71597 Materialdeestudio Parti

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INTERCADECONSULTANCY & TRAINING

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TRATAMIENTO DE EFLUENTES

MINERO-METALURGICOS Dr. CRISTIAN VARGAS R.

Consultor INTERCADE

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MODULO IMODULO ITRATAMIENTO

DE MINERALES SOLUBLES

Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade

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1.- INTRODUCCION

2.- TRATAMIENTO DE MINERALES SOLUBLES

INDICE


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1. INTRODUCCION


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LOS MATERIALES METALICOSGENERALIDADES

Son aquellos que están compuestos básicamente poruno o más metales. También pueden contener otrosmateriales como el carbono.materiales como el carbono.

• Los materiales metálicoscuyo componente principales el hierro son llamadosmateriales férricos. Sonejemplos de estos el hierroy el acero.

Hierro Acero


• Los materiales metálicosobtenidos a partir de otrosmetales son llamadosmateriales no férricos.

Zinc Cobre

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Los metales no suelen aparecer puros, sino combinados conotros elementos y formando minerales:

La Minería se encarga de extraer minerales metálicos o

MINERALES Y METALES

gmenas.La Metalurgia Trata de los metales elaborados y suspropiedades.

Calcinación y tostación: Es un proceso para obtenermetales libres o puros calentando las menas en hornos yeliminando los óxidos que se producen.


e a do os ó dos que se p oduce

Electrolisis: Es un proceso para obtener metales libresfundiendo el mineral, introduciendo en la fundición doselectrodos y haciendo circular una corriente eléctrica demodo que el metal puro se deposita en un electrodo.

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METALURGIA EXTRACTIVAEs la ciencia y tecnología de extracción de los metales desus fuentes naturales o de los materiales de reciclado y supreparación para usos prácticos.

MINERALEs una sustancia natural, inorgánica y homogénea decomposición química determinada.

Se llama MENA a una asociación de minerales a partir de lacual se obtienen uno o más metales de formaeconómicamente favorable y al resto del mineral constituído


económicamente favorable y al resto del mineral constituídopor las impurezas.

El tanto por ciento del contenido en mena de un mineral seconoce como LEY DE MINERAL.

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METALURGIA: Estudio general de los metales.

METALURGIA EXTRACTIVA: Obtención comercial demetales a partir de sus menas y preparación de los metalespara su uso.

ETAPAS:

Extracción de la mena.

Pretratamiento de menas.


Reducción a metales libres.

Afino o purificación.

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CLASIFICACION DE LAS MENAS METALICASTIPOS DE

COMBINACION EJEMPLO OBSERVACIONES

También Ag, Bi, Hg y Cu aunque deimportancia secundaria

Metales nativos Au, Grupo Ptimportancia secundaria.

Menas típicas de Fe, Al, Ti, Cr, Mn, Sn, W, Si,

Sulfuros

Oxidos

Calcopirita CuFeS2Calcosina Cu2SEsfalerita ZnSGalena PbSPirita de hierro FeS2Cinabrio HgSMolibdenita MoS2Estibina Sb2S3

Magnetita Fe3O4


p , , , , , , , ,Nb, Ta, U, Th, Lantanidos.

g 3 4Hematites Fe2O3Ilmenita FeTiO3Bauxita Al2O3Casiterita SnO2Periclasa MgOCuarzo SiO2

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CLASIFICACION DE LAS MENAS METALICAS

Haluros Importancia en lametalurgia delmagnesio.

Alcalinos y alcalinoterreros de depósitos salinos y aguas marinas.

Sal gema NaCl; silvinita KCl canalita KCl. MgCl2

fluorita CaF2; AlF3. 3NaF

Oxisales Metalurgias delBe, Li, Zr yLantánidos.

Metalurgias del Uy lantánidos.

SilicatosBerilio Be3Al2Si6O18; Zircón ZrSiO4

Caolinita Al2(SiO8)(OH)4Espodumen LiAl(SiO2)2

FosfatosMonacita CePO4

Autunita Ca(UO2)2(PO4)2

CarbonatosSiderita FeCO3; Cerusita PbCO3Smithsonita ZnCO3; Malaquita


3Cu2(CO3)(OH)2

Dolomita MgCO3.CaCO3; Caliza CaCO3Magnesita MgCO3

SulfatosYeso CaSO4.2H2O; Epsomita MgSO4.7H2O

Barita BaSO4; Anglesita PbSO4

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PROPIEDADES FISICAS DE LOS MINERALES

Dureza

Peso Específico

Escala Mohs1. Talco2 YesoFusibilidad

Fractura

Exfoliación

Tenacidad

Color

ExfoliableQuebradizo

2. Yeso3. Calcita4. Fluorita5. Apatita6. Feldespato7. Cuarzo


Brillo

Transparencia

DúctilMaleableFlexible e inelásticoFlexible y elástico

8. Topacio9. Corindón10. Diamante

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LOS MATERIALES METALICOS PROPIEDADES

Los materiales metálicos:Conducen bien el calor y la electricidad.Su aspecto presenta un cierto brillo.A temperatura ambiente suelen ser sólidos, excepto elmercurio.Funden a la temperatura que llamamos punto defusión.Son maleables y dúctiles Los que más el oro la plata


Son maleables y dúctiles. Los que más el oro, la platay el cobre.

Conductores Se funden Mercurio Oro nativo Plata nativa Cobre

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LOS MATERIALES METALICOS Aleaciones

Una aleación es un material metálico que se obtiene almezclar y fundida y dejar que solidifique una mezcla deun metal con otros materiales, casi siempre otrosun metal con otros materiales, casi siempre otrosmetales.El producto resultante tiene características metálicasy alguna propiedad que no tenían los componentespor separado.El latón, por ejemplo, es una mezcla de cobre y cinc yresulta más duro y con resistencia eléctrica.


Aleaciones Latón

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Son aquellas propiedades que dependen de la capacidad delmineral de reaccionar químicamente con las otras sustancias.

Las más importante son la solubilidad y la efervescencia con

LAS PROPIEDADES QUIMICAS

Las más importante son la solubilidad y la efervescencia conel ácido clorhídrico.

- Solubilidad en agua. Los minerales solubles puedenpresentar gusto y olor. Por ejemplo la halita es salada, lasilvina es salada y picante, la epsomita es amarga, etc.

- La efervescencia con el ácido clorhídrico (HCl). Es la


capacidad del mineral de reaccionar con este ácido ydesprender burbujas de dióxido de carbono (*CO2).

Esta reacción resulta muy útil para identificar la *calcita y la*aragonita, que son los minerales básicos de las rocascalcáreas.

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Es característico de los metales tener valencias positivas en la mayoría de suscompuestos. Esto significa que tienden a ceder electrones a los átomos con los quese enlazan. También tienden a formar óxidos básicos.

PROPIEDADES QUIMICAS DE LOS METALES

Por el contrario, elementos no metálicos como el nitrógeno, azufre y cloro tienenvalencias negativas en la mayoría de sus compuestos, y tienden a adquirirelectrones y a formar óxidos ácidos.

Los metales tienen energía de ionización baja: reaccionan con facilidad perdiendoelectrones para formar iones positivos o cationes.

De este modo, los metales forman sales como cloruros, sulfuros y carbonatos,actuando como agentes reductores (donantes de electrones).


¿Cómo reaccionan los metales con él oxigeno, con el agua y con el ácidoclorhídrico?

Algunos metales como el sodio y el potasio al entrar en contacto con él oxigenocomienzan a desintegrarse y con el agua y ácido clorhídrico reaccionanviolentamente, algunos otros como el cobre al estar en contacto con él oxigeno ycon el agua se pueden oxidar.

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LA SOLUBILIDAD QUIMICA DE ORO Y COBRE

La química ácuea del oro es esencialmente eso de iones complejos desde los ionesAu+1 y Au+3 son inestables en el agua debido a sus potenciales de la oxidaciónaltos.A t d l ió (S O ) 2 (CN) d Cl dé l j

El oro, plata y cobre son elementos del grupo IB de la tabla periódica, dichosmetales es maleable. De color amarillo, blanco y rojo respectivamente. Los estadosde oxidación que han sido estudiados van del +1 a +3. Todos son solubles ensoluciones ácidas oxidantes, básicas complejas y sales oxidantes, forman

Agentes de complexión como (S2O3)-2 o (CN)- o un exceso de Cl- dé complejossolubles del tipo [Au(S2O3)]- [Au(CN)2]- y [AuCl2]- qué da oro muy móvil en lasolución. Algunos complejos húmicos tienen la misma facilidad.La acidez (pH) de agua tiene un parte importante en la solubilidad de los complejosde oro.


, p j y ,complejos con todas las soluciones oxidantes. La solubilidad de dichos elementoses altamente influenciadas por las reacciones redox.

Donde M representa a los elementos metálicos: oro, plata o cobre.

OHMOHM nn22 2

141

+→++ ++

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TABLA. PROPIEDADES DE LOS METALES DEL GRUPO IB

Propiedades ORO PLATA COBRE

ú óNúmero atómicoConfiguración electrónica exteriorPeso atómicoDensidad sólido 20 (C, g/cm³Volumen atómico sólido, m³

795d106s1

197,219,3

10,22

474d105s1107,8810,510,27

293d104s1

63,549,927,12

SolubilidadAgua regia soluble ligero soluble


g gAcidos comunesAlcalisCianurosSales oxidantes

insolubleinsolublesolublesoluble

gsolubleligero

solublesoluble

solubleligero

solublesoluble

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MINERALES OXIDADOS Y SULFURADOS DE COBRE

MINA

Minerales de cobre (0,3-3 % Cu)


Cobre oxidado Cobre sulfurado

20 % 80%

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Sulfuric Acid

PYROMETALLURGICAL PROCESSING HYDROMETALLURGICAL PROCESSINGMiningTo LeachingTo Flotation

Separation

SizeReduction

Flotation

MultipleTo Acid Production

Precipitation

LeachingOperations

TailingsReservoir

Dust andFine particles

0.1 – 0.7% CuHearth Roasting

GasCleaning

Converters

BlisterCopper

Anode RefiningFurnacesRecovery of

Slag Waste

Stripping

Electro winning Drying

Decanting

PrimarySmelting Furnace

Flue gas dust,acid plant sludge

< 0.8% CuCopper Cathode Cement Copper

KEY

RECOVERYOPPORTUNITIES


Furnaces

ElectrolyticRefining

Lead, Gold

Slimes

Refined CopperAu Te Se Ag Pt Pd

COPPER MINING OPERATIONS AND BY-PRODUCT REOVERY OPPORTUNITIES.

