Aguas Acidas

UNIVERSIDAD NACIONAL

2013 DE CAJAMARCA

INGENIERÍA AGUAS ÁCIDAS EN MINERÍA

DE MINAS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENÍERIA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENÍERIA DE MINAS

AGUAS ÁCIDAS EN MINERÍA DOCENTE: ING.HUGO MOSQUEIRA ESTRAVER INTEGRANTES: 

CALUA INFANTE ,Freddy



GARCIA CERQUIN,Carlos Daniel



MALIMBA VARGAS ,Amós



DELGADO VASQUEZ,Ro VASQUEZ,Román mán

CICLO: TERCERO Cajamarca, junio del 2013

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA


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INDICE RESUMEN

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INTRODUCCIÓN

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AGUAS ÁCIDAS EN MINERÍA MINERÍA 1. FUNDAMENTOS CONCEPTUALES

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1.1 ¿QUÉ SON LAS AGUAS ÁCIDAS?........................ ÁCIDAS?..................................... ........................ ...................7 ........7 1. 2 GENERACIÓN DE AGUAS ÁCIDAS DE MINA

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. 2. LA OXIDACIÓN DE LA PIRITA COMO ORIGEN DE LAS AGUAS DE MINA 8 2.1 DRENAJE ACIDO DE MINA (DAM) O AGUAS ACIDAS DE MINAS 8 ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………

…

3.- PROCESOS DE FORMACIÓN FORMACIÓN

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3.1 Drenaje ácido de la minería (DAM)

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3.2 Metales pesados y lixiviación

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3.3 Contaminación química

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3.4 Basura peligrosa peligrosa - Las Las escombreras

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Erosión y sedimentación

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4.- ETAPAS EN EL DESARROLLO DEL AGUA ACIDA DE MINAS

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4.1. ETAPA I 4.2. ETAPA II 4.3. ETAPA III

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5.- TRATAMIENTO DE AGUAS ÁCIDAS DE MINA

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5.1 TIPOS DE TRATAMIENTOS TRATAMIENTOS

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6.- TRATAMIENTO ACTIVO DE AGUAS AGUAS ÁCIDAS DE MINA 6.1 Reducción bacteriana de sulfatos (RBS)

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7.- TRATAMIENTO PASIVO DE AGUAS AGUAS ÁCIDAS DE MINA MINA

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8.- GESTIÓN PREVENTIVA DE AGUAS ÁCIDAS

18.

9.- MÉTODOS PREVENTIVOS

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10. ESTUDIO DE AGUAS ÁCIDAS ÁCIDAS DE LA MINA EL INGENIO INGENIO DE MACHACAMARCA (ORURO BOLIVIA) 22 10.1 JUSTIFICACIÓN TEMÁTICA …………………………………………….

22

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11. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

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11.1 General 11.2 Específicos

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12. UBICACIÓN

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13. BALANCE DEL ESTADO DE INVESTIGACIÓN EN TORNO AL TEMA PLANTEADO 26 13.1 TRATAMIENTO DE AGUAS ÁCIDAS, CARACTERÍSTICAS GENERALES 27 13.1.1 Precipitación de hidróxidos 27 13.1.2 Reducción bacteriana de sulfatos sulfatos y precipitación de sólidos sulfuros 27 …………………………………………………………………………………

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13.1.3 Otros enfoques

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13.2 CORRIENTES DE PENSAMIENTO Y TEORÍAS VINCULADAS VINCULADAS DIRECTAMENTE DIRECTAMENTE AL TEMA PROPUESTO 28 ………………………………………………

13.2.1 Método activo 13.2.2 Método pasivo

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14. ESTRATEGIA METODOLÓGICA PARA DISEÑAR LA PROPUESTA 30 …. ….

14.1 Formulación de las problemáticas a investigar 14.2 Fuentes para la investigación

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14.3 Técnicas Técnicas para la l a recolección de información A) Cualitativas Cualitativas

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B) Cuantitativas

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15. RESULTADOS ESPERADOS: IMPACTO DE LOS RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN EN LOS TEMAS RELACIONADOS RELACIONADOS A LA CONTAMINACIÓN MINERA 33 ………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………….

16. ENFOQUE DE LAS ALTERNATIVAS ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN MEDIANTE UNA PROPUESTA 33 16.1 Descripción de soluciones .........34 16.1.1 Laboratorio 34 ……………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………….

…….............................................................

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16.1.2 Implementación en el terreno 16.2 Viabilidad de las propuestas 16.3 Aplicación de la propuesta 16.4 Relevancia social 16.5 Sustentabilidad de las propuestas

34

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35 35 36 36

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17.- CONCLUSIONES

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18.- RECOMENDACIONES

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19.- BIBLIOGRAFÍA BIBLIOGRAFÍA

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20.- ANEXOS

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RESUMEN

Asociada a la actividad minera se encuentra con frecuencia la generación de las llamadas "aguas ácidas de mina", que de no ser tratadas pueden dar lugar a un importante impacto ambiental. En este trabajo se presentan los procesos mediante los que se producen este tipo de aguas y las alternativas para su tratamiento, centrándose en los sistemas pasivos como procedimientos adecuados para su remediación. Los sistemas de tratamiento pasivo combinan procesos naturales de tipo físico, químico y biológico, que pueden ser satisfactoriamente aplicados al agua de mina con reducidos costes de ejecución y mantenimiento. En una primera fase de la parte experimental, se han realizado una serie de experiencias a escala de laboratorio. Se pretenden reproducir las condiciones presentes en distintos tipos de sistemas pasivos (por separado y de forma combinada), para comprender mejor los procesos que en ellos tienen lugar, y poder determinar aquellas variables de funcionamiento que sean más idóneas para el tratamiento de cada tipo de agua de mina. Como aplicación de los resultados obtenidos en las experiencias de laboratorio, se diseña y construye un sistema mixto de tratamiento pasivo de agua de mina a escala piloto. Durante las fases de construcción y monitorización, se modifican de forma interactiva los parámetros necesarios para la consecución de un mejor funcionamiento del sistema. Finalmente, se presenta la problemática del agua de mina en un país pionero en Europa en lo que se refiere a tratamientos pasivos: Inglaterra. Concretamente, se describe un caso en el que los efectos causados por una descarga de aguas de mina conducen a la elección de un sistema pasivo para su tratamiento. Al igual que en todas las fases anteriormente mencionadas, en este caso se detallan los procesos de ejecución y control del sistema así como los resultados obtenidos y una discusión de los mismos.

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INTRODUCCIÓN

Los drenajes ácidos de explotaciones de carbón y minería metálica son una de las principales fuentes de contaminación de las aguas superficiales y subterráneas en el mundo. Debido a que este problema puede persistir durante décadas e incluso cientos de años una vez finalizado el ciclo productivo, existe la necesidad de aplicar tecnologías basadas en sistemas de tratamiento pasivo de probada eficacia y de bajo coste de operación y mantenimiento respecto a los procesos de tratamiento activo. Los drenajes ácidos de mina contienen un alto contenido en sulfato y metales disueltos (Fe, Al, Mn, Zn, Cu, Pb, etc.), alcanzando sus concentraciones las decenas y centenas de miligramos por litro. Estos elementos en esas concentraciones son nocivos para la actividad biológica, contaminan los cauces, y además esas aguas pueden llegar a dañar la estructura y la cimentación de construcciones. Debido al enorme costo que supone su tratamiento en depuradoras convencionales por el dilatado tiempo que perdura el fenómeno de generación de aguas ácidas, en antiguas zonas mineras generalmente se ha ido agravándola

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AGUAS ÁCIDAS EN MINERÍA 1. FUNDAMENTOS CONCEPTUALES

1.1 ¿QUÉ SON LAS AGUAS ÁCIDAS?

