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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL
“TRATAMIENTO DE AGUAS ACIDAS DE DRENAJE DE MINA CON ALTO CONTENIDO DE ALUMINIO Y MANGANESO POR
TECNOLOGÍA DE LODOS DE ALTA DENSIDAD (HDS)”
INFORME DE SUFICIENCIA
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO QUÍMICO
PO R ^ M O DALIDAD DE A C T U A L I^ C IÓ N DE C O N O C IM IEN T O S
P R E SE N T A D O POR:
KAROL AYME ACEVEDO LUYO
LIMA - PERÚ
2015
DEDICADO
Con amor a la memoria de mi padre Lorenzo Jaime,
Hombre luchador por sus ideales;
Quien cuidó y guio en el mejor camino de la vida
A sus hijos y su amada esposa.
AGRADECIMIENTOS
Antes que todo agradezco a Dios por su infinita bondad y guía espiritual en todo
momento.
A mi amoroso esposo Richard por su comprensión, ternura y amor, brindándome
incondicionalmente su apoyo, dedicación, tranquilidad y paciencia en nuestro
caminojuntos por la vida.
A mis inspiraciones, mis tesoritos y por quienes lucho aún más en conseguir mis
metas; mi amada y dulce hijita Michelle y mi futuro bebe Leonardito.
A mis amados padres Jaime y Martha por todo su esfuerzo y lucha de vida por la
unión familiar; por mostrarme el camino correcto para superarme constantemente
y ser mejor persona dia a día; por enseñarme a luchar en esta vida llena de
adversidades, a conquistar las metas que me proponga hasta agotar los recursos
que sean necesarios. Agradezco también a mis hermanos queridos por su
complicidad y haber compartido todo desde siempre y enseñarme lecciones de
vida; por estar conmigo cuando he caído y motivarme a seguir adelante.
A mis abuelitos, tios(as), primos(as) y sobrinitos(as), así como mi familia política
que Dios me dio; por el cariño compartido, apoyo moral y espiritual en los
momentos de alegria y tristeza.
A mis amigos y amigas por sus buenos deseos y estima, apoyándonos siempre.
De manera especial al Sr. Victor Rojas por su invaluable apoyo.
A mí querida alma mater UNI, mis maestros y profesionales que he conocido en
el apasionante camino del desarrollo profesional; por la motivación y enseñanzas.
Muy agradecida a las personas que me apoyaron a difundir lo aprendido y
aplicado.
RESUMEN
Los sulforos presentes en rocas mineralógicas expuestas al medio ambiente tienen
como consecuencia la formación de drenajes ácidos de mina (DAM) caracterizado
por sus bajos valores de pH y elevadas concentraciones de iones inorgánicos
tóxicos, siendo ampliamente reconocida como uno de los grandes problemas
ambientales en muchas regiones mineras de todo el mundo (Kinney, 1964; ARC,
1969; Letternan y Misch, 1978; Kempe, 1982; Glover, 1982; Ritcey, 1986;
Johnson y Thomton, 1987; Herlihy et al 1990; Short et al; 1990; Sengupta, 1993,
Calvo y Pérez, 1994, entre otros).
La necesidad de prevenir y controlar la formación de drenajes ácidos de mina
(DAM) ha provocado el desarrollo de tratamientos que en la actualidad son
conocidos como tratamientos activos y pasivos; En nuestro país el tratamiento
más utilizado son los convencionales para la neutralización y precipitación de
metales de los drenajes ácidos. Estos métodos convencionales de neutralización
tienen limitaciones en la precipitación de ciertos metales haciendo ineficiente el
tratamiento sin poder cumplir con los reglamentos mineros.
Es por ello que en el presente informe basándose en la tecnología de Lodos de
Alta Densidad HDS (High Density Sludge) se aborda el tratamiento al drenaje
ácido de mina (D^M) que tiene alto contenido de metales principalmente
aluminio y manganeso.
El primer capítulo es referido a la introducción, muestra el panorama general
sobre el problema de la generación de aguas ácidas derivados de los centros
mineros en nuestro país así como la normativa medioambiental a cumplir.
Asimismo, se definen el objetivo general y los objetivos específicos de este
informe.
El segundo capítulo trata del desarrollo de los conceptos y técnicas necesarias
para la comprensión del tratamiento de aguas ácidas. Las características del
fenómeno de formación de aguas ácidas explicando las reacciones involucradas,
la influencia de los factores, los mecanismos y etapas de formación del drenaje
ácido, los diferentes tipos de tratamiento y las alternativas de tecnologías.
El tercer capítulo trata de la aplicación del tratamiento activo de lodos de alta
densidad ^DS para la planta de tratamiento de aguas ácidas generadas en el tajo y
botadero de desmontes de un asentamiento minero ubicado en la región de
Cajamarca. Se presenta la caracterización del drenaje ácido con las muestras
tomadas, para esto se realizó una análisis químico del contenido de metales de la
solución inicial, para posteriormente realizar trabajos de laboratorio ejecutando
pruebas de neutralización y sedimentación de metales pesados.
Los resultados del análisis del drenaje ácido confirmaron el pH ácido y se obtuvo
las concentraciones de metales pesados como Fe, Al, Mn, Cu, As, Pb, Zn, Cd y
Hg notándose un contenido considerable de aluminio y manganeso; todos los
metales del efluente ácido superaron los límites máximos permisibles,
confirmando la necesidad de aplicar un tratamiento de neutralización y
precipitación de metales; por tal motivo se describe el desarrollo de las pruebas de
laboratorio cuyos resultados proponen el tratamiento a seguir en dos etapas; la
etapa I para la precipitación de aluminio a pH 9 y la etapa II para la precipitación
de manganeso a pH 11. Además, se describe las facilidades necesarias que
complementan la etapa I y II, como son la planta de lechada de cal, sistema de
aireación y manejo de reactivos químicos. Los resultados de las pruebas de
laboratorio sirven de entrada como criterios de diseño para el dimensionamiento
de la planta de tratamiento de aguas ácidas.
En el capítulo cuatro se presentan conclusiones y recomendaciones en base a los
objetivos planteados en el primer capítulo.
El quinto capítulo presenta las citas bibliográficas y material electrónico
consultado para la elaboración del presente informe.
INDICE
r a S U I ^ N ............................................................................................I. INTRODUCCION......................................................................1.1 Planteamiento del problema........................................................1.2 Objetivos.......................................................................................
1.2.1 Objetivo General..............................................................1.2.2 Objetivos Específicos......................................................
n . CONCEPTOS GENERALES Y TÉCNICAS.........................2.1 Generación de aguas ácidas.........................................................
2.1.1 Factores que influyen en la generación del DAM...........2.1.2 Rol de las bacterias en la generación de aguas ácidas....2.1.3 Reconocimiento de los signos de drenaje ácido.............
2.2 Mecanismos y etapas del drenaje ácido.......................................2.3 Reacciones involucradas en la formación del DAM..................
2.3.1 Reacciones de oxidación-generación de ácido................2.3.2 Reacciones de neutralización del ácido...........................
2.4 Reacciones químicas para el tratamiento de aguas ácida...........2.4.1 Química del aluminio.......................................................2.4.2 Química del manganeso....................................................2.4.3 Química del Hierro...........................................................
2.5 Alternativas de Control y remediación........................................2.6 Tratamiento para aguas ácidas de mina.......................................
2.6.1 Método de tratamiento activo..........................................2.6.2 Métodos de tratamiento pasivo........................................
2.7 Tecnología aplicadaen el Perú....................................................2.7.1 Tratamiento in sítu............................................................2.7.2 Tratamiento convencional...............................................
2.8 Tecnologías alternativas para el tratamiento de efluentes ácidos2.8.1 Proceso de recirculación simple' de lodos.......................2.8.2 Proceso de neutralización HDS.......................................2.8.3 Proceso de neutralización Coagulación Dinámica NCD.
2.9 Selección del proceso de tratamiento al DAM...........................2.10 Estabilidad y disposición de lodos por proceso HDS.................
...4, 10
12
13.13.13.14. 1415.16.171819
20.22
,23.24.25.272728
.28
.282930.31313233373941
ID. TRATAMIENTO DE AGUAS ÁCIDAS DE DRENAD DE MINA
CON ALTO CONTENIDO DE ALUMINIO Y MANGANESO POR
TECNOLOGÍA DE LODOS DE ALTA DENSIDAD (HDS)................43
3.1 Muestreo y evaluación de calidad de agua................................................... 433.2 Caracterización de aguas ácidas de drenaje de mina....................................443.3 Evaluación de pruebas de laboratorio........................................................... 45
3.3.1 Precipitación de Metales, Aluminio y Manganeso.......................453.3.2 Prueba de Neutralización a pH 7.5 después de Precipitar
Manganeso......................................................................................... 483.3.3 Prueba de Clarificación......................................................................483.3.4 Prueba de Sedimentación y Clarificación.........................................49
3.4 Criterios para diseño de planta de tratamiento de aguas ácidas....................573.5 Plante de tratamiento de aguas ácidas...........................................................59
3.5.1 Colección de aguas ácidas.................................................................593.5.2 Etapas de tratamiento.........................................................................613.5.3 Clarificación de las pulpas generadas............................................... 663.5.4 Almacenamiento de lodos..................................................................673.5.5 Filtración de los lodos........................................................................693.5.6 Planta para lechada de cal..................................................................703.5.7 Etapas de Preparación de Lechada de Cal........................................ 70
3.6 Estimado del Nivel de Inversión....................................................................73IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES....................................... 74V. BIBLIOGRAFIA......................................................................................... 76VI. ANEXOS........................................................................................................78
Anexo 1: Estándares nacionales de calidad ambiental del agua, ECA - Categoría III. Fuente: Ministerio del Ambiente DS-N°002-2008-MINAM.
78Anexo 2: Límites máximos permisibles para descarga de efluentes líquidos de actividades minero-metalúrgicas - LMP.................................................. 80Fuente: Ministerio del Ambiente DS-N°010-2010-MINAM.......................80Anexo 3: Balance másico - Precipitación, de Aluminio y Manganeso entre otros mételes................................................................................................... 81
Figura 1: Esquema representativo de los mecanismos de bioxidación de
minerales de sulfuro........................................................................... 16
Figura 2: Etapas de generación de drenaje ácido............................................... 18
Figura 3: Hidrólisis de metales........................................................................... 23
Figura 4: Solubilidad del Aluminio.....................................................................24
Figura 5: Solubilidad del Manganeso.................................................................25
Figura 6: Esquema del proceso de recirculación simple de lodos.................... 32
Figura 7: Resultados de la operación ^DS a las aguas vertidas al rio Moche....34
Figura 8: Esquema del Proceso HDS................................................................. 35
Figura 9: Esquema de Proceso Heath Steele...................................................... 35
Figura 10: Fotografía de lodos de cal en el tanque de mezcla............................ 35
Figura 11: Tratamiento de DAM por proceso de neutralización dinámica......... 37
Figura 12: Selección del sistema de tratamiento activo o pasivo.........................38
Figura 13: Marco lógico para la selección de procesos de tratamiento
activo para aguas acidas de mina....................................................... 40
Figura 14: Solución inicial con lechada de cal al 10% .......................................52
Figura 15: Cantidad de sólidos del primer y el último ciclo................................53
Figura 16: Diagrama de flujo propuesto para el tratamiento de aguas
ácidas con alto contenido de aluminio y manganeso........................ 56
Figura 17: Esquema del recorrido de la colección de aguas ácidas.................... 60
Figura 18: Diagrama de flujo para el tratamiento de aguas ácidas en la
Etapa I para la precipitación de aluminio a pH 9..............................63
Figura 19: Diagrama de flujo para el tratamiento de aguas ácidas en la
Etapa II para la precipitación de manganeso a pH 11........................ 65
Figura 20: Arreglo 3D mecánico general de la planta de tratamiento de
aguas ácidas........................................................................................ 68
Figura 21: Diagrama de flujo de la Planta de Lechada de cal.............................. 72
INDICE DE FIGURAS
INDICE DE TABLAS
Tabla N°l:
Tabla N°2:
Tabla N°3:
Tabla N°4:
Tabla N°5:
Tabla N°6:
Tabla N°7:
Tabla N°8:
Tabla N°9:
Tabla N° 10:
Tabla N° 11:
Tabla N° 12:
Tabla N°13:
Tabla N° 14:
Gráfico N° 1 :
Gráfico N°2
Gráfico N°3
Gráfico N°4
Gráfico N°5
Sitios y caudales de generación de aguas ácidas..............................43
Resultados del análisis de la solución inicial................................... 44
ICP (Multielementos solución inicial)...............................................44
Resultados de parámetros con reactivos en Etapa 1..........................45
Resultados de concentraciones de metales en Etapa 1..................... 46
Resultados de parámetros con reactivos en Etapa II........................47
Resultados de concentraciones de mételes en Etapa II.................... 47
Turbidez de la solución en función del tiempo................................ 48
Primer ciclo de sedimentación en función del tiempo y altura........50
Ultimo ciclo de sedimentación en función del tiempo y altura....... 51
Resultados para la Etapa I de la solución final IC P ......................... 54
Resultados para la Etapa II de la solución final...............................55
Parámetros de drenaje de aguas ácidas..............................................57
Diagrama de flujo propuesto para el tratamiento de aguas
ácidas con alto contenido de aluminio y manganeso....................... 58
INDICE DE GRAFICOS
Precipitación de Aluminio con Lechada de Cal al 10%................. 46
Precipitación de Manganeso con Lechada de Cal al 10%.............. 47
Clarificación de la solución en función del tiempo y turbidez...... 49
Velocidad de sedimentación y clarificación para el ciclo N° 1...... 50
Velocidad de sedimentación y clarificación para el ciclo N°5...... 52
INTRODUCCIÓNI.
La minería es una actividad económica fundamental para el desarrollo económico
de nuestro país, que a su vez ocasiona alteraciones al medio ambiente con la
generación de aguas ácidas cuyas fuentes son de rocas mineralógicas expuestas,
minas de carbón y suelos ácidos que pueden exponerse durante la exploración,
extracción y cierre de mina; formándose así los pasivos ambientales.
En la actualidad el sector minero en el país representa alrededor del 50% de las
exportaciones, siendo el rubro que genera mayor desarrollo económico al Perú, no
obstante es el que más daño causa al ecosistema. La producción de oro en la
región Cajamarca representan el 29.4%, siendo esta la segunda región a nivel
nacional1 2 3. Las empresas de la gran minería autorizadas para los vertimientos de
a ^ a s industtiales en la región Cajamarca son tres y manejan volumen anual total
aproximado de 117 millones de metros cúbicos .
En el Perú se han identificado y caracterizado cerca de 9 mil pasivos ambientales.
El Ministerio de Energía y Minas (^EM ) realizó el inventario anual 2014, en su
mayoría en zonas en las que se ubicaron unidades mineras. Los departamentos
más afectados son Ancash, con 1 199; Puno (1 048) y Cajamarca (1 022) pasivos
ambientales .
Este informe se aboca al estudio del tratamiento de drenaje de aguas ácidas
procedente del tajo abierto y botaderos de desmonte de mineral que tienen pH
ácido y la presencia de metales pesados y metaloides tales como: Fe, Al, Cu, As,
Zn, Cd, Pb, Hg y Mn. Conteniendo altas concentraciones de aluminio y
manganeso cuyo tratamiento es necesario para dar cumplimiento a los normas
medioambientales; tales como, la Ley General de Aguas - ECA categoría III y
1 Boletín Estadístico Sub-sector minero. Ministerio de Energía y Minas. Junio 2014.2 Anuario de Estadísticas ambientales al 2010, Pag. 161 y 163. Autoridad Nacional del Agua Enero 2013.3 Actualización de Inventario inicial de Pasivos ambientales mineros R.M 234-2014-MEM/DM, Ministerio de Energía y Minas, mayo 2014.
11
Límites Máximos Permisibles para descarga de efluentes líquidos de actividades
minero-metalúrgicas (ver Anexo 1 y 2). Utilizando la tecnología del tratamiento
activo de alta densidad de lodos (TOS). La ubicación de la mina de oro en estudio
se encuentra en la región Cajamarca con altitud mayor a 3000 msnm.
Para este fin se analiza el comportamiento de los metales mediante pruebas de
laboratorio de neutralización y sedimentación; los resultados de las pruebas
determinaron que se requiere de dos etapas de tratamiento. En la primera etapa
precipita principalmente aluminio, mientras que en la segunda etapa precipita
Manganeso y metales remanentes. Para la neutralización de las aguas ácidas se
utiliza lechada de cal al 10%. Los reactivos a emplear para la precipitación de los
demás metales son cloruro férrico (FeC^), sulfhidrato de sodio (NaSH) y
floculante.
