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7/21/2019 Drenaje Acido de Mina
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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.
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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.
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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
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Capacidad de tamponamiento del AMD: aluminio
PIRITA
pH
5µm
4Al3+ + SO4= + (22-46)H2O"
Al4 (SO4)(OH)10 !(12-36)H2O + 10H+
pH
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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)
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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
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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
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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
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http://www.gardguide.com/index.php?title=Chapter_7
Sistemas de Tratamiento de AMD
!
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
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Sistemas de Tratamiento de AMD
! 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)
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Sistemas de Tratamiento de AMD
! 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
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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
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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
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.
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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
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.