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TRATAMIENTO QUIMICODIVISION DE LA METALURGIA EXTRACTIVA

VIA SECA O PIROMETALURGIA VIA HUMEDA O HIDROMETALURGIA

- LixiviaciónAcida.Básica.

- Cianuración- Tostación

OxidaciónNeutra.

- Purficación y/o concentraciónMétodos químicos convencionales.Cementación.Resinas de intercambio de ión.Extracción con disolventes.

- PrecipitaciónElectrólisis.Cementación.Métodos Químicos.

SulfatanteCloruranteAglomeranteOtras

- FusiónReductoraUltrareductoraNeutraOxidante

- Volatilización


ReductoraOxidanteDe halurosDe carbonilos

- Electrólisis- Metalotermia

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El Oro al igual que la Plata, es encontrado algunas veces enestado de pureza. Se extrae de las siguientes fuentes: en lasvetas de Oro, generalmente acompañado de cuarzo; el Orode aluvión y como producto derivado de otras industrias

ORO Y PLATA

de aluvión, y como producto derivado de otras industriasmanufacturadas, como la del Cobre, Estaño y Zinc.El Oro está enlazado genéticamente con las intrusionesácidas, el más característico es el de origen hidrotermal enlos filones cuarcíferos, donde va acompañado de la Pirita, laArsenopirita, la Galena, las menas grises, la Calcopirita, labismutina, los telúridos.


Además, el Oro se encuentra en las menas de losyacimientos de polimetales, Cobre, metales raros, Uranio yotras, de las cuales se extrae simultáneamente.

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Cristales de oro puro Oro natural


Pepita de oro puro

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MINERALES POLIMETALICOSUn yacimiento polimetálico es aquel que contiene diversasespecies de interés tales como: oro, plata, cobre, zinc etc.,los cuales son todos de interés económico en cuanto a su

Los minerales polimetálicos, tales como minerales de cobre-plomo zinc plata bismuto son algunos de los más

recuperación.

Los yacimientos polimetálicos no están dispuestos tanuniformemente como los de cobre y zinc. De ellos se extraenprincipalmente mezclas de plomo, zinc, cobre y plata.


plomo-zinc-plata-bismuto, son algunos de los máscomplejos, y su recuperación requiere de la separaciónselectiva de cada uno de ellos o de un par de ellos, medianteesquemas de tratamiento mas complejos que losconvencionales.

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Para el tratamiento de polimétalicos, se utilizapreferentemente la separación o concentración deminerales, particularmente la concentración selectiva deminerales o especies.Entre los diferentes concentrados de un mineral polimetálicopse pueden tener fundamentalmente cobre y zinc, además demolibdeno, plata y plomo que son obtenidos de manerasecundaria en el proceso de producción.Estos concentrados son polvos finos de mineral reducidos amicrones, con una alta ley de contenido metálico. En algunoscasos, los productos pueden ser clasificados de la siguientemanera:


Concentrados de cobre.Concentrados de zinc.Concentrados de molibdeno.Concentrados de plomo.

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• Estos dos elementos (Pb y Zn) suelen encontrarseasociados pues los procesos geológicos que favorecen suformación tienen la misma paragénesis.

YACIMIENTOS DE PLOMO Y ZINC

p g

• Estos yacimientos suelen ser de origen hidrotermalrellenando cavidades preexistentes en las rocas, formandofilones o sustituyendo a las rocas carbonatas por unproceso de metasomatismo.

• Como minerales principales se tiene a la galena (PbS) y


• Como minerales principales, se tiene a la galena (PbS) yblenda o esfalerita (ZnS). Los minerales secundarios sonfundamentalmente carbonatos y sulfatos y ocasionalmenteóxidos: cerusita (PbCO3), anglesita (PbSO4), calamina oHemimorfita(Zn2SiO4), smithsonita (ZnCO3n).

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Medio Ambiente:“El sistema global constituido por elementos naturales y

MEDIO AMBIENTE Y CONCIENCIA AMBIENTAL

g p yartificiales de naturaleza física, química o biológica,socioculturales y sus interacciones, en permanente modificaciónpor la acción humana o natural y que rige y condiciona laexistencia y desarrollo de la vida en sus múltiplesmanifestaciones”.Otras definiciones lo explican como “Entorno vital; conjunto defactores físicos biológicos sociales y culturales que


factores físicos, biológicos, sociales y culturales queinteractúan entre sí de manera sistémica”.Para los efectos analíticos se lo suele clasificar de diversasformas: medio biofísico, medio sociocultural, medio ambientenatural, etcétera. Pero en todos los casos, el análisis incluye a lapoblación humana y sus actividades.

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DEFINICIONES PREVIASMETAL: Elemento químico caracterizado por una fuerteconductividad térmica y eléctrica, brillo peculiar (metálico), aptitudpara la deformación y una marcada tendencia a formar cationes.

1IA

2IIA

3IIIB

4IVB

5VB

6VIB

7VIIB

9VIIIB

11IB

12IIB

13IIIA

14IVA

15VA

16VIA

17VIIA

180

8 10 MetalesalcalinosMetalesalcalinotérreos

Lantánidos

Actínidos

Otrosmetales

No metales

Metales detransición

H

Li

Na

K

Rb

Cs

Fr

Be

Mg

Ca

Sr

Ba

Ra

Sc

Y

Tl

Zr

Hf

V

Nb

Ta

Cr

Mo

W

Mn

Tc

Re

Fe

Ru

Os

Co

Rh

Ir

Ni

Pd

Pt

Cu

Ag

Au

Zn

Cd

Hg

B

Al

Ga

In

Tl

C

Si

Ge

Sn

Pb

N

P

As

Sb

Bi

O

S

Se

Te

Po

F

Cl

Br

I

At

He

Ne

Ar

Kr

Xe

Rh

Ce PrLa LuYbTmErHoDyTbGdEuSmPmNd


METALES PESADOS: Grupo de elementos de P.M. 63,5 a 200,6con una distribución electrónica similar en su capa externa(Rainbow, 1993).

Gases noblesTh PaAc LrNoMdFmEsCfBkCmAmPuNpU

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El término de metal pesado refiere a cualquier elementoquímico metálico que tenga un relativa alta densidad y seatóxico o venenoso en concentraciones bajas.

Los ejemplos de metales pesados incluyen el mercurio (Hg),cadmio (Cd) el arsénico (As), el cromo (Cr), el talio (Tl), y el( ) ( ) ( ) ( ) yplomo (Pb).

Los metales pesados son peligrosos porque tienden abioacumularse.

La bioacumulación significa un aumento en la concentraciónde un producto químico en un organismo biológico en uncierto plazo comparada a la concentración del producto


cierto plazo, comparada a la concentración del productoquímico en el ambiente.

Los metales pesados pueden entrar en un abastecimientode agua por medio de residuos industriales y de depositacorrientes, los lagos, los ríos, etc.

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RESIDUOS TOXICOS Y PELIGROSOS GENERADOS

EN LOS SECTORES INDUSTRIALESAs Cd CN- Cu Cr Hg Orgánicos Pb Se Zn

Caucho yplástico

Curtidos

FarmacéuticaGalvanoplastía

MineríaPasta y papel

X X X

XX

XX

X X X X X X X X X X

XXXXX

X X


y p p

Pesticidas

Químicas

Textil

Varios

X

X

X

X X

X XX

X

XX

XXX

X

XX

X

X

XX

X

X

X

X

XX

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RESIDUOS TOXICOS Y PELIGROSOS PROCEDENTES DE LAS AGUAS

RESIDUALES DE LA MINERIA METALICAMinería del Minería del Minería del Minería del Minería

del oro

AluminioCromoCobreHierroPlomoMercurioNiquelZincCianuro

XXXXXXXXX

--XXXXXX-

-XXXXX-XX

X--XX-XX-

--XXXXXXX

hierro cobre plomo-zinc aluminio del oro-plata


BoroCobaltoSelenioTelurioArsénicoEstroncioCadmio

-------

XXXXXXX

------X

-------

-XXXXXX

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LIMITES MAXIMOS PERMISIBLES VIGENTES DEL SECTOR

Actualmente, el sector cuenta con dos normas queestablecen los Límites Máximos Permisibles:

Resolución Ministerial Nº 315-96EM/VMM; LMP para

Resolución Ministerial Nº 011-96EM/VMM; LMP paradescarga de efluentes líquidos mineros.

Regula en total 08 parámetros, para el caso se controlaen su fracción disuelta.


descarga de emisiones Atmosféricas.

Regula en total 04 parámetros. Para el caso del SO2,se establecen los valores en función del balance demasa de azufre que ingresa al proceso.

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LIMITES MAXIMOS PERMISIBLES VIGENTES PARA EFLUENTES LIQUIDOS PARA LAS ACTIVIDADES

MINERO-METALURGICOS (R.M. 011-96)

VALORPROMEDIO

ANUAL

VALOR ENCUALQUIERMOMENTO

PARAMETROANUALMOMENTO

pHSS (mg/L)Pb (mg/L)Cu (mg/L)Zn (mg/L)Fe (mg/L)As (mg/L)

>6 y <9500.41.03.02.01.0

>6 y <9250.20.31.01.00.5

>5.5 y <10.510012651

>5.5 y <10.5500.5132

0.5


As (mg/L)CN total (mg/L)

1.01.0

0.51.0

12

0.51

Valores para unidades mineras en operación cuando se emitióla norma (adecuación 5 años).

Valores para unidades mineras nuevas.

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CONCIENCIA AMBIENTAL33


3434


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EMISIONES A LA ATMOSFERAUna de las principales emisiones que genera la minería a la atmósfera es elpolvo. Otro aspecto a considerar es que determinados minerales aldescomponerse o al ser sometidos a procesos metalúrgicos dan origen a la

EFLUENTES MINERO-METALURGICOS

emisión de gases de naturaleza variada.EL POLVOLas características del polvo que afectan a ésta son fundamentalmente lacomposición y granulometría. La composición afecta porque determinadosminerales contienen metales que a su vez pueden tener efectos tóxicos. Porotra parte, la granulometría es muy importante puesto que las partículas depolvo de tamaño inferior a 10 micras (las denominadas PM10) entran en elsistema respiratorio alcanzando los pulmones, donde pueden quedar


acumuladas y generar graves daños al sistema respiratorio (e.g. silicosis).Las partículas menores de 2.5 micras (denominadas PM2.5) son aun máspeligrosas, ya que se mantienen en suspensión en al aire, lo que permiteque se desplacen muy largas distancias.