Los resultados para la precipitación del aluminio en función al pH utilizando
lechada de cal al 10% obtuvieron que a pH entre 6 y 9 precipita el aluminio y se
re-disuelva a pH mayores a 9 esto debido al comportamiento anfótero del
aluminio; y alcanza leyes de aluminio entre 0.05 ppm y 0.59 ppm por debajo del
límite máximo permisible. Mientras que los resultados de precipitación del
manganeso en función al pH fueron también utilizando lechada de cal al 10% y
muestran que a pH igual a 11 el manganeso disuelto alcanza 0.13 ppm y está por
debajo del límite máximo permisible.
El proceso HDS de origen canadiense, representa una de las tecnologías más
convencionales disponible a nivel mundial desde el siglo pasado, siendo aplicada
cuando existe la necesidad de producir efluentes de alta calidad con lodos estables
de alta densidad y que cumpla con las regulaciones ambientales para su
disposición en rellenos sanitarios. Esta tecnología HDS es aplicada en nuestro
país por las compañías mineras Quiruvilca, Barrick, Yanacocha, en el presente
año minera La Zanja, Coimolache y La Arena, entre otras. Aunque existen otras
técnicas entre ellas de patente peruano del proceso de neutralización y
12
coagulación dinámica (NCD) aplicada con buenos resultados desde el 2004 por
compañía minera Volcán4.
Este proceso TOS se basa en la adición de lechada de cal al lodo recirculado en
un tanque de mezcla de lechada de cal/lodo al inicio del sistema, seguida por la
reacción con el agua ácida proveniente del drenaje de mina y desmontes, la
separación de sólidos se realiza en un clarificador antes de recircular el lodo de la
descarga inferior. La adición de lechada de cal al lodo ayuda al proceso a
convertir el lodo en un material denso, granular, de fácil drenaje, con una
viscosidad relativamente baja y garantiza que el sistema transporte un porcentaje
elevado de sólidos.
1.1 Planteamiento del problema
La preocupación ambiental con respecto al drenaje de agua ácida de mina,
generalmente es el impacto adverso de los contaminantes particularmente los
metales disueltos en la vida acuática del medio que reciben su descarga, la
vegetación y la calidad del agua para bebida de animales y consumo humano. Si
las concentraciones de los metales disueltos en las aguas ácidas sobrepasan los
límites permisibles, pueden desencadenar una variedad de enfermedades en los
humanos, como daños al hígado y a los riñones, altos riesgos de obtener cáncer,
desórdenes en el sistema nervioso, decoloración de la piel, e hipertensión,
contenidos mayores a 500 mg/1 de sulfatos pueden producir efectos laxantes. El
ganado puede tolerar niveles mayores a 300 mg/1 de dureza cálcica, pero sólidos
disueltos con contenidos mayores a 10 000 mg/1 le creará problemas5. El excesivo
contenido de sólidos en suspensión puede depredar la faima y flora. Además
causan problemas en la infraestructura (daño a estructuras metálicas y de
hormigón), equipos de la planta y aumentan los costos operativos. Frente a este
problema surge la necesidad de buscar soluciones empleando técnicas adecuadas
4 Tesis consultada “Procedimiento para la Selección Preliminar de Tecnologías de Tratamiento de Aguas Residuales Ácidas de Minería ”, ^NI-FIQT 2007.5 Tesis consultada “El agua subterránea en el medio ambiente minero y su importancia en los planes de cierre”. Jorge A. Tovar Pacheco.
13
que se ajusten al manejo del medio ambiente. Valores y beneficios ambientales,
económicos y sociales.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo General
Determinar la tecnología adecuada para el tratamiento de aguas ácidas de drenaje
de mina con contenidos de metales disueltos principalmente de Aluminio y
Manganeso; por su alta concentración en el efluente. Obteniendo la calidad de
agua tratada que cumpla con la normativa ambiental peruana.
1.2.2 Objetivos Específicos
• Evaluar la calidad del agua ácida por medio de pruebas de laboratorio
para determinar el tratamiento químico a seguir.
• Determinar la adecuada secuencia del proceso para el tratamiento de
aguas ácidas y definir las etapas de tratamiento.
• Realizar un pre-dimensionamiento de la planta de tratamiento de
aguas ácidas.
• Establecer la correcta dosificación de reactivos para obtener una
calidad de agua que cumplan con los límites máximos permisibles que
exige la normativa peruana.
CONCEPTOS GENERALES Y TÉCNICASn.
A continuación se muestra una breve descripción de los conceptos más resaltantes
para mejor entendimiento de la materia de estudio para el tratamiento de las aguas
ácidas de drenaje de mina (DAM) mediante la tecnología de alta densidad de
lodos (HDS).
2.1 Generación de aguas ácidas
El material que se extrae del tajo abierto en la operación de mina y cuya ley de
corte no tiene mayor significancia para el proceso de lixiviación, es derivado y
colocado en el botadero de desmonte, el almacenamiento de desmonte constituido
por rocas silicatadas con fuerte alteración hidrotermal conteniendo diseminación
fina y en proceso de oxidación de sulfures tales como la pirita (FeS2), calcopirita
(CuFeSa), arsenopirita (FeAsS), esfalerita (ZnS) y galena (PbS) son los
principales componentes para generar la formación de aguas ácidas. Nordstrom y
Alpers (1999) describen el proceso de oxidación de la pirita como el principal
responsable de la formación de aguas ácidas y consideran que los factores que
más afectan a la generación ácida son el volumen, la concentración, el tamaño de
partícula del mineral y la distribución espacial de la pirita.
Cuando minerales sulfurosos son expuestos al aire y al agua se oxidan
produciendo ácidos, los cuales cambian el pH del medio y pueden disolver otros
metales.
La generación de agua ácida proveniente de minerales sulfurosos es un proceso
que ocurre en forma natural cuyo componente ácido principal es el ácido sulforico
H2SO4 y eventualmente metales disueltos. La oxidación de los sulfures son
aceleradas en muchos casos por la acción bacteriana Las eflorescencias asociadas
a estos drenajes, toman una variedad de colores (blanco, amarillo, verde, marrón)
y corresponden a sulfates minerales hidratados.
15
2.1.1 Factores que influyen en la generación del DAM
Dada las condiciones a las cuales se genera el DAM podemos mencionar los
factores siguientes:
a. Factores Primarios
Son aquellos factores que detenninan la cantidad de ácido que se puede generar
en un ambiente determinado. Influyen en la oxidación de sulfuros minerales:
• Presencia de pirita
• Disponibilidad de agua para la oxidación de minerales sulfurados
(transporte de masa y reacciones químicas y biológicas).
• Disponibilidad de oxigeno (oxidación, aceptor de electrones).
• Características físicas del material (granulometria, alteración).
• ^ ic ac ió n del yacimiento (altura, temperatura ambiental, viento,
presión, etc.).
• Eh - pH, Temperatura.
• Equilibrio Hierro férrico/ferrosos Fe3+/Fe2+. La oxidación e hidrólisis
del hierro disuelto y otros metales.
• Actividad microbiològica de las aguas, ripios de biolixiviación.
b. Factores secundarios
Factores que determinan la cantidad de ácido que puede ser neutralizada
naturalmente en un ambiente determinado. Influyen en la acidez final generada:
Presencia de minerales con capacidad neutralizante de acidez:
carbonates, hidróxidos, silicatos, aluminosilicatos (mica y minerales
de arcilla).
• Alcalinidad de los residuos mineros masivos.
16
c. Factores terciarios
Factores que determinan la velocidad con la cual se pueden producir la generación
y el transporte de las soluciones ácidas. Influyen en el impacto:
• Régimen climático: lluvia o nieve, temperatura
• Naturaleza física material: área expuesta del material, tamaño de
partícula, dureza, permeabilidad
• Química de las aguas receptoras: alcalinidad, dureza, contenido de
materia orgánica disuelta
2.1.2 Rol de las bacterias en la generación de aguas ácidas
Las bacterias derivan su energía metabòlica de oxidación ferrosa a hierro férrico y
pueden acelerar la velocidad de reacción por muchas órdenes de magnitud
(Nordstrom, 2003). Siendo las más importantes: Acidithiobacillus ferrooxidans,
Acidithibobacillus (hiooxidans, thiobacillus ferrooxidans, lepíospirillum
ferrooxidans y otras.
Diversas bacterias actúan dependiendo del nivel de pH en la reacción. Así
tenemos que para valores de pH entre 3.5 a 4.5 el ión férrico es catalizado por la
bacteria Metallogenium y a pH por debajo de 3.5 por la bacteria Thiobacillus
ferrooxidans. Por lo general a pH entre 2.3 a 3.5 el ión férrico por hidrólisis
precipita como hidróxido Fe(OH)3 (sólidos de color amarillo, naranja o rojo), lo
que provoca un descenso del pH.
bacterias2Fe5,2(S) + 702{g) + 2H20 (j) --------- » 2 FeSO/^^ac)+ 2H2SO^(aC) ■■•(!)
4Feftc) + 0 2(ac) + 4«(+oc) --------- * 4 Fef*c) + 2H20 (I) ... (2)
„ bacterias _25 + ^2(0) + 2W20(7) * 2W2504(ac) ••■(3)
Figura 1: Esquema representativo de los mecanismos de bioxidación de
minerales de sulfuro (fuente: Cámara Minera del Perú, 2014)
2.1.3 Reconocimiento de los signos de drenaje ácido
El agua ácida se caracteriza por:
• Valores de pH por debajo de 6 hasta 1.56.
• Incremento de la conductividad específica
• Incremento de la acidez mineral o contenido de sulfato en el agua.
• Presencia de hidróxidos y sulfatos visibles: manchas rojo-anaranjado,
blancas y verdes.
• Vegetación y fauna muerta
• Vapor que emara de estructura de contención de residuos.
• Concentraciones elevadas de metales disueltos o totales.
• Concentraciones elevadas de sólidos disueltos o totales.
6 Guía ambiental para el manejo de drenaje ácido de minas. Dirección General de Asuntos Ambientales Mineros. Ministerio de Energía y Minas.
18
2.2 Mecanismos y etapas del drenaje ácido
En la figura 2 se defínen tres etapas en la generación del drenaje ácido (Ferguson,
1987). El pH del microambiente disminuye en el tiempo como consecuencia de la
oxidación de los minerales sulfurados expuestos a oxígeno o hierro férrico. A
medida que el pH disminuye por las reacciones de oxidación, se desarrollan
distintas reacciones de neutralización por parte de los minerales consumidores de
ácido7.
2.2.1 Etapa I
Los minerales sulfurados son oxidados químicamente por el oxígeno del aire. El
producto de esta reacción es sulfato, hierro ferroso y acidez (ión ^ ) . En el rango
normal de pH de suelos y agua (pH 5-7) los metales liberados por el desgaste de
minerales generalmente precipitan y están relativamente inmóviles, debido a que
los minerales alcalinos como la calcita (CaCO3) presentes en la matriz de la roca
neutralizan la acidez originan la oxidación y precipitación del hierro como óxido
o hidróxido. A medida que los minerales alcalinos se consumen o encapsulan por
cubiertas de precipitado, disminuirá el pH en el área en tomo al sulfuro, pasando a
la siguiente etapa.
2.2.2 Etapa n
El pH del microambiente ha disminuido hasta 4.5, por lo que ocurren reacciones
de oxidación tanto químicas como biológicas. Si la oxidación continúa hasta que
se haya agotado todo el potencial de neutralización, se presentarán valores de pH
por debajo de 3.5. Existen concentraciones elevadas de hierro ferroso y sulfato y
pese a la acidez relativamente alta, las concentraciones de metales en la solución
pueden ser bajas.
7 Tesis consultada “Caracterización del drenaje ácido y de las rocas asociadas a una minapara evaluar su posible aplicación en un sistema de tratamiento pasivo". Angélica H. Cebantes M. 2014.
19
2.2.3 Etapa M
Las reacciones de oxidación catalizadas por bacterias aumentan. Se produce
hierro ferroso, que se oxida biológicamente a hierro férrico, el cual se convierte en
el oxidante dominante, reemplazando al oxígeno y el drenaje se vuelve aún más
ácido producto de la oxidación de sulfures metálicos (ZnS, PbS, etc.), con
mayores concentraciones de metales disueltos.
La velocidad de oxidación es considerablemente más rápida que en la etapa I.
Mediante estudios se ha podido observar que el aumento de las velocidades es de
10 a 1 millón de veces más.
REACCIONES ETAPA IY II
FeS2(s)+ 7/2 02 + H20 ^ Fe*2+ 2 S O ^ + 2 tf Fe * + % O 2 + H+ ^ Fe+3 + h H20 Fe*3 + 3 ^ 0 ^ Fe(0H^(j)+3 H*
F i^ ra 2. Etapas de generación de drenaje ácido (Ferguson, 1987)
2.3 Reacciones involucradas en la formación del DAM
A continuación se describen las reacciones para la generación de aguas ácidas
(Skousen, 1998; Nordstron y Alpers, 1999; Mills 1999), neutralización y
tratamiento de aguas ácidas de drenaje de mina.
20
2.3.1 Reacciones de oxidación-generación de ácido
La reacción química que da cuenta de la generación de ácido sulfúrico a partir de
pirita:
2FeS2(S) + 7 0 2(g) + 2H2 ^ 2 F e ^ + 4S042ac) + 4H ^c)... (4)
Esta reacción produce acidez.
a. Oxidación de Fe (II)
Si el potencial de oxidación se mantiene, se producirá la oxidación de Fe (II) a Fe
(III), consumiendo parte de la acidez producida. Reacción espontánea a pH
superiores a 3 y reacción catalizada por bacterias.
^ F e la c ) + ° 2 (a c ) + 4 E ( a C) ^ 4 F e (3+C) + 2 H 2 ... ( 5 )
b. Oxidación de Pirita
Además el Fe(III) que se produce en la oxidación del Fe(II), contribuirá a oxidar
cantidades adicionales de pirita (mecanismo indirecto) según:
FeS2(S) + 3Fe2 (S04)3(ac) ^ 3FeS04(ac) + 2S0 ... (6)
El Fe(II) resultante será nuevamente oxidado a Fe(III), el que a su vez puede
oxidar más pirita (autocatálisis) o precipitar como hidróxido férrico.
Fe3a+C) + 3H20 (ij ^ Fe(OH)3(s) H- 3H(+ac) ... (7)
El oxígeno molecular en el agua sirve como el agente oxidante en las reacciones
de oxidación. Azufre elemental puede ser oxidado por bacterias.
2(ac) + H 20(1) ^ H 2 S 0 4(ac)S0 + 3 1 /2 0 ...(8)
21
c. Oxidación de sulfuros metálicos
Sulfaros metálicos (MeS), pueden contribuir a la disolución de iones metálicos
(Me: Fe, Zn, Cd, Pb, Cu, Ni, etc).
MeSfc) + 0 nac) -* Me^+c) + SO^ac) ...(9)
MeS(s) + 4Fe2(S04)Hac)+4H20(q ^ + ^ ^ 4¿c)+4W 2S04(ac) + 8 Fe\^d)
...(10)
Las bacterias también pueden catalizar estas reacciones haciéndolas más rápidas.
d. Hidrólisis de iones metálicos
Los iones metálicos pueden generar acidez protónica, si el Me+2 se hidroliza, de
acuerdo a:
Me&> + 2H20(I) -> Me(OH)2w + 2 H & , ... (11)
Por lo tanto, los iones metálicos pueden producir: iones hidrógeno por hidrólisis
(pH superiores, y disminuyendo el pH) y contaminación si se disuelven (pH entre
4.5 a 7).
e. Presencia de Arsenopirita
Si la arsenopirita se encuentra presente se oxidará directa o indirectamente:
FeAsS(S) + 4 1 /2 0 2(ac) + 2H2 ^ HAs02(aC) + FeS04(aC) ... (12)
F eA sS^ + 2Fe^^C) + 4H20(/) ^ 2H3As04(ac) + 4Fe504(ac) + 2H ac^... (13)
También puede ser un proceso catalizado biológicamente.
f. Oxidación de Sulfuros
A pH cercano al neutro mayor a 4, se dan las reacciones siguientes:
22
Oxidación de pirita:
F e S 2(s) + ? / 2 ° 2 (g ) + H 2 ° 0 ) ^ F e (ac) + 2 S 0 4(ac) + 2 H (ac) - ( 1 4 )
Oxidación de calcopirita:
CuFeS2(S) + 4 0 2(ac) ^ 2S04^ac) + Cu2 + Fe^c) ... (15)
No generación de acidez.