Un agua es ácida cuando su pH<7. No obstante, ello no exige que deje de ser potable o resulte nociva hasta alcanzar niveles bastante inferiores (por ejemplo, deja de ser potable para pH< 5.5). Son aguas que se producen como resultado de la oxidación química y biológica de sulfuros metálicos, especialmente pirita o pirrotita, que se pueden encontrar presentes o formando parte de botaderos, relaves, basuras municipales, etc. La oxidación se produce cuando las rocas conteniendo sulfuros son expuestas al aire y al agua. Los drenajes ácidos de minas subterráneas y a cielo abierto son una de las principales fuentes de contaminación de las aguas superficiales y subterráneas por consiguiente del medio ambiente. Este fenómeno puede permanecer por mucho tiempo si no se toman medidas adecuadas como el tratamiento pasivo y activo, cuyo fundamento son los procesos físico, químico y biológico que tiene lugar en los fangos naturales, en las que la reducción bacteriana de los sulfatos y la oxidación e hidrólisis catalizada por bacterias son las actividades más importantes.. Esta tecnología se investigó, estudió e implementó en los Estados Unidos, cuyos resultados han sido muy satisfactorios en lo que se refieren a la disminución de los metales disueltos, el aumento del pH y la disminución de sulfatos. En el Perú se viene implementando como parte del Programa de Adecuación y Manejo Ambiental (PAMA) cuyo procedimiento tiene dos fases: De laboratorio y la implementación en el terreno. Los resultados han sido satisfactorios en la Mitigación del Drenaje Ácido de Mina (DAM). 1. 2 GENERACIÓN DE AGUAS ÁCIDAS DE MINA

La presencia de aguas ácidas de mina en las numerosas explotaciones mineras ubicadas en la Faja Pirítica Ibérica (FPI) desde épocas remotas, ha provocado la contaminación de aguas y sedimentos fluviales. Por su naturaleza, magnitud y sus QUÍMICA II

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elevados costes económicos de remediación, este hecho presenta una difícil solución. 3. LA OXIDACIÓN DE LA PIRITA COMO ORIGEN DE LAS AGUAS DE MINA

Al entrar en contacto los sulfuros con el oxígeno y la humedad atmosférica en las excavaciones mineras, comienza un complejo mecanismo de oxidación de estos (principalmente de la pirita), dando lugar a la producción y puesta en solución de sulfato, metales y acidez. Las reacciones que intervienen en la oxidación de la pirita pueden ser representadas por las siguientes cuatro ecuaciones (Skousen et al., 1998; Nordstron y Alpers, 1999; Mills, 1999). FeS2 (s)+ 7/2 O2 (g)+ H2O → Fe2+ + 2 SO42 – + 2 H+ Fe2+ + ¼ O2 (g)+ H+ → Fe3+ + ½ H2O Fe3+ + 3 H2O → Fe(OH)3 (s) + 3 H+ FeS2 + 14 Fe3+ + 8 H2O → 15 Fe2+ + 2 SO42 - + 16 H+

(1) ( 2) ( 3) (4)

En la reacción de oxidación de la pirita actuando como agente oxidante el oxígeno (1) se produce Fe 2+, SO42- e H+. 2.1 DRENAJE ACIDO DE MINA (DAM) O AGUAS ACIDAS DE MINAS

Es el agua contaminada originada de la explotación minera, ya sea superficial o profunda, típicamente de alta acidez, rica en sulfato y con niveles elevados de metales pesados, principalmente hierro, manganeso y aluminio. Debido a la alta cantidad de hierro oxidado, el drenaje ácido de la mina es a menudo rojizo coloreado, mantienen un pH entre 2 y 4. La oxidación se produce cuando las rocas conteniendo sulfuros son expuestas al aire y al agua. En el sentido estricto, los drenajes ácidos de minas son una de las principales fuentes de contaminación de las aguas superficiales y subterráneas por consiguiente del medio ambiente. Este fenómeno puede permanecer por mucho tiempo si no se toman medidas QUÍMICA II

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adecuadas como el tratamiento pasivo y activo, cuyo fundamento son los procesos físico, químico y biológico que tiene lugar en los fangos naturales, en las que la reducción bacteriana de los sulfatos y la oxidación e hidrólisis catalizada por bacterias son las actividades más importantes.

3.- PROCESOS DE FORMACIÓN

El Drenaje Ácido de la Minería (DAM) es el MAYOR problema ambiental provocado por la industria minera y es también su mayor pasivo, especialmente para nuestras corrientes de agua. Una mina generadora de ácido tiene el potencial para causar un impacto devastador a largo plazo en los ríos, arroyos y vida acuática, volviéndose en efecto, una "máquina de contaminación perpetua". Existen cuatro tipos importantes de impactos mineros en cuanto a calidad de agua: 3.1 Drenaje ácido de la minería (DAM)

Cuando las grandes cantidades de roca que contienen minerales sulfatados, son excavadas en tajo abierto o en vetas en minas subterráneas, estos materiales reaccionan con el aire o con el agua para crear ácido sulfúrico. Cuando el agua alcanza cierto nivel de acidez, un tipo de bacteria común llamada "Tiobacilus Ferroxidante", puede aparecer acelerando los procesos de oxidación y acidificación, lixiviando aún QUÍMICA II

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más los residuos de metales de desecho. El ácido lixiviara la roca mientras que la roca fuente este expuesta al aire y al agua. Este proceso continuara hasta que los sulfatos sean extraídos completamente; este es un proceso que puede durar cientos, o quizás miles de años. El ácido es transportado desde la mina por el agua, las lluvias o por corrientes superficiales, y posteriormente depositado en los estanques de agua, arroyos, ríos, lagos y mantos acuíferos cercanos. El DAM degrada severamente la calidad del agua y puede aniquilar la vida acuática, así como volver el agua prácticamente inservible. 3.2 Metales pesados y lixiviación.

La contaminación por metales pesados es causada cuando algunos metales como el arsénico, el cobalto, el cobre, el cadmio, el plomo, la plata y el zinc, contenidos en las rocas excavadas o expuestos en vetas en una mina subterránea, entran en contacto con el agua. Los metales son extraídos y llevados río abajo, mientras el agua lava la superficie rocosa. Aunque los metales pueden ser movidos en condiciones de pH neutral, la lixiviación es particularmente acelerada en condiciones de pH bajo, tales como las creadas por el drenaje ácido de la minería. 3.3 Contaminación química.

Este tipo de contaminación ocurre cuando algunos agentes químicos (tales como el cianuro y el ácido sulfúrico, utilizados por compañías mineras para la separación del material deseado, del mineral en bruto) se derraman, gotean, o se trasladan del sitio minero a un cuerpo de agua cercano. Estos químicos pueden ser también altamente tóxicos para los humanos y la fauna. 3.4 Basura peligrosa - Las escombreras.

Una vez que los minerales han sido procesados y recuperados, la roca sobrante se vuelve otra forma de desperdicio minero que se ubican en las escombreras. Las escombreras contienen los mismos metales pesados tóxicos y formaciones de ácido mineral que produce el desecho de roca. También pueden contener agentes químicos usados para el procesamiento del mineral en bruto, tales como cianuro o ácido sulfúrico. Las escombreras son usualmente colocadas en la superficie, en áreas de contención o en lagunas de oxidación, y en un número creciente de operaciones bajo tierra, donde el desecho es usado como relleno para las áreas que fueron excavadas. Si son asegurados inapropiadamente, los contaminantes de los desechos mineros pueden lixiviar hacia la superficie o a los mantos de agua subterránea causando una

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contaminación seria que puede perdurar durante muchas generaciones. Erosión y sedimentación. El desarrollo minero perturba el suelo y las rocas en el transcurso de la construcción y mantenimiento de caminos, basureros y excavaciones a la intemperie. Por la ausencia de prevenciones adecuadas y estrategias de control, la erosión de la tierra expuesta puede transportar una gran cantidad de sedimentación a arroyos, ríos y lagos. La sedimentación excesiva puede obstruir riveras, la delicada vegetación de estas y el hábitat para la fauna y organismos acuáticos. 

4.- ETAPAS EN EL DESARROLLO DEL AGUA ACIDA DE MINAS.

