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Revista de Medio Ambiente y Mineria

versión impresa ISSN 2519-5352

REV. MAMYM  no.2 Oruro jun. 2017

 

ARTÍCULOS ORIGINALES

 

Estudio técnico de la recuperación de un producto comerciable de

Zinc mediante desulfatación, dren anóxico calizo y precipitación de

las aguas acidas de la mina de Porco

PARTE I

 

Dr. Ing. Gerardo Zamora Echenique*, ** Ing. Jenny Mata Calcina
* Universidad Técnica de Oruro, Av. Dehene final, Oruro, Bolivia gerardozamoraechenique@yahoo.es
** Universidad Técnica de Oruro, Av. Dehene final, Oruro, Bolivia jhejhoselin@hotmail.com

 

 


Resumen

En la operación minera subterránea de Porco, ubicada en el departamento de Potosí, en la parte Noreste de la Provincia de Antonio Quijarro, a unos 4099 msnm; y distante a unos 50 kilómetros de la ciudad, se generan aguas acidas de mina que son permanente evacuadas a un flujo de de 30 litros/segundo y a un pH de 2.4. Entre los principales metales disueltos en estas aguas se encuentran en unidades de miligramos por litro: 9164 de Zn; 2160 de Fe; 36 de Cd; 10.9 de Cu y 0.42 de Pb; además de 12300 de sulfato.

Debido al déficit hídrico en la zona, la operación minera mezcla dichas aguas acidas con las colas básicas procedentes del proceso de concentración de minerales, a objeto de neutralizarlas y alcanzar un valor de pH de 4.6; para luego, después de decantarlas en el dique de colas y tratarlas con cal, hasta alcanzar un pH de 12, recircularlas al proceso de flotación.

El objetivo del presente trabajo de investigación se circunscribe a estudiar técnicamente el tratamiento de las aguas acidas de la Mina Porco, mediante un proceso de Desulfatación - Neutralización en Drenes Anóxicos Calizos - Precipitación aereada con cal, a objeto de recuperar el Zn presente en las mismas mediante pruebas a escala laboratorio para su posible aplicación a escala industrial.

Los resultados obtenidos en la desulfatación demuestran que es posible lograr disminuir la concentración de sulfato de 12260.37 mg/1 a 1078.49 mg/1, a un pH de 3.0 con la adición de caliza molida; mientras que, en el tratamiento del efluente descargado en un dren anóxico calizo, se determinó que para un tiempo de residencia de 15 horas, la alcalinidad alcanzada fue de 160 mg/ly elpH de descarga fue de 6.5. Finalmente, el efluente de descarga de dicho dren anóxico calizo, permitió obtener por postaereación y adición de cal, un precipitado con contenidos de Zn de hasta 20.88% y con bajos contenidos de otras impureza que requerirá ser sometido a un proceso deshidratación a temperaturas de 627 °C a objeto de obtener ZnO comerciable.

Las dimensiones del lecho del Dren Anóxico Calizo para 5 años de operación y para tratar 30 1/seg de agua acida son: Profundidad de 2.5 m; ancho de 17.7 my largo de 88.71 m.

Palabras Clave: Dren anóxico; tratamiento, aguas acidas; Porco


Abstract

In the underground mining operation of Porco, located in the department of Potosí, in the Northeast part of the Province of Antonio Quijarro, to about 4099 msnm; And distant about 50 kilometers from the city, acid mine waters are generated which are permanently evacuated at a flow of 30 liters / second and at a pH of 2.4. Among the main metáis dissolved in these waters are inunits of milligrams perliter: 9164 of Zn; 2160 of Fe; 36 Cd; 10.9 Cu and 0.42 Pb; In addition to 12300 sulfate.

Due to the water déficit in the zone, the mining operation mixes these acid waters with the basic queues coming from the process of concentration of minerals, in order to neutralize them and reach a pH valué of 4.6; Then, after decanting them in the tailings ditch and treating them with lime, until reaching a pH of 12, recirculate them to the flotation process.