Hidratación de metales disueltos: Zn2+, Pb2", etc. (Me2 ;
Me“ ,, + 2H20 (i, ^ Me(OH)2(s) + 2Hfac) ... (16)
Baja velocidad de generación de acidez.
A pH ácido menor a 3.5, el Fe3+ permanece en solución, es fuerte agente oxidante
que acelera la producción de ácido con mínimo consumo de oxígeno del aire.
Oxidación de Pirita: oxidación por bacteria de Fe2+ a Fe3+’
PeS2(S) + F e*^ + 8H20 (1) - 15Fefa+ 4- 2 $ 0 % c) + l5 H J c)... (17 )
Otros sulfuras: CuFeS2, PbS, CuS.
C uFe52(f) + -* 2S0^ac) 4- Cuf^c) + ^ ^ efac) l ^ a c )
...(18)
Rápida velocidad de generación de acidez.
2.3.2 Reacciones de neutralización del ácido
a. Componentes neutralizantes de las rocas
Los componentes de neutralización rápida consisten en carbonatos e hidróxidos.
Carbonatos: Calcita (CaC03), Dolomita (Ca,MgCO), Magnesita (MgCO.i),
Malaquita Cu2(C03)(0H)2, Cerussita (PbC03).
Hidróxidos: Gibsbsita (Al(OH)3), Ferrihidrita (Fe(OH)3).
Componentes de neutralización lenta.
Aluminosilicatos: Biotita, k-feldespato, Muscovita.
Los minerales consumidores de ácido, como carbonatos, usualmente coexisten
con los sulfuras. Estos reaccionarán con el ácido neutralizándolo.
23
La calcita dará la siguiente reacción:
CaC03(a, + 2HJ,C) - C a f ij + HzCO,,(¡lc) ... (19)
El ácido carbónico es inestable y se descompone dando:
H2C03(ac) ^ H j c) + HCO3(ac) pH > 6 ...(20)
H2C03(-ac) ^ H 20 (i) + C 02(ac) pH < 6 ...(21)
Las concentraciones de estas especies dependen del pH y las respectivas
constantes de acidez del ácido carbónico.
b. Neutralización de aguas ácidas
El agua ácida contiene grandes cantidades de acidez, principalmente en la forma
de ácido sulforico, el que a su vez se neutraliza en el tratamiento de las aguas
ácidas por el proceso ^ S , mediante la adición de cal en solución (lechada de cal)
para precipitar sulfato de calcio dihidratado o yeso.
H2 S04(ac) + Ca(0H )2(aC) ^ CaS04 x 2H20(i) ...(22)
El lodo contendrá cierto nivel de sulfato en la fonna de yeso. Sin embargo, el yeso
tiene una solubilidad relativamente alta en el agua y tiene la tendencia a
permanecer sobresaturado en las plantas de tratamiento con cal, causando
problemas de incrustaciones. El diseño del proceso minimiza la formación
de escamas de yeso al reducir las incrustaciones en la máxima medida posible.
2.4 Reacciones químicas para el tratamiento de aguas ácida
El agua ácida contiene altas concentraciones de metales, particulannente hierro
(Fe), aluminio (Al), manganeso (Mn), cobre (Cu), zinc (Zn), mercurio (Hg) y así
como ciertos niveles de Arsénico (As). El hierro y el arsénico se presentan
predominantemente en forma particulada, mientras que los otros metales están en
24
solución. La mayoría de los metales se precipitan formando hidróxidos y
dependen del pH de la solución (ver Figura 3). La precipitación del manganeso
del agua depende de la oxidación por aire catalizada por la presencia de sólidos en
el lodo recirculado, incluyendo óxido de manganeso (M n02).
Figura 3: Hidrólisis de metales (Aubé y Zinck, 2003)
2.4.1 Química del aluminio
El ión aluminio Al3+ es estable en solución a un pH por debajo de 4. El aluminio
puede precipitarse de la solución como hidróxido de aluminio hidratado (ver
Figura 4), como un sólido blanco gelatinoso de acuerdo a la siguiente reacción:
Al¡£, + 30H(- C) ^ AI(OH)3 (S)’ ... (23)
Reacción reversible soluble en exceso de iones oxidrilos formando aluminatos.
25
AlMU!,,.. i P | ! . ; . > A í \ , , . i ...(24)
Si se reduce 0H~ la reacción es de derecha izquierda.
^ (Al)
Figura 4: Solubilidad del Aluminio
El pH óptimo teórico para la precipitación del hidróxido de aluminio es 6. Sin
embargo, en la práctica, el rango óptimo para la remoción debe ser 7, de acuerdo a
las pruebas realizadas. El aluminio forma complejos con una serie de aniones,
como sulfato, fosfato y fluoruro y también se co-precipitará con hidróxidos
metálicos.
2.4.2 Química del manganeso
El manganeso existente en los efluentes ácidos está presente en tres estados de
oxidación: Mn2+, Mn3+, Mn4+. Sin embargo, el estado del ión manganeso
Mn2 + es la forma estable predominante en el agua a pH menor que 9.5. Además,
el manganeso puede precipitar de la solución mediante la formación de hidróxido
26
manganoso (Mn(OW)2) o mediante la oxidación y precipitación de dióxido de
manganeso (M n02), de acuerdo a la siguiente reacción:
2 M n& , + O j® + Z H jfa) ■* 2MnO:!(5j + 4 H ¿C) ... (25)
La oxidación del manganeso es un proceso lento a pH menor a 9.5, además la
velocidad de oxidación depende de concentraciones de [02] y [Mn (OH)2]2- La
remoción de manganeso es catalizada por sólidos incluyendo óxidos de
manganeso. Los sólidos de manganeso son altamente oxidados cuando son co
precipitados con el hierro. La cal típicamente produce manganita (ver Figura 5).
Eli (Volts) Mn - U20 - System nt 25.00C
Figura 5: Solubilidad del Manganeso
La presencia de M.n02 en el lodo es esencial para el proceso de oxidación del
manganeso.
27
2.4.3 Química del Hierro
La precipitación del hierro se realiza con el oxígeno disuelto en el agua, las sales
ferrosas se convierten en férricas por oxidación y precipitan en forma de
hidróxido férrico. Esta precipitación es inmediata a un pH neutro, por lo tanto es
necesaria la neutralización del agua ácida para precipitar el hierro.
Las reacciones más importantes que se realizan son las siguientes:
Fe504(ac) + C aO ^ + 3H20 ^ ^ Fe(OH')2(s) + CaS04 x 2H20^S') ...(26)
Ct O ^(aC) + CaO(s) + 3H20(¿) ^ Cu {OH')2(j^ + C ^ 0 4 x H 20^s ...(27)
El ion ferroso es estable en condiciones de pH bajo (menos de 4) mientras que el
ión férrico precipita en condiciones básicas (pH por encima de 5):
4 Fe(OH)2(s) + 0 2te) + 2H20 (1) ^ 4 Fe(OH)3(s) ... (28)
2.5 Alternativas de Control y remediación
Los métodos para el control del drenaje ácido de mina se pueden clasificar en tres
categorías:
a. Métodos primarios o preventivos; se basan en la eliminación de alguno de
los elementos esenciales en la generación de aguas ácidas (sulfuro,
oxígeno, humedad o bacterias catalizadoras) para detener o reducir
drásticamente la velocidad de generación de ácido.
b. Métodos secundarios o de contención; ayudan a prevenir o reducir la
migración de drenajes ácidos de mina al ambiente. Se utilizan para
remover los iones metálicos que migran al ambiente.
c. Métodos terciarios o de remediación; su objeto es recolectar y tratar el
drenaje contaminado.
28
2.6 Tratamiento para aguas ácidas de mina
La remediación de efluentes en minería, se pueden clasificar en abióticas y
biológicas dentro de las cuales encontraremos los sistemas activos y sistemas
pasivos que a continuación se describen.
2.6.1 Método de tratamiento activo
Requiere de o^ración y mantenimiento continuo; el objetivo es controlar la
generación o migración de DAM mediante la aplicación de tecnologías de
neutralización y precipitación de metales pesados, la tecnología demostrada es la
neutralización química (aireación y adición de cal), existen otras tecnologías
como son:
• Absorción del Carbón.
• Intercambio Iónico.
• Osmosis Reversible.
• Electrodiálisis
• Ozonización
• Bioreactores para reducción de sulfato.
Estas tecnologías son relativamente costosas debido a la infraestructura, operación
y mantenimiento.
2.6.2 Métodos de tratamiento pasivo
Uno de los avances más prometedores en el tratamiento de DAM es el
reconocimiento del papel que cumple los procesos naturales en la eliminación de
la acidez, sulfato y metales de las aguas de drenaje ácido.
Drenaje anóxico calizo
29
• Humedales aerobios
• Humedales anaeróbicos (bolsas orgánicas)
• Barreras reactivas permeables
• Sistemas de producción de alcalinidad (SAPS)
2.7 Tecnología aplicada en el Perú
La tecnología más conocida y aceptada en nuestro país es el tratamiento químico
que consiste en un circuito de neutralización química para extraer la solución. El
presente informe destaca los métodos terciarios de tratamientos activos.
Se utiliza álcalis tales como cal, carbonato de calcio, carbonato de sodio e
hidróxido de sodio. Se mencionan a continuación los tratamientos con los
diferentes álcalis.
a) Tratamiento con cal
El CaO al disolver en la fose líquida del efluente ácido produce iones (OH)" que
eleva el pH y produce la formación y la precipitación de hidróxidos metálicos.
CaO(s) + H20 ^ Ca2+ + 2 0 H ("ac) ... (29)
H + + ( O H ) " ^ H 20 ...(30)
Cu2+ + 2 0H (-ac) ^ Cu (OH)2(s) ... (31)
Fe2+ + 2 0 H (-ac) ^ Fe(OH)2(s) ... (32)
b) Tratamiento con carbonato de calcio o calcita
Normalmente insoluble en a ^ a , reacciona directamente con la fose líquida del
efluente ácido para neutralizar los iones de hidrogeno H+ produciendo iones
bicarbonato o moléculas neutras de carbonato de este modo elevan el pH y
30
producen iones hidroxilo (OH)- el rango de acción de estos carbonates está
limitado a pH menores a 7.
CaC03(s) + H + ^ Ca2 + + HCOJ ...(33)
CaC03(s) + 2H+ ^ Ca2 + + H2C 03(s) ... (34)
Fe2 + + CaC03 ^ Ca2+ + FeC03 ...(35)
H + + (OH)“ ^ H20 ...(36)
Cu2 + + 20H (- C) ^ Cu ( 0 H ) 2(s) ...(37)
Fe2 + + 20H (-ac)^ F e ( 0 H ) 2 (s) ...(38)
c) Tratamiento con carbonato de sodio e hidróxido de sodio
Ambos compuestos son solubles en a g ^ y eficaces como agentes neutralizantes;
sin embargo el problema es que son demasiado costosos para aplicarse para la
neutralización de aguas ácidas de operaciones mineras, su uso está destinado para
procesos industriales con menores caudales y otras características del mismo
proceso8.
El consumo de hidróxido o carbonato de sodio es menor que el consumo de cal
considerándose que es de 70% a 80% del consumo de cal.
2.7.1 Tratamiento ¡n s¡tu
Este tratamiento utiliza una poza donde se colectan las aguas ácidas y la adición
de cal es directamente a la canaleta de esta, luego procede el proceso de agitación
y sedimentación dentro de la poza de relaves. No siendo eficiente con respecto al
sedimento generado debido a que los precipitados metálicos tienen un carácter
coloidal amorfo con densidades sumamente bajas (menor de 1% sólido) que
originan depósitos inestables y voluminosos; en vista de ello la tecnología se ha
orientado hacia la obtención de sedimentos cristalinos más compactos (20%
sólidos).
8 Tesis consultada “Procedimiento para la selección preliminar de tecnologías de tratamiento de aguas residuales acidas de minería". ^NI 2007.
31
2.7.2 Tratamiento convencional
La planta de tratamiento convencional es donde el DAM es neutralizado en un
tanque de mezcla con adición controlada de cal para llegar al pH deseado. El lodo
es entonces contactado con un floculante de polímero diluido y se alimenta a un
clarificador para la separación de la fase sólida de la líquida. El lodo es colectado
de la parte inferior del clarificador y este es bombeado a un área de
almacenamiento o filtrado a presión para incrementar su densidad y así mejorar el
transporte. El líquido clarificado sobrenadante puede normalmente ser liberado
directamente, pero a menudo se usa un sistema de filtro de arena o una poza para
reducir los residuos sólidos suspendidos.
Este proceso normalmente tiene una mejor eficiencia que el tratamiento in situ o
en pozas, aunque este no es tan eficiente como el proceso de donde el lodo
es recirculado.
2.8 Tecnologías alternativas para el tratamiento de efluentes ácidos
El método para el tratamiento de efluentes ácidos de mina es muy específico para
cada proyecto y ubicación, requiere de una considerable investigación
dependiendo de las circunstancias únicas de la mina, las cuales incluyen:
• Ubicación de la mina y topografía
• Método de minado y geología del cuerpo mineralizado
• Métodos de procesamiento y características físicas resultantes de los
relaves.
• Características químicas de los relaves y su potencial para generar
drenajes ácidos de relaves.
• Factibilidad económica
Funcionalidad o factibilidad técnica
Durabilidad o longevidad
32
• Seguridad o riesgo de fracaso
• Impactos ambientales como consecuencia tanto de la construcción
como de la operación
• Requerimientos y tiempos de construcción
• Requerimientos de inspección y mantenimiento
• Efectividad
Estos factores forman la base de discusiones que se presentan a continuación
sobre principales métodos alternativos para el tratamiento de efluentes mineros.
2.8.1 Proceso de recirculación simple de lodos
Esto no es un proceso patentado y no es un logro publicado, pero se aplica. Todo
lo que se supone en este proceso es recircular los lodos procedentes de la parte
inferior del clarificador hasta el punto de neutralización (Figura 6). Este proceso
tiene una serie de ventajas sobre el tratamiento convencional, incluyendo:
1) La reducción de escala a reactores (no utiliza pozas de estanques para la
neutralización), 2) la mejora de la separación sólido/líquido, 3) reducción del
consumo de cal, y 4) aumento de la densidad de lodos. El último punto, la
densidad de los lodos, definitivamente será más alta que la densidad de los lodos
que se espera de un tratamiento estanque o sistema de tratamiento convencional,
pero no se espera alcanzar tan alta densidad de lodos como con los procesos de
HDS. Cuyo proceso está diseñado para que las reacciones de precipitación se
producán en la superficie de las partículas existentes, esto hace que las partículas
aumenten su tamaño en un nivel microscópico cambiando así la densidad y físico-
química de los lodos. Con el proceso de recirculación simple, existe la posibilidad
de crecimiento de las partículas, pero la mayor parte de los precipitados son los
mismos que con un tratamiento convencional.
Figura 6: Esquema del proceso de recirculación simple de lodos
Este proceso de recirculación simple de lodos se puede aplicar fácilmente para
mejorar una planta diseñada para el tratamiento convencional. La única
modificación requerida es una bomba de reciclaje de lodos y la tubería.
Mientras el tratamiento convencional forma lodos con menos de 1 % de sólidos a
3% de sólidos, el proceso de recirculación simple puede fornar lodos de hasta
15% de sólidos. Esta es una ventaja significativa, pero si el espacio de
almacenamiento de lodos es crítico, el proceso de HDS debe considerarse.
2.8.2 Proceso de neutralización HDS
El proceso de lodos de alta densidad llamado también HDS (High Density Sludge)
es el estándar en la industria de tratamiento de DAM en la actualidad (Figura 8).
Esta tecnología se desarrolló en Cañada y es utilizada desde 1979 en Teck
Cominco's Kimberley Site (Kuit, 1980). En el Perú en la última década se está
empezando a difundir, siendo utilizada por más de dos empresas de la gran
minería, tal es el caso reciente del próximo activo ambiental del Perú con el
tratamiento de las aguas ácidas del Túnel Kingsmill en la región Junín con
34
capacidad de planta de tratamiento de 1 400 1/s por método ^D S .9 Como
referencia se muestra el antes y después de la operación de la planta HDS de las
aguas vertidas al rio Moche por la Mina Quiruvilca en Trujillo10 (Figura 7).