El drenaje ácido de minas se observa como un proceso en tres etapas, definidas por el pH del agua en el microambiente de los minerales sulfurados: 4.1. ETAPA I

Se genera acidez y rápidamente se neutraliza en las etapas iníciales cuando la roca que contiene minerales sulfurados es expuesta al oxígeno y al agua. El drenaje de agua es casi neutro. Es fundamentalmente un período de oxidación química. El oxígeno es el oxidante principal, al producir sulfato y acidez a partir de la oxidación de los minerales sulfurados. Los minerales carbonatados, como la calcita (CaCO 3) presente en la roca, neutralizan esta acidez y mantienen condiciones que van de neutras a alcalinas (pH >7) en el agua que fluye desde la roca. La oxidación química del hierro ferroso es rápida a un pH igual o superior a 7 y el hierro férrico se precipita de la solución como un hidróxido. La velocidad de oxidación química de la pirita es relativamente baja, comparada con las etapas posteriores de oxidación, ya que el hierro férrico no contribuye como oxidante. En esta etapa, el agua de drenaje se caracteriza generalmente por niveles elevados de sulfato, con pH cercano al neutro. 4.2. ETAPA II

A medida que continúa la generación de ácido y se agotan o se vuelven inaccesibles los QUÍMICA II

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minerales carbonatados, el pH del agua disminuye y el proceso se encamina hacia su segunda etapa. Cuando el pH del microambiente disminuye por debajo de 4,5 ocurren reacciones de oxidaciones tanto químicas como biológicas. A medida que la velocidad de generación de ácido se acelera en las etapas II y III, el pH disminuye progresiva y gradualmente. Los niveles de pH relativamente constantes representan la disolución de un mineral neutralizante que se vuelve soluble a ese nivel de pH. Si la oxidación continúa hasta que se haya agotado todo el potencial de neutralización, se presentarán valores de pH alrededor de 2.5.A estos pH el Fe (III) no precipitará como hidróxido y por lo tanto se mantendrá en solución, actuando en las reacciones de oxidación indirecta. 4.3. ETAPA III

A medida que los minerales alcalinos se consumen, se produce acidez a mayor velocidad que alcalinidad, el pH se vuelve ácido. Las reacciones dominantes se transforman de oxidación química a principalmente oxidación biológicamente catalizada.De las reacciones de oxidación sulfurosa, se produce hierro ferroso, que se oxida biológicamente y se convierte en hierro férrico. Este, a su vez, reemplaza el oxígeno como el oxidante principal. En esta etapa, la velocidad de oxidación es considerablemente más rápida que en la Etapa I. El descenso del pH incrementa la velocidad de oxidación con un aumento de velocidades de 10 a un millón de veces más que aquéllas generadas por oxidación química. En esta etapa, el agua de drenaje es generalmente ácida, caracterizada por sulfatos y metales disueltos en concentraciones elevadas. El hierro disuelto se presenta como hierro ferroso y férrico. En algún momento en el futuro, décadas y – posiblemente- siglos después del inicio de la generación de estos ácidos, la velocidad disminuirá con la oxidación completa de los sulfuros más reactivos y el pH se incrementará hasta que la roca se torne sólo ligeramente reactiva y el pH del agua de drenaje no sea afectado.

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El tiempo para cada etapa sucesiva puede variar de un período de días a cientos de años, dependiendo de los factores que controlen la generación de ácido. Etapas del desarrollo del DAM.

5.- TRATAMIENTO DE AGUAS ÁCIDAS DE MINA

5.1 TIPOS DE TRATAMIENTOS.

Existen dos tipos de tratamientos:  Tratamiento activo  Tratamiento pasivo

Tratamiento activo se entiende la aplicación de los métodos ortodoxos de depuración de aguas residuales, que generalmente incluyen: 

el usa de reactivos sintéticos (en este caso, álcalis y floculantes)

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el usa de energía eléctrica (para bombeo, para la mezcla de reactivos con agua etc.) sedimentación intensificada (en un estanque o en una clarificadora).

Tratamiento pasivo (termino que no existía antes del año 1990; Cohen and Staub, 1992) implica tratamiento en sistemas estáticos (sin bombeo etc.) que contienen materias naturales (abono, piedra caliza etc.). Los sistemas pasivos provocan la mejora de la calidad del agua por reacciones biogeoquímicas, sin el usa de reactivos sintéticos y sin la aplicación de energía externa. EI tratamiento pasivo fue desarrollado en los EE-UU (p.ej. Cohen and Staub, 1992; Hedin et a/., 1994) con motivo de tener estrategias sostenibles para el tratamiento de aguas de mina a largo plazo, reconociendo que el drenaje contaminado de minas es un fenómeno que suele durar siglos y hasta milenios (p.ej. Younger, 1997). Aparte de realizar un tratamiento de aguas contaminadas, un sistema pasivo generalmente tiene valores añadidos en términos de ecología, recreo etc.

6.- TRATAMIENTO ACTIVO DE AGUAS ÁCIDAS DE MINA.

Precipitación de hidróxidos Hasta la fecha, la gran mayoría de sistemas de tratamiento activo para aguas ácidas de mina están basados en la precipitación de hidróxidos. Esta precipitación se realiza en un proceso de tres pasos:  

2+

3+

oxidación (para convertir Fe en Fe ) dosis con álcalis (especialmente Ca(OH) 2, pero también con Na(OH) 2, NaHCO3 y otras sustancias)

sedimentación. Cada paso en este proceso ofrece una oportunidad para la intensificación, por la cual se puede mejorar la eficiencia del proceso en su totalidad (Younger et a/., 2002). Por ejemplo: 

(i) La oxidación se realiza tradicionalmente por una cascada de aireación. Sin embargo, en circunstancias apropiadas el proceso de oxidación puede intensificarse por la aplicación de otros enfoques mecánicos (p.ej. un aparato Venturi; Ackman, 2000), o por el usa de reactivos químicos (especial mente peróxido de hidrógeno (H 2O2)). (ii) En cuanto al proceso de dosis con álcalis, cada reactivo tiene sus propias ventajas e inconvenientes. Generalmente el reactivo más económico es la cal apagada (Ca(OH) 2). Sin embargo, donde se precisa precipitar altas concentraciones de Mn, Zn y/o Cd, la QUÍMICA II

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sosa cáustica suele resultar más barata todavía. Donde el espacio disponible para una planta de tratamiento es muy pequeño, se puede usar amoníaco (en forma de gas). (iii) El paso de la sedimentación frecuentemente ofrece las oportunidades más importantes para intensificación del proceso de tratamiento en su totalidad. Eso es porque 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 otros enfoques, se puede aumentar este contenido en sólidos hasta un 40%. Un enfoque sencillo pero muy exitoso es el proceso HDS (high-density sludge). En este proceso (Figura 2) se bombea un porcentaje (~ 80%) del lodo final del estanque de sedimentación hasta el punto de arranque de la planta. Las partículas de lodo presentan núcleos para la precipitación de nuevos hidróxidos, y obtenemos una precipitación final de lodo con un 20% de sólidos en peso. La densidad puede aumentarse más por aplicación de filtros, prensas etc.

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La optimización de la densidad y estabilidad de lodos fue el motivo para el desarrollo de una nueva variedad de precipitación de hidróxidos, en la que la reacción es controlada y cada partícula de hidróxido de hierro es abrigada por una capa de sílice. Tras ensayos a escala piloto, este método está ya en marcha a escala real en Venn Quarry (una mina a cielo abierto para agregados en Devon, Inglaterra, que tiene un problema de drenaje ácido), aunque no se ha perfeccionado esta aplicación todavía (Dr C Nicholas, comunicación personal, 2002).

6.1 Reducción bacteriana de sulfatos (RBS)

Los principios de la reducción bacteriana de sulfatos, y la precipitación de los metales blancos en la forma de sulfuros, se presentaron brevemente en la Sección 2 (ii). Hasta la fecha, no se han vista aplicaciones de esta tecnología a escala real para aguas de minas. (La única aplicación a escala real ha sido para un ingenio de zinc en Holanda). Sin embargo, se han vista aplicaciones exitosas a escala piloto (en la mina Wheal Jane, UK, por ejemplo), y de estas pruebas es claro que los procesos de RBS ocupan un nicho importante en dos circunstancias comunes: a. donde la desalinización de las aguas es imprescindible b. donde existen aguas altamente contaminadas por metales valiosos (tales como Cu, Zn), para que por varios procesos activos de RBS brinden QUÍMICA II

