Tratamiento y control de drenaje ácido en una mina aurífera

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO. UN T. FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA. ge nie ría. Qu. ím. ica. ESCUELA DE INGENIERIA QUÍMICA. “TRATAMIENTO Y CONTROL DE DRENAJE ACIDO EN UN MINA AURIFERA” TESIS. In. PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERIO QUÍMICO. de. Autores :. Bach. Miguel Angel, Bustamante Neciosup. ca. Bach. Amado Paul, Anticona Ponce Dr. José Luis Silva Villanueva. Bi. bli. ot e. Asesor :. TRUJILLO-PERU. 2013. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. Qu. ím. ica. JURADO DICTAMINADOR. _________________________________. ge nie ría. Dr. NELSON FARRO PEREZ PRESIDENTE. In. _________________________________. ca. de. Msc. PATRICIA CARRANZA VILCHEZ SECRETARIO. Dr. JOSE LUIS SILVA VILLANUEVA ASESOR. Bi. bli. ot e. _________________________________. ii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. ím. ica. DEDICATORIA. Este presente trabajo se lo dedico a mis padres que siempre estuvieron. Qu. apoyándome y a mis amigos y seres queridos que me dieron el aliento. Miguel Angel Bustamante Neciosup. de. In. ge nie ría. suficiente para concluir este objetivo en mi vida.. La culminación para este trabajo de investigación se lo debo gracias al. ca. constante aliento de mi madre, don Carlos que siempre estuvieron dándome. ot e. las agallas para concluir mis metas sin importar lo difícil que sean. Amado Paul Anticona. Bi. bli. Ponce. iii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. ÍNDICE. UN T. RESUMEN ........................................................................................................ 1 ABSTRACT ........................................................................................................ 2. ica. I.- INTRODUCCION. ím. Introducción ....................................................................................................... 3. Qu. 1. FUNDAMENTO TEÓRICO ............................................................................. 4 1.1. Descripción del drenaje ácido de mina.................................................... 4. ge nie ría. 1.2. Etapas en el desarrollo del drenaje ácido ............................................... 7 1.2.1. Etapa I ........................................................................................... 8 1.2.1.1. Mecanismos ....................................................................... 8 1.2.2. Etapa II .......................................................................................... 9 1.2.2.1. Mecanismos ....................................................................... 9. In. 1.2.3. Etapa III ....................................................................................... 10 1.2.3.1. Mecanismos ..................................................................... 10. de. 1.3. Reacciones químicas involucradas ....................................................... 10. ca. 1.3.1. Velocidad de reacción.................................................................. 13 1.3.2. Oxidación catalizada por bacterias .............................................. 13. ot e. 1.4. Impactos................................................................................................ 14 1.5. Fuentes de generación del drenaje ácido ............................................. 15. Bi. bli. 1.5.1. Desmonte .................................................................................... 16 1.5.2. Relaves ........................................................................................ 16 1.5.3. Minas subterráneas ..................................................................... 17 1.5.4. Mina a tajo abierto ....................................................................... 17. 2. GENERALIDADES DE LOS MÉTODOS DE TRATAMIENTOS ................... 17 iv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA 2.1. Procesos químicos ................................................................................ 17 2.1.1. Neutralización .............................................................................. 18. UN T. 2.1.2. Coagulación - floculación ............................................................ 19 2.1.2.1. Coagulación ................................................................... 