Este sistema recircula los lodos con la suspensión de cal para la neutralización en
lugar de poner en contacto la cal directamente al DAM como en el proceso
descrito anteriormente. Para hacer esto, el lodo de la parte inferior del clarificador
se bombea a un depósito de mezcla cal/lodo, donde también se alimenta cal
suficiente para neutralizar el DAM para el punto de ajuste de pH deseado. Esto
obliga el contacto entre los sólidos y promueve la coagulación de las partículas de
cal en los precipitados recirculados. Esta mezcla entonces se desborda al depósito
de mezcla rápida, donde se controla el pH. La suspensión neutralizada alimenta el
reactor de cal en donde se realizan las reacciones de precipitación. La aireación se
añade a menudo a este reactor para oxidar el hierro ferroso a férrico. La
suspensión entonces se desborda a un depósito para floculante para ponerse en
contacto la mezcla con las partículas de un floculante con la finalidad de
promover la precipitación de los hidróxidos metálicos y sedimentación eficiente
en el clarificador.
Figura 7: Resultados de la operación HDS a las aguas vertidas al rio Moche.
9 Túnel Kingsmill, próximo activo ambiental. Instituto de Ingeniero de Minas del Peni. Diciembre 2014.10 Presentación Planta de Tratamiento de Agua lodos de alta densidad (HDS). Pan American Silver Perú S.A.C. 2003.
Lodos Cal
Lodos
Figura 8: Esquema del Proceso HDS
La clave de este proceso reside en la mezcla de cal y lodos antes de la
neutralización. El hecho de que el hidróxido de calcio y partículas recicladas se
combinan hace que las reacciones de precipitación se produzcan sobre todo en la
superficie de partículas existentes, aumentando así su tamaño y densidad. Los
precipitados de este proceso son por lo tanto diferentes al proceso mencionado
anteriormente en una escala microfísicas.
El proceso de ^DS, como se muestra en la Figura 8, contiene un tanque de
mezclado rápido y un tanque para floculante. Este proceso se aplica en numerosos
sitios de las minas en todo el mundo y muestra ^ a variante del proceso de Heath
Steele (Aube, 1999) aplicado en Noranda Inc., División de Steele Heath. El
Proceso de Heath Steele (Figura 9) es idéntico en concepto y proporciona las
mismas ventajas físicas y químicas como el proceso de HDS, pero sin dos de los
36
cuatro reactores. Con los sistemas de control de procesos avanzados de hoy en
día, un tanque de mezclado rápido no es necesario para el control del pH. Las
pruebas se completaron en una demostración a escala piloto que no hay ninguna
ventaja de utilizar este reactor (Aube, 2004).
El tanque para floculante también se eliminó, ya que es posible asegurar el
contacto floculante adecuado, proporcionando la turbulencia en el conducto que
conduce desde el reactor de cal hasta el clarificador. Un canal con deflectores
puede ser suficiente para asegurar un contacto adecuado con las partículas
pequeñas. El floculante también se añade en la alimentación al clarificador. La
planta de tratamiento de Heath Steele ha estado funcionando con éxito desde 1997
(Aube,. 1999).
Una desventaja del proceso de ^DS es que la mezcla de cal/lodo es muy viscosa y
puede obstruir el reactor. El resultado es que el tiempo de retención eficaz de la
relación Cal/Lodo en el depósito de mezcla puede ser significativamente reducido,
o el desbordamiento de la mezcla puede ser más rápido. La Figura 10, muestra la
acumulación típica de los lodos que se espera en este tanque de mezcla.
Lodos Cal
Figura 9: Esquema de Proceso Heath Steele (Aube, 1999)
Figura 10: Fotografía de lodos de cal en el tanque de mezcla
Si la operación para el tratamiento de aguas ácidas de alguna mina prefiere un
proceso TOS debido a su historial probado, el depósito de mezcla cablodo cuyo
agitador y deflectores debe ser diseñado considerando la viscosidad de la mezcla.
Debido que la alta viscosidad para la mezcla cal/lodo se da por la fon-nación de
yeso y calcio, cuya concentración de calcio en este reactor se satura. Esto provoca
que el exceso de la precipitación de yeso, como el calcio se combina con el sulfato
disuelto en la solución de lodos, esta mezcla se vuelve muy viscosa y difícil de
a^tar.
Con este proceso TOS se logran densidades de 20% a 30% de sólidos mediante
una gran recirculación y oxidación de los precipitados que demanda tiempo de
retención en el orden de 50 a 60 minutos. Como consecuencia las plantas son
voluminosas y requieren bastante energía.
2.8.3 Proceso de neutralización Coagulación Dinámica NCD
Este proceso es patente peruano y está siendo utilizado en la minería de Cerro de
Pasco con buenos resultados desde el 2004.
38
El proceso NCD (F i^ ra 11) emplea un coagulante sólido extemo para densificar
los precipitados coloidales obtenidos en la neutralización; el mecanismo de
adsorción es fundamentalmente electrostático y depende de la carga superficial de
los coloides y de las partículas11.
Pueden actuar como partículas colectoras el relave, escoria ^anulada, caliza fina,
sílice, magnetita, dependiendo de su carga superficial, disponibilidad, costo y
capacidad para adsorber los precipitados coloidales.
Este proceso de coagulación es rápido, generalmente toma menos de 1 minuto, y
la velocidad de sedimentación se incrementa notablemente dependiendo de la
densidad y tamaño de la partícula colectora. Como consecuencia de ello el tiempo
de tratamiento se reduce al tiempo estrictamente requerido para la neutralización,
es decir en el orden de 5 minutos.
Cal en solución
AguaAcidaPulpa de relave Floculante
♦ Agua tratada
Tanque de Coagulación
Tanque de (1 min)Neutralización
(5 min)
F i^ ra 11: Tratamiento de D ^M por proceso de neutralización dinámica
(Villachica y otros, 2005).
11 Tesis consultada “Evaluación de los métodos químicos y biogénico para el tratamiento de drenaje ácido de mina a escala de laboratorio". Meyla C. 2008.
39
El proceso de sedimentación gobierna la densidad del lodo de hidróxidos
producido, que a su vez controla el volumen de residuos que se precisa recoger.
La sedimentación en un estanque sencillo suele dar lodos con un contenido en
sólidos de 5% (en peso) o menos. Con el proceso se puede aumentar este
contenido en sólidos hasta un 40%. La densidad puede aumentarse más por
aplicación de filtros prensas, etc.
En la Figura 13 se muestra el marco lógico para la selección de procesos de
tratamiento activo para aguas ácidas de mina. Asimismo, la Figura 12 muestra la
selección referencial del sistema de tratamiento Activo o Pasivo en función de la
acidez (mg CaC03/l) y el caudal de tratamiento (1/s)12.
2.9 Selección del proceso de tratamiento al D ^M
Figura 12: Selección del sistema de tratamiento activo o pasivo.
12 Tratamiento de Efluentes Mineros “Énfasis en el drenaje ácido de rocas”, Pag.I-37. Curso de especialización en cierre de minas y pasivos ambientales. Pontificia Universidad Católica del Perú.
Osm&iií ¿Hay fuentes dernma cartono do?
T r a t a r ^ r T ra ta rp a rc a ^ a á d e o r i i k i ó naereacim i y m e c ^ c a
estanques de q u im c a .y c o ns e t a n t a c i ó n s ^ m e n ta c ió n e n
ASPAMootro ¿Hay fuentes deproces05deR6S catowo refinado?
T ff lO P A Q o P ro ceso SÀ V M3Np rw e s o p a c i d o
Figura 13: Marco lógico para la selección de procesos de tratamiento activo
para aguas ácidas de mina.
41
Los lodos básicamente consisten de hidróxidos amorfos, yeso y metales adheridos
a una pulpa alcalina el cual es más manejable en comparación con el DAM. La
disposición final del lodo que se genera en el tratamiento HDS debe hacerse
previa estabilización química para prevenir su redisolución hacia el medio
ambiente. Las características generales, indican que contienen dos dominantes
foses amorfas hidratadas que colectan los metales precipitados, contienen calcio
en forma de yeso y calcita con algún contenido menor de silicatos. La estabilidad
de los lodos depende de estas foses amorfas y ambas mejoran en estabilidad,
capacidad b ^e r in g y densidad (50% - 60% sólidos) con el tiempo.
Los lodos generados por el proceso HDS presentan las siguientes características:
retención de humedad, granulometría de partícula, contenido de sólidos,
características químicas, profundidad de la cubierta.
La característica de la cubierta para retener humedad reduce la transferencia de
oxígeno a través de la cubierta y así previene reacciones que generen acidez en las
capas intersticiales. El agua de la pulpa drena lentamente por la presencia de
material granular, aunque la mayor porción de material fino ayuda en la retención
de humedad residual y el lodo está proporcionando una barrera para la
transferencia de oxígeno. Los muéstreos comprobados indican que el lodo
mantiene una humedad de 50% aproximadamente.
Un alto porcentaje de las partículas de lodos HDS están por debajo de las 400
malla (37 pm), se ha alca^ado un 18% sobre malla 200. Las partículas finas
benefician en la retención de humedad cuando el agua empiece a drenar, y por
otro lado, tienen conductividad hidráulica baja el cual reduce el volumen y la
velocidad de las filtraciones así como limita la transferencia de oxígeno hacia el
relave debido al movimiento del agua.
El proceso HDS produce un lodo con alto contenido de sólidos, logrando
alrededor de 30% - 35% sólidos para facilitar su disposición a través de la tubería.
2.10 Estabilidad y disposición de lodos por proceso HDS
42
El contenido de sólidos alto reduce el agrietamiento del lodo en la cancha a
medida que seca, aunque estos no dejan de presentarse. Las grietas aumentan la
conductividad hidráulica y los niveles de transferencia de oxígeno a través de la
cubierta, por lo que se tiene que hacer descargas de lodos en las zonas que los va
presentando para rellenar los espacios que se generan.
El lodo generado por el proceso HDS contiene un excedente de capacidad
neutralizante el cual ayuda a mantener condiciones de pH por encima de 7.5 en el
agua drenante y baja tendencia a ocurrencia de reacciones que produzcan acidez.
El proceso HDS, favorece el crecimiento de los cristales de yeso, los que son
menos susceptibles a la lixiviación y por tanto la estabilidad química mejora con
el tiempo.
Las características de alto contenido de sulfatos, hace viable la revegetación sobre
la superficie del lodo, lo que se ha comprobado recientemente.
La capa de lodos en mayor profundidad reduce la migración de elementos desde
la capa intersticial hacia la superficie bajo condiciones normales, minimizando la
posibilidad que los metales contenidos en el lodo pueden volver a lid ia rs e . La
mayoría de los diseños de cubierta de relaves consideran profundidades de 0.25m
a 1.5 m.
La disposición final de los lodos puede establecerse mediante pozas de drenaje;
siendo este el más empleado, los lodos generalmente se mantienen estables y el
filtrado puede estar libre de iones metálicos lo que indica bajo contenido de
metales en el agua intersticial, al dejarlo abierto a la atmósfera el potencial redox
se mantiene alto y los precipitados son estables además de ser la opción menos
costosa. Dependiendo del tipo de lodo puede requerir manejo especial como crear
condiciones reductoras (lodo de aguas servidas en la parte superior del lodo),
fijación con cemento, encapsulamiento con geomembranas, mezclado con relaves
y también los lodos pueden ser tratados en etapa de fundición para obtener arena
sílica.
m . TRATAMIENTO DE AGUAS ÁCIDAS DE DRENAJE DE MINA
CON ALTO CONTENIDO DE ALUMINIO Y MANGANESO
POR TECNOLOGÍA DE LODOS DE ALTA DENSIDAD (HDS)
La mina ubicada en el departamento de Cajamarca a más de 3000 msnm
comprende la generación de aguas ácidas con un pH alrededor de 3 y la presencia
de metales tales como: Fe, Mn, Al, Cu, As, Zn, Cd, Pb y Hg. La Tabla N0 1,
indica las zonas de generación de aguas ácidas y los caudales respectivos tomados
para el presente informe.
Tabla N0 1: Sitios y caudales de generación de aguas ácidas
N0 Sitios de generación de aguas acidas Caudal (1/s) Caudal (m3 )
1 Tajo 8.6 312 Botaderos de desmonte 23.6 853 Botadero de Material inadecuado 16.6 604 Botadero de Material orgánico 11.2 40
Los diferentes puntos de generación de aguas ácidas son colectados en una poza
denominada “poza de colección general”; esta poza tiene capacidad de
almacenamiento de 40 000 m3. De esta poza se suministra el agua ácida hacia laoplanta de tratamiento a razón de 60 1/s o 216 m /h.
3.1 Muestreo y evaluación de calidad de agua
Se usa un plan de toma de muestra del composito de los cuatro puntos de
colección de aguas ácidas para realizar una evaluación usando una muestra de
solución ácida de aproximadamente 20 litros.
Un primer análisis con una porción representativa de la solución ensayada
detenninó los resultados mostrados en la Tabla N° 2:
Tabla N0 2: Resultados del análisis de la solución inicial
Solución Caudal1 /s pH (Ag/AgCl)
mV
TDSppm
TSSppm
SO4-ppm
Composito 60 2.3 535 6 889 10 3 990
3.2 Caracterización de aguas acidas de drenaje de mina
Se realizó un ensayo de espectrometría de emisión atómica por plasma
inductivamente acoplado (ICP - Inductively Coupled Plasma) de la muestra de
agua ácida de drenaje de mina con resultados siguientes:
Tabla N0 3: ICP (Multielementos solución inicial)
Elementos Ensayo Elementos Ensayo
Ag ppm <0.01 Na ppm 3.94Al ppm 237 Ni ppm 0.29As ppm 0.77 P ppm 6.43Au ppm <0.05 Pb ppm <0.2Ba ppm <0.1 S ppm 1360Bi ppm <0.01 Sb ppm <0.01Ca ppm 344 Se ppm <0.1Cd ppm 0.26 Si ppm 10.2Co ppm 0.86 Sn ppm <0.01Cr ppm <0.1 Sr ppm 0.70Cu ppm 134 Te ppm <0.1Fe ppm 729 Ti ppm <0.02Hg ppb 1.6 TI ppm <0.1K ppm 1.30 Vppm <0.02
Mg ppm 27.1 W ppm <0.01Mn ppm 54.5 Zn ppm 18.0Mo ppm <0.01 Zr ppm <0.02
45
El presente iráorme se desarrolla en base a pruebas realizadas a nivel de
laboratorio d composito; formado en relación a los caudales de los puntos
de colección según Tabla N° 1, con muestras de un litro de aguas ácidas
con alto contenido de metales aluminio y manganeso, con el fin de utilizar
los resultados como criterios de diseño para detemiinar el proceso a seguir
y dimensionar los equipos de la planta de tratamiento.
3.3.1 Precipitación de Metales, Aluminio y Manganeso
Se llevan a cabo cinco pruebas para la precipitación de metales,
aluminio y manganeso en dos etapas con filtrado intermedio. Los
resultados son:
a. Precipitación de Aluminio
1 de
Los
zinc
Tabla N° 4: Pruebas con lechada de cal al 10% en etapa 1
3.3 Evaluación de pruebas de laboratorio
PruebaLechada de cal al 10%
FloculanteETapa 1N° mi kg/m3 pH mV kg/m3 mi
0 0 2.3 535 0 01 5 5 6.45 298 0.02 0.52 5.3 5.3 6.92 276 0.02 0.53 5.5 5.5 7.08 260 0.02 0.54 5.7 5.7 7.8 254 0.02 0.55 6 6 8.17 243 0.02 0.5
Las Tablas N° 4, N° 5 y la Gráfica N° 1, muestran los resultados en la etapa
la precipitación de metales en función al pH, utilizando lechada de cal 10%.
resultados a pH 6 - 9 muestran cifras de aluminio, arsénico, cobre, hierro y
que están por debajo del límite máximo permisible.
Tabla N° 5: Concentraciones de metales en etapa 1
Prueba Concentraciones de metalesppm
N° Al Mn Cu Fe Pb Zn As237 54.5 134 729 0.21 18 0.77
1 0.93 40.2 0.35 <0.01 <0.01 2.56 <0.012 0.96 40.4 0.29 <0.01 <0.01 2.45 <0.013 0.85 24.9 0.08 <0.01 <0.01 0.16 <0.014 1.11 6.77 0.03 <0.01 <0.01 <0.01 <0.015 1.29 5.81 0.03 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01
Precipitación de Aluminio
^ 1: frecipitación de Aluminio con lechada de cal al 10%
b. Precipitación de Manganeso
Las Tablas N° 6, N° 7 y Gráfica N0 2, muestran resultados en la etapa 2 de la
precipitación de metales en fondón al pH utilizando lechada de cal al 10%.
Los resultados a pH 10.5 - 11.4 revelan cifras de manganeso que están por
debajo del límite máximo pennisible.
