Drenaje Acido

Drenaje Acido de Minas

OBJETIVOS

Se considera al drenaje ácido de mina como la responsabilidad ambiental y económica más grande que actualmente afronta la industria minera. Su desarrollo puede tomar años o décadas, y puede continuar durante siglos. En los últimos 15 años, la tecnología ha desarrollado rápidamente, hasta el punto que se pueden tomar medidas razonables como parte del programa de diseño y desarrollo de mina para identificar y controlar el drenaje ácido.

El presente documento constituye una guía práctica para la predicción, control y evaluación del drenaje ácido de roca en las minas ubicadas en el Perú. Se preparó, en parte, para cumplir con las normas dictadas por el Gobierno Peruano a través del DS-016-93-EM y sus modificaciones contenidas en el DS-059-93-EM. Estas pautas ayudarán a las compañías mineras y metalúrgicas a definir la dimensión actual del drenaje ácido de mina, a diseñar y evaluar medidas de control alternativas para prevenirlo o limitarlo y, finalmente, a determinar el potencial futuro de generación de ácido y drenaje contaminado.

Sin embargo, se debe reconocer que los programas de muestreo, programas de pruebas, así como la selección e implementación de medidas de control serán específicos para cada asiento minero; las diferentes formaciones geológicas, tipos de mina e instalaciones de procesamiento, así como la etapa de desarrollo, la hidrología y topografía, todos ellos determinarán la selección de las medidas de predicción y control. El presente documento proporciona pautas y ejemplos, basados en normas estándar aceptadas, que ayudarán en el diseño e implementación de programas de predicción y control del Drenaje Acido de Mina. Se recomienda especialmente al profesional responsable de estos asuntos que revise los detalles del programa con la DGAA. Al final del documento, se incluye una lista de referencias, para información más detallada sobre temas específicos. Muchas de estas referencias están a disposición de quien las requiera en la biblioteca de la DGAA.

RESUMEN

Drenaje ácido de mina

Sin duda, el mayor problema que representa la minería frente a las aguas es la formación del denominado drenaje ácido de mina (“acid mine drainage”, AMD), consistente en la emisión o formación de aguas de gran acidez, por lo general ricas en sulfatos, y con contenidos variables en metales pesados. Dicho drenaje se desarrolla a partir de la lixiviación de sulfuros metálicos o y de la pirita presente en carbones. Para ello existen dos fuentes principales: 1) el mineral sulfurado “in situ” (causa no antropogénica), y 2) las escombreras (mineral dumps). No obstante, en algunos casos los fenómenos naturales, ejemplificados en el caso del Río Tinto (Huelva), pueden llegar a alcanzar grandes proporciones.

Este fenómeno se produce por la oxidación e hidrólisis de los sulfuros, y en especial de la pirita, mediante la serie de reacciones:

4FeS2 + 14 O2 + 4 H2O ® 4 Fe2+ + 8 SO42- + 8 H+

A su vez, los iones ferroso (Fe2+) se oxidarán de la siguiente manera:

4Fe2+ +O2 + 4 H+ ® 4 Fe3+ + 2 H2O

Los iones férricos se hidrolizan para formar hidróxido férrico:

4 Fe3+ + 12 H2O ® 4 Fe(OH)3 + 12 H+

Este hidróxido es el precursor de una serie de minerales típicos del ambiente oxidativo de menas sulfuradas, y otorgan a las escombreras y arroyos un típico color amarillento-rojizo. El mineral más común de este grupo llamado genéricamente “limonitas” es la goethita, FeO(OH).

En climas muy áridos (desierto de Atacama, Chile; Outback australiano), esta serie de reacciones puede quedar interrumpida dando origen a sulfatos férricos tales como jarosita, copiapita o coquimbita.

A pesar de que estas reacciones pueden dar a entender que suceden en condiciones puramente inorgánicas, el entorno biológico juega un papel decisivo. La bacteria Thibacillus ferrooxidans es la mayor responsable de la contaminación relacionada con el drenaje ácido procedente de explotaciones mineras y mineralizaciones en general. Esta es una bacteria acidófila (propia de ambiente ácido), con una fisiología basada en la fijación de carbono a partir del CO2 atmosférico, siendo por lo tanto estrictamente autótrofa, y más específicamente quimioautótrofa. T. ferrooxidans obtiene su energía oxidando hierro o azufre:

Fe2+ + 0,25 O2 + H+ ® Fe3+ + 0,5 H2O

H2S + 2 O2 ® SO42- + 2 H+

De esta manera, la bacteria cataliza reacciones del tipo:

