Revista de Medio Ambiente y Mineria

Proposal for the environmental rehabilitation of Lake Uru Uru

Resumen Durante varios siglos, la industria minera y de procesamiento de minerales ha sido la base de la economía del departamento de Oruro en Bolivia, y aparentemente, continuará siéndolo en un futuro previsible. Estas labores, a lo largo de muchos años, han hecho un considerable daño al medio ambiente. En concreto, en el presente trabajo de investigación, se presenta los efectos de la contaminación por metales pesados y las aguas residuales urbanas en la calidad de las aguas, suelos, sedimentos y especies vegetales del lago Uru Uru; así como, las posibilidades para su recuperación a través de la fitoremediación vegetal. En ese contexto, en principio se describen las características tanto físicas como químicas de los ecosistemas del lago Uru Uru, y después se hace una descripción detallada de la vegetación de la zona, tanto de los diferentes ecosistemas existentes, como de las asociaciones vegetales. Por otra parte, se describe la situación actual de la zona, mostrando los diferentes problemas que afectan al suelo y a la vegetación (contaminación por metales pesados, salinidad propia del lago, explotación excesiva de los recursos vegetales, compactación del suelo, etc.) y las consecuencias que las acciones humanas tienen sobre estos elementos del ecosistema. Posteriormente, se describen detalladamente las cinco especies vegetales (thola, quinua, totora, milenrama y kauchi), que por sus características ecológicas de adaptación, pueden ser usadas en la fitoremediación. Finalmente, se establecen las diferentes acciones que deben ser tomadas en cuenta para mejorar la calidad del agua (control en las descargas de las aguas residuales de Oruro y de las aguas de mina de San José; además de un adecuado manejo del caudal de ingreso de las aguas al lago, en especial cuando se generen incrementos en las pérdidas por evaporación, que pueden ser compensadas con la descarga de aguas domésticas adecuadamente tratadas), el uso de enmiendas en el suelo para su descontaminación por fito- adsorción y estabilización (uso de materia orgánica, yeso y caliza), sobre el aire (control de las emisiones de la Empresa Metalúrgica de Vinto); y finalmente, el incremento de la población vegetal de las cinco especies seleccionadas, con el propósito de mejorar la calidad de las aguas, además de incrementar la biodiversidad de la zona del lago Uru Uru, y sin olvidar la de promover la necesidad de la población local de utilizar sus recursos.

Abstract For several centuries, the mining and mineral processing industry has been the basis of the economy of the department of Oruro in Bolivia, and apparently, it will continue to be so for the foreseeable future, and these efforts, over many years, have made a considerable damage to the environment. Specifically, in this research work, the effects of heavy metal pollution and urban wastewater on the quality of water, soils, sediments and plant species of Lake Uru Uru are presented; as well as the possibilities for its recovery through plant phytoremediation. In this context, in principle the physical and chemical characteristics of the ecosystems of Lake Uru Uru are described, and then a detailed description of the vegetation of the area is made, both of the different existing ecosystems, and of the plant associations. On the other hand, the current situation of the area is described, showing the different problems that affect the soil and vegetation (contamination by heavy metals, salinity of the lake, excessive exploitation of plant resources, soil compaction, etc.) and the consequences that human actions have on these elements of the ecosystem. Subsequently, the five plant species (thola, quinoa, cattail, yarrow and kauchi) are described in detail, which due to their adaptive ecological characteristics, can be used in phytoremediation. Finally, the different actions that must be taken into account to improve the quality of the water are established (control in the discharge of the wastewater of Oruro and of the water of the San José mine; in addition to an adequate management of the inflow of water). waters to the lake, especially when increases in evaporation losses are generated, which can be compensated with the discharge of suitably treated domestic water), the use of amendments in the soil for its decontamination by phyto-adsorption and stabilization (use of organic matter, gypsum and limestone), on the air (control of emissions from the Metallurgical Company of Vinto); and finally, the increase in the plant population of the five selected species, in order to improve the quality of the waters, in addition to increasing the biodiversity of the Lake Uru Uru area, and without forgetting to promote the need of the population local to use its resources.