The objective of the present investigation is limited to the technical study of the treatment of the acid waters of the Porco Mine, by means of a process of Desulphation - Neutralization in Anechoic Calcite Drainage - Precipitation aerated with lime, in order to recover the Zn present in the same Through laboratory-scale tests for possible application on an industrial scale.

The results obtained in the desulphation show that it is possible to reduce the sulphate concentration from 12260.37 mg /1 to 1078.49 mg /1, at a pH of 3.0 with the addition of ground limestone; While in the treatment of the effluent discharged in a chalky anoxic drain, it was determined that for a residence time of 15 hours, the achieved alkalinity was 160 mg /1 and the discharge pH was 6.5. Finally, the discharge effluent from the chalky anoxic drainage system allowed to obtain by post-extraction and addition of lime, a precipítate with Zn content of up to 20.88% and with low content of other impurity, which will require to be subjected to a dehydration process at temperatures of 627 ° C in order to obtain tradable ZnO.

The dimensions of the Limestone Anechoic Bed for 5 years of operation and to treat 30 1 / sec of acid water are: Depth of 2.5 m; Width of 17.7 m and length of 88.71 m.


 

 

1. INTRODUCCIÓN

En algunas operaciones mineras subterráneas, las aguas acidas de mina formadas por procesos de oxidación de sulfuros en presencia de oxígeno y agua, y catalizadas por microorganismos del género Thiobacillus Ferroxidans, se caracterizan por presentar contenidos de metales pesados tóxicos disueltos que podrían tener cierto interés económico, además de presentar valores de pH fuertemente ácidos y altas concentraciones de sulfato. En la nina subterránea de Porco se explota minerales complejos de Zn-Ag-Pb y que por proceso de flotación obtiene concentrados sulfurosos de Zn-Agy Pb-Ag comercializables. La planta se encuentra ubicada en el departamento de Potosí, en la parte Noreste de la Provincia de Antonio Qiúiarro, a unos 4099 msnm; y distante a unos 50 kilómetros de la ciudad de Potosí.

La tabla 1 muestra el análisis físico-químico de una muestra de agua acida de mina tomada al ingreso de su socavón principal, por el que se descarga a un flujo de cerca de 3 litros/segundo y aun pH de 2.4.

El análisis físico-químico arriba presentado muestra un contenido de Zn di suelto muy interesante.

Actualmente, debido al déficit hídrico en la zona, la operación minera mezcla dichas aguas acidas con las colas básicas procedentes del proceso de flotación de minerales, a objeto de neutralizarlas y alcanzar un valor de pH de 4.6; para luego, después de decantarlas en el dique de colas y tratarlas con cal, hasta alcanzar un pH de 12, recircularlas al proceso de flotación. La gestión del agua acida y de las colas descrita genera:

- Un consumo del Potencial de Neutralización presente en las colas; lo que derivará en un mayor costo de rehabilitación del sitio minero de disposición del residuo en la etapa de cierre.

-    Una oxidación de los sulfuros de las colas ya dispuestas en el dique, que aportan con SO4 a la solución de recirculación.

-    La formación de CaS04 que se va precipitando a lo largo de las tuberías en la etapa de recirculación de las aguas tratadas y que provoca taponamientos que obligan a parar a la planta de procesamiento.

Por tanto, se requieren implementar acciones destinadas a aplicar un proceso sencillo de tratamiento de las aguas acidas que no requiera de mucho control y de bajo costo; y que al final, permita el reciclaje de agua al proceso, sin alterar los índices metalúrgicos del proceso y evitando la formación de CaS04 que genera taponamientos en tuberías y problemas operativos en el proceso metalúrgico; pero además, permita recuperar los elevados contenidos de Zn presentes en las aguas acidas de mina.

La investigación se delimita a tratar las aguas acidas de la Mina Porco mediante una primera etapa de desulfatación, a objeto de disminuir la concentración de sulfato por debajo de 2 g/1 en medio ácido para que pueda ser tratada luego en un sistema de Dren Anóxico Calizo; para luego, obtener un efluente con pH cercano a 6.5, que será sometido a aireación sencilla y posterior precipitación con cal, a objeto de precipitar las impurezas en forma de complejos oxihidroxilados del tipo FeOOH, que son químicamente estables, de muy fácil separación y disposición final; además de lograr, luego la precipitación, la recuperación de Zn de la solución tratada, en forma de ZnOOH que podría ser objeto de tratamiento metalúrgico para obtener ZnO comercializable; y un efluente de descarga, ser recirculado al circuito de flotación.