FeS2 + 3,5 O2 + H2O ® Fe2+ + 2 SO42- + H+

2 Fe2+ + 0,5 O2 + 2 H+ ® 2 Fe3+ + H2O

Microorganismo PH Temp., ºC Aerobio Nutrición

Thiobacillus thioparus 4.5-10 10-37 + Autotrópico

T. ferrooxidans 0.5-6.0 15-25 + “

T. thiooxidans 0.5-6.0 10-37 + “

T. neapolitanus 3.0-8.5 8-37 + “

T. denitrificans 4.0-9.5 10-37 +/- “

T. novellus 5.0-9.2 25-35 + “

T. intermedius 1.9-7.0 25-35 + “

T. perometabolis 2.8-6.8 25-35 + “

Sulfolobus acidocalderius 2.0-5.0 55-85 + “

Desulfovibrio desulfuricans 5.0-9.0 10-45 - Heterotrópico

Tabla: Bacterias de las menas sulfuradas y sus condiciones de crecimiento

Estas reacciones se pueden dar con el resto de sulfuros metálicos, aunque con variaciones menores que implican otros productos más o menos solubles en cada caso.

Como resultado se obtienen aguas de pH muy bajo (2-3), cargadas en sales, sobre todo en sulfatos, en las que normalmente son más solubles los metales pesados, como Pb, Zn, Cu, As, Cd, etc. (Figura 5). Una excepción importante a tener en cuenta es el mercurio, que en medio ácido sulfúrico es insoluble, debido a que el sulfato de mercurio es insoluble en agua, precipitando en formar de schuetteita.

Otro factor importante es la granulometría del material: cuanto menor es el tamaño de grano de las partículas, mayor es la superficie específica, y por tanto, mayor la posibilidad de que se produzcan estas reacciones. Sobre esta base, las balsas de finos (relaves) son excelentes candidatos al desarrollo del fenómeno, siempre y cuando además presenten una porosidad y permeabilidad suficientes como para permitir la entrada y salida de aguas.

Las condiciones hidrológicas de la zona, por su parte, son siempre un factor a tener muy en cuenta: disponibilidad del agua, temperatura, composición, etc. Suelen estar relacionadas con factores climáticos: pluviosidad, temperaturas medias y su distribución: los ciclos muy continuos de mojado-secado favorecen mucho el fenómeno, por ejemplo.

La mineralogía de las rocas encajantes, o de la ganga, puede jugar también un papel importante en el desarrollo de estos fenómenos. En este campo los carbonatos juegan un papel especialmente importante, por su potencial natural de neutralización de la acidez generada por este proceso.

Una cuestión importante es establecer las posibilidades de formación del fenómeno en cada caso concreto: la prevención del mismo. Para ello se emplean consideraciones teóricas más o menos complejas, o pruebas, que pueden ser estáticas o cinéticas.

 Las consideraciones teóricas se basan en el estudio de la problemática concreta que plantea la mineralización en lo que se refiere a:

• Presencia de sulfuros: qué tipo de sulfuros, en qué proporciones relativas. Por ejemplo, en ausencia de pirita los procesos de lixiviación son poco importantes.

• Presencia de minerales con potencial neutralizador, fundamentalmente los carbonatos, como ya se ha mencionado: tipo de carbonato(s), proporción, distribución.

• Granulometría del material susceptible de producir el proceso. Por ejemplo, una balsa de finos presenta en general una baja permeabilidad, lo que dificulta el paso de las reacciones y el oxígeno a los niveles inferiores.

• Consideraciones climáticas. Por ejemplo, un clima frío ralentiza las reacciones, uno cálido las acelera. Lluvias muy abundantes diluyen a las soluciones, la ausencia casi total de lluvias impide la existencia de éstas.

• Presencia de bacterias que puedan favorecer aún más el desarrollo del proceso.

 Las pruebas pueden ser, como ya se ha comentado, estáticas o cinéticas:

• Las pruebas estáticas tienen por objeto fundamental conocer la capacidad de neutralización real que tienen los carbonatos de las muestras de la propia mineralización. Estas se basan en determinar, mediante distintas alternativas, los potenciales de acidez y de neutralización. Para ello se emplean técnicas analíticas (determinación del contenido en azufre y carbonatos) y reacciones controladas en el laboratorio. En éstas se procede a la adición de ácidos sobre muestras-patrón, lo que permite obtener un conocimiento directo de la capacidad de la muestra de generar la acidez y como neutralizarla.

• Las pruebas cinéticas se diferencian de las estáticas en que intentan aproximarse aún más a las condiciones naturales. Requieren mayores volúmenes de muestra, y mayores tiempos de reacción, así como condiciones termodinámicas y biológicas controladas.

HISTORIA DE LA MINERÍA EN EL PERÚ

El Perú tiene una larga historia de actividad minera (según Shimada y Merkel, 1991). Durante el Periodo Pre-Incaico (500 AC a 1300 DC) y el Imperio Incaico hubo relativamente poca actividad minera. Muchos de los minerales conocidos fueron entregados a los escasos fundidores localizados en la parte norte del Perú. Metales como el oro, plata, cobre y aleaciones de cobre/arsénico fueron los principales productos utilizados fundamentalmente para armas, utensilios y efectos personales.

La actividad minera se

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