El polvo generado por los procesos mineros puede proceder de distintasfuentes:

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Voladura y Arranque. Es una fuente muy importante deeste contaminante, puesto que normalmente se lleva a cabosobre roca seca, lo que facilita aún más el desprendimientodel polvo.


Emisiones polvo causadas por voladura de roca en minas a cielo abierto.

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Carga. En este caso es más sencillo de evitar o controlar,puesto que durante el proceso se puede proceder al regado(mojar) del material.


38Transporte. Si se realiza mediante cinta transportadora el vientopodrá levantar y arrastrar un volumen significativo de polvo, si no seevita mediante el humedecimiento del material transportado, outilizando cintas cerradas. Si el transporte es en vehículos, se puedeproducir una doble emisión e polvo: la relacionada con el escape depolvo procedente de la propia carga, y el polvo levantado durante larodadura del vehículo. Ambos son relativamente sencillos decontrolar, en un caso recubriendo la carga, en el otro regando laspistas de rodadura.


Polvo levantado por un camión durante el transporte de minerales.

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Chancado. Es otra de las fuentes más importantes de esteelemento, puesto que como el arranque (voladura de roca)por lo general se realiza en seco. Por otra parte, se puedellevar a cabo dentro de edificaciones realizadas al efecto, loque permite evitar la dispersión generalizada del polvo quese genera.g


Operaciones de chancado primario.

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Disposición en escombreras. El volcado del estéril (u otrosproductos) en escombreras produce una emisión inmediata,durante el propio proceso de descarga, y un riesgo potencialde emisión, si la escombrera no se trata de alguna formapara prevenir que el viento levante polvo de la misma.


Descarga de minerales.

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41Metalurgia. El tratamiento metalúrgico de menas puede llevarse a cabo dedistintas maneras, siendo las más comunes la pirometalurgia (descomposicióntérmica de los minerales o tostación) y la hidrometalurgia (descomposición delmineral en medio acuoso, mediante reactivos específicos que permiten laseparación del elemento de interés minero).

En el primer caso se suelen emitir a la atmósfera gases y partículas, mientras queen el segundo caso las emisiones pueden ser de aerosoles que contienenreacti os más o menos tó icos (e g cian ro ácido s lfúrico) se p edereactivos más o menos tóxicos (e.g. cianuro, ácido sulfúrico), y se puedelevantar polvo de las pilas de lixiviación. El particulado emitido por laschimeneas puede ser muy importante en algunos casos, como en Chuquicamata(ver siguiente figura) donde por ejemplo el año 2002 se emitieron unas 1040 ttoneladas de este tipo de material.


Pirometalurgia, Fundición de cobre.

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HIDROMETALURGIA: LIXIVIACION EN PILA42


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En cuanto a la naturaleza del polvo generado, puede ser de distintas tipologías:

Polvo mineral. Es el más común, y puede ser muy variado en sus características:su composición dependerá de la del material minero explotado, mientras que sugranulometría dependerá por una parte de la composición, y por otra del procesominero que lo genere: será más grueso el levantado durante las voladuras, y másfino el procedente de procesos de molienda y subsecuentes.

Polvo de rodadura. Dependerá de la naturaleza del firme de rodadura sobre elque se muevan los camiones.

Cenizas. Son las partículas procedentes de procesos de pirometalurgia o decombustión de productos mineros, como el carbón. También podrán tenercomposiciones variadas, en función de la naturaleza del proceso y de losproductos afectados por el mismo. La granulometría será por lo general muy fina,muy inferior a la característica de los procesos mineros propiamente dichos.


Los minerales que podemos encontrar en forma de partículas en el aire, puedenser muy variados: los más comunes son el cuarzo, por su gran abundancia yresistencia a la alteración meteórica, y las arcillas, que son también muy comunesen medio exógeno, y que por su morfología plana y su pequeño tamaño de granosuelen constituir la fracción más fina del polvo en suspensión.

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Emisiones de humo con cenizas desde una plantageneradora de electricidad por combustión de carbones.

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Durante los procesos mineros y afines puede producirse la emisión de gases,bien porque estén contenidos en aquello que explotemos (caso del grisú enel carbón), o porque se produzca una descomposición del mineral que libereesos gases durante el proceso metalúrgico. En concreto podemos citar los

LOS GASES

g p g psiguientes casos como más significativos:

El grisú es un gas altamente explosivo que se libera durante la explotacióndel carbón y que esta formado por una mezcla de tres gases: metano,nitrógeno y anhídrido carbónico. Para que se verifique la explosión de grisúse necesita que se cumplan tres condiciones: A) Que la relación del metanoal aire este en proporción determinada (5% al 15%); que a esta mezclaapropiada se le aplique una fuente de calor con temperatura mínima de 650º


C; y B) Que dicha llama de ignición permanezca durante un tiempodeterminado en contacto con la mezcla grisuosa, lo que se conoce con elnombre de “retardo a la inflamación” o “histéresis de encendido”, propiedaden que se fundan los explosivos de seguridad. Con llama a 650ºC el “retardo”se aproxima a 10 segundos, mientras que si la temperatura alcanzara los1000ºC, el “retardo” solo sería de 1 segundo.

46La pirometalurgia libera una gran cantidad de gases, entre los cuales suelendestacar los óxidos de azufre, puesto que esta técnica se aplica a los sulfuros. Porejemplo, los procesos que ocurren dentro de un horno convertidor de cobre(producción de cobre blister) son del tipo:

2 Cu2S + 3 O2 → 2 Cu2O + 2 SO2

2 Cu2O + Cu2S → 6 Cu + SO2

un proceso que libera SO2 a la atmósfera.

Convertidores para la fundición de sulfuros y producción de cobre

metálico.


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Otros gases ligados a la pirometalurgia pueden ser muyvariados: vapor de mercurio en el caso de la tostación decinabrio o de esfalerita u otras menas ricas en este metal,vapores de arsénico o de cadmio en la tostación demenas de cobre o de cinc, etc.


Parte del complejo metalúrgico de Almadén (España) para la tostación de

cinabrio (HgS). Parte del material escapa a la atmósfera

como Hg gaseoso.

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La problemática de estas emisiones normalmente no sepuede resolver más que mediante aplicación de tecnologíasindustriales a los correspondientes procesos.

Un caso notable en este sentido eran por ejemplo lasUn caso notable en este sentido eran por ejemplo lasemisiones de arsénico de la fundición de Chuquicamata(Chile), con valores de 2340 toneladas/año en 1994.

En la actualidad la compañía minera CODELCO tiene querecuperar al menos una parte importante del arsénico quepotencialmente sería emitido. En Chuquicamata el procesose realiza en una planta hidrometalúrgica que recupera el


p g q pcobre, y precipita el arsénico como arsenato férrico. A partirdel 2003 las cifras de emisión no pueden exceder las 400toneladas/año.

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PRINCIPALES ETAPAS DEL PROCESO MINERO Y SU RELACION

CON EL MEDIO AMBIENTE

AGUAPOLVORUIDO

HUNDIMIENTO

ECOLOGIA(FLORA Y FAUNA)

TUNELESDE MINA

DISPOSICIONDE DESECHOS

HIDROLOGIAFUENTE DE AGUA


TUNELESDE FIERRO

IMPACTO SOCIOECONOMICO

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IMPACTOS DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL

INDICE1 Impactos de la minería de1. Impactos de la minería de

minerales metálicos en el medionatural.

Atmósfera.Suelos y terreno.Aguas superficiales ysubterráneas.


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ATMOSFERA

E i i ólidEmisiones sólidas:

El polvo emitido tiene su origen en las propias actividadesextractivas, durante la voladura y arranque de material, odurante los procesos de carga y transporte, o en relación aprocesos metalúrgicos. Además puede haber unaimportante remoción eólica de material fino en escombrerasy balsas abandonadas


y balsas abandonadas.

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ATMOSFERA


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ATMOSFERA


Chuquicamata (Chile)

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TERRENO

Peligros geotécnicos:

Desestabilización de laderas por sobrecargas y/oexcavaciones y alteraciones en el nivel freático.

Subsidencia por huecos. Subsidencia por depresiónen el nivel freático.


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SUELOS

Pérdida de propiedades físicas:

Variaciones en el régimen hídrico del suelo poralteraciones en el nivel freático, y variacionestexturales y estructurales.

Pérdida física de suelo por extracción y arranque,


acumulación de vertidos (escombreras y balsas) oconstrucción de infraestructuras. Por erosióninducida.

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SUELOS

Pérdida de propiedades físicas:

Alteraciones en la horizonación por arranque y/omezcla de horizontes, deposición de vertidos ypolvo. Pérdida de los horizontes superficiales porerosión inducida.


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58


SUELOS

Pérdida de propiedades químicas:

Contaminación por metales pesados (Cu, Pb, Cd,Hg, etc.), metaloides (As) e hidrocarburos generadapor efluentes líquidos y sólidos.

Acidificación por acumulación y oxidación de


sulfuros y drenaje ácido.

Adición de sales al suelo (sulfatos).

59


SUELOSMina Sur (Calama, Chile)


30


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60


AGUAS

Alteraciones en la dinámica fluvial:

Variación del perfil y trazado de la corriente fluvial,variaciones en el nivel de base local, alteración en ladinámica (variaciones en las tasas deerosión/sedimentación) en el perfil (aguas abajo yaguas arriba) por excavaciones, diques y represas.


g ) p , q y pAumento de la peligrosidad de inundación).

61


AGUASMina Brillador (La Serena, Chile)


31


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62


AGUAS

Alteraciones en la dinámica fluvial:

Incorporación de partículas sólidas en la corriente,aumento de la carga de fondo y en suspensión,incremento en las tasas de sedimentación aguasabajo.


Mina Brillador (La Serena, Chile)

63


AGUAS

Pérdida de masas de agua:

Ocupación de lagos, embalses, bahías (p.e. Portman).

Antes de 1958 Actual


32


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64


AGUAS

Alteraciones en el régimen hidrogeológico:

Variaciones en el nivel freático, variaciones en elrégimen de recarga y modificaciones en el flujosubterráneo por efectos barrera, drenajes inducidos,infiltración restringida/favorecida, compactación,modificación de relieve, deforestación.