Tabla N° 6: Pruebas con lechada de cal al 10% en etapa 2
PruebaLechada de cal al 10%
FloculanteEtapa 2
N° mi kg/m3 pH mV g/m3 mi1 5.2 5.2 10.5 238 2 0.52 5.5 5.5 10.7 232 2 0.53 5.7 5.7 10.9 226 2 0.54 5.9 5.9 11.2 218 2 0.55 6.2 6.2 11.4 213 2 0.5
Tabla N° 7: Concentraciones de metales en etapa 2
PruebaConcentraciones de metales
ppmN° Al Mn Cu Fe Pb Zn As1 1.01 0.03 0.02 <0.01 <0.01 <0.01 <0.012 1 0.01 0.02 <0.01 <0.01 <0.01 <0.013 0.84 <0.01 0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.014 0.93 <0.01 0.03 <0.01 <0.01 <0.01 <0.015 1.1 <0.01 0.02 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01
Precipitación de Manganeso
^^ro^2:ft"ecip itación de Manganeso con lechada de cal al 10%
48
3.3.2 Prueba de Neutralización a pH 7.5 después de Precipitar Manganeso
Para realizar la precipitación de manganeso contenidas en las soluciones ácidas se
debe elevar el pH hasta alcanzar valores entre 10.5 a 11; en estas condiciones se
generaran hidróxidos de los metales presentes especialmente el manganeso.
Estos sólidos formados serán separados del efluente líquido mediante técnicas de
sedimentación y filtración. La solución sobrenadante tendrá valores de pH
cercanos a 10.5 el cual deberá ser neutralizado hasta alcanzar valores de pH entre
7 - 7.5 mediante la adición de CO2 (gas), para cumplir con la normativa
medioambiental, Ley General de Aguas - ECA categoría III12.
3.3.3 Prueba de Clarificación
Después de realizar la etapa de neutralización se generan sólidos productos de las
reacciones; estos sólidos deberán separarse del efluente líquido; a continuación se
describe el desarrollo de las pruebas utilizando un litro de solución en cada una,
en las siguientes condiciones:
Para realizar las pruebas N0 6 y N0 7, se utilizó 0.5 kg/m3 de lechada de cal con
una concentración del 10%, así como 1 g/m3 y 2 g/m3 de floculante aniónico
respectivamente.
Los resultados de las pruebas se presentan en la Tabla N° 8 y Gráfica N° 3.
Tabla N° 8: Turbidez de la solución en función del tiempo
Tiempo(hora)
Turbidez (NTU)Prueba N° 6 Prueba N° 7
0 1000 10000.25 26.45 30.150.5 16.29 18.84
1 11.12 6.712 10.55 4.45
24 0.85 0.55
Turbidez(NTU) Vs tiempo(horas)
G M ro^3:^^fi<^iónde la solución en función del tiempo y turbidez
3.3.4 Prueba de Sedimentación y Clarificación
La presenta prueba tiene la finalidad de obtener la velocidad de sedimentación de
los sólidos de acuerdo a la concentración de floculante a usar; la prueba N0 8 se
llevó a cabo utilizando un litro de solución inicial en las siguientes condiciones:
• Se realizó la prueba en 5 ciclos mediante un circuito cerrado.
• Se utilizó 9 kg/m3 de lechada de cal con una concentración del 10%; y
3 g/m3 de floculante.
La Tabla N° 9 y el Gráfico N° 4, muestran datos del primer ciclo de
sedimentación y clarificación de la solución en función del tiempo y la altura a pH
6.4 con precipitación de los metales: Al, As, Cu, Fe, Pb y Zn, utilizando lechada
de cal (consumo de 2.7 kg/m3) y floculante Orifloc (consumo de 3 g/m3).
Los datos a la altura de 12.9 cm y tiempo de 40 minutos brindan como resultado
la velocidad de sedimentación a 0.20 m/h.
Tabla N° 9: Primer ciclo de sedimentación en función del tiempo y altura
Tiempo(min)
Altura(cm)
0 34l 33.92 33.63 33.45 32.37 30.410 27.515 23.220 19.325 16.430 14.735 13.640 12.950 11.860 10.880 9.990 9.5120 8.5150 7.8240 6.61440 4.7
40
Velocidad de S e d i^ n ta c ió n ciclo NC1 (Al, Cu, Fe, Pb y Zinc)
^ ^roN °4 : Velrci&d&^dimentación y clarificación para el ciclo N° l
51
La Tabla N° 10 y el Gráfico N° 5 muestran datos del último ciclo de
sedimentación y clarificación de la solución en función del tiempo y la altura a
pH 6.9 con precipitación de metales: Al, As, Cu, Fe, Pb y Zn, utilizando lechada
de cal (consumo de 9 kg/m3) y floculante Orifloc (consumo de 3 g/m3). Los
datos a la altura de 28.1 cm y tiempo de 60 minutos dan como resultado la
velocidad de sedimentación en 0.28 m/h.
Tabla N° 10: Ultimo ciclo de sedimentación en función del tiempo y altura
Tiempo Altura(min) (cm)
0 34.21 34.12 343 33.95 33.77 33.510 33.215 32.720 32.225 31.730 31.235 30.640 30.250 29.160 28.190 25.3120 22.9
1440 8.5
En la Figura 14, se muestra la solución inicial a pH 6.4 en el primer ciclo
utilizando lechada de cal al 10%.
En la Figura 15, se observa la cantidad de sólidos generados y precipitados en la
prueba de sedimentación, siendo los porcentajes de sólidos alcanzados en el
primer y último ciclo de 2.5% y 7.7% respectivamente.
Figura 14: Solución inicial con lechada de cal al 10%
Figura 15: Cantidad de sólidos del primer y el último ciclo
En la Figura 16 se define el diagrama de flujo considerando dos etapas de
tratamiento cada uno con su respectivo clarificador para el tratamiento de
aluminio y manganeso ya que estos dos elementos precipitan a pH diferente.
Posteriormente se procedió analizar las soluciones obtenidas en las pruebas de
sedimentación para la Etapa 1 y Etapa 2 por ensayo de espectrometría de emisión
atómica por plasma inductivamente acoplado (ICP - Inductively Coupled Plasma)
cuyos resultados se muestran en las Tabla N0 11 y Tabla N° 12:
Tabla N° 11: Resultados para la Etapa 1 de la solución final
ICP Multi-elementos
Elementos Pruebas1 2 3 4 5
Ag PPm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Al ppm 0.93 0.96 0.85 1.11 1.29As ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Au ppm <0.05 <0.05 <0.05 <0.05 <0.05Ba ppm 0.08 0.08 0.06 0.05 0.05Bi ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Ca ppm >1000 >1000 >1000 >1000 >1000Cd ppm 0.12 0.15 0.02 <0.01 <0.01Co ‘ ppm 0.55 0.52 0.13 0.01 0.01Cr ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Cu ppm 0.35 0.29 0.08 0.03 0.03Fe ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01K ppm 1.93 1.82 1.68 1.4 1.95Mg ppm 35 32 31.3 22.5 28.4Mn ppm 40.2 40.4 24.9 6.77 5.81Mo ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Na ppm 4.51 4.33 3.82 3.47 4.71Ni ppm 0.15 0.15 0.02 <0.01 <0.01P ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Pb ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01S ppm 801 782 641 582 737Sb ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Se ppm 0.02 0.02 0.01 0.01 0.01Si ppm 1.93 2.39 0.92 0.38 0.38Sn ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Sr ppm 3.51 3.2 2.93 2.55 3.49Te ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Ti ppm <0.01 <0.01 ■ <0.01 <0.01 <0.01TI ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01V ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01W ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Zn ppm 2.46 2.53 0.16 <0.01 <0.01Zr ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01
Tabla N° 12: Resultados para la Etapa 2 de la solución final
a pH = 7 y ORP (Ag/AgCl) = 256 mV.
Elementos Pruebas1 2 3 4 5
Ag PPm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Al PPm 1.04 1.08 0.92 0.8 0.86As ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Au ppm <0.05 <0.05 <0.05 <0.05 <0.05Ba ppm 0.06 0.05 0.04 0.03 0.04Bi ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Ca ppm 1125 1246 914 806 896Cd ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Co PPm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Cr PPm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Cu ppm 0.05 0.03 0.03 0.01 0.01Fe ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01K ppm 2.3 2.07 2.24 1.27 1.49Mg ppm 26.4 13.8 19.2 9.91 4.45Mn PPm 0 0 0 0 0Mo ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Na ppm 5.71 4.66 4.95 3.03 3.55Ni ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01P PPm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Pb PPm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01S ppm 863 800 708 509 547Sb PPm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Se ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Si ppm 2.42 3.22 1.20 0.62 0.80Sn ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Sr ppm 4.17 3.35 3.65 2.11 2.43Te PPm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Ti ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01TI PPm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01V ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01w PPm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Zn ppm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Zr PPm <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01
AguaDrenaje Acido
Figura 16: Diagrama de flujo propuesto para el tratamiento de aguas acidas con alto
contenido de aluminio y manganeso
57
La planta de tratamiento para aguas ácidas requiere de la definición de los
criterios de diseño para el cálculo de capacidades, cantidades y determinación de
las condiciones operativas para precipitación de metales de aguas ácidas. Estos
criterios se obtienen de los resultados de las pruebas de laboratorio y experiencias
similares de tratamiento en otras plantas metalúrgicas.
Dentro de los principales criterios de diseño se encuentran el caudal de
tratamiento de aguas ácidas de 60 1/s o 216 m3/h, con pH ácido y los parámetros
de los elementos a tratar como: Fe, Mn, Al, Cu, As, Zn, Cd, Pb y Hg, tal como se
muestra en la tabla siguiente.
3.4 Criterios para diseño de planta de tratamiento de aguas ácidas
Tabla N° 13: Parámetros de drenaje de aguas ácidas
ElementosMuestra
(ppm)
LMP
(ppm)
ECA-Clase
III (ppm)
Al 237 ND 5
As 0.77 0.1 0.05
Cu 134 0.5 0.2
Cd 0.26 ND 0.01
Fe 729 2 1
Hg 1.6 0.002 0.001
Mn 5-4.5 ND 0.2
Pb <0.2 0.2 0.05
Zn 18 1.5 2
pH 2.3 6 - 9 6.5-8 .5
ND: no definido en la normaDS-N°010-2010-MINAM
58
En la Tabla N° 14 se muestran los criterios de diseño para el proceso con los
cuales se dimensiona la planta de tratamiento de aguas ácidas.
Tabla N° 14: Criterios de diseño para dimensionar planta de tratamiento
Item Descripción Unidad Criterio de diseño
1 General1.1 Drenaje de agua ácida del Tajo m3/h 311.2 Drenaje de agua ácida de Botadero desmonte m3/h 851.3 Drenaje de agua ácida de Material Orgánico m3/h 40
1.4 Drenaje de agua ácida de Material Inadecuado m3/h 60
1.5 Caudal de operación m3/h 2161.6 Programa de Tratamiento h 242 Manejo de Reactivos
2.1 Consumo de NaSH @ pH 10 kg/h 112.2 Consumo de FeCb @ pH <1 kg/h 282.3 Consumo de floculante @ pH H kg/h 2.13 Clarificación
3.1 Equipo Clarificador3.2 Diámetro m 12.193.3 Capacidad del clarificador m3/h 3004 Tanque de lodos
4.1 Diámetro m 4.54.2 Altura m 54.3 Volumen total m3 79.5
4.4 Volumen de operación m3 74.85 Filtración de lodos (1 día de operación)
5.1 Equipo FiltroPrensa
5.2 Producción de la torta de filtrado t/día 159.45.3 Contenido de sólidos en el alimento al filtro % 15-305.4 Contenido de sólidos en la torta % 675.5 Duración del ciclo de filtración mm 455.6 Cantidad de ciclos/día ciclos/día 85.7 Presión de alimentación bar 65.8 Presión máxima inflado de membranas bar 85.9 Caudal de alimentación m3/h 40 - 200
59
La planta de tratamiento de aguas ácidas se basa en el método HDS; y consta de
las siguientes instalaciones y equipos en general:
• Poza de colección general.
• Tanques para oxidación y neutralización de aguas ácidas.
• Tanques para precipitación.
• Tanques para lodos.
• Sistemas de dosificación de reactivos.
• Planta de lechada de cal.
• Sistema de insuflado de aire.
• Clarificadores N0 1 y N0 2.
• Filtro prensa.
• Sistema de distribución de agua potable.
• Disposición de las aguas tratadas.
3.5.1 Colección de aguas ácidas
El drenaje de las aguas ácidas generadas en el tajo y botaderos, tal como se indica
en la Tabla N0 1, son colectadas en la poza de tajo y por gravedad llegan las aguas
ácidas a la poza de colección general de 40 000 m3, que por sistema de bombeo
ingresan a la planta de tratamiento y las aguas tratadas son enviadas a la poza 1
para la distribución general en todo la mina. El recorrido de estas aguas se ilustra
en la Figura 17.
El drenaje de las aguas ácidas del botadero de material inadecuado cae por
gravedad en la poza de botadero de desmote de mina. A su vez mediante
impulsión estas aguas son almacenadas en la poza de colección de tajo para cubrir
el caudal de 85 m3/h.
3.5 Planta de tratamiento de aguas ácidas
60
El caudal requerido para el bombeo de las aguas ácidas del botadero de material
orgánico hacia la poza de colección de tajo es de 40 m3/h. Las aguas ácidas
generadas por los botaderos se colectan en la poza general, de esta por impulsión
in^esan 216 m3/h de agua ácida mediante un sistema de bombeo a la primera
etapa de tratamiento; es decir a la etapa de precipitación de aluminio y luego a la
etapa de precipitación de manganeso.
Los recorridos de impulsión con tuberías de ^DPE requieren en algunos casos de
válvulas anticipadoras de onda así como válvulas ventosas para el desfogue de
aire en el ttayecto y proteger las bombas en uso.
T OPUTAWRMADE
DACION
■ —'
CAMINO DE AMRREO
Leyenda:“ Recomdo de a as ácidas — Recomdo de a a tratada
ET-3
i
DEPOSITO DE MATERIA!
INADECUADO
El
IM
E-l
DEPOSITO Oí Fí MONTE DEEDEMIJA
Figura 17: Esquema del recorrido de la colección de aguas ácidas
61
3.5.2 Etapas de tratamiento
Los resultados de las pruebas de laboratorio proponen el tratamiento a las aguas
ácidas en dos etapas mediante el método HDS. La etapa I para la precipitación de
aluminio a pH 9 está representada en la Figura 18. La etapa II para la
precipitación de manganeso a pH 11 se dispone en la Figura 19. Se muestra el
arreglo mecánico 3D de la planta en la Figura 20 para mejor visualización.
Además, el balance de masa esta descrito en el Anexo 3.
o
La solución ácida con caudal de 216 m /h ingresa a la Etapa I, que consiste en la
precipitación de aluminio en la planta de tratamiento de aguas ácidas y circula por
el tanque de oxidación y neutralización para precipitación de aluminio el cual está
implementado con un sistema de agitación.
Para poder completar la reacción se inyecta aire con la ayuda de un soplador, cuyo
fin es oxidar los iones ferrosos (Fe+2) a férricos (Fe+3) mediante el oxígeno
disuelto en el agua; dado que el hierro en estado férrico precipita más rápido como
hidróxido férrico a pH bajos, ocasionando menores consumos de cal. Las sales
férricas, el hidróxido férrico y todos los óxidos de metal precipitarán como
hidróxidos y serán estables a un pH entre 7 - 9 , debido que a estos valores su
reacción no es reversible.
Las reacciones más importantes que se realizan son las siguientes:
Fe504(ac) + CaO(S) + 3H20 ^ ^ Fe (O H )2(S) + CaS04 x 2 H 2<9(S) ...(39)
4 Fe(OH)2(S) + 0 2^) + 2H20(i) ^ 4 Fe(OH)3(S) ...(40)
CuS04(ac) + CaOis) + 2H20(l) ^ Cu {O H )2i¿) + CaS04 x H20(s) ...(41)
Además, el ión aluminio (Al ) es estable en solución a un pH por debajo de 4 y
puede precipitar en la solución como hidróxido de aluminio hidratado, cuya
reacción es reversible soluble en exceso de iones oxidrilos (OH)" fon-nando
62
aluminatos. El pH óptimo teórico para la precipitación del hidróxido de aluminio
es 6, sin embargo, en la práctica el rango óptimo para la remoción debe ser 7, de
acuerdo a las pruebas realizadas. El aluminio fon-na complejos con una serie de
aniones, como sulfato, fosfato y fluoruro y también co-precipitará con hidróxidos
metálicos. Alfcc) + 3 (O H )^ c) A l(O H )3(s) ... (42)
A l(0 H )3(s) + (O H )^ , « A lO ;iac) + 2 ... (43)
También se dosifica lechada de cal al 10% con la recirculación de lodos del
clarificador N° 1, manteniendo el pH entre 7 - 9 , esta mezcla se realiza en el
tanque de contacto (tanque inicial del tratamiento).
