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INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO “ANDRÉS A. CÁCERES DORREGARAY”

CARRERA PROFESIONAL DE METALURGIA Proyecto:

TRATAMIENTO DE AGUAS ACIDAS DE MINA ASESOR : ING. EGOAVIL VICTORIA, Heber

INTEGRANTES:

 

2014

INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO “ANDRÉS A. CÁCERES DORREGARAY” Dirección: Director de la institución: Participantes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Asesor:

Duración del proyecto:

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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 colores pero, en general, no se pueden establecer relaciones claras entre el color y el tipo de contaminación 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. 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. 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) Las aguas naturales tienen unos valores de radiactividad, debidos sobre todo a isotopos del K. Algunas actividades humanas pueden contaminar el agua con isótopos

Olor y sabor

Temperatura

Materiales en suspensión

Radiactividad

Espumas

Conductividad

radiactivos. 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. El agua pura tiene una conductividad eléctrica muy baja. El agua 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

pH

Oxígeno disuelto OD1

Materia orgánica biodegradable: Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) Materiales oxidables: Demanda Química de Oxígeno (DQO)

Nitrógeno total

Fósforo total

Contaminación que indica

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, por Ácidos húmicos disueltos del mantillo del suelo. La principal substancia básica en el agua natural es el carbonato cálcico que puede reaccionar con el CO2 formando un sistema tampón Carbonato/bicarbonato. Las aguas contaminadas con vertidos mineros o industriales Pueden tener pH muy ácido. El pH tiene una gran influencia en los procesos químicos que tienen lugar en el agua, actuación de los floculantes, tratamientos de depuración, etc. Las aguas superficiales limpias suelen estar saturadas de oxígeno, lo que es fundamental para la vida. Si el nivel de oxígeno disuelto es bajo indica contaminación con materia orgánica, septicización, mala calidad del agua e incapacidad para mantener determinadas formas de vida. DBO5 es la cantidad de oxígeno disuelto requerido por los microorganismos para la oxidación aerobia de la materia orgánica biodegradable presente en el agua. Se mide a los cinco días. Su valor da idea de la calidad del agua desde el punto de vista de la materia orgánica presente y permite prever cuanto oxígeno será necesario para la depuración de esas aguas e ir comprobando cual está siendo la eficacia del tratamiento depurador en una planta. Es la cantidad de oxígeno que se necesita para oxidar los materiales contenidos en el agua con un oxidante químico (normalmente dicromato potásico en medio ácido). Se determina en tres horas y, en la mayoría de los casos, guarda una buena relación con la DBO por lo que es de gran utilidad al no necesitar los cinco días de la DBO. Sin embargo la DQO no diferencia entre materia biodegradable y el resto y no suministra información sobre la velocidad de degradación en Condiciones naturales. Varios compuestos de nitrógeno son nutrientes esenciales. Su Presencia en las aguas en exceso es causa de eutrofización. El nitrógeno se presenta en muy diferentes formas químicas en las aguas naturales y contaminadas. En los análisis habituales se suele determinar el NTK (nitrógeno total Kendahl) que incluye el nitrógeno orgánico y el amoniacal. El Contenido en nitratos y nitritos se da por separado. El fósforo, como el nitrógenos, es nutriente esencial para la

Aniones: cloruros nitratos nitritos fosfatos sulfuros cianuros fluoruros Cationes: sodio calcio y magnesio amonio metales pesados Compuestos orgánicos

vida. Su exceso en el agua provoca eutrofización. El fósforo total incluye distintos compuestos como diversos ortofosfatos, polifosfatos y fósforo orgánico. La determinación se hace convirtiendo todos ellos en ortofosfatos que son los que se determinan por análisis químico. indican salinidad indican contaminación agrícola indican actividad bacteriólogica indican detergentes y fertilizantes indican acción bacteriológica anaerobia (aguas negras, etc.) indican contaminación de origen industrial en algunos casos se añaden al agua para la prevención de las caries, aunque es una práctica muy discutida. indica salinidad están relacionados con la dureza del agua contaminación con fertilizantes y heces de efectos muy nocivos; se bioacumulan en la cadena trófica; (se estudian con detalle en el capítulo correspondiente) Los aceites y grasas procedentes de restos de alimentos o de procesos industriales (automóviles, lubricantes, etc.) son difíciles de metabolizar por las bacterias y flotan formando películas en el agua que dañan a los seres vivos. Los fenoles pueden estar en el agua como resultado de contaminación industrial y cuando reaccionan con el cloro que se añade como desinfectante forman clorofenoles que son un serio problema porque dan al agua muy mal olor y sabor. La contaminación con pesticidas, petróleo y otros hidrocarburos se estudia con detalle en los capítulos correspondientes.

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

Botaderos de material estéril (6 H2CO3 (ac)  H++ KAlSi3O8(s) + 7H2O  

DE

AGUAS

ÁCIDAS

H2O + CO2 (ac) pH 6:

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 (PO43-) 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 K ps = [Cd2+][S2-) = 8.0 x 10-28. El punto importante es que la concentración de los iones S 2- 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

CAPITULO V

Tiempo esperado para las reacciones

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 categorización de los problemas ambientales de la minería en el Perú. Primer Simposio Nacional de Medio Ambiente y Seguridad Minera – Colegio de Ingenieros del Perú.

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MEM Website, http//www.minem.gob.pe



Universidad de Navarra tema 8 contaminación de aguas 07

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Klepel Consulting S.A.C. Av. Grau 412, Miraflores Lima, Perú

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http://www.klepelconsulting.com.pe [email protected]

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http://www.fonam.com.pe/mejoras_ambientales_en_el_peru