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posibilidades de recuperación de estos metales como materia s primas. Entre las posibles acciones de los procesos activos de RBS hay dos muy notables: (i) En el propio proceso THIOPAQ (marca registrada de la empresa Paques BioSystems BV, Holanda) se usan mezclas de los gases H 2 y CO2, y/o etanol como una fuente de arbona para las bacterias. EI proceso saca tanto metales como sulfato de las aguas de mina, dejando concentraciones residuales muy bajas. THIOPAQ obtiene lodos con bajo contenido en carbono y alta concentración de sulfuros, que en circunstancias aptas suelen proporcionar beneficios económicos en minería de metales de baja ley. Por un o

paso secundario de oxidación, es también posible obtener S , una mercancía también rentable. (ii) El proceso ASPAM es un ejemplo impresionante de varias tecnologías Sudafricanas que se conocen como "biodesalinización". El concepto de ASPAM (Rose et a/., 1998) es la utilización de una fuente residual de carbono (de la industria de cuero, y/o de aguas residuales urbanas) para estimular la RBS en aguas ácidas de mina (que se mezclan con la fuente de carbona en grandes estanques). ASPAM realiza el tratamiento simultáneo de dos fuentes de residuos, sin utilizar reactivos costosos. También el proceso ASPAM controla la re-oxidación de sulfuros disueltos para recuperar el azufre o

en la forma rentable de S . 7.- TRATAMIENTO PASIVO DE AGUAS ÁCIDAS DE MINA

Los métodos de tratamiento convencionales o activos de aguas ácidas tienen un coste elevado, por lo que no pueden ser costeados por períodos prolongados una vez finalizada la vida de la mina. En la última década se han investigado diversos métodos de tratamiento pasivo y se ha comprobado que dan buenos rendimientos en la neutralización del pH y en la eliminación de metales pesados. Además, requieren poco mantenimiento y su bajo coste puede ser asumido durante largos períodos de tiempo (de 20 a 40 años) una vez clausurada la instalación minera. Los métodos de tratamiento pasivo se basan en los mismos procesos físicos, químicos y biológicos que tienen lugar en los humedales naturales (wetlands), en donde se modifican favorablemente ciertas características de las aguas contaminadas, consiguiendo la eliminación de metales y la neutralización del pH.Entre los métodos QUÍMICA II

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pasivos que más se han utilizado destacan los humedales aerobios, los humedales anaerobios o balsas orgánicas, los drenajes anóxicoscalizos (ALD, AnoxicLimestoneDrains), los sistemas reductores de sulfato y producción de alcalinidad (RAPS, Reducing Alkalinity Producing Systems ) y las barreras reactivas permeables cuando son aguas subterráneas (PRB, Permeable Reactive Barriers). En la práctica estos métodos se emplean solos o combinados, dependiendo del tipo de drenaje ácido y de los requerimientos del tratamiento. 8.- GESTIÓN PREVENTIVA DE AGUAS ÁCIDAS

Cuando existe riesgo de generación de aguas ácidas, con el fin de eliminar o, al menos, minimizar su aparición, deberían tenerse en cuenta los siguientes criterios de diseño y gestión del riesgo: • Prevenir y minimizar la generación de aguas ácidas: Planificar adecuadamente la actividad y su entorno, caracterizando los posibles efluentes (sistemáticos o accidentales), así como sus efectos sobre el medio. • Detectar y caracterizar (caudales y concentraciones), tanto posibles focos generadores de contaminación (equipos o actividades), como puntos de vertido (continuo o accidental). • Actuar con rapidez y eficacia en la construcción de barreras. • Concentrar los efluentes y aislarlos del entorno. • Controlar la red hidráulica del entorno de forma continua, espacio- temporal, de acuerdo con valores guía. • Realizar el tratamiento de las aguas ácidas (caso de producirse). • Regenerar el medio. • Cuantificar los efectos. La prevención de la contaminación derivada de las actividades mineras se relaciona, estrechamente, con los métodos de explotación, el aporte de aguas (superficiales y subterráneas) y el tratamiento de las mismas. Con respecto a las formas de actuar, cabe distinguir aquellas acciones que se orientan hacia el objetivo de reducir la formación de contaminantes, y aquellas otras que implican el tratamiento de las aguas contaminadas En general, la actuación no se ciñe a un sólo procedimiento, sino que es combinación de varios, y se acomete en función del problema específico a resolver, ya que su QUÍMICA II

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eficiencia puede ser muy diferente de unos casos a otros. Los métodos preventivos se basan en la eliminación de alguno de los elementos esenciales en la generación de aguas ácidas (sulfuro, oxígeno, humedad o bacterias catalizadoras), tales como: • Impermeabilización de escombreras, cauces y áreas de riesgo potencial. • Construcción de socavones de desagüe y canales perimetrales. • Retirada, segregación y depósito selectivo de los materiales potencialmente acidificadores. • Sellado de comunicaciones con el subsuelo • Depósitos subacuáticos e inundación, • Enmienda con materiales neutralizadores • Adición de bactericidas (sulfato de lauril sodio, benzoato de potasio, etc.) y enmiendas. La elección entre uno u otro método, depende de las condiciones (origen, desagüe, grado de actividad, etc.), características (físicas y químicas) y carácter (permanente y temporal) del efluente, así como espacio disponible. Donde es imposible evitar la oxidación de los sulfuros, la estrategia preferible es aislar los materiales que entrañan mayor riesgo y retener los productos de la oxidación para minimizar el daño ambiental. La opción menos deseable es tratar los drenajes ácidos resultantes y corregir los impactos que éstos generen. Luego, estas aguas serán distribuidas para diferentes usos: la planta de aglomeración, poza de almacenamiento para uso en la planta de procesos, garzas para mantenimiento de carreteras, lavado de equipos o directamente al medio ambiente.

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TABLA: Diagrama esquemático del proceso de la planta de tratamiento de aguas ácidas

9.- MÉTODOS PREVENTIVOS.

El objeto de los métodos preventivos es detener o reducir drásticamente la velocidad de la generación de ácido. Esto se puede realizar, impidiendo el contacto de los sulfuros con el agua o el aire, o ambos, eliminando las bacterias responsables de la catálisis de las reacciones o controlando otros factores que influyan sobre las reacciones, tal como el pH, por adición de álcali al sistema. Dentro de esta categoría se encuentran los siguientes métodos: 

Remoción de sulfuros/aislamiento



Exclusión del oxígeno por recubrimiento con agua



Cubiertas de agua en estructuras de contención



Disposición en lagos naturales

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

Disposición de relaves en el mar



Cubiertas de agua soportadas biológicamente



Exclusión del oxígeno por cubiertas secas y sellado



Cubiertas orgánicas

 

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Aditivos Alcalinos Bactericidas

En la siguiente tabla se resumen algunos de los métodos preventivos de formación de drenajes ácidos de mina. TABLA: Métodos Preventivos de Formación de DAM

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10. ESTUDIO DE AGUAS ÁCIDAS DE LA MINA EL INGENI O DE MACHACAMARCA (ORURO BOLIVIA) 10.1 JUSTIFICACIÓN TEMÁTICA. A) ¿Cuál es el punto de partida de la temática abordada?

la formación de aguas ácidas en las minas -describen el proceso de oxidación de la pirita; debido a la facilidad con la que el aire entra en contacto con los sulfuros, a través de las labores mineras, por los poros existentes en las zonas de desmonte y el contacto de los depósitos de relave con la atmósfera. La oxidación de la pirita va dar lugar a la formación de Fe2+, SO42-, H+ y metales disueltos (Fe, Al, Mn, Zn, Cu, Pb,etc.). Esta reacción provoca un incremento en el total de sólidos disueltos y aumento de la acidez, que irá asociado a una disminución de pH. Estas aguas ácidas vienen desertificando enormes superficies, en las zonas de desmontes y de relaves, confluyendo en la mayoría de los casos a cursos de ríos y lagos, teniendo efectos negativos en los ecosistemas acuáticos y terrestres. En nuestro caso la descarga impacta directamente sobre el río Payrumani (Huanuni) sin ningún tratamiento. B) ¿Cuál es la relevancia del tema que se pretende trabajar?