Por tanto, el objetivo del presente trabajo de investigación se circunscribe al estudio técnico del tratamiento de las aguas acidas de la Mina Porco, mediante un proceso de Desulfatación -Neutralización en Drenes Anóxicos Calizos -Precipitación con cal, a objeto de recuperar el Zn presente en las mismas mediante pruebas a escala laboratorio para su aplicación a escala industrial.

 

2.         TRATAMIENTO DE DRENAJES ÁCIDOS DE MINA

El drenaje ácido de nina se caracteriza por su elevada acidez, presencia de metales pesados disueltos y su concentración variable de sulfato.(1)

La reacción general que controla el proceso de formación de drenaje acido es la siguiente: FeS2 + 7/2O2 + H20 -> Fe2+ + 2SO42 +2H+ (1)

Posteriormente, el hierro ferroso reacciona con el oxígeno para formar hierro férrico:

Fe2+ + 1/4O2+ H+ -> Fe3+ + 1/2H2O (2)

Y dependiendo del pH en el ambiente alrededor del sitio de oxidación, el hierro férrico puede luego precipitarse en la forma de hidróxido a niveles de pH por encima de 3.5 y de acuerdo a la reacción siguiente:

Fe3+ + 3H2O -> Fe(OH)3 + 3H+ (3)

A medida que se desarrolla la generación de ácido y se consume la alcalinidad disponible, el hierro férrico, a su vez, sirve como oxidante y puede promover la oxidación química de los minerales sulfurosos.

En el caso de la pirita, la reacción que ocurre es la siguiente:(2)

FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O -> 15Fe2+ +16H+ + 2Sj (4)

Como se puede observar, estas reacciones generan acidez y liberan grandes cantidades de sulfates, hierro y otros metales que contienen los sulfuros. Esta reacción ocurre a pHs menores a 3.2.

2.1 Desulfatación

El ion sulfato es uno de los aniones más comunes en aguas acidas de nina; se encuentran en concentraciones que varían desde unos pocos hasta varios miles de mg/lt.(3) El contenido de sulfato en aguas acidas de nina, genera problemas de encostramientos por la formación de CaSO4, en especial, en la recirculación de los efluentes tratados por precipiatción con cal.

La formación de dichos encostramientos pueden deberse a cambios de temperatura, de presión, la liberación de gas, una modificación del pH o el contacto con agua incompatible.(4) La solubilidad del CaS04es función de la temperatura y del pH. En medios neutros y a temperatura ambiente, su solibilidad es de 20 g/100 gr deagua(5).

El proceso más común de tratmiento de soluciones con altas concentraciones de sulfato es por neutralización con cal; siendo este es el más desarrollado debido a su eficiencia en la remoción de los sulfates junto con metales y a los bajos costos de este material.(6). Las reacciones de eliminación tanto de los sulfates como de los metales pesados délas aguas acidas de mina, se suscitan de acuerdo a las reacciones siguientes.

CaO+ H2O ->Ca(OH)2  (5)

Ca(OH)2 -> Ca2++ 2OH- (6)

Me2+ + 2OH- -> Me(0H)2 (7)

Me3+ + 3OH" -> Me(0H)3 (8)

 

En el caso de los hidróxidos, es deseable que se presente el caso de la ecuación 8, porque los lodos que contienen complejos metálicos de este tipo, son más estables; por ejemplo, en el caso del hierro, la precipitación se presenta a valores de pH menores a 3.2. Cuando la concentración de sulfates en el DAM es mayor que 2.500 mg/1 y hay una sobresaturación de iones de calcio, ocurre la precipitación de yeso. La precipitación del sulfato con compuestos de calcio se lleva a cabo de acuerdo con la siguiente ecuación:

j(9)

Se ha demostrado que en rangos de pH entre 8 y 9, es posible alcanzar concentraciones remanentes de sulfato de hasta cerca a 1404 mg/1 a 20 °C.