Para la precipitación de los iones metálicos disueltos en el agua ácida como el
cobre, hierro, plomo, zinc, mercurio y plata en forma de sulfuros de metales
insolubles se utiliza reactivos como sulfLidrato de sodio (NaSH) al 10%, con
consumo de 0.04 kg/m3 y dosificación de 0.1 m3/h a pH 11, durante 30 minutos de
acondicionamiento.
H g & , + HS(; C) - HgS(„ + HJ,C) ...(44)
F e fé , + - Fe5W + « S o ••• (45)
Cug+j + HS- C„S(s) + H f a ... (46)
Zn(a*)+ “* 2,I5 (i)+ - ( 4 7 )
La solución ingresa por rebose al tanque de.precipitación de aluminio, donde se
utiliza para la coagulación del arsénico la solución de cloruro férrico al 40% en
peso con pH < 1, con consumo de 0.108 kg/m3 y 0.02 m3/h de dosificación
durante 30 minutos de acondicionamiento.
Figura 18: Diagrama de flujo para el tratamiento de aguas acidas en la Etapa I para la precipitación de aluminio a pH 9.
64
Luego la pulpa descargará por rebose hacía el tanque de alimentación al
clarificador N° 1, donde se utiliza floculante al 0.1% con pH alrededor de 9,
dosificándose 3.24 m3/h con 30 minutos de acondicionamiento. El floculante
tiene presentación en bolsas de 20 a 25 kg en forma de polvo seco para su
preparación y será conservado en un almacén de reactivos.
La solución pre-tratada de la Etapa I será transferida hacia la Etapa II para la
precipitación principalmente de manganeso.
El manganeso está presente en tres estados de oxidación: Mn2+, Mn3+ o Mn4+. Sin
embargo, el estado Mn2+(ión manganeso) es la forma estable predominante en el
agua con pH menor a 9.5. El manganeso precipita la solución mediante la
formación de hidróxido manganoso (Mn(OH)2) o mediante la oxidación de
dióxido de manganeso (M n02), como s i^ e :
2 M^íac) + °2(,s) + 2 ^ 0 ( 0 2MnOz(í) + ••• (48)
La oxidación del manganeso es un proceso lento a pH menor a 9.5, además la
velocidad de oxidación depende de [02] y [Mn(OH)2], La remoción de
manganeso es catalizada por sólidos incluyendo óxidos de manganeso, los sólidos
de manganeso son altamente oxidados cuando son co-precipitados con el hierro y
la presencia de dióxido de manganeso M n02 en el lodo es esencial para el proceso
de oxidación del manganeso.
En la Etapa II la solución pre-tratada llega al tanque de oxidación y neutralización
de manganeso donde también se insufla aire mediante un soplador.
También se dosifica lechada de cal al 10% con la recirculación de lodos del
clarificador N° 2, manteniendo el pH entre Í0 - 11, la mezcla se realiza en un
primer tanque denominado tanque de contacto. Además, se utiliza para la
precipitación de manganeso y remanentes de iones metálicos disueltos sulfoidrato
de sodio (NaSH) al 10% con pH 11, con una dosificación de 0.01 m3/h.
LODOS ETAPA t
AG UA DE PROCESO A M AN TEN IM IE N TO /
PLANTA LECHADA DE C A L / MANEJO DE REACTIVOS
TA N Q U E DE
B O M B A TA N Q U E D B7H A N S *. LOOOS LOOOS
LECHADA DE CAL
AG UA DE ETAPA f
TAN Q U E DE A G U A
AG UA TRATADA A M ED IO AM BIEN TE
PLANTA DE OSMOSIS INVERSA
Figura 19: Diagrama de flujo para el tratamiento de aguas ácidas en la Etapa II para la precipitación de manganeso a pH 11.
66
La pulpa pre-tratada descargará por rebose al tanque de precipitación de
manganeso donde se utiliza para la coagulación del arsénico y otros la solución
de cloruro férrico al 40% en peso con pH < 1, proveniente directamente de un
contenedor de 1 m3, el consumo será menor a 0.001 kg/m3.
Luego la pulpa tratada descarga por rebose hacía el tanque de alimentación al
clarificador N° 2, donde se utiliza floculante al 0.1% con pH de alrededor de 9,
dosificándose 3.06 m3/h.
La solución tratada es distribuida por un sistema de bombeo a los diferentes
puntos del proceso de acuerdo a los requerimientos de la mina.
3.5.3 Clarificación de las pulpas generadas
El clarificador se'utiliza para separar sólidos del líquido, por lo cual el agua
clarificada desborda por la parte superior del clarificador, llamado overflow y los
lodos con alto contenido de sólidos alrededor de 20% descarga por gravedad por
la parte inferior del clarificador, llamado underflow.
En la Etapa I, la pulpa proveniente del reactor de oxidación y neutralización es
descargada hacia el clarificador N° 1; donde el agua clarificada desborda por el
overflow y el lodo con alto contenido de sólidos descarga por gravedad por el
underflow. El agua clarificada descarga al tanque de paso y mediante un sistema
de bombeo son impulsadas hacía la Etapa II para continuar con el tratamiento.
La pulpa tratada que proviene del reactor de oxidación y neutralización de la
Etapa II es descargada hacia el clarificador N° 2. El agua clarificada del overflow
llega por gravedad hacia un tanque de almacenamiento de agua tratada desde
donde se distribuye el agua hacia los procesos de la planta de lechada de cal,
manejo de reactivos, agua para mantenimiento de líneas y zonas de trabajo.
67
3.5.4 Almacenamiento de lodos
El lodo contiene cierto nivel de sulfato en forma de yeso. Sin embargo, el yeso
tiene una solubilidad relativamente alta en el agua y tiene la tendencia a
pemanecer sobresaturado en las plantas de tratamiento con cal, causando
problemas de incrustaciones.
El proceso ^DS minimiza la formación de escamas de yeso al reducir las
incrustaciones en la máxima medida posible al proporcionar un área superficial
grande en las partículas del lodo reciclado para la precipitación del yeso, lo cual a
su vez incrementa la superficie para mayor precipitación de yeso. Esto controla la
tendencia de soluciones ácidas tratadas a formar soluciones sulfatadas super
saturadas, las cuales tienden a formar incrustaciones13.
Los lodos obtenidos, sedimentan y fonnan un lecho de lodo en el fondo del tanque
del clarificador, mientras el agua llega hasta la parte superior del clarificador para
proporcionar una solución clara en el overfow.
Los brazos del rastrillo alrededor del centro del clarificador barrerán la parte
ifoerior del lecho de lodo hacia un cono de descarga ubicado al centro del
clarificador, donde el lodo es descargado. La suave agitación del rastrillo permite
que el agua presente en el lodo filtre hacia arriba a través del lecho de lodo,
compactando aún más el lecho. Los rastrillos están equipados con muchos arados
que están montados a las rastras y angulados hacia el centro del clarificador para
proporcionar la acción de barrido necesario a medida que los brazos de la rastra
rotan alrededor del centro del clarificador.
Los lodos generados en el underflow del clarificador N° 1, son bombeados hacia
el tanque de almacenamiento de lodos que presentará un sistema de agitación,
asimismo, los lodos generados en el underflow del clarificador N° 2 son
bombeados al mismo tanque de almacenamiento.
13 Respuestas a las Observaciones Formuladas al Estudio de Factibilidad y Evaluación Ambiental de la Planta de Tratamiento de las Aguas Acidas del Túnel Kingsmill. Amec, 2007.
Figura 20: Arreglo 3D mecánico general de la planta de tratamiento de aguas ácidas
69
3.5.5 Filtración de los lodos
Los lodos producidos durante el tratamiento de las aguas ácidas en las dos etapas
son acondicionados en el tanque de almacenamiento de lodos con su respectivo
sistema de agitación para mantener la densidad de la pulpa unifon-ne y luego
impulsar los lodos por una bomba hacia el filtro prensa.
A medida que la pulpa es impulsada bajo presión de 100 psi hacia dentro de la
cámara, el líquido pasa a través de la membrana filtrante, formando tortas
adheridas a las membranas.
El proceso de filtrado se establece dentro de la cámara de filtración que se forma
al juntar dos placas y a través de una tela de polipropileno, con acabado ten-no-
fijado, con óptima aplicación tensil, claridad de filtrado y desprendimiento de
torta obteniendo humedades residuales en torta alrededor del 30%. El sistema
trabaja por debajo de los 8 bares de presión. Las cámaras de filtración formadas
por el apilamiento de las placas son alimentadas de pulpa a filtrar por una tubería
de alimentación ubicada en la parte central de las cámaras y la solución filtrada
limpia descarga a través de tuberías conectadas en los extremos de la cámara,
drenando por gravedad a un sumidero o hacia el tanque de almacenamiento de
lodos siempre y cuando tenga cantidades apreciables de sólidos.
Cuando todas las cámaras de presión están llenas de lodos se cierran las válvulas
de admisión y se apaga la bomba de alimentación de lodos. Para las tortas
formadas en las cámaras, se suministra aire para realizar el secado de la torta
mediante un compresor de aire; luego de esta operación se libera la presión en la
unidad hidráulica del filtro prensa y las placas se separan pennitiendo retirar la
torta fonnada en cada cámara.
La torta cae debajo del filtro prensa fonnando un montículo, este tendrá una
disposición final encapsulando en geomembranas. Después de que todas las
cámaras han sido vaciadas, el filtro prensa está listo para cerrarse y seguir con el
siguiente ciclo de filtrado.
70
3.5.6 Planta para lechada de cal
La pulpa de cal hidratada se usa para controlar el pH, siendo preparada por el
sistema de hidratación en un molino horizontal. El término hidratación se refiere a
la producción de pulpa de hidróxido de calcio (lechada de cal) mediante la
reacción química del óxido de calcio (CaO, o cal viva) con más agua que la
necesaria para la hidratación. El agua libre restante determina el porcentaje de
sólidos en suspensión. Al mezclar la cal con el agua tratada de la planta de
proceso, se produce una reacción química exotérmica (que genera calor), en la que
tiene lugar el siguiente proceso:
Ca02 + Ca(OH)2 + calor ... (49)
El uso directo de cal viva para elevar el pH del agua ácida, demora
aproximadamente 12 horas en estabilizar el pH, debido a que la agitación y la
reacción son lentas. Adicionando lechada de cal el pH se estabiliza entre 5 y 10
minutos.
En la Figura 21 se muestra la planta para lechada de cal, que está diseñada para la
preparación continua y automática de una solución de lechada de cal con un
porcentaje de sólido adecuado.
3.5.7 Etapas de Preparación de Lechada de Cal
El proceso de preparación de lechada de cal al 10% está dividido en tres etapas,
siendo las siguientes:
a. Recepción
La cal viva es entregada a granel transportado por un camión cisterna con sistema
de presurización. La cal viva será transferida neumáticamente desde la cisterna
hacia el silo de almacenamiento de 4001 de capacidad.
La cisterna es trasladada hasta un punto de descarga donde se realizará las
conexiones mecánicas con el silo de almacenamiento y con el compresor de aire.
71
En la línea que se conecta el compresor aire y el camión cisterna es instalada una
válvula reguladora de presión que reducirá la presión de 100 psi a 25 psi para el
transporte de cal, así como un indicador de presión que pernitirá monitorear en el
lugar la presión.
b. Preparación
Para la preparación de lechada de cal, se utiliza el silo de almacenamiento de cal
de 400 toneladas de capacidad, equipada con un activador que ayuda a suministrar
un flujo de cal continuo y homogéneo desde el silo de almacenamiento hacia un
alimentador de tipo tornillo que traslada la cal viva desde el silo de
almacenamiento hacia el canal de ingreso del molino horizontal de bolas donde se
mezcla con agua generando una pulpa de lechada de cal. En el molino, las
partículas de cal viva se remueven y se reducen a partículas más finas y
reaccionan con el agua para formar una pulpa de cal apagada con un porcentaje de
sólidos de 10%. La temperatura que alcanza es aproximadamente 83°C.
La descarga del molino sale por el tromel hacia el cajón de bombas de lechada.
Luego el producto de molienda se envía al proceso de clasificación por
intermedio de un sistema de bombeo hacia los hidrociclones. El overflow del
hidrociclón descargará en el tanque de almacenamiento de lechada de cal
mientras que el underflow descargará a un cajón de paso y luego retomará hacia el
molino para su reducción de tamaño.
c. Almacenamiento y dosificación de Lechada de Cal
La lechada de cal es transferida hacia el tanque de almacenamiento a una
concentración de sólidos de 10%.
La lechada de cal se prepara al 10% de sólidos, el cual tendrá un pH mayor a 12.
Esta solución será dosificada con 8.5 m3/h y 1.1 m3/h al tanque de neutralización y
precipitación de la Etapa I y Etapa II respectivamente por intermedio de bombas
centrifugas.
f P COLECTOR D E POLVO
TU P U L M O N
CO M PRESO R
A G U A D E
PROCESO
SILO D E CAL
TO RN ILO D E A L M . CAL fI r--------------------- l r r
A G IT A D O R
B O M B AT K A L M . LECHADA D E C A L O OSIFICAOORA
A TA NQ UES DE
NE U TR ALIZA C IÓ N
B O M B A
TRANSFERENCIA
CAJÓN
Figura 21: Diagrama de flujo general de planta lechada de cal
73
3.6 Estimado del Nivel de Inversión
La Planta de Tratamiento de Aguas Acidas para el caudal de 260 m3/h contempla
las siguientes áreas: precipitación, clarificación, filtración, planta de preparación
de lechada de cal, manejo de reactivos, sistema de distribución de agua potable y
facilidades de planta, además, incluye un almacén de reactivos.
El costo de la inversión para la construcción de la planta de tratamiento de aguas
ácidas basado en el método ^ S , requiere la siguiente inversión aproximada:
• Costo directo de US$ 14 799 095.74
• Costo indirecto de US$ 4 380 532.34
Total costo de capital sin IGV de US$ 19 179 628.08
El estimado de los costos operativos para la Planta de Tratamiento de Aguas
a 1.91 US$/m3 de agua tratada, siendo el costo mensual de
14 Fuente propia.
Acidas14 asciende
US$ 574 688.12.
IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
1. La comparación de los parámetros establecidos en la calidad de la solución
ácida con respecto a los valores detenninados en las nornas
medioambientales, como: Estándares Nacionales de Calidad Ambiental del
Agua ECA Categoría III y Límites Máximos Pennisibles para descarga de
efluentes líquidos de actividades minero-metalúrgicas, determinó que los
metales: Al, As, Cu, Cd, Fe, Hg, Mn, Pb, Zn se encuentran foera de los
rangos de valores pennitidos. Por tal motivo para tratar estos metales
disueltos en aguas ácidas son necesarias las pruebas de neutralización y
sedimentación.
2. • Se propone, según los análisis de las pruebas de laboratorio, realizar dos
etapas para la precipitación de metales, principalmente aluminio y
manganeso. Los resultados muestran que para la Etapa I, elevando el pH
entre 6 y 9 con lechada de cal al 10%, se reduce el contenido de metales
pesados debido a la formación de precipitados, tales como: aluminio en la
solución de 237 ppm a 0.85 ppm, el cobre de 134 ppm a 0.03 ppm, el hierro
de 729 ppm a <0.01 ppm, el arsénico de 0.77 ppm a <0.01 ppm, el plomo de
0.21 ppm a <0.01 ppm y el zinc de 18 ppm a <0.01 ppm. Una vez removido
los sólidos, en la Etapa I, la solución con contenido de manganeso en la Etapa
II precipita a pH>10 logrando disminuir el manganeso de 55 ppm a <0.01
ppm, valor que está por debajo del límite máximo permisible.
3. Al realizar las pruebas de laboratorio, se determinó que la solución clarificada
de la Etapa 2 requiere el ajuste del pH a 7.5 mediante la dispersión de CO2
(gas), logrando un efluente que cumple con las normas ambientales para su
descarga al medio ambiente. No obstante para el diseño de la planta no ha
sido considerado por las posibles incrustaciones en las tuberías debido al
exceso de calcio que precipita como carbonato de calcio (insoluble) generado
por la inyección de CO2, además de los altos costos operativos, es por ello
que se utilizará ácido sulfúrico para regular el pH de la solución controlado
por un sensor.