El presente proyecto pretende realizar estudios para “aminorar el grado de contaminación de aguas ácidas en el Ingenio de Machacamarca, aplicando métodos activos y pasivos”, es una aplicación práctica para el tratamiento de efluentes de minas. Los métodos de tratamiento activos de aguas ácidas tienen un costo muy elevado por sí solo, por lo que no se puede mantener esta tecnología por un período prolongado una vez finalizada la vida de la mina. -Máximo teniendo en cuenta que el problema de las aguas ácidas puede perdurar, por cientos de años. Se han investigado diversos métodos de tratamiento pasivo los que dan buen rendimiento en la neutralización del pH y la eliminación de metales pesados. Además, requieren poco mantenimiento y por su bajo costo pueden ser asumidas por las empresas durante períodos de tiempo más largos. De acuerdo a la Ley 1333 de Medio Ambiente en su artículo Nº 5 inciso 4) señala la optimización y racionalización el uso de aguas, aire, suelos y otros recursos naturales renovables garantizando su disponibilidad a largo plazo. Asimismo el artículo Nº 37, 38 y 39 hacen referencia sobre el uso y aprovechamiento integral de las aguas. Por QUÍMICA II

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otro lado el Reglamento en Materia de Contaminación Hídrica en su artículo Nº 10, inciso a), c), e) y f) indican de las competencias prefecturales sobre el recurso del agua contaminada, de la misma manera el artículo Nº 47 señala que todas las descargas de aguas residuales crudas o tratadas a ríos y arroyos procedentes de sus usos domésticos, industriales, agrícolas, ganaderos o de cualquier otra actividad que contamine el agua, deberán ser tratadas previamente a su descarga. Finalmente los valores permisibles de los diferentes parámetros están normados en el RMCH, lo que es un indicador para el tratamiento de aguas. Los antecedentes citados explican que a nivel de operaciones mineras y metalúrgicas que pertenecen al Estado y las cooperativas no estén cumpliendo en lo absoluto sus disposiciones reglamentarias. Por ello el trabajo de investigación es muy importante para hacer cumplir las políticas públicas ambientales, principalmente en el departamento de Oruro, para que de esta manera se pueda recomendar al final del trabajo como uso de indicadores de eficiencia ambiental. C) ¿Qué aportes nuevos proporcionará la investigación al conocimiento de la temática central a estudiarse?

Los métodos de tratamiento pasivo se basan en los mismos principios físicos, químicos y biológicos que tienen lugar en los fangos naturales (wetlands), en donde se mitigan las aguas contaminadas, consiguiendo la eliminación de metales y la neutralización del pH. Hay una variedad de técnicas: los aerobios, los anaerobios, los drenajes anóxicos calizos (ALD, Anoxic Limestone Drains), los sistemas sucesivos de producción de alcalinidad (SAPS, Successive Alkalinity Producing Systems) y las barreras reactivas permeables cuando son aguas subterráneas (PRB, Permeable Reactive Barriers). En la práctica estos métodos se emplean solos o combinados, dependiendo de la caracterización que se tiene de las aguas ácidas. El aporte en el presente proyecto de investigación es proporcionar una técnica de recuperación de aguas ácidas de minas, realizando una combinación de métodos (activo y pasivo), utilizando materiales locales. En el caso del método pasivo se obtendrá el substrato (compost) más adecuado para el tratado de aguas ácidas de minas sobrepuesto a una capa de material alcalino (calcita), los cuales tendrán la capacidad de rebajar la ecotoxicidad de metales pesados, aumentar el pH del efluente y rebajar la concentración de iones sulfatos. Lo importante de este aporte es que la técnica de recuperación como lo mencionamos anteriormente, es con material local y relativamente más económico que los tratamientos activos. Por otra, si bien el tratamiento pasivo (compost) rebaja la concentración de iones QUÍMICA II

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sulfatos, queda evidente que la salinidad aún es un obstáculo para el uso del agua tratada. Para esto, se utilizará tratamiento activo (osmosis inversa), el aporte en este caso, es la utilización de membranas de tipo artesanal (orgánicos), producidos de material animal (ganado ovino), sus características semipermeables le dan la capacidad de retener sólidos disueltos, lo cuál es la finalidad de la técnica de osmosis inversa, es más económico en comparación con equipos de osmosis inversa (utilización de membranas sintéticas). La combinación de estos tratamientos (pasivo y activo) utilizando material local, le da al presente proyecto una viabilidad económica para poder ser implementado en las actividades mineras de la mediana y pequeña empresa, mucho más si las técnicas a utilizarse son accesibles para el manejo de los mismos trabajadores mineros. D) ¿Por qué se eligió la zona de estudio y cuál su importancia respecto a la temática?

La zona de estudio definido es el Ingenio de Machacamarca (Municipio de Machacamarca) ubicada en la provincia Dalence, Subcuenca Uru - Uru, coordenadas Este 0728462, Norte 7977519. Se escogió la zona porque es una operación metalúrgica del Estado y es una operación pequeña (10 a 20 litros/segundo). Por otro lado, la importancia respecto a la temática son los efluentes contaminados que provienen del ingenio de Machacamarca. Las descargas de aguas ácidas, provoca efectos negativos en los ecosistemas de la zona, el tratamiento y clarificación de estas aguas es una demanda de las comunidades de la zona (Kochi Piacala, Karavi, Alantañita y Kochi Ishuaya y Pampa de las Provincias de Dalence y Cercado Sur). La importancia respecto a la temática, es el tratamiento de aguas, aplicando métodos activos y pasivos, este último con el uso de compost es una técnica nueva que complementado con el uso de la técnica de osmosis inversa (método activo), de tipo artesanal, se quiere implementar en el Ingenio, para aminorar el grado de contaminación del río Huanuni y de los ecosistemas en la zona. Esto tiene una gran importancia desde el punto de vista: 1) Tecnológico: en la zona de estudio, es una tecnología nueva de tratamiento, el uso de compost (método pasivo) para aguas ácidas que se origina en la explotación de minerales, este tipo de tratamiento se puede aplicar en la pequeña minería. Respecto de la técnica de osmosis inversa se complementa al método pasivo (compost), rebajando la salinidad de aguas ácidas tratadas con la utilización de membranas semipermeables producidos a partir de ganado ovino. QUÍMICA II

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2) Económico: el tratamiento mixto (activo y pasivo) resulta más eco nómico (con relación al tratamiento netamente activo), se hace discurrir el agua ácida para cada mezcla de sustratos. Los compost (mezcla de sustratos) mitigan la acidez y metales pesados, teniendo una disminución de sulfatos, como consecuencia de los fenómenos físico, químico y bacteriano hasta alcanzar los límites máximos permisibles. El uso de membranas orgánicas artesanales (osmosis inversa) complementa el tratado de aguas ácidas reduciendo la salinidad hasta límites permisibles de uso de agua Clase B 7. 3) Social: desde el punto de vista social, la mitigación de aguas ácidas, cuida el entorno en el que viven las comunidades, no degradando los suelos, no generando enfermedades y por consiguiente favoreciendo el desarrollo sostenible (considerando sostenible, como el uso de recursos abióticos y bióticos limitados) de la zona. 4) Ambiental: la mitigación de aguas ácidas por las técnicas de compost y membranas semipermeables (tipo artesanal) es un procedimiento que en forma pasiva y activa respectivamente, nivela el pH del agua y reduce los metales disueltos, hasta alcanzar los límites máximos permisibles que fija el sector correspondiente, cuyo producto del tratamiento no contaminan los afluentes que confluyen al río Huanuni, y ecosistemas de la región. 11. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN. 11.1 General

Desarrollar un tratamiento de aguas residuales (aguas ácidas, gran cantidad de sólidos disueltos, y un alto contenido de sulfatos y metales disueltos) provenientes del Ingenio Machacamarca Oruro; Cochabamba; Santa Cruz de la Sierra (Bolivia) con métodos pasivos (compost y piedra caliza y activos (osmosis inversa con membranas orgánicas) recuperando las aguas para reutilizar como aguas de riego para cultivos y forestación en las comunidades adyacentes al ingenio generando un desarrollo sostenible para mejorar la calidad de vida de los pobladores. 11.2 Específicos   

Efectuar una línea base socioeconómico, ambiental del río Payrumani (Huanuni) Caracterización ambiental de agua y suelo de los efluentes del Ingenio Machacamarca a través de imágenes satelitales y análisis físico químico Buscar el sustrato apropiado (compost) para el tratamiento eficiente de los

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efluentes de agua ácida en la zona en estudio. Configuración y construcción de equipo desalinizador (ósmosis inversa) por medio de membranas orgánicas (tipo artesanal). Desarrollar un Plan de desarrollo económico local de las comunidades afectadas.

12. UBICACIÓN. Se ubica en la Provincia Dalence del departamento de Oruro está a 50 Km al sudeste de la ciudad está la empresa minera Huanuni Pertenece a la Corporación Minera de Bolivia. Huanuni es una de las minas más grandes y productivas del país. Geológicamente, en el área del yacimiento, afloran rocas de la formación Llallagua, consistentes en cuarcitas areniscas y pizarras luego la formación Uncía con pizarras y la formación Morococala con rocas dacíticas Para la concentración de este mineral casiterita se utiliza método gravimétrico empleando agua, después de la flotación para separar la pirita (FeS).