La precipitación del yeso con el uso de caliza en un medio ácido, se puede representar mediante la siguiente reacción en la que se libera CO2.

CaCO3 + H2S04 + H2O -> CaSO4.2H2O + CO2 (10)

El uso del klinker, debido a la interacción que ocurre entre sales de Al y iones sulfato, puede favorecer a una mayor eliminación de sulfato por la formación de la etringita. (7)

El mineral etringita es un sulfoaluminato de calcio hidratado, en  pH  alcalino, 3CaO.3CaSO4.Al2O3.31H2O, que se forma a partir de la reacción del aluminato del Clinker.(8)

La reacción de formación de la etringita es dada por la ecuación (11).(9)

3CaO - A12O3 + 31H2O + 3Ca2+ + 3SJ= 3CaO.3CaSO4.Al2O3.31H2O (11)

2.2 Tratamiento con Drenes Anóxicos Calizos

El tratamiento con drenes anóxicos calizos (Anoxiclimestonedrains - ALD's) es un sistema de tratamiento pasivo que puede ser una tecnología efectiva y establecida para el tratamiento de drenajes acidas de nina (DAM).(10)

Los drenes anóxicos calizos consisten en un lecho de piedra caliza enterrada, por la cual se hace atravesar una corriente de drenaj e ácido en condiciones anóxicas (sin oxígeno disuelto y concentraciones bajas de Fe+3,A1+3 y S042) para su tratamiento; diseñado para generar alcalinidad a través de la disolución de la piedra caliza.

El entierro de la cama de piedra caliza evita la presencia de oxigeno, ayudando a prevenir la formación de hidroxidos que cubrirían la capa superficial de las piedras calizas. En el proceso se pueden generar altas presiones parciales de CO2; dando como resultado, altas concentraciones de alcalinidad.(11)

Mediante este sistema de tratamiento, puede elevarse el pH del agua acida tratada hasta valores cercanos a la neutralidad, e incluso superiores, desde pH iniciales inferiores a 3; esto debido a que, la caliza entra en contacto con las aguas acidas y se disuelve generando iones calcio y ácido carbónico (12)

CaCO3 + H+ = Ca2+ + *H2CO3 (12)

Que representa el equilibrio entre el CO2 disuelto en agua de acuerdo a la reacción:

CO2aq+ H2O= H2CO3 (13)

Luego, el ácido carbónico reacciona con la caliza (14), dando lugar a la formación de bicarbonato.

CaCO3 + *H2CO3 = Ca2+ + 2HCO3 (14)

Finalmente, el bicarbonato formado, y en medio ácido, vuelve a reaccionar con la caliza, generando CO2 (15); que al encontrarse confinado, se solubiza formando ácido carbónico (13).

CaCO3 + HCO3 + H+ = H2O+ CO2 (15)

El ion calcio, por su parte, reacciona con el sulfato para formar sulfato calcico, también insoluble (16).

Ca2++ SJ+2H2O = CaSO4+ 2H20 (16)

Sin embargo, en ausencia de oxígeno no se producen reacciones de oxidación; por tanto, el recubrimiento de la caliza con precipitados insolubles, no es posible, lo que permite que la generación de alcalinidad continúe.

Los drenes anóxicos calizos pueden usarse para tratar drenaje ácido de mina de varias velocidades, solos o en combinación con otros sistemas de tratamiento y se pueden instalar en una amplia variedad de lugares.(3)

El sistema constructivo del ALD incluye una cubierta de geomembrana y geotextil sobre la piedra caliza triturada. El propósito del plástico es que permite evitar la penetración de oxígeno y mantener altas presiones parciales de C02.(12)

La cantidad de caliza necesaria para el tratamiento y las dimensiones de los ALD, pueden determinarse en función de la longevidad que se pretende dar al sistema, del tiempo de residencia del agua, o combinando ambos criterios. El tiempo de residencia que se considera óptimo para alcanzar el nivel máximo de aporte de alcalinidad al agua es 15 horas, ya que la velocidad de disolución de la caliza se hace considerablemente más lenta después de este tiempo y la adición de alcalinidad no se incrementa de forma significativa.