,

65


AGUAS

Acuífero

Río

Irrigación(Acuífero inferior)

Nivel piezométrico(acuífero inferior) debido

a la excavación de la galería

Nivel freático(acuífero superior) debido

a la excavación

Depresiónen el nivel freático

(acuífero superior) debidoa la excavación

Excavación

Acuífero superior)


Acuífero inferior

Depresión en nivel piezométrico(acuífero inferior) debido

a la excavación de la galería

galería

33


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66


AGUAS

Contaminación por metales pesados y metaloides (As):

En coloides en suspensión.

En especies en disolución: uno de los procesos másrelevantes para la movilización de metales desde lafase sólida es el (“acid mine drainage”, AMD),

d á d l d t l i li i i ió


además de los procesos de metalurgia por lixiviacióny cianuración.

67


AGUAS

Contaminación por metales pesados y metaloides (As):

Se puede producir nuevamente la incorporación delos metales a la fase sólida (sedimentos) poradsorción y/o coprecipitación.


Río Toro, Chile.

34


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68


AGUAS

Variaciones del pH por el drenaje ácido de mina:

Se produce por la hidrólisis y oxidación de sulfuros,en especial la pirita:

4FeS2 + 14O2 + 4H2O → 4Fe2+ + 8SO4

2- + 8H+


4Fe2+ + O2 + 4H+ → 4Fe3+ + 2H2O

4Fe3+ + 12H2O → 4Fe(OH)3 [“limonita”] + 12H+

69


AGUAS


Río Tinto (Nerva, España)

35


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70


AGUAS

Variaciones del pH por el drenaje ácido de mina (“acid minedrainage”, AMD):

En condiciones de aridez, se forman sulfatos dehierro (jarosita).

Como resultado se obtienen aguas de pH muy bajo(2 3) d i ( b t d lf t )


(2-3), cargadas en aniones (sobre todo sulfatos), enlas que generalmente son más solubles los metalespesados como Pb, Zn, Cu, As, Cd, etc. (a excepciónde Hg).

71


AGUAS

Composición de AMD de una mina de Pb-Zn

ComponenteSO4

-2

FetotalZnNi

Valor (ppm)63.00016.25014.560

4,8


CuMnCdpH

Conductividad

13,42.62522,5

2,2 (unidades)48000 (moh)

36


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72


AGUAS

Variaciones del pH por el drenaje ácido de mina (“acid minedrainage”, AMD):

Depende de la superficie específica (tamaño) de laspartículas ¡¡balsas!! y la porosidad.

La cinética también esta controlada por el clima y lati id d b t i


actividad bacteriana.

73

2. TRATAMIENTO DE MINERALES SOLUBLES


37


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74

2. TRATAMIENTO DE MINERALES SOLUBLES

Diagrama de Flujos de Tratamiento de Minerales deOxidados de Cobre.

Esquema general del tratamiento

hidrometalúrgico d i l

Mineral

Lixiviación

Solución de Lixiviación

Solución impura y diluida

Separaciónsólido-líquido

Sólido agotado

ImpurezasPurificación

C t ió


de un mineral.Tranque de relaveso botadero

Impurezas

Soluciónagotada

Concentración

Recuperaciónespecie valiosa

Solución casi puray más concentrada

Metal o compuesto puro

75MOLIENDA

Primario Secundario Terciario

PILAS DE LIXIVIACION

5

1 2 3 4

Proceso productivo minerales oxidados de cobre

EXTRACCION POR SOLVENTES

6

Soluciones

ELECTRO OBTENCION


7

8

CATODOS ELECTRO OBTENIDOS

38


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76

EFLUENTES PRODUCIDOS EN LOS PROCESOS DE PRODUCCION

DE COBRE A PARTIR DE MINERALES OXIDADOS

DESCARGASRecursos Mineros

Insumos- Agua.- Energía.- Reactivos.- Combustibles.- Otros.

Emisiones al Aire- SO2, PM10.- Arsénico.- Neblina Acida.Efluentes Líquidos- Drenaje ácido.- Residuos líquidos.- Efluentes ácidos.- Infiltraciones.Residuos Sólidos

OPERACIONESMINERO -

METALURGICAS


Productos Mineros- Usuario final.- Procesamiento adicional.

- Material estéril.- Relaves.- Escorias.- Ripios.- Otros Desechos.

77

ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO DE MINERALES DE COBRE

Y PRINCIPALES EFLUENTES CONTAMINANTESESTERILLASTRE MINERALESMINERALES MINA

SOLUCIONESACIDAS

ORGANICOS

RELAVESORGANICOSREACTIVOS

GASESPOLVOS

LASTREDRENAJE ACIDO

MINERALESSULFURADOSOXIDADOS

MINA

LIXIVIACION

SX FUNDICION

FLOTACION


SOLUCIONES ACIDASNEBLINA ACIDA

SOLUCIONES ACIDASNEBLINA ACIDA

COBRE 99.9% COBRE 99.99%

ELECTROOBTENCION

ELECTROREFINACION

39


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78

RIPIOS DE LIXIVIACION• Las tecnologías para procesar

óxidos y sulfuros de baja leyconsideran corrientemente eluso de ácido sulfúrico.

2500

2000

1000

1500

ipio

s To

nnag

e D

ispo

sal,

M t

• Este proceso de lixiviaciónproduce un gran volumen deresiduos sólidos (ripios) ysoluciones de desecho. DISPOSICION ESTIMADA

DE RIPIOS

500

01990 1995 2000 2005

Annual Accumulated

Annu

al R

Year

Volu

me

300

250


DISPOSICION ESTIMADA DE SOLUCIONES DE DESECHOAccumulatedAnnual

Year

Annu

al Im

preg

nate

d V

Dis

posa

l, M

m3 200

150

100

50

0

1990 1995 2000 2005

79

TRATAMIENTO DE MINERALES POR LA VIA HIDROMETALURGICA – IDENTIFICACION

DE RESIDUOS Y ABATIMIENTOTRATAMIENTO DE RESIDUOSOxidized ore

RESIDUOS / ELEMENTO ABATIMIENTO

Estéril Disposición

DisposiciónRipios Lixiviados

Residuos Líquidos / Drenajeácido

Neutralización con cal

Soluciones de Refino Disposición

Residuos sólidos del Recirculación:

H2SO4

MINING

CRUSHING

STRONGH H2SO4AGGLOMERATION

HEAP LEACHING Solid leached residues

Acid drainage

Acid drainage

Sterile and low Grade ore


circuito SX neutralización

Neblida AcidaVentilación y uso dereactivos de activaciónsuperficial

Barros anódicos (plomo) Confinamiento

SOLVENTEXTRACTION

ELECTROWINNING

Raffinate

Cu Cathodes

Acid Mist

EW Sludges

SX plant claryfer sludges

Oilwater emultion wastewater

40


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80

CARACTERIZACION FISICOQUIMICA DE LOS EFLUENTES

Los efluentes ácidos se deben caracterizar de acuerdo a laacidez que presentan.

Para condiciones de extrema acidez se utiliza el concepto de“acidez libre” en vez del pH del efluente acuoso.

Cabe recordar que:

pH = -Log[H+]


La neutralización de la acidez se puede realizarpreferentemente ,mediante neutralización con algún agenteque incorpore iones OH-, alcalinizando de esta manera elefluente y otorgándole condiciones menos agresivas para sudisposición.

81

En el caso de efluentes conteniendo fierro, este elemento sepuede presentar tanto como Fe2+ como Fe3+, dependiendo delas características oxidantes del efluente.

CARACTERIZACION FISICOQUIMICA DE LOS EFLUENTES

El equilibrio entre estas dos especies se presenta a través dela siguiente reacción electroquímica:

Fe3+ + e = Fe2+

Para la caracterización del hierro, comúnmente se realizananálisis químicos tanto por Fe2+ como Fe(total), el Fe3+ seobtiene por diferencia entre ambos debido a que:


Fe(total) = Fe3+ + Fe2+

La disminución en los contenidos de fierro se pude lograrmediante la precipitación de algún compuesto estable defierro, ajustando el pH y/o adicionando un elemento formadorde compuestos.

41


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82

TRATAMIENTO DE SOLUCIONES ACIDAS

Neutralizar ácidos en lechos de caliza. La caliza se da enforma natural como piedras y tal nombre se refiere alcarbonato de calcio; la disolución del carbonato generaalcalinidad. Los lechos pueden ser tanto de flujo ascendentecomo descendente, la tasa de carga de diseño -sininformación adicional de laboratorio- es del orden de los4*10-2m3/(min*m2); esta tasa está definida por las constantesde la caliza y por el tiempo de residencia típico deneutralización de caudales ácidos del tipo industrial.

Si ha ácido s lfúrico la concentración de ácido no debiera


Si hay ácido sulfúrico, la concentración de ácido no debieraexceder un 0,6% de H2SO4 para no formar una capaexcesiva de CaSO4 (no reactiva) y se debe vigilar que laevolución de CO2 no sea excesiva (pues produce un efectotampón).

83

Mezcla de ácidos con lodos de cal. Se suele llamar "cal" alhidróxido de calcio, también citado como "cal viva" (cuandola "cal apagada" es el óxido de calcio). El grado deneutralización dependerá del tipo de cal utilizada. Si hay unaf ió é i l ió d t li iófracción magnésica, la reacción de neutralización es muyrápida y llega a pH bajo 4,2. El diseño depende de la curvade titulación de la cal a utilizar.

La reacción de la cal se acelera -como muchas otras- porcalor y por agitación física. En sistemas altamente reactivos,se requieren unos diez minutos. La cal se utiliza en lodos al


q8 a 15 %.

Otros agentes neutralizantes (alcalinos) típicos son el NaOH,el Na2CO3 o el NH4OH.