75
4. Para el tratamiento de la neutralización de las aguas ácidas con caudal de
60 1/s es necesaria la planta de lechada de cal al 10%; el consumo de cal para
esta aplicación es de 26 TM/d. Además, se utilizó los reactivos para la
precipitación de metales pesados, como: floculante al 0.1% con consumo total
de 2.12 kg/h, cloruro férrico al 40% con consumo de 27.9 kg/h precipitando
arsénico y hierro, y sulftidrato de sodio al 10% con consumo de 11 kg/h para
precipitar mercurio, cromo y cadmio; y cumplir con los límites máximos
permisibles según normativa.
5. Lo antes mencionado da lugar a la aplicación de la tecnología para el
tratamiento del drenaje de aguas ácidas de mina que presenta concentraciones
elevadas de metales principalmente de alumimo y manganeso, siendo el
método más adecuado de Lodos de Alta Densidad - HDS (High Density
Sludge), debido a la mayor formación de porcentajes de sólidos (30%)
generando precipitados que contienen metales pesados. Además, el consumo
de cal se reducirá debido al reciclaje de lodos; la remoción de sólidos
suspendidos se mejorará debido a la captura de partículas finas del material
floculado previamente. Por tanto, el tratamiento para las aguas ácidas se
define en dos etapas; primero para la precipitación de aluminio y la segunda
etapa para la precipitación de manganeso. Utilizando tanques para oxidación-
neutralización, clarificadores, tanques para lodos, equipo de filtración,
facilidades de aire, sistemas de impulsión para las aguas ácidas, aguas
clarificadas y disposición de los lodos.
6. Por tales motivos, es recomendable usar la tecnología HDS para aprovechar
el pH alcalino de los lodos que recirculan al tanque de neutralización; esta
operación hará que el consumo de cal disminuya, mejorando los costos
operativos de la planta de tratamiento.
7. La dificultad de encontrar sitios adecuados como pozas de secado para la
disposición final de los lodos generados requiere elaborar sistemas de
tratamiento de lodos residuales que permitan el reuso, obtención y
recuperación de productos útiles, convirtiendo al lodo en un recurso y no en
un desperdicio.
V. B IB L IO G ^ F IA
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VI. ANEXOS
Anexo 1: Estándares nacionales de calidad ambiental del agua, ECA - Categoría
III. Fuente: Ministerio del Ambiente DS-No002-2008-MINAM.
CATEGORU 3: RIEGO DE VEGETALES Y BEBIDAS DE ANIMALES
PARAMETROS PARA RIEGO DE VEGETALES DE TALLO BAJO YTALLO ALTO
PARAMETROS UNIDAD VALORFisicoquímicosBicarbonatos 370Calcio m ^L 200Carbonatos m ^L 5Cloruros mg/L 100-700Conductividad (uS/cm) <2000Demanda Bioquímica de Oxigeno m ^L 15Demanda química de Oxigeno mg/L 40Fluoruros mg/L 1Fosfatos - P m ^L 1Nitratos (N03-N) mg/L 10Nitritos ^ 0 2 -N ) m ^L 0.06Oxígeno disuelto m ^L >4pH Unidad de pH 6.5-8.5Sodio m ^L 200Sulfatos mg/L 300Sulfuras m ^L 0.05InorgánicosAluminio m ^L 5Arsénico m ^L 0.05Bario total mg/L 0.7Boro mg/L 0.5-6Cadmio mg/L 0.005Cianuro Wad mg/L 0.1Cobalto m ^L 0.05Cobre m ^L 0.2Cromo (6+) mg/L 0.1Hierro m ^L 1Litio mg/L 2.5
PARAMETROS PARA RIEGO DE VEGETALES DE TALLO BAJO YTALLO ALTO
PA ^M E T R O S UNIDAD VALORMagnesio 150Manganeso m ^L 0.2Mercurio mg/L 0.001Níquel mg/L 0.2Piata mg/L 0.05Plomo m ^L 0.05Selenio m ^L 0.05Zinc ________ _____________ 2OrgánicosAceites y grasas m ^L 1Fenoles 0.001S.AA.M. (detergentes) 1PlaguicidasAlbicano ug/L 1Aldrin (CAS 309-00-2) ug/L 0.004Clordano (CAS 57-74-9) ug/L 0.3DDT u ^ 0.001Dieldrin (N0 CAS 72-20-8) ug/L 0.7Endrin u ^ 0.004
80
Anexo 2: Límites máximos permisibles para descarga de efluentes líquidos de
actividades minero-metalúrgicas -LM P.
Fuente: Ministerio del Ambiente DS-N°010-2010-MINAM.
Parámetro UnidadLímite en cualquier momento
Límite para el Promedio
anualPH 6 -9 6 -9
Sólidos Totales en
Suspensiónmg/1 50 25
Aceites y Grasas mg/1 20 16
Cianuro Total mg/1 1 0.8
Arsénico Total mg/1 0.1 0.08
Cadmio Total mg/1 0.05 0.04
Cromo
Hexavalentemg/1 0.1 0.08
Cobre Total mg/1 0.5 0.4
Hierro (Disuelto) mg/1 2 1.6
Plomo Total mg/1 0.2 0.16
Mercurio Total mg/1 0.002 0.0016
Zinc Total mg/1 1.5 1.2
8
Anexo 3: Balance másico - Precip tación de Aluminio y Manganeso entre oíros
metales.
82
PALPITACIÓN DE ALUMINO YMCTM.ES A pH 7
1.- DATO
te»rl idn Unidad otarioHrañoI «c. redp. | | indura pH7 Storio l
^^l m3/h 216. 216.ro& 2,ro í 7.ro 2.roAl wm 237.ro iro.o% 237.ro
A«* 0^ ro.8% 0,77Fe* wm 7».ro ro.7% 727.12Mn ».3% ro.14a _ffim mOTO W.1% 65,83o.roi6 roo%
iaro I K.0% 10.61wm 0.26 ro.o% 0.130.20 ro.o% 0.10
D E ^ W IW O O N M « I W ^ T O N T IT O ^ S A LK W W SO L^IÓ N
2.1 Masa de Als* expresado ramo AMSO^j
237.ro g/mJ X 2ie.ro mJ/h • 51,192.ro g A I*/h51,192.rog/hAI* X 341.963
53.«3
gAUlSO.Ij
gAl1’
* « 8 , 8 « . « gAWSO.fe
2.2 Masa de As3* expresado comoAsiJSO«)*
0 .^ g/m5 X 2i 6.ro m3/h - 165.93 gAs^/h
1K.930725 g/hAI3*
2.3 M ^ a de Fe*f ^rno
X 437.M4 gAS2(SO,|í
149.M4 gAs1’
70.00% F e *
«9.70 gAs,lS04)3
m x (gr/m3) X 216.0 ( ^ ) ■ iro ,^ o o i tìr. F^Vlr)
1 (^ 0 .0 1 (gr Fe?*rti)
de F e * ^m o F ^ S Q ^ j
X 151.845 gr. FtóO. » M 5 gr. F ^ ’
30.00% ^ r n o F e *
^ 9 3 1 .7 0 gr. F ^ ^ 4^
218.13 (gr/m3) X 2 ia o ( r^ r ) • 47,117.15 fcr Fe2*^)
47,117.15 (gr. Fe*/h) X 3
n i.r ogr. F e r f^ ,), gr. Fe2*
■ iro .6n .ro F ^ S 0 4fc/h
2.4 Masa de Mn24 expresado ramo MnS04
30.14 g/m1 X 2i 6.ro m3/h 6,5 ii.ro g M n */h
6.51UB gM n2‘/h X ^ .9 3 8
54.938
gMnS04
g M n *
17,M8.74 g MnS04
2.5 Masa de C u 1* expresado comoCuS04
85.83 g/m1 X 2i 6.ro m3/h - 18,539.58 gCu*/h
18,539.58 g/hAs1* X 159.M
63.54
gCuSO,
gCu*
46,550.27 gCuSO,
2.6 Masa de ZnJ* expresado ramo ZnSO«
10.61 g/mJ X 2i 6.ro mJ/h m 2f292.ro gZn2’/h
2292.M3659 gZn2'/h X 16L4
65.4
gZnSO,
gZn2*
5,656.41 gZnSO,
2 2 la 6draídnH f i 214.81Z0
«áS O ,b M 8 8^ S O , ) j 1.0FeS04 m o ^ / hFe^SO jj 108.0 W hMnS04 17.9 W h^ s o 4 40.0 KfjTti^ s o 4 5.7 Kg/h
|01U M
M / 'lH O to 8 U M <= '( H O t o 8 V PL * |OUJ 0Z8t- = '( H 0 )O
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1/IOUJ S0‘3000't = (h o ) <= OOS = HO<i 00'6 (q
l/ lolu Í I - 3 S 6 6 I = lHO) <= O i’I I = HO<i 087 Hd (eHd |djeAa|a ejed op|xoJp|q ap oumsco *
r{HO)03 °P|K> op opixpjpm ap oiur«uo3
O 'H Z ’OSeO* 8-1809 = M
‘(H0)UZ8 rw n e - 1
o ' h s 879Zt = A
'( H O t o * 6-%SZ ~ X
M z A X It -9595
8 8 i i i7 ¿ x Zt-66 88te0-98 I* PL r i 9 i
O 'HJ-'OSCD + '{H 0 )uZ < = O 'H Z + '(H O t o + *os«z
DNÍZ s e
O 'H Z ’O S O S Z8680Z - M
r(HO)uw8 9 7 W 0 I = Z
OrH8 TOZZfr =A
'( H O t o 8 T78¿8 = X
M z A X W 8 88 / I
s m m i 96-88 ssxeo’ge r w 886051
O 'H Z^O SIQ + '(HO)UW < n O 'H Z + '( H O t o + t lS “W
OS3NV5NVW t-E
O 'HZ‘*OSe0 J8 S8 IZ 0 S = M
'(HO)nO J8 ¿ 1 9Í-8Z = Z
O 'H M S 8 8 IS0 I - K
'( H O t o J8 8 0Z9IZ - X
M z A X ¿Z0559t-
88 IT I7Z I 9576 8818098 I 'W V5'6SX
0 'H Z '*0Se 3 + '(HO)nD < s O 'H Z + '(H O t o + *OSnj
3 8 8 0 3 6 E
O 'H Z 'O S ÍJ S 98W6Z6 = M
'(H O lIV S 8666S6Z = Z
O 'H S 6680S0Z = A
'( H O t o 8 8 69¿IZt- = X
M z A X 0V9C88V9WSE8-9IS T0-95I WS60-80I 87ZZ 8961*8
OrHT>OSBD t + ‘(HO)IVZ < » 0 ^ 9 + '( H O t o S + M 'o s l 'i v
o iN iw m v s e
O 'H Z ’OSCO* S ‘6 I8 ¿IZ = M
e(HO)3J8 ¿ ‘99106 = Z
0 'H 8 8 ‘009St- =A
'( H O t o 8 ¿-8U 86 = X
M z A X 081X9891t-9SE83tS w e t z *-9560-801 87ZZ 69668
O H ^ O S O S + ‘(H0)3JJ < = 0 'H 9 + '( H O t o ï 4 ‘ ft J S lto
q
0 'H Z '* 0 S Í9 8 ZSIt-691 = M'(H O )3J8 o e s m = Z
O 'H S 8/9*58 = A
'( H O t o 8 0686Z¿ = X
M z A X S8S9t-6t-I
6 X I I7 Z I 93‘68 618098 ooort-¿ 05V81SI
O 'HZ^OSED + '(HO)¡»J <= O 'H Z + '(H O t o + ’OS»!05*0 ^ b
oaaau reIVO 3Q OWnSNOD VdVd SSNO OOV3H S VT 30 SOTflOT VO -*€
£8
84
4.2 Consumopara íonnadón de hidroxidos
TONSUMO DE CAL Ca^HJjÿh
Para e lF e ^ :^ ^ 7M36.MPara el Feî f :ParaelAI3* 421769.79Para el Cu 21620.75Para el Mn2f 0702.12Para el t o 2* 25W.OT
El^rpH 3».11TOTAL 621,007.«
4.3 Consumo de Cal {CaO} al ^ disponible
CaO + HjO --> Ca(OH)j
18.0ÜM 74.1X Y 6218OT.3
x= 5 5 3 6 m g. taO 85% E fide.de utiliiatíón
Y= t t l m i g . HjO
15L2kg/hH20 0.151 m3/h
Total te cal con 05% eficercla 55^9.05 gr/'hFactor de œgurldad 1.30Total te ^ 0 Real al 1 ^ 7197W.0 gr/hTotal de Cal Real al 0W 0W63.5 gr./hTotal de Cal Real alBÛ% 099.7 K g ^ ^ hConnmode Cal 4165.1 gr/m3Conumo de Cal 4.165 kÿm3Connmode CaO 21591.9 kg/dlatonnm o de CaO 21.6 TM/dla
Conwmo de CaO M7.B TWmes
4.4 tosifiŒtiôn de lechada deOSIFICACIÓN DE LK M D A DE
% Solldœ 10% toraumo te cal kÿhCalGravedad e^eclfica z i g/cc. 0 ,^ . fô kÿh LwhateCaudal a (rater 216.MmUh teraited lectate 1.« k ^ Lwhate
Caudal de lechada de cal asi mJ/h
i - CALCULOS DE CONSUMO DE OXIG^O Y AIRE
5.1 temarta te oxigeno (02) ^ra b oxiteclôn compete tel Fe(OH)2
Fe2 + 1/4 0 2 + l/2HzO => Fe(OH|3
55.M5 8 9.MTO7 ^ .8 7M970.M X Y Z
X= 7874.65 B Oí œn Efídenc. de ' 35TO3.9
Y= 8 ^ .8 3 g.HjO grO j/h o
1 - iœ ^ .4 6 g.Fe(OH}3
! En el caso del Mn, tes reacctones sedan tes siguientes:
2M^OH)j + 02+ 2 HjO = > 2 M ^ j + 4W
m w 7M 32 30.M1M 173.07610542,56 X Y Z
X = 16^.3 gr 02Y = 2135.2 gr. HjO
Z = 10W3.6 gr. M ^2
5.3 estequiometrico Req^rWo
Conwmo Oxigeno Edequlometrlcati 9H0.93 gr 02toratraclon de Oxigern en el agía 6 ^m3
disolto en el ag^ 1W6 g02
Oxigeno estequlom. requerido 503M.2 gr 02
85
5.4 Consumo de Aire
Peso de 02 50,304.22 gr/hr
Temperatura minima 274.80 *K
Temperatura maxima 283.80 aKAltitud 3,913.00 msnmPresión Atmosferica 0.61 atmdensidad del aire 0.80 gr/ltR 0.08 atm/lt-mol °Kn 1,572.01 gr/mol*hr
R e c ita d o sVolumen de oxigeno 58,405.56 IVhrVolumen de oxigeno 60,318.40 lOhrVolumen de aire 278,121.71 H/hrVolumen de aire 287 ,2 3 0 .» ' IVhrVolumen de aire teòrico 282,676.10 lUhrFaotor para Voi. Reai 1.25Volumen real de aire 353 ,^5 .13 Itíhroaudal de aire 207.97 tfm
^ n d io io n e s E áandar
Según ^uacfen de los gases
Condiciones de operaoión
0 °C 1TO Kpa273.15 °K 14.TO5 psi
12 “C 25 psi285.15 'K
CALCULOS DE LOTOS
Lráos a generarse
F a 126.97 CFM P = 25 PSI
Q.e. 2 Faotor de lodos f
Lodos kg/h kg/dla %
C a S O „.H ^ 1443.53 Kg/h 4330.58 103933.93 66.9%
AI(OHfc 296.W Kg/h 888 .M 21311.95 13.7%
Fe(OHfc 195.36 Kg/h 586.08 14TO6.W 9.1%
28.46 Kg/h 85.39 2049.46 1.3%
M n ^ 10.30 Kg/h 30.91 741.86 0.5%
& (O H )2 3.48 Kg/h 10.45 250.86 0.2%
Impurezas (de caQ 179.93 Kg/h 539.80 129M.15 8.3%1 ^ 0 3 I ' 2157.07 Kg/h 6471.22 155M9.21 1W%Lodos 51769.74 k^dia
155.3TO.21 kg/dia
Total de Lodos en pern155.31 TOI/dla
4,659.28 TM /m as28.82 kg/m3
6.2 toscarga del clarificador Alimentación
Caudal 224.51 m3/hDens. Pulpa | 1.017 TM/m3Peso de pulpj 6.47 IM /h% Solidos 2.83% 6.36 TM/h
86
PRECIPITACIÓN DE MANGANESO Y M E T A L K Al pH 11
1.- DATOS BIITREGADOS
Deærlpclôn Lenidad CriterioDl»ftO
Criterio ^ p a lí
Cautil ; ' mVh 2l7 .ro 2l7 .ropH 7.00 i i . r oAl 237.TO o .roAs3* 0.77 o .r o i8Fe2* 1981.00 1.88Mn 56.ro 24.roCu 147.ro 48.17Hg 1.60 0 . ^ ^
35.ITO 7.38M7Cd 0.36 0.13ÍTOP b 0.61 0 . 1 < ^
D ^ ^ M IN A C IO N MASICA D a TONTOJIDO DE! S A L B EN LA SOLUCIÓN
2.1 ^ )sa de A l^ expresado como Al2(S04)3
tt (» & ím 3 X 217.ro m3/h - 0 gA I3*/h
0 ^ h A I3* X 34 9963 gA la(SO.)3 * Û 0 gA la(SO.)3
53.1^3 g A I*
2.2 ^ s a de As3* expresado como As2(S04)3
W M t i n ? X 2i7 .ro m3/h ■ Û3919TO282 g As^/h
Ó39M78282 i l h Al3* X 437.844 gAs2(SO.)3 - 2 3 gAs3(SO.)3
149.844 gAs3*
2.3 Masa f e Fe2*e x p ra a to cc^mo FeS04 70.00% c °m ° Fe *1.32 (gr/m3) X 217.5 (m^h) * 2M.7ro5792 (gr.F^Vh)
286.7M5792 (gr. Fe2*/h) X 151 .8^ gr. FeS04 * 779.7 gr. FeS04 to
55.845 gr. Fe3*
Masa f e Fe3* e x |^ » a & como Fe^(^Qt)3 30.00% Como Fe 3*
0.57 ör/m3) X 217.5 (m^h) 122 .9(^197 (gr. Fe3*/!!)