Por otro lado, hay que tener en cuenta que para mantener el mismo tiempo de contacto del agua con la caliza en todo momento, es necesario compensar las pérdidas por disolución, aportando mayor volumen de caliza del que sería necesario para lograr las 15 h de residencia del agua.

La cantidad de caliza para un tiempo de residencia de 15 h puede calcularse de acuerdo a la siguiente fórmula(13):

Dónde:

Q = caudal del efluente a tratar.

p = densidad de la caliza suelta (1,6- 1,8 t/m3).

tR = tiempo de residencia, que debe ser igual a

15 h para lograr el nivel máximo de generación de alcalinidad.

Vp = volumen de poros expresado en forma decimal (0,3 - 0,5).

Para compensar las pérdidas por disolución durante un periodo de tiempo determinado la cantidad de caliza requerida puede expresarse como:

Dónde:

Q = caudal del efluente a tratar.

C = concentración esperada de alcalinidad en el efluente tras el tratamiento.

T = periodo de tratamiento que se pretende.

X = contenido en carbonato calcico de la caliza expresado en forma decimal.

La suma de estas dos ecuaciones representa la cantidad total de caliza requerida para el tratamiento. (Ecuación 3).

La cantidad de alcalinidad que va a generar el sistema puede predecirse simulando un DREN ANÓXICO CALIZO en el laboratorio, rellenando un recipiente con la caliza que se va a utilizar y el agua a tratar. Este recipiente se cierra herméticamente y se mantiene así durante dos días.

Para el tratamiento eficiente de un drenaje ácido de nina por drenes anóxicos calizos se debe tener escaso oxígeno disuelto (DO < 2 mg/1); contenidos de Fe3+ y Al3+ inferiores a 1 mg/1 y las concentraciones de sulfato por debajo de 2000 mg/l.(14)

La evidencia reciente sugiere que el yeso (CaS04) puede formarse dentro del sistema DAC precipitando y cubriendo la superficie de la caliza, si el drenaje ácido tratado contiene altas concentraciones de sulfato (> 2000 mg/1). (15) La formación de yeso puede, bien disminuir la velocidad de disolución de piedra caliza si se forma sobre la superficie de la piedra caliza, o puede bloquear el flujo si se forma dentro del espacio abierto entre las partículas de piedra caliza. En cualquier caso la capacidad del sistema DAC para generar alcalinidad, puede ser reducido significativamente y se puede producir un fallo del sistema. Los sistemas ALD pasivos tienen las siguientes ventajas: Bajo costo, fácil de construir y mantener; impactos visuales limitados; resultados inmediatos y amplio rango de tolerancia al clima.

2.3 Postaereación Tratamiento de DAM con cal

Como postratamiento a dren anóxico calizo, siempre es necesario instalar a la salida del dren anóxico calizo, una serie de balsas para recoger los precipitados generados en las reacciones de oxidación e hidrólisis que se desencadenan al contacto del agua con la atmósfera. La adición de cal a la solución de descarga de un Dren Anóxico Calizo, generan las siguientes reacciones de precipitación:

Fe2+ + 1/4O2+ 1/2H2O+ HCO3= FeOOH + H2O + 2CO2(19)

Zn2+ + 1/4O2 + H2O + 2HCJ= ZnOOH + 3/2H2O + 2CO2 (20)

Por lo que los productos precipitados ya no son "hidróxidos"; sino Ccompuestos mono hidratados. Se conoce que el FeOOH o Goethita "es más estable (Químicamente que el Fe(OH)3 y es de más fácil filtración y deposición final.

 

3 Pruebas experimentales

Para realizar la investigación, se tomó una muestra de 25 lt de las aguas acidas de la mina Porco a la salida del socavón principal.

3.1 Eliminación de sulfato por precipitación con Caliza y Clinker

Se tomó un volumen de la muestra del agua acida de la Mina Porco de 1000 mi y se realizaron pruebas de precipitación en un vaso de 2 litros con agitación por medio de un magneto. Para ello se fue adicionando caliza y/o klinker de manera que se vaya controlando el valor de pH a 3, 3.5, 4 y 6. Una vez alcanzados los valor de pH citados, se fueron tomando muestras para su análisis por sulfato.

