EMISIN DE CONTAMINANTES DESDE BOTADEROS EN MINERA

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EMISIÓN DE CONTAMINANTES DESDE BOTADEROS EN
MINERÍA

• Luis Moreno
• Department of Chemical Engineering
• Royal Institute of Technology
• Stockholm, Sweden
• Buzios, October 19 2006

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Orden de la presentación

• Introducción
• Porque modelación es necesaria?
• Objetivos
• Procesos envueltos en la emisión de contaminantes
• Modelación
• Conclusiones y recomendaciones

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Introducción. Porqué modelación?

• Emisión de contaminantes puede ocurrir durante
  largos periodos
• Décadas, siglos y en algunos cases miles de años
• Experimentos en el terreno no son posibles a esa
  escalas de tiempo
• Modelación es la única manera de estudiar las
  emisiones de contaminantes a largo plazo.
• La presentación está orientada a la emisión de
  contaminantes desde relaves/ripios conteniendo
  sulfuros (pirita)

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Observaciones pueden ser insuficientes

• Observaciones pueden dar una impresión errónea
  del funcionamiento de un botadero a largo plazo
• Emisiones pueden ser incrementadas cuando buffer
  substancias son agotadas, p ej.,
• Carbonatos para acidez
• Material orgánico para oxidantes

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Están los procesos importantes incluidos?

• Evaluación de la función del botadero a largo
  plazo.
• Determina sistemáticamente procesos y mecanismos
  que
• Influencian la emisiones desde un botadero
• Causan la falla de las barreras a largo plazo
• Para determinar la importancia de los procesos
• Existen varias técnicas por ejemplo matrices de
  interacción

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ModelaciónProcesos importantes

• Incluir todos los procesos importantes
• Evitar los procesos de secundaria importancia
• Cálculos previos pueden ser necesario para
  determinar la importancia de ellos
• Modelación debería estar basada en principios
  fundamentales y generalmente aceptados
• La modelación debe ser transparente y segura
• Ser confiable. La comunidad debe confiar en los
  resultados.
• Importante!. Cada situación es única

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Objetivo de la remediación

• Objetivos de la remediación
• Reducir la emisión de metales (p ej., pesados) y
  de acidez
• Solubilidad de metales pesados es pequeña a pH
  neutro y condiciones reductoras
• El funcionamiento a largo plazo es determinado
  por el tiempo que estas condiciones puedan ser
  mantenidas en el depósito
• Herramientas fundamentales
• Flujo de fluido (agua)
• Reacciones químicas (Equilibrio, cinética)
• Procesos de transporte p ej., por difusión,
  adsorción
• Balances de materia (energía)

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Para relaves conteniendo sulfuros.Objetivo
específico

• Para un depósito conteniendo sulfuros (p ej.,
  pirita) la entrada de oxígeno determina la
  emisión de contaminantes.
• Un sistema de remediación tiene que
  evitar/reducir la entrada de oxígeno
• Hay varias alternativas p ej.,
• Cubrir el botadero con suelo de baja
  permeabilidad (p ej., suelo arcilloso
  compactado)
• Cubrir los relaves con agua.

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Procesos ocurriendo en un botadero

• Principales procesos
• Oxígeno y agua penetran en el botadero
• Oxigeno reacciona con esos minerales (sulfuros)
• Acidez es producida y metales pesados y otros
  metales son disueltos
• Acidez puede ser neutralizada por minerales en el
  depósito (p ej., calcita, silicatos)
• Cuando el agua alcanza la descarga algunos
  metales (Fe2) pueden ser oxidados y precipitados
  y más acidez es producida

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Main processes
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Principales procesos. Entrada de agua y oxígeno

• Flujo de agua a través del botadero
• Es determinada por la precipitación, agua que
  escurre sobre la superficie, evaporación
• No importante, ya que la intrusión de oxígeno
  determina la emisión de contaminantes
• Oxígeno es introducido en el depósito
• Por difusión a través la capa impermeable
• Disuelto en el agua que se infiltra. De poca
  importancia
• La solubilidad de oxígeno en agua es pequeña,
  alrededor de 10 ppm
• Intrusión de oxígeno es el proceso más importante

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Entrada de agua y oxígeno

• Propiedades requeridas de la capa impermeable
  usada para evitar/reducir la entrada de agua y
  oxígeno.
• Baja permeabilidad, p ej., suelo arcilloso
  compactado
• Alta retención de agua (alta capilaridad)
• Baja difusión de oxígeno. Difusión disminuye con
  la grado de saturación (agua).