1 2 2 ^ 8 1 9 7 (£ r. F e^ h ) X 399.69 gr Fe2( ^ 4)3 439.8 gr. FerfSO .h/hm .r o gr. Fe2*
2.4 ^ is a de ^ 3* expresado como ^ S 0 4
24.36 t i n ? X 2i7 .ro m3/h ■ 5Ö7.44TO75 g ^ 2*/h
5297.44M75 g ^ 2*/h X iro .938 g ^ S 0 4 - 14554.3 g ^ S 0 4
54.9M g ito 2*
2.5 Masa de ^ 3+expresadocomo CuS04
48.17 t i * ? X 2i7 .ro m 3/h ■ H M 7 6 6 7 ^ gCu2*/h
^M 76.67œ ^hALs3* X 19954 g CuSO. * 26M5.5 gCuSO.
63.54 gCu2*
2.6 ^ is a d e Zn3* expresado como ZnS04
7.319 gI n ? X 2i7 .ro m3/h • llTO7.(OTM9 gZn2*/h
1IM7.079M9 gZn2*/h X 161.4 gZnSO. • 3 9 ^ 1 gZnSO.
65,4 gZn2*
2.2 O im pnertee f e la eolwidn
87
CALCULOS DE LAS R^œ iONES PARA CONSUMO DE CAL
3.1 FIERROa. Fe*
t e ^ 4 + Ca{OH)j + 2HjO = > Fe(OH)2 + CaS0^2H^1 5 1 .^ 74.W59 36.0319 1^.1119m 8 7 X Y z W
X * 1M.2 g Ca(OH),Y » 92.5 gHjOZ = 2M.7 gFe(OH)jW = 441.9 gCaS04,2H20
b. f e 3*
Fej(SOJ, + 3Ca(OH)j + 6H20 = > 2Fe(OH)g + 3Ca^4.2H20399.69 222.28782 m œ s w 213.737& 516.3&W439.81 X Y Z W
x = 244.6 g Ca(OH)j
Y = 118.9 gHjOZ = 2&.2 gFe(OH)j
w = 5^.2 gCaS04.2H20
3.2ALUMINIOAUSO.Ij + 3Ca(OH)í + 6HjO = > 2Al(OH)3 + 3CaS04.2H ^341.963 222.28782 i te r e s « I K . 0 1 ^ 516.335W
O.f» X Y z W
X * 0.0 g ü OY » 0.0 gHjO
Z = 0.0 gAI(0H)3
w = 0.0 gCaS04.2H20
3 3 OTBRE+ ö(O H )2 + 2HjO = > Cu(OH)2 + CaSOUH#
U 9 .M 74.TO5W 3&031M 97.5KW i7 z in œ2 ^ . 4 6 X Y Z w
x = 12217.2 gr Ca(OH)jY = 5ML1 gr. HjOz = 1 ^ 5 .3 g r. Cu(OH)¡
w = 28378 4 gr. CaS04.2H20
3 4 ^NCW NEM^ W 4 ♦ Ca(OH), + 2HjO = > Mn(OH), + CaS04.2H p1M.938 74.TO594 3&031M M.953M i7 z iu æ
145M.2 X Y Z w
X * 7144.8 g Ca(OH)jY = M74.4 gHjOz = s s n . 5 gMn(OH)2
w = 16596.0 gCaS04.2H20
3S 3N CZnS04 + Ca(OH)2 + 2 HjO «> Zn(OH)2 + CaS04.2HÆ161.4 74.W594 36031M 99.415W 172.111M
3K6.10 X Y Z W
x = 1820.8 g Ca(OH)iY = 8ffi.4 gHjO
z = 2443.0 gZn(OH)]
Ws 4229.3 gCaS04.2H20
to n s u ^ de hldróxUo de oleico &(OH)24.1 &sumodehldroxldoparaelevarelpHa) PH 7 .00 pOH = 7 .W »> [OH) = l.W E-07 mol/Lb) 1L M pOH = 3 .W => IOH) = l.W E-03 mol/L
( L ^ E -0 3 - l.^ E -0 7 ) mot/Lx 2 1 7 ^ l/h => 217.478 mol de [OH] /h
Q(OH)j = 434.K7 mol x 74.OT5M gCa(OH|j 32228.51 gCa(OH)¿/hh mol
88
4.2 Consumo para fonnadón hidroxidos
T O N S U M O D E
P a ra e l F e * * : " 1 & '2
P a ra e l F e * * ; 2 4 4 .6
P a ra e l A l ^ 0 .0
P a ra e l Cu ^ 1 ^ 1 7 . 2
P a ra e l M n 2* 7 1 4 4 .8
P a ra e l & 2 t 182018
E l e v a r ^ 3 ^ 8 . 5 1
T O m 53M6.1
4.3 ConsumodeCal (CaO) al disponible
CaO + HjO - > Ca(OH),56.ra 18.01594 74.TO5M
X i 5 ^ 6 .1
x= 4 ^ 5 .6 b- CaO 85% Efíde. de utilízwón
Y = 13M2.3 g. H20
13.1 kg/h 0.013 m3/hTotal te &0 47^5.6 gr./hF a ^ r de »puridad 3.WTtfal te ta O Real al 1 ( ^ 1 4 ^ . 7 gr./hTotal de Cal Raal al 80% 179795.9 gr./hTotal de & l Real al 80% 179.8 K g & tth
grfm3
Con^rno de CaO 4315.1 kg/dlaConnmo de CaO 129.5 TWmes
4.4 tosifíodón de legada de cal
% Solidos Gravedad e^ech & u d a l a fratar
15% 2.2'g/cc.
217.50 m^h
t o s ir ^ ió n r e
Consumo te cal 179.80 11M.64
tensidad léchate 1.(B
k^h Cal k^h Lrahate k^L Irahate
Caudal de lechada de cal 1.10 m ¥h
5.- ^ C U L O S % CONSUMO DE OXIGENO Y AIRE
5.1 ^OTanto te oxí^no (Oj) ira la oxiteción compela tel Fe(OH)2
Fe2 + 1/4 0 J + 1 /2 HjO = > Fe(OH )3
55.845 8 9.MTO7 I K . 8 6 ^ 1
1 4 3 .& X Y Z
X = 20.54032 6 0 , r a n E f ic ie n c .d e ■ 93.4
Y = 23.12833 6* H ,0 B f O j /h o
Z = 274.3W B .Fe(O H )j
5.2 En el caso del Mn, las reacciones serian las siguientes:
2Mn(OH^ + 02+ 2 H p => 2Mn02 +1H .M 7M 32 M.OT188 173.8768577.46 X Y Z
X= 1542.8 gr 02Y = 1737.2 gr.Z = 8383.1 gr. Mn02
5.3 Oxi^no wtequiometríco Requerite
Connrno Oxigeno E&qulomefri 1583.4 gr 02^netracion te to la n o en el agua 6^m 3Oxigeno disuelto en el agua 1M5 gÓ2
Oxigeno e^qulom . requerido 13038.0 gr 02
89
5 .4 Consumo de Aire
Peso de 02 13038.0 gr/hrTemperatura minima 274.8 *KTemperatura maxima 283.8 aKAltitud 3523 msnmPresión Atmosferica 0 .6 ^ 5 atmdensidad del aire 0.8 gr/ltR 0.082 atm/lt-mol 'Kn 407.44 gr/mol-hr
ReamadosVolumen de oxigeno 15137.69 lt/hrVolumen de oxigero 15^3.47 lt/hrVolumen de aire 72084.26 lt/hrVolumen de aire 74445.10 lt/hrVolumen de aire Teor 73264.68 lt/hrFactor para Voi. Re 1.4Volumen real de al 102570.55 lt/hrcaudal de aire 60.37 cto
Condiciones E ^ n d a r
Según ecuación de los gases 0 “C 100 Kpa273.15 °K 14.505 psi
Condiciones de operación12 °C
285.15 °K25 psi
P 25 PSI
5.- CALCULOS DE LODOS
5.1 Lodos a generarneG.e. 2.45Factorde lodos 1.£
Lodos kg/h kg/dia %CaS04.H20 50.21 Kg/h 75.315 1807.58 44.2%AI(OH)a O.W Kg/h O.WO O.W 0.0%Fe(OH)3 0.51 Kg/h 0.765 18.36 0.4%Cu(OH)2 16.09 Kg/h 24.135 579.24 14.2%Mn02 8.38 Kg/h 12.570 301.68 7.4%^ (O H )2 2.44 Kg/h 3.660 87.84 2.1%Impurezas (de cal) 35.96 Kg/h 53.940 1294.56 31.7%Lodos 113.59 Kg/h 170.39 40^ .24 1W%Lodos 2726.16 kg/dia
4089.2 k^dla
Total de Lodos en p e ^4.089 ™ /dia
122.68 TM/mes0.78 kg/m3
5.2 Descarga del clarificador Alimentación
C a u d a l i 218.60 m3/hDens. P ulpal 1.00046 TM/m3Peso de pulpa. 0.17 ™ /h% S o l l d o s j 0.08% 0.1712 TM/m3
90
¡ to • urtLdaae^Flujo m3/h 216.* 259.20Peso molecular toHS 56.05 56.05Densidad soluclón al ITO Kg/I 1.03 1.03tancentraclón de 1^ g/m3 O .^ WConrentrarión de Rb 0 .1 * 0 .1 *Concentrao'ón de Cu g/m3 4 . ^ 4 .2 *Conrentradónde Cd ^m3 0 .1 * 0.1Mtaraentraclón de en agra &lda g/h 0.173 0.207Conrentración de Pb en agua àcida 21.TO 25.920Conrentración de Cu en agua àcida g/h 926.979 1112.375Conrentración de Cd en agua àcida g/h 28 .*0 33.696
P.M.torniraiQselto
P.M.torniraiOsera
P.M.torniraiOsera
P.M.torniraiOsera
Hg* + 4 HgS + H*12 * .6 3 3 .* 232.66 10.173 0.028 0 .2 * 0 . ^0.228 0.038 0.265 0 .*11
Pb + HS 4 PbS + H207.19 3 3 .* 239.25 121.TO 3.447 24.942 0 .1 *25.920 4.136 29.931 0.125
Cu + HS 4 CuS + HM 3 3 .* 9 6 .* 1
926.979 478.842 1,391.337 14.4841,112.375 574.611 1,669.*5 17.381
Cd + HS CdS + H112.411 33.06 77.4 128 .0* 8.258 19.334 0.25033.696 9.910 23.201 0 .3 *
Contenido de Hg . .0.173 0.228Contenido de HS 9 0.028 0.038Contenido de Pb 21.TO 25.920Contenidode HS 9 . 3.447
’ '* 926.9794.136
1,112.375Contenido de CuContenidode HS 9 _ 478.842 574.611Contenido de Cd 2 8 .^ 33.696Contenido de HS 9 8.258 9.910Contenido de NaHS(l<m) 831.^3 *8.074Contenido de NaHS (7TO) i m i7 6 1425.820Factor fe s^urittad |rara calculo est«tuiOT&rico ~ -----~7.0 7.0Peso del NaSH con factor de seguridad estequlometrlco kgih 8.317 9.981Peso de toSH al 10% k^h 8.317 9.981ton^m o mes kg/mes 6,988.<W9 7,186.132tosflcacion de toSH el 10% líh 80.7498 96.90*
JÜHJH a 1 inedia m3/h 0 .^ 1 0.0*9Volumen de toSHal10%24h m3fdla 1.93800 2.32*1Volumen de toSH al 10% m3/mes *.13989) £9.78*7
91
C a lc u lo d e c lo r a r o fé rr ic o
FL r ^ a a * : :
lujo m3/h 216.0» 259 |concentracién de As en agua àcida Pf>m 2.30 2.& ]
ensidad FeQ3 al 40% Kg/I 1.45 1.45 |rao modular FeQ3 162
FNC
■ ,AsO) + Fe =
M. 139 56
omiral 498 i 201
liseto 597 241
FeAsOí
195698838
1"..Tnsfea: . ■■■ »mi ■ ■■ = jeso de As g/h 498 597
Peso de As kg/h 0.498 o.roPeso de Fe 2W.7 240.8Pesodel cloruro férrico (1^%) 581.7 698.1PFP
esodel cloruro férrico (95%) 612.4 734.8aclw de s^uridad |»ra calculo Kt^uiraietrico 1 16.(» 16.%eso ttel clwuro fémco con factor de segundad 9,3% 11,1»
Peso de soludon de cloruro férrico al 4TO kg/h 23.27 27.92Pesode solución de cloruro férrira al 4TO kg/mes 1 6 ,7 M 20,1%C
C
CV
onsumo de cloruro férrira al 4TO kg/m3 0 .1 0 T O 0 .1 0 ^ 3
osificación de cloiuro f^c o al 40% l/h . 16.048lostlicaciAn d e c l o u r o te m c o a l 40% m 3/h I. 0 .0 1 6 0 .0 1 % ( |
olumen de cloruro férrico al 40%24h m3/dla 0.386 0 . 4 «
|Capacidad 1BC fl^RMEOATE CONTAINER BULK) 1 1040.0 1040.0
CALCULO S DE FLOCULANTE
Nom inal D i^ n o^Iqo a tratar Al 228.74 272.81 m3/h^orrcentracion o ^ ra c . T ppmt o n s u r a de Fbc, 1TO% 0.915 1.OT1 Kg/h^orcentracion de P re ^ r . F 0.1 0.1 %t o r c u r a de floc. 0.1% 914.98 1OT1.25 Kg/h^arto r de « g . 3 ' 3Consum o F locu lan te 0.1* 2744.94 3273.76 Kg/hgen 1.01 1.01 kg/LC audal 2.7178 3.2413 m 3/h
Consumo de Floc. 1 M % 1.09826.351
7 M .5 4 3
1.31031.428
942.843
K ^ hKg/d
K ^ t o s
Flujo a tratar Mn 218.60 257.42 m3/h
Corrcentracíon operac. 4 4 ppm
C o rc u ra de Floc. 100% 0.874 1.030 Kg/h
Corrcentracion de Propar. F 0.1 0.1 %
C o rc u ra de floc. 0.1% 874.40 1029.67 Kg/h
: actor de seg. ' 3 3
Consum o F locu lan te 0.1° 2623.20 3089.00 Kg/h
íe n s id a floc 1.01 1.01 kg/L
C audal 2.6 872 3 .0 5 M m 3/h
Consumo do Floc. 1 M % 1.049 Kg/h25.183 Kg/d
755.482 Kg/mes
C au d al total de d o d fic a c ló n de 5.31 m 3/h
floculan te