Diagnosis and rehabilitation of manifests affected by mining environmental waste

Resumen Los bofedales así como la mayoría de los ecosistemas altoandinos están sometidos a presiones antrópicas y/o naturales, la rehabilitación de estos ecosistemas ecológicos suele ser costosa especialmente cuando se requieren obras de ingeniería. Estas actuaciones representan un alto nivel de riesgo ya que hay que garantizar la implantación de formaciones vegetales que se establecen en un ambiente edáfico, principalmente orgánico, caracterizado por una condición hídrica de saturación permanente, presentando una gran diversidad biológica respecto del entorno. En el presente trabajo se presenta los trabajos de rehabilitación y recuperación de áreas que fueron afectadas por descargas de antiguas labores mineras y aportes naturales debido a la presencia de vetas mineralizadas de sulfuros y de carbón que afloran hasta superficie. Para emprender los trabajos de rehabilitación se realizó un diagnóstico detallado del sitio (características climáticas, geológicas, hidrológicas, caracterización y determinación de la calidad del suelo, descripción detallada de las características ecológicas, florísticas y agrostológicas del bofedal afectado). Así como, el contenido de materia orgánica que proviene de restos vegetales (raíces, hojas, etc) organismos y microrganismos propios de bofedal, que se encuentran en proceso de descomposición, con alto contenido de carbono. Con la información recogida se propone las acciones de mejora y recuperación que van desde trabajos de ingeniería para preparar superficies estables y lograr espacios y condiciones de zonas húmedas compuestas por isletas o bloques colocados en forma de cojines y constituidos por formaciones de vegetación propiamente de bofedal y su soporte edáfico formado por turba y materia orgánica, circundadas por canales perimetrales y de interior que mantenían los niveles de inundación en la áreas rehabilitadas, para alcanzar la integridad biológica e hidrológica y la estabilidad del sistema del bofedal recuperado.

Abstract The wetlands as well as most of the high Andean ecosystems are subject to anthropic and / or natural pressures, the rehabilitation of these ecological ecosystems is usually expensive, especially when engineering works are required. These actions represent a high level of risk since it is necessary to guarantee the implantation of plant formations that are established in an edaphic environment, mainly organic, characterized by a permanent water saturation condition, presenting a great biological diversity with respect to the environment. This paper presents the rehabilitation and recovery works of areas that were affected by discharges from old mining works and natural contributions due to the presence of mineralized veins of sulfides and coal that outcrop to the surface. To undertake the rehabilitation work, a detailed diagnosis of the site was carried out (climatic, geological, hydrological characteristics, characterization and determination of the quality of the soil, detailed description of the ecological, floristic and agrostological characteristics of the affected wetland). As well as, the content of organic matter that comes from plant remains (roots, leaves, etc.), organisms and microorganisms typical of wetlands, which are in the process of decomposition, with high carbon content. With the information collected, improvement and recovery actions are proposed, ranging from engineering work to preparing stable surfaces and achieving spaces and conditions of humid areas composed of islets or blocks placed in the shape of cushions and constituted by vegetation formations properly of wetland and its edaphic support formed by peat and organic matter, surrounded by perimeter and interior channels that maintained the flood levels in the rehabilitated areas, to achieve the biological and hydrological integrity and the stability of the recovered wetland system.

A thermodynamic approach to understand the circular economy applied to the mining - metallurgical field

La Economía Circular es un concepto económico vinculado al desarrollo sustentable y a la economía verde, pero que la profundiza mucho más. Apunta no sólo a reducir el impacto ambiental de las industrias y la disminución de la cantidad de desechos generados, sino que a producir bienes y servicios mediante el manejo sostenible de materiales y fuentes de energía. Consideramos que este enfoque que está basado en la observación del comportamiento de los mercados y que puede ser enriquecido con aspectos teóricos provenientes de la Termodinámica. Para ello, proponemos la inclusión de algunos conceptos como la Energía Libre de Gibbs y la irreversibilidad de los procesos, creemos que agregar ideas permite enfatizar el profundo vínculo que es posible establecer entre la Economía Circular y la Termodinámica. El objetivo del trabajo es investigar el modo en que las definiciones Termodinámicas permiten ampliar la mirada sobre los flujos relacionados con la Economía Circular. Se exponen casos del ámbito minero metalúrgico que son brevemente comentados con esta nueva aproximación. Se concluye presentando los conceptos de la Termodinámica como una ampliación de los aspectos teóricos del enfoque Económico Circular.