3.2 Pruebas en drenes anóxicos calizos Las pruebas de dren anóxico calizo se realizaron en un recipiente de 30 lt sellado, en el que se lleno de piedra caliza con una granulometría de -1" + 2", y luego se fue inundando la misma en principio con agua destilada; para luego, mediante alimentación continua, hacer ingresar a dicho recipiente, un flujo continuo de agua acida de mina, de manera tal que el agua acida de ingreso sea igual al de salida; esto para evitar el ingreso de oxigeno. Luego, se fueron tomando muestras alas 15, 30, 45 y 60 horas, a objeto de medir el valor del pHy determinar por titulación la alcalinidad, utilizando una solución de 0.02 N de ácido sulfúrico.

3.3 Pruebas de postaereación y precipitación de Zn con cal del efluente del tratamiento de dren calizo anóxico

Se realizaron pruebas de postaereación y precipitación de metales pesados con cal del efluente del tratamiento de dren calizo anóxico en vasos de precipitación de 2 lt. La adición de cal permitió subir el pH hasta alcanzar el valor de 12.0, que es el mismo que se requiere para recircular el agua decantada al proceso de flotación.

 

4. RESULTADOS Y DISCUSIONES

4.1 Resultados de la Caracterización de las aguas acidas de la mina Porco

Los resultados de la caracterización físico-química es presentada en la tabla 2:

 

Pruebas preliminares del consumo de cal fueron corridas a objeto de establecer su comportamiento en función del pH con la adción de cal; y así mismo. Determinar el contenido de sulfato en la solución básica final.

4.2 Pruebas de Desulfatación

A objeto de disminuir la concentración de sulfato en las aguas acidas de nina a niveles por debajo de 2 gr/lt, para que sean aptas para su tratamiento en un Dren Anóxico Calizo, se realizaron pruebas de desulfatación utilizando tanto caliza como klinkler molidos. Los resultados son presentados en la figura 2. De la gráfica presentada se deduce que es posible disminuir las concentraciones de sulfato, que inicialmente se encontraban en 12260,37 mg/lt, hasta por debajo de lOOOmg/lt; es decir que, la descarga del efluente del proceso de la desulfatación, ya puede ser tratado en un Dren Anóxico Calizo. Por otra parte, de la gráfica también se deduce que, a pH = 3.0, la precipitación con el Clinker podría permitir alcanzar concentraciones de sulfato incluso por debajo de 144.04 mg/lt.

4.3 Pruebas en Drenes Calizos Anóxicos

Con el equipo descrito en el acápite anterior, se procedió a realizar el estudio del comportamiento de las aguas acidas previamente tratadas a pH de 3.0 con caliza molida, en un Dren Anóxico Calizo. Se tomaron muestras cada 15 horas y se determinó el valor de la alcalinidad por titulación. La gráfica siguiente muéstralos resultados obtenidos:

Por tanto, el valor de la alcalinidad creció desde 160 hasta 282 mg/1 en el lapso de 60 horas en el dren anóxico calizo; y la descarga del efluente presenta un valor de pH de 6.4. En la tabla siguiente, se muestra las concentraciones de los metales pesados tanto en las aguas acidas de mina como en el efluente de descarga del dren anóxico calizo.

De la tabla anterior, es posible deducir que, los metales pesados en gran parte se han precipitado. Es importante hacer notar que en las pruebas de laboratorio no es posible tener condiciones completamente anóxicas como las que se podrían tener a mayor escala.

4.4 Pruebas de precipitación de metales pesados del efluente del tratamiento de dren anóxico calizo por aereación y adición de cal

Los resultados de la prueba de aereación y adición de cal, son presentados en la tabla 4.