13. BALANCE DEL ESTADO DE INVESTIGACIÓN EN TORNO AL TEMA PLANTEADO

La formación de aguas ácidas en las minas -describen el proceso de oxidación de la pirita; debido a la facilidad con la que el aire entra en contacto con los sulfuros, a través de las labores mineras (galerías y cruceros), por los poros existentes en las zonas de desmonte y el contacto de los depósitos de relave con la atmósfera. Dichos autores consideran que los factores que afectan la generación ácida son: volumen, concentración, tamaño de grano y distribución espacial de pirita. La oxidación de la pirita va dar lugar a la formación de Fe 2+, SO42- e H+. Esta reacción provoca un incremento en el total de sólidos disueltos y aumento de la acidez, que irá asociado a una disminución de pH, a menos que sea neutralizada la acidez generada. Si el ambiente circundante es lo suficientemente oxidante, entonces muchos iones ferrosos se oxidarán a iones férricos. Por lo general, por encima de un pH 3, el ion férrico formado precipita mediante hidrólisis como hidróxido, disminuyendo por tanto el Fe 3+ en solución, mientras que el pH baja simultáneamente. Por último, algunos cationes férricos (Fe 3+) que se mantienen en solución, pueden seguir oxidando adicionalmente a la pirita y formar Fe 2+, SO42- e H+. Este proceso es el principalmente causante de originar aguas ácidas. Aunque los reactivos utilizados en sistemas pasivos son distintos de los que se usan en sistemas QUÍMICA II

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activos, los principios de tratamiento en ambos tipos de sistema son bastante parecidos. Existen varios enfoques distintos para convertir metales en formas menos móviles: 13.1 TRATAMIENTO DE AGUAS ÁCIDAS, CARACTERÍSTICAS GENERALES 13.1.1 Precipitación de hidróxidos; casi todos los metales ecotóxicos son susceptibles de formar sólidos hidróxidos (p.ej. Fe(OH) 3, Zn(OH)2, etc.). Reacciones típicas de precipitación de hidróxidos son las siguientes: Fe3+ + 3 H2O Fe(OH)3 + 3 H+ (a) Zn2+ + 2 H2O Zn(OH)2 + 2 H+ (b)

Se nota que ambas reacciones producen acidez, para la liberación de tres protones (H+) por cada mol de metal hidrolizado (Fe 3+) y dos protones (H +) por cada mol de metal hidrolizado (Zn 2+). Esta acidez precisa neutralización en el proceso de tratamiento completo, y generalmente esta demanda para agentes neutralizantes es mucho más grande que la demanda ejercida por el pH ambiente del agua en su punta de salida. Aunque la precipitación de hidróxidos se practica para remover los metales ecotóxicos en solución, los hidróxidos mismos tienen propiedades muy favorables a la absorción de otros contaminantes. Por ejemplo, el arsénico por co-precipitación con Fe(OH) 3. Entonces el tratamiento total que se realiza por precipitación de hidróxidos tiene ventajas añadidas, además de los de la precipitación misma. 13.1.2 Reducción bacteriana de sulfatos y precipitación de sólidos sulfuros; aguas ácidas de mina contienen concentraciones muy altas de sulfato (S0 42-). Existen varios géneros de bacterias que catalizan la reducción de sulfatos a sulfuros. Si bien la reacción de este tipo es compleja se pueden ejemplificar de la siguiente manera: S042- + CH2O + H+ HS- + 2H2O + 2C02 (c) Donde: CH2O; representa una fuente de carbono. Una vez que existen iones de HS - en solución, los metales divalentes podrían

reaccionar y precipitarse como minerales sulfurosos, según: HS- + M2+ MS + H+

(d)

Donde: M2+; representa Fe2+, Zn2+, Cd2+, etc. Por el consumo de un protón en la reacción (c), y su liberación en la reacción (d) se QUÍMICA II

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puede conjeturar que el proceso de reducción bacteriana de sulfatos no alterará el pH del agua. Sin embargo, siempre se ve un aumento considerable de pH por medio de estas reacciones, la cantidad de S0 42- que se reduce, es siempre mucho más que la cantidad de MS que se precipita. Además, el CO 2 liberado en (c) se convierte en HCO3- (fuente importante de alcalinidad) una vez que el pH sobrepasa 4.5. Es importante tener en cuenta que los minerales sulfurosos formados por estas reacciones son estables sola mente en condiciones reducidas, y por eso es más aconsejable usar reducción bacteriana cuando se sabe que se mantendrán estas condiciones indefinidamente. 13.1.3 Otros enfoques; la literatura contiene muchas sugerencias sobre la posible aplicación en tratamiento de procesos de adsorción, procesos electroquímicos, etc. Aunque factibles técnicamente, y a pesar de sus ventajas en la recuperación de metales específicos que podrían ser rentables, hasta la fecha no existen aplicaciones de estos métodos a escala real. Eso es primariamente porque los costos de construcción y operación de estos métodos son todavía demasiado altos en el contexto de los precios de los metales en el mercado internacional.

13.2 CORRIENTES DE PENSAMIENTO DIRECTAMENTE AL TEMA PROPUESTO

Y

TEORÍAS

VINCULADAS

Mencionar las corrientes de pensamiento y teorías vinculadas al presente proyecto de investigación, sería enumerar toda una lista, el cual no es el objetivo del presente acápite. Sin embargo mencionaremos los más importantes y aplicables en la actualidad para el tratado de aguas ácidas de minas. 13.2.1 Método activo; se enfoca las principales técnicas, para el tratamiento de aguas ácidas, destacamos la técnica de osmosis inversa, el requisito principal para el uso de esta técnica, es la menor concentración de sulfatos en relación a los metales pesados en aguas de minas (criterio que se está considerando para el presente proyecto de investigación). La Figura 1 presenta la lógica selección de los procesos activos más utilizados para el tratamiento de aguas ácidas.

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13.2.2 Método pasivo; para aguas de mina ha evolucionado desde hace 16 años, inicialmente en los Estados Unidos. Existen muchos ejemplos de la mala aplicación de humedales aeróbicos para aguas ácidas de minas (p.ej. Bannister, 1997). Humedales aeróbicos son inapropiados para el tratamiento de aguas aún ácidas, porque los procesos estimulados en humedales aeróbicos resultan en la hidrólisis del hierro, un proceso que libera ácido protónico (ecuación (a)). Sin embargo, una vez que se ha corregido la acidez de un agua de mina por otro tipo de sistema pasivo, se puede usar un humedal aeróbico como paso final, para remover los últimos mg/l de hierro. También, tecnologías pasivas para otras variedades de aguas de mina están ya experimentando avances rápidos en el contexto del proyecto de investigación "PIRAMID" (Comisión Europea, 50 Programa Marco).

El tratamiento para aguas de minas para el proyecto de investigación, nos enfocamos en las técnicas de unidades RAPS y humedal de abono, como base para la propuesta de una nueva técnica pasiva (compost elaborado con material local, junto a áridos alcalinos, en este caso calcita) de tratado de aguas de minas. La Figura 2 presenta la lógica selección entre las variables opciones.

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En cuanto a la zona de estudio Montoya J. C. et al (2005) menciona que existe una alteración en las propiedades fisicoquímicas de las aguas del río por las descargas constantes procedentes de las actividades mineras (Ingenio Machacamarca). Estas aguas no tienen ningún tratamiento para su mitigación. Se advierte una colmatación de sedimentos al borde del río. La descarga y salida libre de las aguas del Ingenio se ha estimado en 10 litros/segundo con alto contenido de sedimentos disueltos totales, metales pesados y elevada acidez los que sobrepasan los límites permisibles establecidos en la normativa ambiental boliviana. 14. ESTRATEGIA METODOLÓGICA PARA DISEÑAR LA PROPUESTA. 14.1 Formulación de las problemáticas a investigar

Producto de las actividades mineras y el proceso metalúrgico del Ingenio Machacamarca (subcuenca Uru - Uru), se tiene un grado de contaminación de aguas, con elevada acidez, junto a ellos la presencia de metales pesados ecotóxicos, sólidos en suspensión provocando salinidad elevada. Este tipo de agua, causa daños ambientales en los ecosistemas acuáticos y terrestres. Los efluentes mineros encuentran su punto final de recorrido en los cuerpos de agua en este caso el río