19 2.1.2.2. Floculación ..................................................................... 20. ica. 2.1.2.3. Influencia de mezcla rápida ............................................ 21 2.1.3. Oxidación ..................................................................................... 23. ím. 2.1.4. Reducción .................................................................................... 23. Qu. 2.1.5. Aireación ...................................................................................... 24 2.2. Procesos biológicos .............................................................................. 25. ge nie ría. 2.2.1. Sistemas Wetlands ...................................................................... 26 2.2.1.1. Lagunas o ciénagas aeróbicas ....................................... 28 2.2.1.2. Lagunas o ciénagas anaeróbicas ................................... 29. In. II.- MATERIAL Y METODOS. 2.1. Material. ………………………………………………………………….......…30. de. 2.1.1 Material y equipos………………………………………....................30. ca. 2.2. Métodos……………………………………………………………………..…...31 2.2.1. Métodos de neutralización .......................................................... …. 31. ot e. 2.2.1.1. Neutralización con lechada de cal ............................................ 31 2.2.1.2. Reacciones involucradas .......................................................... 32. Bi. bli. 2.2.1.3. Neutralización con soda cáustica.............................................. 34 2.2.1.4. Proceso de coagulación- floculación......................................... 35 2.2.1.5. Pruebas experimentales de neutralización ............................... 36. 2.2.2. Control de drenaje ácido .................................................................... 49 2.2.2.1. Técnicas de prevención ........................................................... 49 v Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA 2 2.2.2. Técnicas de corrección ............................................................ 49 2.2.2.2.1. Control primario: Control de proceso de generación ..... 51. UN T. 2.2.2.2.2. Control secundario: Control de migración de contaminantes .................................................................. 60 2.3. Inhibición de bacterias........................................................................... 66. ica. 2.4. Análisis preliminar de los puntos críticos del drenaje acido, caso Cía. Minera San Nicolás S.A. ........................................................................ 66. Qu. III.- RESULTADOS. ím. 2.4.1. Identificación de los puntos críticos ............................................. 67. ge nie ría. 3.1. Pruebas por inhibición de bacterias ...................................................... 73 3.2. Metodología propuesta en la investigación ........................................... 75 3.3. Recolección del drenaje ácido .............................................................. 75 3.4. Pre tratamiento para reducir el contenido de Fe 3+................................. 76 3.5. Tratamiento por neutralización con lechada de cal ............................... 77. de. In. 3.6. Análisis de los métodos empleados en la investigación ........................ 80. ca. IV.- DISCUSION DE RESULTADOS. ot e. 4.1. Discusión de los resultados del método por neutralización con lechada de cal ........................................................................................ 83 4.1.1. Discusión de la Alternativa I ......................................................... 83. bli. 4.1.2. Discusión de la Alternativa II ........................................................ 84. Bi. 4.1.3. Evaluando las Alternativas I y II ................................................... 84. 4.2. Discusión de los resultados del método por inhibición de bacterias ................................................................................................ 86. 4.3. Discusión de los resultados del método propuesto ............................... 87 vi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. UN T. V.- CONCLUSIONES. CONCLUSIONES ............................................................................................. 90. ica. VI.- RECOMENDACIONES. Qu. VII.- BIBLIOGRAFÍA. ím. RECOMENDACIONES .................................................................................... 