Por tanto, el agua tratada es "apta para su uso industrial"; puesto que, las concentraciones de metales pesados se encuentran por debajo de los límites máximos permisibles establecidos en la Clase D de la normativa boliviana. Por otra parte, el comportamiento del consumo de cal vs el pH del efluente de descarga del dren anóxico calizo en la etapa de aereación y adición de cal, es presentado en la figura 4. Dicha gráfica permite mostrar que para alcanzar el pH cercano a 10.0, se requiere de 2.5 g de cal por medio litro del agua tratada en el dren anóxico calizo.

La tabla siguiente muestra los resultados del análisis químico del residuo obtenido de la precipitación con aereación y cal del efluente del drenaje anóxico calizo.

De los resultados obtenidos, es posible deducir que el producto se ha enriquecido en Zinc. La tabla siguiente muestra los % de precipitación de los metales pesados en dicho proceso.

Las tablas siguientes muestran los balances metalúrgicos de Zn tanto en la etapa del dren anóxico calizo como en la postaereación y precipitación con cal:

4.5 Resultados del diseño y dimensionamiento del Dren Anóxico Calizo

A partir de los resultados de la alcalinidad determinada en las pruebas del dren anóxico calizo, y aplicando las ecuaciones 1 a 3, descritas en el acápite 2.2, se procedió a diseñar y dimensionar del dren anóxico calizo. La cantidad de caliza necesaria para el tratamiento para un tiempo de residencia de 15 h, considerando un caudal del efluente a tratar de 30 1/s (108000 1/h); la densidad de la caliza suelta de 1.6 Kg/1; un volumen de poros expresado en forma decimal de 0.5, se calculó un valor de M de 5184.0toneladas de caliza. Por otra parte, para compensar las pérdidas por disolución durante un periodo de tiempo determinado, la cantidad de caliza requerida, considerando una concentración esperada de alcalinidad en el efluente tras el tratamiento de 160 mg/1 para 15 horas y un periodo de tratamiento o vida útil ya sea de 20 o de 5 años, además considerando el contenido en carbonato calcico de la caliza expresado en forma decimal de 0.69, se obtuvo un valor de 1096.90 y 4387.62 toneladas de caliza, respectivamente. Finalmente, la suma de estas dos ecuaciones representa la cantidad total de caliza; por tanto, para 20 años, el cálculo es de 9571.62 toneladas de caliza; mientras que para 5 años, el cálculo es de 6280.90 toneladas.

Por tanto, las dimensiones del lecho para el Dren Anóxico Calizo, presentadas en la tabla 8, serán de:

Para el cálculo se mantuvo la relación del largo a ancho de 5.0, que es recomendada en la bibliografía.

Por otra parte, a partir de los resultados del dimensionamiento del dren anóxico calizo, los siguientes requerimientos fueron calculados:

5 CONCLUSIONES

Las siguientes conclusiones han sido arribadas del presente trabajo de investigación.

•     Para alcanzar un pH de 10.0, mediante el proceso de neutralización -precipitación, se requiere cerca de 6.5 g de cal/1 de agua acida de mina tratada.

•     El tratamiento con cal de las aguas acidas de mina, permitió disminuir una concentración de sulfato de 12260.37 mg/1 de sulfato de las aguas acidas, llegando a una concentración de 2069.85 mg/1.

En la etapa de desulfatación:

•     Se logró disminuir la concentración de sulfato con caliza molida de una concentración inicial de 12260.37 mg/1 a una concentración de 1078.49 mg/1, a un pH de 3.0. Se requiere cerca de 1.3 g de caliza/1 para alcanzar dicho pH.

•     La eliminación de sulfato con clinker, a un pH de 3.0, permitió disminuir la concentración de sulfato por debajo de 144.04 mg/1.

En las pruebas en el Dren Anóxico Calizo:

•     Se determinó que para un tiempo de residencia de 15 horas, la alcalinidad alcanzada fue de 160 mg/1. Posteriormente, al tratar el efluente de descarga del dren anóxico calizo y precipitar los metales pesados con la adición de cal y aereación, hasta alcanzar el pH cercano a 10.0, se requirió de 2.5 g de cal por litro de agua tratada.

En la etapa de   postaereación y adición de cal:

•     Se obtiene un precipitado con contenidos de Zn de 20.88%; que

requerirá ser sometido a deshidratación, a objeto de obtener ZnO comerciable.