42


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84

NEUTRALIZACION DE “DAR” CON LECHADA DE CAL

Agua

2Ca(OH)2(ac) + H2SO4(ac) + Me2+ + (2+n)H2O → CaSO4-2H2O(s) + Me(OH)2-nH2O(s) + Ca2+

Floculante Agua

Mezclador

Agua Industrial

AireAire

g

SoluciónAcida conMetales Lechada

Cal

Cal


Lodos

ClarificadorSedimentador

Lodo Recirculado

Neutralizadorescon Cal

Neutralizadorescon Lodos

85

CONSUMO DE CAL REQUERIDO PARA NEUTRALIZAR UNA SOLUCION

DE REFINO INDUSTRIAL3.906.011 50

AlMgFe(total)

VARIABLE CONCENTRACION (G/L) / VALOR

1.500.112.600.600.500.9063.5010.1037.521.26716

50.10

Fe(total)Fe(II)ZnjCuCaCloruro totalSulfato totalAcidez libre como H2SO4Acidez total como H2SO4pH a 25ºCEh a 25ºC, (mV)Conductividad a 25ºC, (mS/cm)

• Disolución• Disociación

CaO(s) + H2O Ca2+ + 2OH-

HSO4- H+ + SO4

2-


• Neutralización• Hidrólisis• Oxidación• Precipitación• Precipitación

4 4OH- + H+ H2OMen+ + (n+m)H2O Me(OH)n-MH2O(s) + nH+

Fe2+ + 0.25O2(ac) + H+ Fe3+ + 0.5H2OFe3+ + (2+n)H2O FeOOH·nH2O(s) + 3H+

Ca2+ + SO42- + 2H2O CaSO4-2H2O(s)

43


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86

NEUTRALIZACION DE UNA SOLUCION DE REFINO INDUSTRIAL CON CAL

25012

pH a

25º

C

ducc

ión

de L

odo,

(kg/

m3 )

50

100

150

20010

8

6

4


Adición de Ca(OH)2, (kg/m3)

Pro

d

0

504

20 20 40 60 80 100 120 140 160

87

PRECIPITACION DE HIERRO DISUELTO

Existe como férrico (+3) o ferroso (+2).

La presencia del ferroso es menos probable ya que encondiciones abiertas a la atmósfera se oxida a férrico.

El férrico precipita como hidróxido o, más en general, comojarosita (con algún otro catión, que puede ser desde aluminiohasta amonio) a pH neutro. Sin embargo, a pH muy alto(alcalino) el férrico puede solubilizarse gracias a la formacióndel Fe(OH)4

- como complejo.


( )4 p j

El sistema típico de remoción de hierro consiste en llevartodo el hierro a estado férrico y precipitarlo a pH 7. Laoxidación es rápida a pH 7,5 y bajo aireación.

44


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88

MINERALES SOLUBLES DE COBRE

Etapa final ELECTROBTENCION (Cu, Zn y otros).

¿Se generarán algún tipo de efluentes?

Respuesta: Sí, se generan principalmente efluentes de 2tipos:

- Un aerosol ácido y;


- Un aerosol ácido, y;

- Un producto sólido (borra anódica).

89

PROBLEMATICA A ESTUDIAR:NEBLINA ACIDA

Proceso de Electroobtención de Cobre:

Reacción Anódica : H2O ½ O2 + 2H+ + 2e- E°= - 1,23 VENH

Reacción Catódica : Cu2+ + 2e- Cu° E°= 0,34 VENH


Reacción Global : Cu2+ + H2O Cu° + ½ O2 + 2H+ ΔE°= - 0,89 VENH

45


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90

Durante el proceso de electro-obtención se genera oxígeno (gas) en lasuperficie del ánodo insoluble. La burbuja de gas se eleva hacia lasuperficie de la celda donde explota, dispersando pequeñas partículasliquidas de solución con alta concentración de ácido sulfúrico en la

NEBLINA ACIDA

forma de aerosoles líquidos.

Estas partículas liquidas, forma en el interior de la nave de electro-obtención, la denominada neblina acida, constituyendo una atmósferaaltamente corrosiva, con riesgos asociados hacia las personas,instalaciones y medio ambiente.

Para lo anterior, es importante controlar:


Para lo anterior, es importante controlar:

• Los niveles de acido sulfúrico en el ambiente.• Disponer de mediciones online de aerosoles de modo de tomar

acciones rápidas frente a cambios importantes en el contaminante.• Disponer de la adecuada protección respiratoria y realizar un correcto

uso de ella.

91

DIAGRAMA DE FORMACION DE NEBLINA ACIDA

Campanas

(a) (b)

CátodoAnodoNeblinaAcida

BurbujasComentario:La neblina ácida es una partícula

(e)

(c) (d)

(f)

(g)


Burbujasde

Oxígeno

Electrólito

La neblina ácida es una partículaLíquida, de semejante composiciónal electrolito presente en la celda,con un tamaño promedio, en elrango de 1 a 100 μm.

CuSO4 + H2O → Cu + H2SO4 + ½O2

46


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92

• Barreras Mecánicas.

• Ventilación Forzada

MITIGACION DE LA NEBLINA ACIDA

• Ventilación Forzada.

• Adición de aditivos surfactantes (Tensoactivos).

• Disminuyen la tensión superficial del electrolito.

• Aditivo actualmente en uso: Fluorad FC-1100


(Cuestionado por ser un aditivo fluorado) y MISTOP(base quillay).

93

Sinsurfactante


Consurfactante

47


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94

• Los aditivos surfactantes no afectan mayormente la calidadde los cátodos obtenidos ni la eficiencia de corriente delproceso.

ESTADO DEL ARTE

• El proceso de SX no se ve afectado en ningún aspecto.

• Los surfactantes generan una capa de espuma sobre lasuperficie del electrolito, la cual debe ser mínima de maneraque no afecte la eficiencia del sistema.


• No existe suficiente información sobre el efecto de lostensoactivos en las propiedades fisicoquímicas de unelectrolito de cobre, tampoco se ha evaluado su carácterespumante antes de ser utilizado ni las problemáticas queeso conlleva.

95

DIAGRAMA DE FLUJOS DE TRATAMIENTO DE MINERALES DE ORO

ORO

Joyería,Electrónica, etc.

Refinación

Minería

Trituración


Fundición

Recuperación del oro

Lixiviacióny adsorción

Relaves

48


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96

FLOTACION

MINERAL

Au grueso Au, Ag

Concentradomixto Cu Au

Cu, Au, Ag,polimetálicos

Esquema simplificado de procesos clásicos

de tratamiento de minerales de oro. Concentrado Precipitado

o cátodoBarros

anódicos

FUSIONCIANURACION

PRECIPITACIONO ABSORBCION

CONCENTRACIONGRAVITACIONAL

mixto Cu, Au

REFINACIONelectrolítica Cu


FUSION

Barra de metaldore

97

LIXIVIACIONPOR

AGITACION

LIXIVIACIONEN

PILAS

MOLIENDAFINA

CHANCADOGRUESO

Mineral

Esquema simplificado de las alternativas

para procesos de cianuración. CEMENTACION

CON ZINC

ELUCION,CEMENT.

ADSORCIONCARBON

ACTIVADO

AGITACION PILAS

Solución


FUSION

CEMENT.O EW

Barra de doré

49


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98

Riego por goteo con unasolución cianurada de 50 ppm(50 partes de cianuro en 1millón de partes de agua) la cualdisuelve los metales.

Poza de lixiviacióndonde se concentra lasolución con

En esta etapa seobtiene el mercuriocomo producto

Agua reciclada que sevuelve a utilizar en elcircuito.

DORE.Producto final

REFINERIAcontenido de oro.

Planta de Columnas de Carbón

como productosecundario.

El proceso utilizadopara extraer el oro dela solución es el MerrilCrowe.• Filtrado para tener

una solución limpia.• Deareación, para

eliminar oxígeno dela solución.

• Adición de polvo dezinc y finalmente.Filtrado delprecipitado de oro.

El volumen de agua es casiconstante y se mantiene encircuito cerrado.

REFINERIA

MERRILCROWE


El exceso de agua esenviado a una Plantade Tratamiento, parapoder retornarla almedio ambiente.

La solución sin oro ni platase denomina soluciónpobre o Barren. Esta tienemenor contenido decianuro. (15-25 ppm CN)

Se agrega cianuro a lasolución para seguirlixiviando.

TANQUE DECIANURACION

PLANTA DE TRATAMIENTO DE

AGUA.

99GRAVA AURIFERA

CLASIFICACION

CLASIFICACION

HIDROCICLONO/F: 80% -200 m

+1,5 mm

- ½”

+ ½” RELAVE

Esquema de tratamiento

metalúrgico de minerales aluviales.

CONC. GRAVIMETRICACONO REICHERT

CONC. GRAVIMETRICAESPIRALES

CONC. GRAVIMETRICAMESA

FLOTACION

CONTACTO

ACONDICIONAMIENTO

RELAVES

RECICLAJE DE

AGLOMERADOS

CARBON-ACEITEAGLOMERACION

O/F


COMBUSTION

FUNDICIONY

REFINACION

CENIZAS

PERDIDA DEPESO

ORO

50


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100Almacenamiento y Transporte

Quebradura

Molienda

Concentración gravimétrica (Batea)

Concentración gravimétrica (Canalón)

Quema de Amalgama

Amalgamación

AMALGAMACION

CHANCADO, MOLIENDA Y CONC. GRAVIMETRICA

Mercurio

OTRO ESQUEMA DE TRATAMIENTO

g ( )

Piscina de sedimentación

AgitaciónRelaves Canalón

Relaves Amalgamación

ORO

PrecipitaciónPrecipitación

Percolación

Tanque Cianuro

AGITACIONPERCOLACION

Sedimentos Metales pes.Mat. susp.

CianuroMetales pes


Calcinación

ORO, PLATAFundición I Refinación Fundición II

Relaves finales Relaves finales

REFINACION

Metales pes.GasesSoluciones

ácidas

Escombrera Metales pes. Mat. susp.

101

EFLUENTES PRODUCIDOS EN LA OBTENCION DE ORO

Y SU CARACTERIZACION- Drenaje de mina.

Rebose de depósitos de relaves- Rebose de depósitos de relaves.- Efluentes de planta.

Estándares de Emisión:

PARAMETROS CONCENTRACION (ppm)

pHSólid

5.5<x<10.5100 50

PUNTUAL PROM. AÑO


Sólidos en suspen.PlomoCobreZincFierroArsénicoCianuro Total

100126512

500.5132

0.51

51


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102

CARACTERIZACION DE LOS EFLUENTES EN LA PRODUCCION DE ORO

Métodos de Análisis de Cianuros:

CNf Electrodo ión selectivo.Titulación.Colorimétrico.

CNwad Destilación a pH 4.5, después por titulación ocolorimetría.


CNt Destilación a pH 2.0, seguido por titulación ocolorimetría.

103

PROBLEMATICA DEL CIANURO

Los compuestos de cianuro también se utilizan en vendasquirúrgicas que promueven la cicatrización y reducen las

Usos del Cianuro

q g q p ycicatrices.El 20% restante de la producción de cianuro se utiliza parafabricar cianuro de sodio.De este porcentaje, el 90%, es decir, el 18% de la produccióntotal, se utiliza en minería en todo el mundo, para larecuperación de oro.