93. ge nie ría. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................ 95. VIII.- APÉNDICE. APENDICE ....................................................................................................... 99. In. 1. PRUEBAS EXPERIMENTALES DE NEUTRALIZACIÓN ........................... 100 1.1. Neutralización: lechada de cal preparada con agua potable ............... 100. Bi. bli. ot e. ca. de. 1.2. Neutralización: lechada de cal preparada con agua de mina .............. 125. vii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. ica. UN T. RESUMEN. En el presente trabajo se estudió las características del drenaje ácido de la Cía.. ím. Minera San Nicolás S.A.; con el fin de encontrar las condiciones óptimas para. Qu. el tratamiento y control del efluente ácido. El método de neutralización propuesto, se realizó por dos mecanismos: Inhibición de las bacterias y. ge nie ría. neutralización con lechada de cal utilizando agua de mina como disolvente y consumiendo: 2.75 kg. Cal y 0.08 kg. NaOH 10M por cada m3 de DAM, donde se logró parámetros óptimos para el tratamiento del efluente con un costo total de $0.5208/m3 DAM, cumpliendo con los estándares ambientales para la descarga (límites máximos permisibles). Para alcanzar los estándares de. In. calidad de agua, se requiere una inversión que en muchos casos, sin. de. recuperación pero si de mucho valor en lo que respecta a la protección del medio ambiente y el desarrollo sostenible; tal es así que hoy en día es una. ca. obligación cumplir con la normatividad vigente para la descarga al medio. Bi. bli. ot e. ambiente.. 1 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. UN T. ABSTRACT. In this paper the characteristics of acid drainage Cía. Minera San Nicolas SA. ica. was studied in order to find the optimal conditions for the treatment and control. ím. of acid effluent. The proposed method of neutralization was performed by two mechanisms: inhibition of bacteria and neutralization with lime mine using water. Qu. as solvent and withdrawal: 2.75 kg. Cal and 0.08 kg. 10M NaOH for m3 of DAM, where optimal parameters for the treatment of the effluent was achieved with a. ge nie ría. total cost of $ 0.5208/m3 DAM, complying with environmental standards for discharge (maximum permissible levels). So much so that today it is an obligation, to achieve water quality standards, an investment that in many cases, but without recovery of much value when it comes to environmental. In. protection and sustainable development requires comply with current. Bi. bli. ot e. ca. de. regulations for discharge to the environment.. 2 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. UN T. I.- INTRODUCCIÓN. ica. El presente trabajo facilitará el control y tratamiento del drenaje ácido,. reduciendo los costos de reactivos, optimizando el tratamiento de las aguas. ím. ácidas y reduciendo los efectos e impactos al medio ambiente. La industria. Qu. minera opera en un clima empresarial altamente dinámico donde debe respetar el ambiente físico como social. El mayor problema que tiene esta actividad es. ge nie ría. la generación de drenajes ácidos, debido a la compleja mineralización polimetálica que presentan los yacimientos en la que destaca una serie de sulfuros metálicos, como pirita, marcasita, arsenopirita, pirrotita, calcopirita, etc; los cuales expuestos al aire son oxidados produciendo las aguas ácidas. El problema de generación del drenaje ácido puede durar muchos años y generar. In. otros problemas secundarios, por esta razón surge la necesidad de aplicar y. de. buscar nuevos métodos efectivos a corto y largo plazo para el control y tratamiento del drenaje producido, con la finalidad de cumplir con los. ca. estándares ambientales. Muchos asientos mineros tratan el drenaje ácido de. ot e. manera artesanal, la dosificación de los reactivos no son los adecuados, porque no consideran parámetros importantes, y solo cuidan el aspecto (el. bli. color de las aguas) pero no la calidad del agua durante la descarga al cuerpo. Bi. receptor. Este proceso no es exclusivo de las minas activas, sino que persiste en el tiempo y puede llegar a ser incluso más grave en minas clausuradas, tanto de cielo abierto como de interior, donde ya se ha abandonado cualquier medida de control. 3. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA 1. FUNDAMENTO TEÓRICO. UN T. El drenaje ácido de mina (DAM) en condiciones naturales, no tiene efecto sobre la calidad del agua (significativo), ya que la capa del suelo. minimiza el contacto de los minerales reactivos con el oxígeno,. ica. ralentizando la reacción de oxidación y restringiendo los focos de. generación de agua ácida a los afloramientos rocosos. De manera que. ím. los volúmenes generados no suelen ser excesivamente cuantiosos y su. Qu. composición química tampoco llega a ser extrema, dentro de que el pH es ácido y el contenido en metales y sulfatos más elevado de lo normal.. ge nie ría. En cambio, los grandes movimientos de tierras, como los que se realizan en minería, dejan expuestas a la acción del aire y del agua enormes volúmenes de rocas, originalmente situadas en el subsuelo, donde están protegidas. de. estos. agentes,. con. lo. que. se. propicia. el. desencadenamiento de la reacción de oxidación, y pueden llegar a. In. generarse grandes volúmenes de aguas ácidas. Si estas aguas llegan a. de. los cauces y suelos naturales pueden ocasionar impactos muy severos. ca. sobre el medio ambiente. 1.1.. Descripción del drenaje ácido de mina. ot e. El drenaje ácido es el escurrimiento de soluciones ácidas. Bi. bli. sulfatadas, frecuentemente, con un contenido significativo de metales disueltos (Fe, Al, Mn, Zn, Cu, Pb, etc.), resultado de la oxidación química y biológica de minerales sulfurados (FeS 2,. PbS2, etc.) y de la lixiviación de metales pesados asociados. Las reacciones de oxidación ocurren en forma natural, y se aceleran 4. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA por el aumento de exposición de la roca al oxígeno, al agua y por la acción catalizadora de bacterias (Acidithiobacillus ferrooxidans,. UN T. Leptospirilium ferrooxidans, etc.). Las soluciones de drenaje ácido. presentan un color café rojizo atribuido al ión Fe (III); sin embargo, también puede aparecer un color azul verdoso en el. ica. caso de que el hierro disuelto se encuentre en estado Fe (II), el. Fig. 1: Las soluciones de drenaje ácido presentan un color café rojizo atribuido al ión Fe3+.. Bi. bli. ot e. ca. de. In. ge nie ría. Qu. esté expuesto al oxígeno del aire.. ím. cual tenderá a oscurecerse por oxidación a Fe (I), a medida que. 5 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ge nie ría. Qu. ím. ica. UN T. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. Bi. bli. ot e. ca. de. In. Fig. 2: Las soluciones de drenaje ácido presentan un color café rojizo atribuido al ión Fe3+.. Fig. 3: Las soluciones de drenaje ácido presentan un color café rojizo atribuido al ión Fe3+. 6 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ge nie ría. Qu. ím. ica. UN T. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. Fig. 4: Forma natural de la pirita.. El drenaje ácido se caracteriza por presentar:. In.  Valores de pH por debajo de 5 hasta 1,5.. de.  Alcalinidad decreciente y acidez creciente.  Concentraciones elevadas de sulfato.. ca.  Concentraciones elevadas de metales (disueltos o totales).. ot e.  Concentraciones elevadas de sólidos disueltos totales.. Bi. bli. 1.2.. Etapas en el desarrollo del drenaje ácido. Es un proceso que depende del tiempo y tiende tanto a reacciones químicas de oxidación como fenómenos físicos relacionados.. 7 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Se observa el proceso en tres etapas, definidas por el pH del. UN T. agua en el microambiente de los minerales sulfurosos. 1.2.1. Etapa I. En esta etapa, el agua de drenaje se caracteriza. ica. generalmente por niveles elevados de sulfato, con pH. ím. cercano al neutro. El ácido producido es neutralizado mientras que el hierro férrico se precipita en forma de. sulfuros. de. hierro,. Qu. hidróxido. Si existen minerales de zinc asociados con los también. podrían. detectarse. ge nie ría. concentraciones elevadas de zinc en la solución. 1.2.1.1.. Mecanismos.  Los minerales sulfurados, principalmente pirita (FeS2), son oxidados químicamente por el oxígeno del aire, que. In. es el oxidante principal. El producto de esta reacción de. de. oxidación es sulfato (SO4)-2, hierro ferroso (Fe+2) y. ca. protones (H+), los cuales generan acidez.. Bi. bli. ot e.  