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Payrumani (Huanuni) que discurre al lago Uru - Uru y en menor proporción en los suelos aledaños al cuerpo de agua, los metales pesados disueltos en el agua son absorbidos por las plantas acuáticos y/o terrestres (bioacumulación), estos a su vez son consumidos por animales superiores (ganado, peces), provocando una biomagnificación de metales ecotóxicos, afectando de manera negativa a la salud de poblaciones vulnerables (mujeres, niños, trabajadores mineros). Esta situación, trae consigo poder discutir las “Tecnologías limpias a la explotación de minerales base: tratamientos de efluentes”. 14.2 Fuentes para la investigación

► Trabajo de gabinete. Recopilación y análisis de información a partir de fuentes secundarias referidas de las diferentes instituciones para la línea base socioeconómico y ambiental. Sistematización de los resultados de análisis de muestras de aguas superficiales, aguas subterráneas, suelos, sedimentos, flora y fauna efectivizados por la Secretaria de Recursos Naturales y Medio Ambiente de la Prefectura de Oruro. Recopilación de información secundaria (libros, revistas, internet) sobre las técnicas de tratamiento activo y pasivo Adquisición de Imágenes Satelitales y preparación de mapas temáticos y determinación  exacta de la zona de estudio Preparación de materiales y equipos para muestreo y caracterización del agua y suelos Definición de puntos de muestreo a través de imágenes satelitales. Elaboración de encuestas y determinación del universo a estudiar Elaboración de formularios para estudios de caso Firma de convenios con las instituciones mineras y ambientales o

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► Trabajo de campo. Reuniones con autoridades de la empresa y personas claves de las comunidades. Visitas de campo para realizar reconocimiento del área de estudio y georeferenciar para ubicar los puntos en las imágenes satelitales Seminarios talleres para recopilar información con los comunarios y la presentación de los resultados Ejecución de las encuestas y estudio de casos con la empresa y las comunidades involucradas. o

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Caracterización física y química de las aguas superficiales del Ingenio Machacamarca sin previo tratamiento y medición del caudal. Definición y elaboración de compost para el tratamiento pasivo, como de la dosis. Ubicación del lugar donde se hará el tratamiento activo y pasivo. Diseñar el flujograma de tratamiento pasivo y activo de las aguas residuales del ingenio. Construcción de las piscinas de tratamiento pasivo y equipamiento. Implantación del tratamiento activo. Campaña de muestreo de los diferentes parámetros del agua para análisis físico y químico con los diferentes tratamientos. Monitoreo y seguimiento de los tratamientos pasivo y activo. Taller para presentación y validación del plan de desarrollo económico ambiental Interpretación y sistematización del trabajo desarrollado. Elaboración de la propuesta del Plan de reutilización de agua con fines de riego para cultivos y forestación. Presentación del trabajo final. Difusión del trabajo de investigación ante las diferentes instancias. o

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► ► ► ►

14.3 Técnicas para la recolección de información. A) Cualitativas: se realizará observaciones in situ, entrevistas, encuestas, estudios de caso, reuniones con responsables y trabajadores del Ingenio de Machacamarca, pobladores de las comunidades aledañas, autoridades ambientales, municipales y otros. B) Cuantitativas: se utilizará la teledetección y el uso de imágenes satelitales para cuantificar el área de influencia, se utilizará equipos de medición de caudales (para definir el volumen de aguas de minas a ser tratada), análisis de muestras de agua en laboratorios certificados (proporcionará datos físicos y químicos del agua contaminada), servirá para realizar el respectivo tratado de aguas. Se realizará diferentes combinaciones de compost para ver el más adecuado para el tratado de aguas ácidas de minas. 14Esta actividad implica además el uso de residuos

urbanos y residuos de explotaciones agrícolas y ganaderas. Pruebas de laboratorio y ejecución en el campo del tratamiento pasivo y activo.

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15. RESULTADOS ESPERADOS: IMPACTO DE LOS RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN EN LOS TEMAS RELACIONADOS A LA CONTAMINACIÓN MINERA.

Los resultados esperados es el tratamiento de aguas ácidas de minas y que los parámetros físicos y químicos sean los exigidos a los límites permisibles para una clase de agua “B” (según Ley 1333, 1992).

Se ha logrado establecer un diagrama de flujo, cuyos componentes son: poza de sedimentación, poza de RBS (sustrato adecuado con material local, compost) y neutralización de pH (áridos de calcita), y desalinizador (tipo artesanal, membrana orgánica), en las que cada uno de ellos tienen funciones específicas. Los resultados esperados, permiten proponer técnicas de recuperación de aguas ácidas de minas, acordes a la realidad económica de la región priorizando la utilización de material local para el tratado de aguas, resolviendo en parte las demandas por parte de la sociedad civil para el mejoramiento ambiental y de la calidad de vida de la población.

16. ENFOQUE DE LAS ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN MEDIANTE UNA PROPUESTA.

El presente proyecto de investigación “THUSKA UMA: TRATAMIENTOS DE AGUAS MINA CON PIEDRA CALIZA Y COMPOST , tiene como alternativas: ”

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16.1 Descripción de soluciones

La solución para la mitigación de las aguas ácidas de minas de Huanuni Alantañita Kariva, para el presente proyecto de investigación comprende dos etapas de estudio: 16.1.1 Investigación en laboratorio (prueba estática) y 17.1.2 Implementación en el terreno 16.1.1 Laboratorio: caracterización físico-químico del efluente. Posterior, se procederá a utilizar las combinaciones diferentes elaborados con material local (residuos biodegradables), para producir compost (estas mezclas deben tener una relación C:N de 25:1 a 30:1, para que las bacterias transformen el carbono en azúcares y energía, así como las proteínas fuentes de nitrógeno permita el desarrollo de las bacterias, importante para el proceso de reducción, esto tiene una duración de 3 meses), una vez teniendo el compost con diferentes combinaciones de sustratos, se agregará aguas ácidas a razón de 200 ml en cada recipiente donde se encuentre el compost. Realizado el muestreo de aguas de cada recipiente, se evaluará los datos obtenidos, y donde tenga mejores resultados (reducción de sulfatos y posible rebaja de la acidez), será el sustrato (compost) elegido (tiene una duración de 15 días), posterior a esto, se prepara el recipiente, donde se pondrá áridos alcalinos (calcita), en este recipiente se pondrá el efluente problema (los resultados mostrarán una neutralización de la acidez del efluente). Una vez realizado estas pruebas (de reducción de sulfatos y neutralización de acidez), se realiza la última prueba que consiste en la técnica de osmosis inversa (se utilizará membrana semipermeable, producto de ganado ovino), mediante una presión externa al sistema de osmosis inversa (mediante una bomba) se hará fluir el efluente por la membrana semipermeable, resultado de esta operación disminuirá los sólidos totales disueltos y con esto la disminución de la salinidad (reducción de la Ce) en el efluente. 16.1.2 Implementación en el terreno: una vez diseñado y construido el diagrama de flujo el agua ácida proveniente de la mina Huanuni Alantañita Karavi ingresan:

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Primero a la poza 1 de sedimentación, si bien esta primera etapa no está contemplada en el trabajo de laboratorio, es para disminuir los sólidos totales disueltos antes de ingresar a la siguiente poza de tratamiento. Posteriormente el efluente ingresan a la poza 2, que consiste en un sistema reductor y productor de alcalinidad (el sistema reductor consiste en una capa de sustrato espeso, compost, que tiene la finalidad de reducir el sulfato a sulfuros y poder precipitar una vez combinado con los metales pesados que son insolubles, esto sucede principalmente en la capa inferior del compost donde ausencia de oxígeno y cuando existe abundante materia orgánica y sulfato, a su vez el bicarbonato (HCO 3-) reacciona a su vez con cationes metálicos y forma carbonatos metálicos que también precipitan, también sucede una serie de procesos de oxidación principalmente en la parte superior de la poza, formando óxidos e hidróxidos, el hierro ferroso que está en disolución, forma óxido férrico e hidróxidos, insoluble que precipitan con lo que disminuye cationes del agua; por otra parte, el sistema productor de alcalinidad consiste en neutralizar el pH ácido de la agua de mina, mediante una capa de áridos alcalinos, calcita.). Finalmente ingresan al sistema de ósmosis inversa (membrana semipermeable orgánica, producto de ganado ovino), para disminuir los sólidos totales disueltos con el fin de rebajar la salinidad del efluente. El resultado de la mitigación del drenaje ácido de las minas de Huanuni Alantañita Kariva será un éxito, porque los contaminantes principales están dentro de los niveles máximos permisibles (Clase B), en el tiempo de ejecución del presente proyecto de investigación. 16.2 Viabilidad de las propuestas. La elevada acidez de las aguas de minas, concentraciones altas de metales pesados ecotóxicos y sólidos totales disueltos en los cauces de los ríos del sector Huanuni Alantañita Karavi son contaminantes; sin embargo, en el proceso de tratamiento, se separan disminuirá estas concentraciones elevadas y la rebaja de la acidez, y así eliminar una de las fuentes principales de contaminación en el sector de estudio. La parte económica de la propuesta involucra el cálculo de gastos a partir de la implementación del sistema de tratamiento y la determinación de los ingresos económicos por la utilización de las aguas tratadas para sistemas de riego en el sector e incrementar sus rendimientos en los cultivos como la superficie a ser sembrada; análisis de flujo y sensibilidad y otros. 16.3 Aplicación de la propuesta La aplicabilidad de la propuesta del proyecto de investigación, se sustenta en la técnica de recuperación (accesible a diferentes niveles de formación académica) y QUÍMICA II