PRODUCCION MUNDIAL TOTAL

18% UTILIZADOEN MINERIA

20% UTILIZADOPARA CIANURODE SODIO

52


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104

El cianuro se utiliza en minería para extraer oro (y plata) delmineral, en particular mineral de baja ley y mineral que nopuede tratarse fácilmente mediante procesos físicos simples.

CIANURO EN LA PRODUCCION DE ORO

p p p

Etapa de Lixiviación en estanques agitados (24 hrs.)

Reacción Global2Au + 4CN- + O2 + 2H2O = 2Au (CN)- 2 + H2O2 + 2OH-

Reacción Anódica


Reacción Anódica2Au + 4CN- = 2Au (CN)-2 + 2e-

Reacción CatódicaO2 + 2H2O + 2e- = H2O2 + 2OH-

105

Los compuestos cianurados son sub-productos de la mineríay operaciones de recuperación que tiene el potencial de

IMPORTANCIA DEL PROBLEMA

y p p q pinfluir negativamente en los suelos y aguas superficiales ysubterráneas, ya que cianuro es un compuesto tóxicoinhibidor del metabolismo, por lo tanto los efluentes quecontienen cianuro no pueden ser liberados al ambiente sinantes pasar por un tratamiento que reduzca su contenido de


cianuro a niveles permisibles.

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106

HUMANOS

LD50 1 a 3 mg/kg (oral)

TOXICIDAD DE CIANUROS

LD50 1 a 3 mg/kg. (oral)

LC50 100 a 300 pmm(inhalación)

LC50 100 mg/kg. (absorción)


107

Tabla 2. Caracterización de los impactos personales y ambientales reales y potencialesa lo largo del recorrido del cianuro.

AREA CRITICA ACCIDENTE RIESGOAlmacén (descarga)

Transporte (hacia planta)

Preparación de Cianuro de Sodio al 10% Derrame Caída

Choque, VolcaduraDerrame, Filtración

Derrame Exposición corta, Contaminación

Inhalación, Exposición corta y/oprolongada, Contaminación

Inhalación Intoxicación ExposiciónPreparación de Cianuro de Sodio al 10%

Transporte mediante tuberías hacia lasoperaciones

Adición en el proceso de molienda,espesado y CIL.

Adición en el proceso de cianuración de,concentrados gravimétricos.

Destrucción del cianuro en la Pulpa. Derrame, CaídaFiltración

Derrame, FiltraciónColpaso

FiltraciónDerrame

Derrame, CaídaFiltración

Derrame, FiltraciónColpaso

Inhalación, Intoxicación, Exposicióncorta y/o prolongada, Contaminación

Exposición corta y/o prolongadaInhalación, Contaminación

Exposición corta, InhalaciónContaminación


Inhalación, Intoxicación, Exposicióncorta y/o prolongada, Contaminación


Pozas de solución barren.

Transporte mediante tubería hacia lapresa de relaves.

Disposición en la presa de Relaves. Filtración, CaídaColapso

FiltraciónDerrame

FiltraciónCaída

Intoxicación, Exposición corta y/oprolongada, Contaminación



54


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108

LA DEGRADACION NATURALEl principal mecanismo de degradación natural es la volatilización conposteriores transformaciones atmosféricas a sustancias químicas menos

ATENUACION DE LAS CONCENTRACIONES DE CIANURO

posteriores transformaciones atmosféricas a sustancias químicas menostóxicas.En los suelos, las bacterias asimilan el cianuro mediante diversasreacciones aeróbicas y anaeróbicas.

22

20

18

16

14

12deC

NT

mg/

L


12

10

8

6

4

2

0

1 5 10 15 20 25

Con

cent

raci

ónd

1980 Abril 30 Junio 4 Julio 9 Agosto 13 Septiembre 12

109

Los procesos de oxidación química para el tratamientodel cianuro incluyen el proceso con SO2/Aire


(desarrollado por la compañía minera canadiense INCO)y el proceso de tratamiento con H2O2 (peróxido dehidrógeno) (iniciado por Degussa).

El peróxido de hidrógeno, un potente oxidante, oxida elcianuro libre y el cianuro DAD y los convierte en amonio

b t


y carbonato.

En el proceso con SO2/Aire, el cianuro libre y el cianuroDAD se oxidan y el cianuro de hierro se precipita comoun sólido insoluble.

55


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110

La precipitación de cianuros estables se puede obtenermediante el agregado deliberado de complejantes tales

l hi


como el hierro.Esto reduce la concentración de cianuro libre y también eseficaz para controlar los elevados niveles de otros metalesque pueden estar presentes.La biodegradación del cianuro es la base de los sistemas detratamiento de los efluentes residuales industriales. Lascondiciones aeróbicas son mucho más favorables para la


degradación del cianuro que las condiciones anaeróbicas.Las ventajas del proceso de tratamiento biológico son sudiseño simple y el control del proceso operativo, los bajoscostos de las sustancias químicas y la capacidad para tratartodas las formas del cianuro y sus subproductos.

111

Existe un proceso de degradación natural de cianuro quereduce la toxicidad del cianuro en un periodo de tiempo máso menos largo; realizándose dentro de esta degradación una

ANTECEDENTES DEL PROBLEMA

g ; gvariedad de mecanismos como volatilización, oxidación,adsorción dentro de otros minerales, hidrólisis,biodegradación y precipitación.

De estos se tienen dos métodos generales:

a Métodos Químicos: Peróxido de Hidrógeno clorinación


a.- Métodos Químicos: Peróxido de Hidrógeno, clorinaciónalcalina, INCO-SO2, AVR (acidificación-volatilización-regeneración), otros.

b.- Biodegradación.

56


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112

Después de haber extraído el oro por medio de procesoshidrometalúrgicos, pueden estar presentes tres tiposprincipales de compuestos de cianuro en los efluentes

EL CIANURO EN SOLUCIONES

principales de compuestos de cianuro en los efluentesresiduales o en las soluciones de los procesos:

Cianuro libre, cianuro débilmente complejado y cianurofuertemente complejado.

Juntos, los tres compuestos de cianuro constituyen el


“cianuro total”.

Al conocer la química de estos tres tipos de cianuro sepuede comprender su comportamiento respecto de laseguridad y el ambiente.

113

CLASIFICACION COMUN DE CIANUROS

Cianuro Libre (CNf): HCN, NaCN, KCN,Ca(CN)2

Cianuro fácilmente disociable (CNwad):HCNNaCN, KCN, Ca(CN)2

Ag(CN)2-1

Cu(CN)3-2


( )3

Ni(CN)4-2

Zn(CN)4-2

57


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114

Cianuro Total (CNt):

HCN

CLASIFICACION COMUN DE CIANUROS

HCNCN-Ag(CN)2

-1

Cu(CN)3-2

Ni(CN)4-2

Zn(CN) -2


Zn(CN)4

Au(CN)2-

Fe(CN)6-4

115

Especies Relacionadas al Cianuro

ESPECIES RELACIONADAS AL CIANURO

Anión Cianuro CN-

Acido cianídrico HCN

Complejo metal-cianuro Metal -CN

Cyanato CNO-

Thiocyanato SCN-


Thiosulfato S2O3-2

Catión amonio NH4+

Nitrato NO3-

58


[email protected]

116

Ambientalmente las formas de cianuro libre (HCN y CN-), noson generalmente detectables en efluentes mineros.

La preocupación por la toxicidad de los efluentes radica enl f l j d i l ibilid d dlas formas complejas de cianuro y la posibilidad de rompersey generar cianuro libre en el nuevo sistema.

Compuestos Simples de Cianuro

Los cianuros simples se definen como las sales del ácido


cianhídrico (KCN y NaCN, etc.) los cuales se disuelvencompletamente en solución produciendo cationesalcalinotérreos libres y aniones cianuros.

117

EQUILIBRIO DE CN-/HCN CON EL pH

80

100

20

0

HCN CN-

% F

OR

MA

CIO

N C

N-

% F

OR

MA

CIO

N H

CN

40

60

60

40


PH

20

05 6 7 8 9 10 11 12

100

80

59


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118

Disociación NaCN <=> Na+ + CN-HCN <=> H+ + CN-

REACCIONES COMUNES CON CIANURO

Complejos Zn+2 + 4CN- <=> Zn(CN)4-2

Volatilización HCN(aq) <=> HCN(g)

Oxidación 2CN- + O2 <=> 2CNO-


Fotólisis Fe(CN)6-4 <=> Fe+2 + 6(CN)-

Tiocinatos S0 + CN- <=> SCN-

119

Cianuro de hierro, Ferrocianuros, en el cual el hierro reducidocon la valencia +2 y el Ferricianuro, en donde el hierro seencuentra oxidado con valencia +3 El ferrocianuro es la

COMPUESTOS COMPLEJOS DE CIANURO

encuentra oxidado con valencia +3. El ferrocianuro es laforma usual en solución a potenciales redox ambientalespero, rápidamente se puede oxidar a ferricianuro.

Cianuro Total: (TCN) Se denomina así a todos loscompuestos de cianuro existentes en una solución acuosa.

Este es un término que se emplea en los procedimientos


analíticos. El cianuro total incluye el cianuro libre, loscianuros simples y los todos los cianuros complejos.

60


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120

Cianuro Disociable con Acido Débil (Wad CN). Es untérmino analítico para designar a los compuestos de cianuroque se disocian bajo reflujo con un ácido débil normalmenteque se disocian bajo reflujo con un ácido débil, normalmentea pH 4.5.

Otros Compuestos Derivados del Cianuro:

Tiocianato: La presencia de tiocianato, SCN- en efluentesresulta de la reacción del cianuro con iones sulfurosd did d l lf táli d t l li i i ió


desprendidos de los sulfuros metálicos durante la lixiviación.