The Circular Economy is an economic concept linked to sustainable development and the green economy, but it goes much deeper into it. It aims not only to reduce the environmental impact of industries and reduce the amount of waste generated, but also to produce goods and services through the sustainable management of materials and energy sources. We consider that this approach is based on the observation of the behavior of the markets and that it can be enriched with theoretical aspects from Thermodynamics. To do this, we propose the inclusion of some concepts such as Gibbs Free Energy and the irreversibility of the processes. We believe that adding ideas allows to emphasize the deep link that can be established between the Circular Economy and Thermodynamics. The objective of the work is to investigate the way in which Thermodynamic definitions allow broadening the view on the flows related to the Circular Economy. Cases of the metallurgical and mining fields are presented and are briefly commented with this new approach. It concludes by presenting the concepts of Thermodynamics as an extension of the theoretical aspects of the Circular Economic approach.

Application of the Monte Carlo simulation to the probabilistic assessment of the stability of slopes on rock

Resumen En el presente trabajo, se desarrolla una metodología probabilística, utilizando la simulación de Montecarlo, para evaluar de la estabilidad de un talud en roca en el que la modalidad previsible de fallamiento es la falla en cuña. Se evalúa la estabilidad del talud seleccionado utilizando el diseño determinístico de taludes, se calcula el factor de seguridad de dicho talud. Posteriormente se desarrolla una metodología para el diseño probabilístico del talud considerado en el caso de estudio. Para el efecto se sigue paso a paso el método recomendado por la simulación de Montecarlo para la solución de problemas. Finalmente, se efectúan los experimentos de simulación con el modelo de simulación construido. Los resultados obtenidos permiten inicialmente validar el modelo de simulación. El diseño determinístico del talud considerado en el caso de estudio, determina un factor de seguridad igual a 1,6; en otras palabras, el diseño determinístico señala que el talud es estable (factor de seguridad superior a 1). El diseño probabilístico del talud señala que la media de los factores de seguridad obtenidos en cada uno de los mil experimentos realizados con el modelo de simulación, es igual a 2,922 y que la probabilidad de falla de dicho talud es igual a 0,178 o 17,8%. Esta probabilidad refleja la confiabilidad del diseño; su estimación ha sido posible gracias a la aplicación de la simulación de Montecarlo. En la investigación efectuada, se ha visto la simplicidad conceptual de la simulación de Montecarlo; esta característica sumada a la tecnología informática disponible en la actualidad, han incrementado notablemente su popularidad. Por tanto, los ingenieros bolivianos, particularmente los ingenieros de minas, los ingenieros civiles y los ingenieros geotécnicos tienen a la mano una herramienta conceptualmente simple para mejorar sus diseños, ingresando al diseño probabilístico.

Abstract In the present work, a probabilistic methodology is developed, using the Monte Carlo simulation, to evaluate the stability of a rock slope in which the foreseeable failure mode is the wedge fault. The stability of the selected slope is evaluated using the deterministic design of slopes, the safety factor of said slope is calculated. Subsequently, a methodology is developed for the probabilistic design of the slope considered in the case study. For this purpose, the method recommended by the Monte Carlo simulation for problem solving is followed step by step. Finally, the simulation experiments are carried out with the simulation model built. The results obtained can obtain the simulation model. The deterministic design of the slope considered in the case study determines a safety factor equal to 1.6; In other words, the deterministic design indicates that the slope is stable (safety factor greater than 1). The probabilistic design of the slope indicates that the mean of the safety factors obtained in each of the thousand experiments carried out with the simulation model is equal to 2.922 and that the probability of failure of said slope is equal to 0.178 or 17.8 %. This probability reflects the reliability of the design; its estimation has been possible thanks to the application of the Monte Carlo simulation. In the research carried out, the conceptual simplicity of the Monte Carlo simulation has been seen; This feature added to the computer technology available today, have notably increased its popularity. Therefore, Bolivian engineers, particularly mining engineers, civil engineers and geotechnical engineers have at hand a conceptually simple tool to improve their designs, entering probabilistic design.