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económicamente factible a la realidad de la región. Se sustenta en un conjunto de teorías y acumulación de conocimientos generados en los últimos 20 años, en el tema de recuperación de aguas ácidas de minas. La investigación es de tipo científico, cuantitativo a nivel experimental. 16.4 Relevancia social

El proyecto de investigación tiene un enfoque participativo que se refleja en uno de sus objetivos específicos, el de transmitir conocimientos, dirigida a la reflexión y comprensión de la realidad n cuánto a la contaminación de aguas por actividades mineras. La relevancia social tiene la finalidad de contribuir a la generación de propuestas, de políticas frente a las diferentes problemáticas ambientales, promoviendo la disminución de las asimetrías sociales (mediante el incremento de agua para actividades agropecuarias) y la inequidad existentes, logrando una mayor integración social mediante la concientización de problemas de contaminación ambiental. Asimismo concluido el trabajo permitirá establecer indicadores de eficiencia ambiental para generar políticas públicas de remediación ambiental por la autoridad ambiental competente (Secretaría de Recursos Naturales y Medio Ambiente) cuyo éxito del trabajo permitiría implementar tratamientos de bajo costo y de alta eficiencia, pudiendo replicarse en otras operaciones mineras. De esta manera se estaría evitando la generación de impactos ambientales negativos y procurando una convivencia pacífica entre mineros y agropecuarios. 16.5 Sustentabilidad de las propuestas A) Tecnológico: en la zona de estudio, es una tecnología nueva de tratamiento, el uso de compost (método pasivo) para aguas ácidas que se origina en la explotación de minerales, este tipo de tratamiento se puede aplicar en la pequeña minería. Respecto de la técnica de osmosis inversa se complementa al método pasivo (compost), rebajando la salinidad de aguas ácidas tratadas con la utilización de membranas semipermeables producidos a partir de ganado ovino. B) Económico: el tratamiento mixto (activo y pasivo) resulta más económico (con relación al tratamiento netamente activo). El uso de membranas orgánicas artesanales (osmosis inversa) complementa el tratado de aguas ácidas reduciendo la salinidad hasta límites permisibles de uso de agua Clase B. Se sustenta en cuánto se usa material local, accesible a la zona en estudio (relativamente más económico con relación a sistema de tratamiento tradicional). QUÍMICA II

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C) Social: desde el punto de vista social, la mitigación de aguas ácidas, cuida el entorno en el que viven las comunidades, no degradando los suelos, no generando enfermedades y por consiguiente favoreciendo el desarrollo sostenible en la zona. D) Ambiental: la mitigación de aguas ácidas por las técnicas de compost y membranas semipermeables (tipo artesanal) es un procedimiento que en forma pasiva y activa respectivamente, nivela el pH del agua y reduce los metales disueltos, hasta alcanzar los límites máximos permisibles que fija el sector correspondiente, cuyo producto del tratamiento no contaminan los afluentes al río Huanuni, flora y la fauna de los ecosistemas de la región. Fundamentalmente se hará incidencia en las políticas públicas de la autoridad ambiental prefectural y municipal.

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17.- CONCLUSIONES

En consecuencia luego de haber estudiado y realizado algunas investigaciones preexistentes de “AGUAS ÁCIDAS EN MINERÍA” llegamos a las siguientes conclusiones que creemos que se dan en minería y también las que deberían de darse en algunos casos, estos son los siguientes: 1.- Podemos observar una gran abundancia de sulfuros con respecto a los carbonatos en los desmontes y relaves, lo que implica una generación de aguas ácidas en condiciones críticas de precipitaciones. 2.- El pH de los drenajes de las relaveras y efluentes de la boca de mina se encuentra en un promedio de 5

3.- Se requiere utilizar cal en una dosificación de 0,25 g/l para efluentes y llegar hasta un de pH de 7,5 a 9

neutralizar los

4.- El método más adecuado para neutralizar los efluentes ácidos provenientes de los drenajes de las relaveras y los efluentes de boca de mina es el de dique alcalino para lograr la neutralización adecuada. La corrección de aguas ácidas de mina puede realizarse por dos tipos de tratamiento: o

o

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Tratamiento activo, especial mente por precipitación de hidróxidos, pero también par métodos que aprovechan reducción bacteriana de sulfatos. Quizás el reto más importante es la evolución de métodos baratos para desalinizar las aguas. Tratamiento pasivo, sobre todo para sistemas basados en reducción bacteriana de sulfatos, con una contribución importante también de disolución de calcita.

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18.- RECOMENDACIONES

al mismo tiempo luego de ver las conclusiones tomamos algunas de las recomendaciones, que a nuestro parecer se deberían de poner en práctica en todo lo que concierne a la minería, que conjuntamente con las conclusiones ya mencionadas se podrá manejar y mejorar las operaciones en las mismas. Estas recomendaciones son: 1. Se recomienda el desarrollo de canteras de calizas y arcillas a fin de construir presas de caliza y recubrir los materiales con arcilla y calizas a determinada granulometría a fin de neutralizar y evitar el contacto de estos materiales con agua y oxigeno 2. Se debe establecer un programa de revegetación de la zona afectada con la finalidad de hacer posible las labores agrícolas y ganaderas de la región 3. Establecer la responsabilidad de acuerdo a las leyes vigentes de quienes debe asumir los gastos de remediación. Hacer Cumplir la Ley 28271 Ley que regula los pasivos ambientales de la actividad minera. 4. El Ministerio de Energía y Minas debe de comprometer a la o las empresas mineras que son las responsables directas en cada proceso de contaminación de las aguas, haciendo cumplir todo tipo de ley que esté vinculado a los daños causados. 5. Antes de todo tipo de operaciones se deben de hacer los estudios respectivos, en los cuales se vean detallados todas las áreas influyentes al trabajo, los gastos de operaciones, el impacto que se tendrá como consecuencia de las obras a realizarse. 6. Todo esto ayuda a que el trabajo desarrollado en minería sea de mayor seguridad y al mismo tiempo con menor impacto ambiental (contaminación).

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19.- BIBLIOGRAFÍA

Ing. Priscila Gamonal Pajares. “Tratamiento de drenaje de ácidos de minas en humedales construidos” http://biblioteca.unmsm.edu.pe/redlieds/recursos/archivos/mineriadesarrollosost enible/medioambiente/damhumedales.pdf Mag. Ing. Pedro Camero Hermoza. Tratamiento de aguas acidas de mina” http://es.scribd.com/doc/29461552/tratamiento-de-aguas-acidas-de-mina Mag. Ing. Pedro Camero Hermoza. “Generación de las aguas acidas en la industria minera”. Colegio de Ingenieros del Perú, Consejo Departamental del Cusco. http://es.scribd.com/doc/57408642/aguas-acidas-de-mina Amachi Melo Rosa, Arenas Farfán Wilson, Huarca Flores Rene Walther. “Tratamiento de Aguas Acidas en Minería”. “Ingeniería Metalúrgica” UNSAAC http://es.scribd.com/doc/29460979/tratamiento-de-aguas-acidas-de-mina Blog de Ingeniería Aplicada al Medio Ambiente. Tratamiento de Aguas Acidas en Minería”.http://blog.condorchem.com/tratamiento-de-aguas-acidas-en-mineria/ “

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20.- ANEXOS. Podemos apreciar los diferentes presentaciones de las minas debido a las aguas acidas en las mismas, asimismo los diferentes procesos que se desarrollan en mina, fotos de lo que dejan las aguas acidas, y otros.

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Confección de los pozos de lixiviación.

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