121

TERM DESCRIPTION EXAMPLE

CN-

HCN

CN- +HCN

Free cyanide

Molecular HCN

Cyanide ion The free cyanide ion

Hydrogen cyanide or hydrocyanic acid

Includes the cyanide ion and hydrogen cyanide

NaCN

Au(CN)2

Cd(CN)2

Co(CN)64-

WAD cyanide

SAD cyanide

Complexcyanide

Simple cyanide A salt which dissociates to form a cyanide ion

Dissociates to form another cyanide compound

Weak acid dissociable, cyanide that is readily released from cyanide containing compunds when the pH is lowered.Strong acid dissociable,


Co(CN)6SAD cyanide

Total cyanide

g ,cyanide that is released from cyanide containing compounds under highly acidic conditionsThe sum of all of the different forms of cyanide present in a system

61


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122

TRATAMIENTO DE SOLUCIONES CON CIANURO

Una vez que se ha recuperado el oro, la solución quedadesprovista de oro pero sigue conteniendo cianuro.El di i l t ió d iEl proceso que disminuye la concentración de cianuro ensolución, ya sea en el ambiente natural o en instalacionescreadas a tal fin, se denomina “atenuación”.La volatilización de HCN, que reduce la concentración de cianurolibre en solución, es el principal proceso de atenuación natural.La Figura siguiente muestra una representación esquemática delas relaciones entre las formas del cianuro y los procesos que las


y p qcontrolan. Durante las dos décadas pasadas, las industriasquímica y minera lograron grandes avances en la manipulaciónde soluciones residuales de cianuro para que no perjudiquen a lasalud pública ni al ambiente. Se utilizan dos tecnologías, confrecuencia en forma combinada: tratamiento y reciclado.

123

EL CICLO DEL CIANURO

Enfoques sobre las concentraciones de fondo

Fotólisis/oxidación

Difusión/dispersiónHCN(g)

HCOO- + NH4+

oxidación biológica

HidrólisisHumedad HCN/CN-

(muy diluido)

Hacia el suelo o elagua superficial

Muy por debajode los límites de

• Hidrólisis• Oxidación

biológica• Nutriente vegetal• Metabolismo de

NH3 + CO2

AIREdetección los animales

ESTANQUE DE RELAVEShidrólisis HCOO- + NH4+

oxidaciónbiológica

HCNFe3+

Fe3+

O2 biológica

Complejos de hierrosujetos a oxidaciónbiólogica parcial.

Fe(CN)63-

Fe(CN)64-CN-Fe(CN)6

4-

CN-Fe(CN)52- Luz UV

Luz UV

HCO3- + NH3

NH3 + HCO3- + HSO4

-

NO2- + NO3

-

CN-HS-

SCN-

O2 Todos los complejos sujetos a

Dímeros,trímeros, etc.

Ni(CN)42-

C (C )NaFe [Fe(CN)6]+

Azul de Prusia


2 Todos los complejos sujetos aoxidación biológica

Procesos de adsorción/desorción

Actividad biológicaanaeróbica consedimentos

HCN/CN-

S+HSCN

2H2O

3H2 CH2 + NH3

HCOONH4 NH3 + CO2

H2NH3 + H2S + CO2

H2O

CO2

CH2+

Cu(CN)2-

Zn(CN)42-

Azul de Prusia

SEDIMENTOS

62


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124

CO2(g)

0 5

1.0

1.5

2.0Eh (Volts) Sistema C - N - H2O a 25ºC

CNO(-a)

HCN(g) CN(-a)-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5


0 2 4 6 8 10 12 14pH

-2.0

Diagrama de Eh vs. pH 25ºC para el sistema H2O-CN. Para la degrdación de cianuro 10-3 M.

125

TRATAMIENTO

Se emplean cuatro formas generales de tratamiento de lasolución de cianuro:

• Degradación natural.

• Oxidación química.

• Precipitación.


• Biodegradación.

Además, existen varias tecnologías que permiten lareutilización del cianuro mediante el reciclado.

63


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126

El principal mecanismo de degradación natural es lavolatilización con posteriores transformaciones atmosféricas asustancias químicas menos tóxicas

DEGRADACION NATURAL

sustancias químicas menos tóxicas.

Otros factores como la oxidación biológica, la precipitación ylos efectos de la luz solar también contribuyen a ladegradación del cianuro.

Las especies de cianuro pueden ser adsorbidas sobre las


superficies de los minerales o del desecho de carbonoorgánico en los suelos del terraplén de un estanque, en unrecubrimiento de arcilla o a lo largo de una vía de aguasubterránea.

127

En los suelos, las bacterias asimilan el cianuro mediantediversas reacciones aeróbicas y anaeróbicas.

En algunos casos, la combinación de estos procesos dedegradación natural son suficientes para satisfacer losg prequisitos que reglamentan la descarga de soluciones quecontienen cianuro.

En los depósitos de relaves, la gran superficie permite ladescomposición del cianuroDAD.

La siguiente compila datos de los sistemas de degradación


La siguiente compila datos de los sistemas de degradaciónnatural en diversas minas de oro en todo el mundo. Losvalores de esta tabla demuestran la capacidad de ladegradación natural para reducir la concentración de cianuroen las soluciones.

64


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128

EJEMPLO DE DEGRADACION NATURAL DEL CIANURO

2220L 2018161412108642on

cent

raci

ónde

CN

Tm

g/L


20

1 5 10 15 20 25

Co

1980 Abril 30 Junio 4 Julio 9 Agosto 13 Septiembre 12

129

DEGRADACION NATURAL DEL CIANURO EN DEPOSITOS DE RELAVES

CN que ingresa CN d lMINA

CN que ingresa al sistema de relaves (mg.L-1)

CN que egresa del sistema de relaves (mg.L-1)

0.17

0.02

<0.05

0.09

184

74.8

284

480

Lupin, NWT, Canadá (a)

Holt McDermott, Ontario, Canadá (a)

Cannon, Washington, EE.UU. (b)

Ridgeway, Carolina del Sur, EE.UU.(c)


0.33 (CN DAD)6.8 (CN DAD)Golden Cross, Nueva Zelanda (d)

65


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130

Los procesos de oxidación química para el tratamiento delcianuro incluyen el proceso con SO2/Aire (desarrollado por lacompañía minera canadiense INCO) y el proceso detratamiento con H2O2(peróxido de hidrógeno) (iniciado porDegussa).

Una alternativa de oxidación química más antigua, el Procesode Cloración Alcalina, se utiliza rara vez en la industria mineraen la actualidad.

La precipitación de cianuros estables se puede obtenermediante el agregado deliberado de complejantes tales como


mediante el agregado deliberado de complejantes tales comoel hierro. Esto reduce la concentración de cianuro libre ytambién es eficaz para controlar los elevados niveles de otrosmetales que pueden estar presentes.

131

OXIDACION CON PEROXIDO DE HIDROGENO

CN- + H2O2 = CON- + H2O

100

200

300

400

500

600

700650

530

400

452

217

178150120

250

308

101165

50

217178191

1067655

380

[CN

- ]


00

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

5030

44

1 1.5 2 2.5 3 3.5

Tiempo (h)

Figura 1. Degradación de CN-

empleando Peróxido de Hidrógeno

66


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132

DESTRUCCION DE CIANUROS CON BISULFITO DE AMONIO

DESTRUCCION DE CIANUROS CON SULFITO DE SODIO


133

DESTRUCCION DE CIANUROS CON BISULFITO DE AMONIO

METABISULFITO DE SODIO


67


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134

DESTRUCCION DE CIANUROS CON TIOSULFATO DE AMONIO


135

PROCESOS1) Oxidación con aire y SO2 (Proceso INCO)

a) Oxidación: NaCN(ac) + SO2(ac) + O2(ac) + H2O(L) → NaCNO(ac) + H2SO4(ac)

Me(CN)42- + 4SO2(ac) + 4O2(ac) + 4H2O(L) → 4CNO-(cianato) + 4H2SO4 + Me2+( )4 2(ac) 2(ac) 2 (L) ( ) 2 4

Donde: Me = Au, Ag, Zn, Cu, Fe, Ni, Cd, etc.

NaCNO(ac) + H2O + H2SO4 → CO2 + NH3 + NaHSO4(ac)

b) Neutralización: H2SO4 + Ca(OH)2 → CaSO4-2H2O

c) Precipitación: Me2+ + Ca(OH)2 → Me(OH)2(s) + Ca2+

2Me2+ + Fe(CN)64- → Me2Fe(CN)6(s)


( )6 2 ( )6(s)

Razón SO2/CN= 2.46 kg/kg.

Alimentación: [CN] = 250 - 400 ppm.

Efluente: [CN] = 0.2 - 5 ppm.

68


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136

INCO SO2/AIR PROCESS SCHEMATIC FLOWSHEET

Reagent Vessels Reactor

Cyanide FreeStreamDischargedToEnvironment

SO2 StorageSulfur

CyanideStream

orToadaWaste

CopperSulfate

Line

Wear


AirCompressor

2V.

Air

SulfurOxidade

137

TRATAMIENTO DE EFLUENTES CONTAMINADOS

OXIDACION QUIMICA

El proceso INCO SO2/AIRE fue introducido en 1994, lap 2 ,desventaja del SO2 es su agresividad química. Degrada acianato:

Zona de rociado Solución limpia

Efluente


Efluenteneutralizado<1 ppm CNColumna

de carbón

Pozo de solución rica

Sopladoraire

Aire sumergido Pozo de solución pobre

SO2Base

CuSO4

69


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138

2) Clorinación Alcalina

CN- + ClO- + H2O → CNCl + 2OH- → CNO- + Cl- + H2O

2CNO- + 3ClO- + 2H+ → 2CO2 + H2O + 3Cl- + N2

2NaCN + 2Cl2 + 2Ca(OH)2 → (pH=11) → 2NaCl + CaCl2 + Ca(CNO)2 + 2H2O

2NaCN + 5Cl2 + 4Ca(OH)2 → 2NaCl + 2CO2 + N2 + 4H2O + 4CaCl2

3) Acidificación/Neutralización

Acidificación: CN- + H+ → (pH=5.5) → HCN

(Hidrólisis NaCN + H2O → HCN + OH-)

Desorción con aire en columna rellena: HCN(ac) HCN(g)


(ac) (g)

Neutralización con cal de la solución sin cianuro para precipitar los metales:

Regeneración: HCN(g) + NaOH(ac) → NaCN(ac) + H2O

Solución Efluente: [CN] = 0.1 - 25 ppm, libre de: metales, ferrocianuro ytiocianato.

139

CLORINACION ALCALINA

Utiliza el cloro como agente oxidante.