Aluvial gold recovery, without the use of mercury

Resumen Actualmente, existen más de 10 a 15 millones de mineros artesanales de oro en más de 70 países en el mundo. Se estima además que cerca de 30% de la producción de oro del mundo, viene de la minería artesanal. Esta actividad se ha extendido peligrosamente en muchas regiones que no controlan adecuadamente sus leyes medioambientales y una de estas regiones es América del Sur, concretamente la amazonia, región que involucra a 9 países; y aun territorio equivalente a 7.8 millones de Km², en que viven cerca de 33 millones de personas en más de 385 pueblos indígenas. Toda esta zona está siendo afectada por la explotación legal e ilegal del oro aluvial que se encuentra en los ríos, el impacto ambiental negativo que genera es enorme. En ese contexto, en el presente trabajo de investigación se propone una alternativa técnica para la recuperación de oro de sedimentos aluviales mediante la aplicación de la concentración gravimétrica centrífuga, evitando así el uso del mercurio. La caracterización de la muestra estudiada, muestra un d80 = 3200 micrones (3.2 mm) y d50 = 400 micrones (0.4 mm); por otra parte, el contenido de oro es de 4.05 g/t, que está liberado y con los mayores contenidos en las fracciones granulométricas por debajo de -48 + 200 mallas Tyler. De acuerdo a los balances metalúrgicos se puede constatar que la recuperación del oro en las diferentes etapas del proceso (pre concentración - concentración - amalgamación y/o fusión) están siempre por encima de 90%. Las eficiencias de la etapa de fusión de los concentrados obtenidos son mayores al 95%. Desde el punto de vista de la recuperación total de Au, se tiene que, en el proceso Knelson-Mesa-Amalgamación, es de 73.08%; mientras que, para el proceso Knelson-Mesa-Fusión, 76.67%; además, para el proceso Knelson-Knelson-Amalgamación, 64.65% y, finalmente, Knelson-Knelson-Fusión, 66.53% de recuperación total. Las conclusiones del trabajo permiten mostrar que la muestra aurífera aluvial, responde favorablemente al proceso de concentración gravimétrica y centrifuga, y es absolutamente posible prescindir totalmente o parcialmente el mercurio en su tratamiento. Eliminando totalmente el uso del mercurio, es posible llegar al oro metálico por fusión de los concentrados obtenidos, inclusive en mejores condiciones de recuperación que la amalgamación.

Abstract Currently, there are more than 10 to 15 million artisanal gold miners in more than 70 countries in the world. It is also estimated that about 30% of the world's gold production comes from artisanal mining. This activity has spread dangerously in many regions that do not adequately control their environmental laws and one of these regions is South America, specifically the Amazon, a region that involves 9 countries; and even territory equivalent to 7.8 million km2, in which about 33 million people live in more than 385 indigenous towns. This entire area is being affected by the legal and illegal exploitation of alluvial gold found in rivers, the negative environmental impact it generates is enormous. In this context, this research work proposes a technical alternative for the recovery of gold from alluvial sediments by applying centrifugal gravimetric concentration, thus avoiding the use of mercury. The characterization of the studied sample shows d80 = 3200 microns (3.2 mm) and d50 = 400 microns (0.4 mm); on the other hand, the gold content is 4.05 g / t, which is liberated and with the highest content in the particle size fractions below -48 + 200 Tyler mesh. According to the metallurgical balances it can be verified that the recovery of gold in the different stages of the process (pre concentration - concentration - amalgamation and / or fusion) is always above 90%. The efficiencies of the melting stage of the concentrates obtained are greater than 95%. From the point of view of the total recovery of Au, it has that, in the Knelson-Mesa-Amalgamation process, it is 73.08%; while, for the Knelson-Mesa-Fusion process, 76.67%; in addition, for the Knelson-Knelson-Amalgamation process, 64.65% and, finally, Knelson-Knelson-Fusion, 66.53% of total recovery. The conclusions of the work show that the alluvial gold sample responds favorably to the process of gravimetric concentration and centrifugation, and it is absolutely possible to totally or partially dispense with mercury in its treatment. By totally eliminating the use of mercury, it is possible to reach metallic gold by melting the concentrates obtained, even in better recovery conditions than amalgamation.