Para la aplicación del proceso:

• La cantidades totales de caliza que se calculó para tratar 30 litros por segundo de agua acida de la mina de Porco y considerando un tiempo de residencia de 15 horas; para 20 y 5 años de operación del dren anóxico calizo, fue de: 9571.62 toneladas y 6280.90 toneladas, respectivamente.

•    Las dimensiones del lecho para el Dren Anóxico Calizo para 20 años de operación serán: Profundidad = 2.5 m Ancho = 21.8 my Largo = 109.8 m; mientras que, para solo 5 años de operación: Profundidad = 2.5 m Ancho = 17.7 my Largo = 88.71 m En ambos casos, para una relación largo/ancho de 5.0.

•    La implementación del proceso de desulfatación - dren anóxico calizo -postaereación y precipitación para el tratamiento de las aguas acidas de la mina de Porco, es una alternativa técnicamente posible, no requiere de mucho control; pero sobre todo, permite la recuperación de Zn de las mismas.

 

BIBLIOGRAFÍA

1.    GAMONAL P.P., Tratamiento de drenaje de ácidos de minas en humedales construidos.        [ Links ]

2.    PEÑA O y PÉREZ V. Manejo de drenajes Ácidos de Mina (DAM), Monografía para optar al título de especialista en Ingeniería Ambiental, Universidad Industrial de Santander, 2009.        [ Links ]

3.    MUÑOZ. A Caracterización y tratamiento de aguas residuales. Monografía para obtener el título de ingeniero Industrial. 2008.        [ Links ]

4.    CRABTREE. M., ESLINGER. D., FLETCHER. P., JOHNSON. A, KING. G. La lucha contra las incrustaciones- remoción y prevención. Revisión yacimiento petrolífero. 1999.        [ Links ]

5.    JACKSON. E. Extracción y recuperación hidrometalurgica, 1996.        [ Links ]

6.    MARTÍNEZ. L. E. Remoción de sulfatos de drenajes ácidos de minería de carbón para producción de yeso sintético mediante el uso de un subproducto industriaL Tesis profesional para obtener el título de Ingeniera de Minas y Materiales. Medellín. 2010.        [ Links ]

7.    CADORIN. L., CARISSIMI. E. y RUBIO. J. Avances en el tratamiento de aguas acidas de minas. Universidad Tecnológica de Pereira. 2007.        [ Links ]

8.    JIMÉNEZ. A y PRIETO. M. Incorporación de Se (VI) en Etringita Ca6(Al(OH)6)2[(SO4),(SeO4)]3 26H2O, Universidad de Oviedo, 2010.        [ Links ]

9.    http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Leccion7.Resistencia.SULFATOS.pdf

10.  Technology Overview as part of a Web-based Technical and Regulatory Guidance. Anoxic Limestone Drains.        [ Links ]

11.  ZAMORA. M. V. Propuesta técnica y económica para el tratamiento de las aguas acidas de la mina Milluni por drenes anóxicos calizos, proyecto de grado para la obtención del grado académico de licenciatura en Ingeniería Ambiental, 2014.        [ Links ]

12.  BRODIE. GA, BRITT C.R, TOMASZEWSKI. T.M. H.N y TAYLOR. Use of passive anoxic limestone drains to enhance performance of acid drainage treatment wetlands. Proceedings ofthe 1991 National Meeting ofthe American Society of Surface Mining and Reclaman'on, Durango Co. pp. 211-228.        [ Links ]

13.  ZAMORA. G, ZAMORA V., y GORRITY M. Propuesta de tratamiento de las aguas acidas de la mina Milluni mediante drenes anóxicos calizos. Revista Metalúrgica N°36, FNI- UTO, 2015.        [ Links ]

14.  BERNIER. L y AUBERTIN. M. Limestone Drain Design Criteria in AMD Passive Treatment.        [ Links ]

15.  ZAMORA. G Estudio técnico, económico y ambiental del tratamiento de las aguas acidas de la mina San José. Revista Metalúrgica N° 35, FNI-UTO, 2014.        [ Links ]

 

 

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