se debe tener en cuenta que sólo se puede elevar el pH hasta 5.5, debido a que la caliza libera anhídrido carbónico (CO2), el cual al combinarse con el agua forma ácido carbónico . Por este motivo sólo se usa como una primera etapa de neutralización, que debe ser seguida de una separación de lodos y luego se puede usar otro agente alcalino, si se requiere de pH más alto. La neutralización supone la reacción de soluciones con iones hidrógeno, hidróxidos activos para formar agua y sales neutras.

𝐻2 𝑆𝑂4 + 2𝑁𝑎𝑂𝐻 → 𝑁𝑎2 𝑆𝑂4 + 2𝐻2 𝑂 La neutralización de aguas ácidas se hace comúnmente agregando cal, óxido de cal, óxido de magnesio; compuestos que tienen como desventaja la gran cantidad de lodo producido. La utilización de hidróxido de sodio aunque costoso es una forma química muy conveniente para neutralización de residuos en plantas de tratamiento pequeñas y cuando se quiere minimizar la cantidad de lodo. La tabla 13 indica la cantidad de cal a aplicar en función del pH que contiene el agua residual en proceso de tratamiento.

La neutralización de aguas alcalinas se hace agregando comúnmente ácido sulfúrico, ácido clorhídrico y CO2 en plantas donde existe disponibilidad de dióxido de carbono. Cuando se hace ajuste de pH y posteriormente se dispone de un tratamiento biológico, debe tenerse en cuenta que la actividad biológica introduce cambios de pH en el residuo ´por diferentes mecanismos, siendo las siguientes las reacciones: Destrucción de alcalinidad por producción de CO2:

𝐶𝑂2 + 𝑂𝐻− → 𝐻𝐶𝑂3− Oxidación de compuestos de azufre en ácido sulfúrico:

𝐻2 𝑆 + 𝑂2 → 𝐻2 𝑆𝑂4 Nitrificación:

𝑁𝐻4+ + 2𝑂2 → 𝑁𝑂3− + 2𝐻+ + 𝐻2 𝑂 Producción de ácidos orgánicos. La oxidación bioquímica de ácidos orgánicos y la destrucción de sales de ácidos orgánicos aumenta el pH en reactores biológicos. Además, adicionar cal para neutralización puede incrementar al combinarse con CO2 la actividad biológica. Unos sinnúmeros de descargas industriales ocurren en condiciones de acidez o alcalinidad que son incompatibles con las normas de descarga o con los procesos biológicos o físico químicos posteriores. En particular, los Sistemas biológicos requieren un pH entre 6,5 y 8,5 y además Producen CO2. Para procesos biológicos, el grado de pre-neutralización requerido es una función de la DBO ("demanda bioquímica de oxígeno) y del contenido de alcalinidad o de acidez (capacidad de producción o de consumo de ácido, que es distinto del pH). PROCESOS TÍPICOS DE NEUTRALIZACIÓN Mezclar efluentes ácidos y alcalinos en un ecualizador y disponer de alguna capacidad de retención de cargas fuertes en ácido o álcali. Si la actividad industrial del caso genera desechos tanto ácidos como alcalinos, se deben utilizar tanto la acidez como la alcalinidad excedente para producir un efluente neutro. Neutralizar ácidos en lechos de caliza. La caliza se da en forma natural como piedras y tal nombre se refiere al carbonato de calcio; la disolución del carbonato genera alcalinidad. Los lechos pueden ser tanto de flujo ascendente como descendente, la tasa de carga de diseño -sin información