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Difusión efectiva a través a material poroso
parcialmente saturado
Medio poroso
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Resultados. Oxígeno entrando al botadero

• Intrusión de oxígeno versus el grado de
  saturación de la capa aislante

Base-case 1 mol/m2,year
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Oxidación de sulfuros

• Oxígeno oxida los sulfuros (p ej., pirita)
• La oxidación de pirita es una reacción rápida. Es
  controlada por la disponibilidad de oxígeno
• Cinética es importante si la capa impermeable
  es dañada. (p ej., erosión). Para la reacción
  abiótica se tiene
• Bacterias pueden acelerar la reacción

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Oxidación de sulfuros

• Iones ferrosos pueden ser oxidados a iones
  férricos
• La velocidad de oxidación abiótica de ferroso a
  férrico es muy lenta a bajo pH
• Pero, a bajo pH, oxidación can ocurrir mediada
  por bacterias ferro-oxidantes
• A pH gt 2-3, iones férricos precipitan como Fe(OH)3

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Neutralización de la acidez

• Calcita y silicatos pueden neutralizar la acidez
• Para calcita la reacción es rápida (equilibrio)
• Para silicatos (p ej., clorita). La reacción de
  neutralización es lenta (usar cinética)

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Oxidación de iones ferrosos a la salida

• Agua dejando el botadero contiene iones ferrosos
• Ellos son oxidados cuando encuentran aire a la
  salida
• Cuando el agua es neutralizada aguas abajo, los
  iones férricos precipitan y generan más acidez.
• Esta acidez no puede ser neutralizada por
  minerales en el depósito.
• Ella será neutralizada aguas abajo, usando la
  capacidad neutralizadora del medio (tiene un
  impacto negativo sobre el medio)

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Emisión de algunos metales puede ser retardada

• Metales liberados del botadero pueden ser
  mantenidos en los relaves/ripios por mecanismos
  tales como
• Formación de sulfuros secundarios. Cu, Pb y a
  veces Zn pueden eliminar Fe de la Pirrotita y
  formar sulfuros secundarios
• Adsorción sobre superficies de minerales tales
  como silicatos. El efecto es limitado, pocos
  sitios de adsorción
• Adsorción sobre precipitados de Fe(OH)3(a). Sin
  embargo, precipitación de grandes cantidades de
  Fe(OH)3, dentro del botadero, no puede ser
  garantizada.

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Caso de estudio. Botadero de relaves

• Este caso de estudio
• Es parte del MiMi proyecto (MiMi, 2004 Moreno y
  Neretnieks, 2006)
• Los cálculos son hecho usando un stream tube.
• Un volumen de agua es seguido a través del
  botadero. El flujo es constante. El tubo es
  vertical sobre la tabla de agua e inclinado bajo
  ella

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El botadero
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Botadero de relaves. Resultados

• Oxígeno que entra al botadero determina la
  emisión de contaminantes.
• Una parte de la acidez es neutralizada afuera del
  botadero (impacto negativo sobre el medio)
• Una capa aislante de algunos decímetros es
  suficiente para reducir significantemente la
  emisión
• No aplicable a zonas con muy escasa lluvia.
• Procesos como adsorción y otros pueden retardar
  la emisión de metales pesados, pero no
  eliminarla.

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Conclusiones

• Modelación de la emisión de contaminantes puede
  ser hecha usando solamente principios básicos
  como flujo de agua, transporte de materia,
  reacciones químicas
• Modelación de estos procesos a través de muchos
  años (largo plazo) es fundamental, unos pocos
  años no es suficiente.
• Solo los mas importantes procesos deberían ser
  modelados para mantener la transparencia.

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(No Transcript)