Registro

Sodacaustica

Acido

Registro

Analizador depH

Agua concianuro

Hipoclorito

Hipoclorito

ORP pH ORP


SedimentaciónLodo

Cianuro a cianato Cianuro a carbonato yneutralización

70


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140

CINETICA DE OXIDACION DE CIANURO

1.4

1.2

Titanio #1

Titanio #2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

CN

-, gp

1


0.0 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5Tiempo, h

141

RADIACION ULTRAVIOLETA

RAYOS XUV –

VACIOUV – ONDA

CORTA(UVC)

UV –ONDAMEDIA

UVC – OndaLarga(UVA)

LuzVisible

800 nm400 nm315 nm254 nm200 nm100 nm

Una molécula de oxígeno absorbe radiación de longitudes de onda enel intervalo entre 1600 Å y 2400 Å y se disocia en dos átomos deoxígeno.

El ozono se disocia fotoquímicamente por absorción de radiaciónultravioleta de longitud de onda entre 2400 Å y 3600 Å

O2 + fotón = O + O


ultravioleta de longitud de onda entre 2400 Å y 3600 Å.

El oxígeno y el ozono estratosféricos absorben de 97 a 99% de lasradiaciones UV entre 150 y 300 nm, procedentes del sol.

O3 + fotón O + O2

71


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142

LA RADIACION ULTRAVIOLETAY DESCONTAMINACION

La radiación UV se aplica en desinfección de agua desde1901.1901.

El 90% de la energía irradiada de las lámparas UV es en253,7 nm, cerca del pico germicida efectivo de 265 nm.

ESTERILIZACION DE AGUA CON RADIACION UV.

DESCONTAMINACION DE ALIMENTOS CON RAYOS UV


DESCONTAMINACION DE ALIMENTOS CON RAYOS UV.

DEGRADACION FOTOQUIMICA DE TINTAS CON RAYOSUV/H2O.

143

VENTAJAS DEL EMPLEO DE LAS RADIACIONES UV

No se usan químicos.

Bajo costo de inversiónBajo costo de inversión.

No se necesita tanque de almacenamiento.

No hay subproductos de formación.

No hay cambio de: color, olor, pH, conductividad, etc.

Mediciones sin necesidad de un operador.


Simplicidad y facilidad de mantenimiento.

Más efectivo que el cloro contra los virus.

Compatible con todos los demás: filtración, osmosis inversa,intercambio iónico.

72


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144

DEGRADACION DEL CIANURO CON RAYOS UV

La degradación de iones cianuros mediante rayos UV noproducen compuestos tóxicos, como el cloruro de cianógeno.

La oxidación es capaz de transformar el CN- en productoscomo el cianato CNO- (1000 veces menos tóxico).

U oxidar a CO2 y NO3.

CN- + 2OH- + 2 h+ + 2O2 = NO3 + CO2 + 3H2O

Termodinámicamente es factible descomponer el cianuro a


cianato como compuesto intermedio y como CO2 comocompuesto final.

Es necesario elevar el potencial del sistema con la adición delperóxido de hidrógeno como oxidante.

145

VARIABLES DEL PROCESO DE DEGRADACION

LONGITUD DE ONDA: El H2O2 absorbe radiación en elespectro de longitud de onda de 190 a 280 nm, se considera254nm.

INTENSIDAD DE RADIACION: La velocidad de reacción esproporcional a la intensidad de la luz hasta cierta intensidadespecífica para cada proceso.

OXIDANTE: Se usará diferentes proporciones de H2O2: 1, 5,10, 15, 25 ml por cada 500 ml de muestra.


, , p

TIEMPO: Se realizará monitoreo a diferentes tiempos enfunción de la disminución de cianuro en la solución investigada.

ALCALINIDAD: Se toma los mismos valores de la soluciónproblema tal como vienen en el efluente.

73


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146

VELOCIDAD REACCION DE DEGRADACION DE CIANURO LIBRE

600

Con

cent

raci

ón: m

g/L

200

300

400

500

CN total

CN libre


Tiempo: minutos0 20 40 60 80 100 120 140

0

100

147

BIODEGRADACION DE CIANUROSe aprovecha de la capacidad de ciertos grupos demicroorganismos, mayormente bacterias, de utilizarcompuestos cianurados como fuente de carbono ynitrógeno convirtiendo el compuesto tóxico en sustanciasnitrógeno convirtiendo el compuesto tóxico en sustanciasinocuas.La biodegradación de cianuro puede ser aeróbica yanaeróbica y resulta en la formación de amonio.

CYANIDE (TOTAL)Aerobic Degradation Anaerobic Degradation

A i + F tAmmonia + Carbon Dio ide

NO3-

iv iii

ii

vi

v NO2-

NO


Biodegradation pathways and end products for cyanide

Ammonia + FormateAmmonia + Carbon Dioxide

Nitrite

Nitrate Bicarbonate

iiviii

NH4+

HCN

vii

N2O

N2

xi

ORGANICNITROGEN

74


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148

VIAS DE BIODEGRADACION DE CIANURO

REACCIONMICRO-ORGANISMOINVOLUCRADO

COMPUESTODEGRADADO

HCN víaHNCO

P. fluorescens NADH + H+ + HCN + O2HNCO + H2O + NAD+ HCNO + H2O CO2 + NH3

HCN

HCN

NaCN

KCN

KCN Bacillus pumilus C1

Pseudomonas stutzeri Ak61

P. putida

Stemphylium lotiAlcaligenes xylosoxidanssubsp. Denitrificans No precisado en la literatura

No precisado en la literatura



HCN + H2O HCONH2


HCN

CianurosOrgánicos

Pseudomonas aeruginosa

Cultivos mixtos – no se hadeterminado unmicroorganismo anaerobioespecífico.


HCN + 2H2OOHCOO- + NH4+

En condiciones metanogénicas

149

Hydrolytic reactions

Cyanide hydrataseHCN + H2O → HCONH2

Nitrile hydrataseR-CN + H2O → R-CONH2

CyanadeHCN + 2H2O → HCOOH

Reductive reactionsHCN + 2H+ + 2e-→ CH2=NH + H2O → CH2=O

↓CH2=NH + 2H+ + 2e-→ CH3-NH + 2H+ + 2e- → CH4 + NH3

NitrilaseR-CN + 2H2O → R-COOH

Substitution/transfer reactions

Cyanoalanine synthaseCysteine + CN- → β-cyanoalanine + H2SOAS + CN- → β-cyanoalanine + CH3COO-

Thiosulfate: cyanide sulfurtransferaseCN- + S2O3

2- → SCN- + SO32-

Oxidative reactions

Cyanide monoxygenaseHCN + O2 + H+ + NAD(P)H → HOCN + NAD(P)+ + H2O

Cyanide dioxygenaseHCN + O2 + 2H+ + NAD(P)H → CO2 + NH3 + NAD(P)+

Chemical reactions for the biodegradationof cyanide and thiocyanate

Thyocyanate biodegradation

C b l th (thi t h d l )


Carbonyl pathway (thiocyanate hydrolase)SCN- + 2H2O → COS + NH3 + OH-

Cyanate pathway (cyanase)SCN- + 3H2O + 2O2 → CNO- + HS- + 2O2 → SO4

2- + H+

↓CNO- + 3H+ + HCO3

- → NH4+ + 2CO2

Current Opinion in Biotechnology 2004, 15:231-236

75


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150

La primera operación industrial se localizaen la mina de Homestake Mining en Lead.South Dakota, USA. El sistema detratamiento se basa en la biodegradación delos cianuros y la biosorción de los metalespesados tóxicos.El principal microorganismo encontradopertenece al género Pseudomonas. Elproceso involucra dos pasos biológicos El

Soda Ash Phosphoric Acid

Decadent WaterMine Water

FlowEqualization

System

InfluentRapid Mix

Tank

proceso involucra dos pasos biológicos. Elprimero, incluye la ruptura oxidativa delcianuro y thiocianato y la captura de losiones metálicos en una biopelícula.El segundo paso, convierte el amonioproducido a nitrato mediante una nitrificaciónbiológica.

MxCNy + 2 HxO + ½ O2 = M-biopelícula + HCO3 + NH3

(Me: Fe, Cu, Zn)

Polymer Ferric Chloride

24 Low Density Rotating BiologicalContractors for Removal of Metal

Complexed Cyanides, Metals and Thiocyanate

24 High Density Rotating BiologicalContractors for Nitrification

EffluentRapid Mix

Tank

V


SCN- + 2 H2O + 5/2 O2 = SO4-2 + HCO3

-1 + NH3

NH4+ + 3/2 O2 = NO2

-1 + 2 H+ + H2ONO2

-1 + ½ O2 = NO3-1

SecondaryClarifier

EmergencyClarifier

Multi-MediaPressure Sand

Filtration

V

151

• Existe la opción de reciclar las soluciones de cianuro,agregando ácido clorhídrico al NaCN en condiciones muy

t l d t l i lib d N OH l

RECICLADO

controladas y capturar el cianuro liberado en NaOH, que lotransforma en NaCN.

• Esto se suele hacer para recuperar el cianuro y utilizarlo otravez en el proceso.


76


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152Tratamiento de otros efluentes para la eliminación yprecipitación de: arsénico, antimonio y otros.Remoción de Impurezas de la Solución de una Planta de Electrorefinación deCobre.

Impurezas: As, Bi, Co, Fe, Ni y Sb.

El i l d i t l d t d t d l l ió ( í )El nivel de impurezas se controla descartando una parte de la solución (sangría, purga).Se purga y purifica entre de 0.1-0.2 m3 de electrólito/ton de cobre catódico producido en el electrorefino(Biswas y Davenport, 1994).

Remoción de Cobre: Por electroobtención (EO) en 2 o tres etapas:

Remoción de Arsénico: 1) Electroobtención en la 2ª y 3ª etapa ER del cobre, cátodo de sacrificio.2) Remoción por extracción por solventes.

Remoción de Antimonio: 1) Electroobtención en la 2ª y 3ª etapa ER del cobre, cátodo de sacrificio.2) Resinas quelantes.3) Carbón activado


3) Carbón activado.

Remoción de Bismuto: 1) Electroobtención en la 2ª y 3ª etapa EO del cobre, cátodo de sacrificio.2) Remoción parcial con resinas quelantes.

Remoción de Ni, Cu, Fe: Cristalización por evaporación del agua a partir de un efluente previamentedecobrizado y purificado. Los cristales impuro de sulfato de níquel y cobaltose pueden vender o purificar.

153

RECUPERACION DE BI Y SB

Chelating resin adsorption

Pretreatment by copper plate

Copper electrolyte

Washing

Second stage antimony elution

High conc.Low conc.

Bismuth electrolysis

Washing

First stage bismuth elution

Chelating resin adsorption


High conc. Low conc.

Antimony metal

Antimony electrolysis

Bismuth metal

Bismuth electrolysis

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