GETFLOWS

Aplicación de GETFLOWS junto con reacciones químicas a la eliminación de arsénico a través de la coprecipitación de ferrihidrita en un ArtificialHumedal de una mina japonesa cerrada 

Contenido

1. 1. Introducción
2. 2. Materiales y métodos
3. 2.1. Estudio y análisis de campo
4. 2.2. Modelo de simulación mediante GETFLOWS
5. 2.3. Modelo cinético
6. 2.4. Modelo de complejación superficial
7. 3. Resultados y discusión
8. 3.1. Estudio de campo
9. 3.2. Análisis de difracción de rayos X
10. 3.3. Análisis de geofluidos
11. 3.4. Modelización cuantitativa
12. 4. Conclusiones
13. Figuras y tablas
14. Contribuciones de los autores
15. Financiación
16. Conflictos de intereses
17. Reconocimientos
18. Referencias

Texto completo

Se espera que los sistemas pasivos que utilizan una energía natural, como un estanque, una planta o microorganismos, sean un método rentable para el tratamiento de drenaje ácido de minas (DMAE). La mina Ningyo-toge, una mina de uranio no operativa ubicada en la prefectura de Okayama, Japón, genera AMD que contiene arsénico y hierro. Estudiar cuantitativamente la eliminación de iones de arsénico y hierro en un artificialhumedal y en estanques, las reacciones químicas fueron modeladas e incorporadas al software GETFLOWS (simulador de flujo de fluido terrestre de propósito general). Los modelos de reacción química consistieron en ecuaciones de oxidación ferrosa y arsenito y adsorción de arsénico en ferrihidrita. El análisis de difracción de rayos X de muestras de sedimentos mostró patrones de ferrihidrita. Estos resultados fueron consistentes con el modelo de oxidación arsenito/ferroso y adsorción de arsénico en ferrihidrita. La simulación de geofluidos se llevó a cabo para simular la transferencia de masa con el modelo topográfico utilizado, el caudal de entrada, la precipitación y la evaporación. Las concentraciones medidas de iones de arsénico y hierro en muestras de solución de la humedal y estanque, bien equipado con el modelo. Esto indicó que el principal mecanismo de eliminación era la oxidación de iones arsenito/ferrosos y que el arsénico se eliminaba por adsorción en lugar de dilución.

Palabras clave: GETFLOWS; drenaje ácido de minas; el modelo topográfico tridimensional; modelado cuantitativo; complejación de superficies

1. Introducción

El drenaje ácido de minas (AMD) de minas abandonadas o cerradas es un problema ambiental asociado con la minería [[ 1]]. La DMAE se produce cuando los minerales sulfurados (por ejemplo, pirita, esfalerita y calcopirita) reaccionan con el oxígeno y el agua subterránea. Por lo tanto, a menudo contiene iones tóxicos, como hierro (Fe(II) y Fe(III)), zinc (Zn(II)), plomo (Pb(II)) y arsénico (As(III) y As(V)). Para evitar la contaminación alrededor de las minas, la DMAE ha sido tratada principalmente mediante un proceso de neutralización para agregar un neutralizador, como la calcita (CaCO).3) y cal apagada (Ca(OH)2) [[ 4]]. Este proceso puede eliminar eficazmente los iones tóxicos de la DMAE a través de la precipitación como hidróxido o adsorción de hidróxidos, como la ferrihidrita (Fe(OH)3) e hidróxido de aluminio (Al(OH)3) [[ 5]].

En Japón, es necesario tratar la DMAE en unas 100 minas abandonadas o cerradas. Con este fin, el gobierno japonés proporciona apoyo financiero para el tratamiento de la DMAE y gasta miles de millones de yenes cada año [[ 8]]. Dado que se informó en nuestros estudios previos que un tratamiento de DMAE ha sido una necesidad durante mucho tiempo [[ 9]], se prevé que se necesitarán grandes fondos para hacer frente a esta situación. Para lograr un tratamiento sostenible de DMAE para el futuro, se requiere la reducción de costos del proceso de neutralización.

Muchos trabajos de investigación sobre el tratamiento pasivo han atraído la atención recientemente, en un intento por reducir el costo del tratamiento de la DMAE. El tratamiento pasivo utiliza recursos naturales como características geográficas, microorganismos y plantas, para el tratamiento de DMAE [[11]]. El tratamiento de AMD por métodos pasivos incurre en menores costos de gestión de materiales, energía y mano de obra que un tratamiento activo, que consiste principalmente en el proceso de neutralización. Tratamiento de la DMAE con un artificialhumedal y el estanque es uno de los métodos de tratamiento pasivo. En estudios previos [[14]], muchos investigadores informaron que el tratamiento de DMAE utilizando un artificialhumedal y el estanque fue eficaz para eliminar los iones tóxicos. Según estudios previos, se sugirió que no solo las reacciones químicas sino también biológicas, como la reducción de sulfato, el hierro y la oxidación de manganeso utilizando bacterias, ocurrieron en un artificialhumedal y estanque. Sin embargo, no se ha realizado un modelado cuantitativo basado en mecanismos de eliminación, debido a la complejidad de la reacción. Para lograr un tratamiento de DMAE más eficiente utilizando un artificialhumedal y estanque, es importante desarrollar modelos cuantitativos basados en mecanismos de eliminación.

El objetivo de este estudio fue dilucidar el mecanismo de eliminación de iones tóxicos, especialmente arsénico, utilizando un artificialhumedal y estanque, y cuantificarlo utilizando software de modelado geoquímico. En este estudio, el campo objetivo fue el estanque de relaves del molino Yotsugi en la mina Ningyo-toge [[17]], que es parcialmente un artificialhumedal cerca de la ensenada. En un artificialhumedal y el estanque, el arsénico y el hierro se eliminaron lo suficientemente satisfactoriamente como para cumplir con los estrictos estándares locales adicionales, pero actualmente se desconoce si el mecanismo se debió a la dilución o a una reacción química. Para identificar los mecanismos de remoción, realizamos una encuesta de calidad del agua y muestreo de campo. Además, se construyó un modelo de superficie utilizando un mapa de contorno y se modeló el campo de flujo del agua en el campo de depósito mineral utilizando el software GETFLOWS [[20]]. GETFLOWS es un software de simulación desarrollado originalmente por uno de los autores y utilizado para calcular los procesos de transporte masivo [[20]]. En este estudio, las reacciones químicas se combinaron originalmente con él, de acuerdo con la experiencia previa de los autores en oxidación de iones ferrosos y arsenitos, precipitación de iones férricos y coprecipitación de arsenito y arseniato a precipitados de hierro [[ 5]]. Más específicamente, sobre la base de nuestros hallazgos anteriores y los resultados de la encuesta de campo para la concentración de iones coexistentes en el estanque, se asumió que la ferrihidrita debería ser el principal precipitado de hierro, y la complejación superficial de arsenito y arseniato a ferrihidrita debería ser la reacción dominante en el proceso de coprecipitación en el estanque y el humedal, debido a la relación entre hierro y arsénico. Se construyó un modelo de reacción química basado en estos supuestos y confirmamos si nuestros supuestos eran correctos comparando los resultados de la encuesta de campo y los resultados del análisis. A través de estos procedimientos, dilucidamos el mecanismo de eliminación de iones de hierro y arsénico en el artificialhumedal y un estanque en un sitio minero cerrado real en Japón, sobre la base de la consistencia entre los resultados de la encuesta de campo mínimamente requeridos y los resultados del cálculo que agregaron los hallazgos en investigaciones de mecanismos anteriores.

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