adicional de laboratorio- es del orden de los 4*10-2m3/(min*m2); esta tasa está definida por las constantes de la caliza y por el tiempo de residencia típico de neutralización de caudales ácidos del tipo industrial. Si hay ácido sulfúrico, la concentración de ácido no debiera exceder un 0,6% de H2SO4 para no formar una capa excesiva de CaSO4 (no reactiva) y se debe vigilar que la evolución de CO2 no sea excesiva (pues produce un efecto tampón) Mezcla de ácidos con lodos de cal. Se suele llamar "cal" al hidróxido de calcio, también citado como "cal viva" (cuando la "cal apagada" es el óxido de calcio). El grado de neutralización dependerá del tipo de cal utilizada. Si hay una fracción magnésica, la reacción de neutralización es muy rápida y llega a pH bajo 4,2. El diseño depende de la curva de titulación de la cal a utilizar. La reacción de la cal se acelera -como muchas otras- por calor y por agitación física. En sistemas altamente reactivos, se requieren unos diez minutos. La cal se utiliza en lodos al 8 a 15 %. Otros agentes neutralizantes (alcalinos) típicos son el NaOH, el Na2CO3 o el NH4OH. Residuos alcalinos, también llamados básicos. Se puede utilizar cualquier ácido fuerte. Por consideraciones prácticas, la elección se limita a considerar el ácido sulfúrico (en la máxima dosis tolerable sin exceder la norma de descarga de sulfatos) y el ácido clorhídrico (para completar la neutralización). La reacción es prácticamente instantánea, pero el grado de mezcla no es instantáneo. Si se dispone de gases de combustión con CO2 en el orden del 14%, se puede burbujear este gas en la solución alcalina. El CO2 establece un equilibrio con gas carbónico, HCO3- cuya capacidad ácida se utiliza para neutralizar la carga alcalina. La reacción es -naturalmente- más lenta que la de los ácidos fuertes en fase líquida, pero suele ser de mucho menor costo y aporta –aunque mínimamente- al abatimiento de la carga atmosférica de gases invernadero. Sistemas Utilizados para neutralización Para flujos por debajo de unos 400 m 3/día, se suele operar en modo estático (discontinuo, batch); los sistemas estáticos pueden tener controladores automáticos o ser operados manualmente. Si el flujo excede los 400 m3/día, la regulación de pH se realiza en línea, mediante controladores automáticos.

Si se opera en línea, es importante obtener un buen grado de homogeneización de la solución. La agitación por aire requiere tasas de 0,3 a 0,9 m3 de aire/minuto/m2 de tanque. La agitación mecánica requiere de unos 0,4 HP/m3. Control automático de neutralización El control de pH es difícil. Las razones se relacionan con:     

La alta no - linealidad entre flujo de neutralizante y cambio de pH del caudal a neutralizar el pH de un efluente industrial puede variar con cinéticas tan altas como 1 unidad de pH por minuto! el flujo puede duplicarse en unos pocos minutos una pequeña dosis de neutralizante debe mezclarse con una cantidad relativamente enorme de líquido en un lapso breve Normalmente, se debe recurrir a controladores a pasos (o en etapas). Por ejemplo, llevar primero a un pH en torno a 5 y después a 6,5 (suponiendo, por ejemplo, que se desea llegar a 6,5 desde 2,0)

ZONA DE ESTUDIO

Mina Paredones Distrito:

San Bernardino

Provincia:

San Pablo

Región:

Cajamarca

Ubigeo:

061202

Latitud Sur:

7° 11' 18.3" S (-7.18842890000)

Longitud Oeste:

78° 49' 23.3" W (-78.82312502000)

Altitud:

944 msnm

PARTE EXPERIMENTAL Limitaciones La principal limitación que se tuvo fue el tiempo de llegada a la zona de estudio, ya que se encuentra a dos horas y media de la ciudad de Cajamarca y no coincidía los horarios de los integrantes del grupo.

Muestras Efluente de drenaje ácido de mina Paredones. Materiales  02 Beaker de 100 ml  01 Beaker de 200 ml  01 Bagueta  01 Probeta de 100 ml  01 Soporte universal  01 Piseta de agua destilada

Equipos  01 pH-metro  01 Agitador magnético  Balanza analítica

Preparación de Soluciones

Procedimiento

COCLUSIONES