En el rango normal de pH de suelos y agua (pH 5-7) los metales. liberados por. el. desgaste. de. minerales. generalmente precipitan y están relativamente inmóviles, debido a que los minerales alcalinos como la calcita (CaCO3), presentes en la matriz de la roca neutralizan la acidez y originan la oxidación y precipitación del hierro como óxido o hidróxido. 8. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA  A medida que los minerales alcalinos se consumen o encapsulan por cubiertas de precipitado, disminuirá el. etapa de desarrollo del drenaje ácido.. ica. 1.2.2. Etapa II. UN T. pH en el área en torno al sulfuro, pasando a la siguiente. ím. En esta etapa, el agua de drenaje está generalmente cerca al nivel neutro, con concentraciones elevadas de hierro. Qu. ferroso y sulfato. Se observa una acidez relativamente alta, aun cuando las concentraciones de metales en la solución. ge nie ría. puedan ser bajas. 1.2.2.1.. Mecanismos.  En esta etapa el pH del microambiente ha disminuido hasta 4,5; por lo que ocurren reacciones de oxidación. In. tanto químicas como biológicas y si la oxidación continúa. de. hasta que se haya agotado todo el potencial de. Bi. bli. ot e. ca. neutralización, se presentarán valores de pH por debajo de 3,5..  Existen concentraciones elevadas de hierro ferroso y sulfato y pese a la acidez relativamente alta, las concentraciones de metales en la solución pueden ser bajas.. 9 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA 1.2.3. Etapa III. UN T. En esta etapa, el agua de drenaje está generalmente cerca al nivel neutro, con concentraciones elevadas de hierro. ferroso y sulfato. Se observa una acidez relativamente alta,. ica. aun cuando las concentraciones de metales en la solución. Mecanismos. Qu. 1.2.3.1.. ím. puedan ser bajas..  Las reacciones de oxidación catalizadas por bacterias. ge nie ría. aumentan..  Se produce hierro ferroso (Fe2+): que se oxida biológicamente a hierro férrico (Fe 3+), el cual se convierte en el oxidante dominante, reemplazando al. In. oxígeno..  El drenaje se vuelve aún más ácido producto de la. de. oxidación de sulfuros metálicos (ZnS, PbS, etc.), con. ca. mayores concentraciones de metales disueltos.. bli. ot e.  La velocidad de oxidación es considerablemente más. Bi. 1.3.. rápida que en la etapa I. El aumento de las velocidades es de 10 a 1 millón de veces más.. Reacciones químicas involucradas La generación de acidez es controlada por la oxidación de pirita, que es el sulfuro que se encuentra en mayores concentraciones 10. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA en las vetas (Plumiee, 1999). La oxidación es un proceso muy complejo en el que intervienen factores mineralógicos y. UN T. microbiológicos, ya que según las condiciones puede ser abiótica o biótica; el agente oxidante de la oxidación abiótica es el oxígeno. y el de la biótica es el ión férrico en solución (Baker y Banfield,. ica. 2003). La oxidación biótica se produce a pH < 4 y es realizada por. ím. comunidades bacterianas, siendo predominante la especie. Qu. Acidiothiobaciílus ferrooxidans (Baker y Banfield, 2003). Las reacciones químicas que determinan la generación de agua. ge nie ría. ácida a partir de la pirita (FeS2), son las siguientes: (1) Oxidación del sulfuro. FeS2 + 7/2 O2 + H2O —► Fe2+ + 2(SO4)2- + 2H+ (Sólido + gas + agua —► Hierro ferroso + sulfato + protones). In. (2) Oxidación del sulfato ferroso a férrico. de. 2FeSO4 + H2SO4 + 1/2 O2 —► Fe2(SO4)3 + H2O (3) Hidrólisis del sulfato férrico a hidróxido férrico. ca. Fe3++ 3/2 (SO4)2- + 3 H2O —► Fe(OH)3 ↓ + 3/2 H2SO4. ot e. En el primer paso del proceso (1), el hierro ferroso, los sulfatos. Bi. bli. provocan un incremento de la concentración de sólidos disueltos totales y los protones de la acidez del agua, que produce, un descenso del pH. Si el ambiente es suficientemente oxidante, la mayoría del hierro ferroso se oxida a férrico (2). Con valores de pH de entre 2,3 y 3,5, el sulfato férrico se hidroliza y precipita 11. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA como hidróxido férrico (3), con lo que el pH desciende aún más. UN T. debido a la formación de ácido sulfúrico. Los precipitados de hidróxido férrico son fáciles de identificar por. el color que va desde el ocre amarillento al rojo intenso. Cuando. ica. el pH es muy ácido, gran parte del hierro férrico de la reacción (2) no se hidroliza y permanece en solución, entonces este catión. ím. actúa como agente oxidante adicional de la pirita, según la. Qu. siguiente reacción (4):. (4) Oxidación adicional de la pirita por el sulfato férrico. ge nie ría. FeS2 + 14 Fe3+ + 8 H2O —► 15 Fe2+ + 2(SO4)2- + 16H+ La reacción global de generación de agua ácida puede establecerse como combinación de las reacciones parciales (1), (2) y (3) de la forma que se indica en la reacción (5).. In. (5) Reacción global de oxidación de la pirita. de. FeS2 + 15/4 O2 + 7/2 H2O —* Fe(OH)3 ↓ + 2 H2SO4. ca. En la ecuación (6) se indica la reacción global de la oxidación de. ot e. la pirita cuando el hierro férrico actúa como oxidante adicional. (6) Reacción global de oxidación de la pirita por hierro férrico. Bi. bli. FeS2+ 15/8 O2 + 13/2 Fe3++ 17/4 H2O —►15/2 Fe2++2 (SO4)2- +. 17/2 H+ (7) Reacción global de oxidación de sulfuros metálicos por acción del hierro férrico MS + 4 Fe2(SO4)3 + 4 H2O —► MSO4 + 8 FeSO4 + 4 H2SO4 12. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Todos estos sulfatos son muy solubles, excepto los de plomo, y son transportados en disolución por las aguas hasta que se. UN T. produce su hidrólisis y precipitación. 1.3.1. Velocidad de reacción. ica. La velocidad de reacción es una variable muy importante en. ím. relación al impacto ocasionado por las aguas ácidas. Si el proceso de oxidación/hidrólisis ocurre lentamente, el medio natural puede. Qu. incorporar los drenajes ácidos producidos sin que se produzca alteración significativa, pero la generación rápida de aguas ácidas. ge nie ría. puede tener graves consecuencias.. 1.3.2. Oxidación catalizada por bacterias La oxidación del hierro ferroso a férrico, en condiciones normales, ocurre bastante lento. Sin embargo, hay ciertas bacterias que. In. actúan como catalizadores y que pueden incrementar la velocidad. de. de la reacción en factores de entre 4 y 50, lo que provoca un. ca. incremento notable de la generación de aguas ácidas. El óptimo de su actividad se desarrolla en ambientes ácidos,. ot e. mientras que la oxidación química es más rápida en ambientes. Bi. bli. neutros y alcalinos. De manera que, una vez desencadenado el proceso, como en las distintas reacciones que lo componen se producen protones que acidifican progresivamente el ambiente, la oxidación biológica se acelera mientras que la química se. 13 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA ralentiza. Utilizan como fuente primaria de energía especies. UN T. reducidas del azufre y ciertos metales en solución. El Acidithiobacillus thiooxidans suele aparecer junto con el. Acidithiobacillus ferrooxidans y morfológicamente es muy parecido. ica. a él. Este organismo oxida únicamente especies reducidas del. azufre, y es incapaz de oxidar el hierro ferroso. Su rango de pH. ím. óptimo se sitúa entre 2 y 3,5, aunque soporta valores de pH por. Qu. debajo de 1. El Leptospirifium ferrooxidans utiliza la pirita y el hierro ferroso como fuente primaria de energía, y cataliza su. ge nie ría. oxidación. Su rango óptimo de pH se sitúa entre 2.5 y 3. La mayor parte de los autores coincide en señalar que el Acidithiobacillus ferrooxidans es el principal causante de la aceleración de la reacción. Esta bacteria está relacionada. In. fundamentalmente con la oxidación de la pirita, aunque también puede actuar como catalizadora de la oxidación de sulfuros de. de. antimonio, molibdeno, galio, arsénico, cobre, cadmio, cobalto,. ca. níquel, plomo y zinc (Novecol Environmental Consultants, 1989). Impactos. ot e. 1.4.. Bi. bli. Los posibles impactos y efectos sobre el medio ambiente pueden ser los siguientes:  Afectar ecosistemas acuáticos, como resultado de la acidez y metales disueltos en las aguas.. 14 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA  Inhibir el crecimiento de comunidades vegetales aledañas a los canales de drenaje, debido a que la acumulación de hierro y de. UN T. sulfuros en la superficie de los suelos dificulta la penetración de. las raíces. También, el ácido sulfúrico afecta la tasa de. ica. crecimiento de las plantas..  Afectar la calidad de las aguas superficiales y subterráneas. ím. (acuíferos poco profundos), lo cual podría afectar a la. Qu. comunidad por limitar o impedir utilizar las aguas para algunos usos como riego o recreación.. Fuentes de generación del drenaje ácido. ge nie ría. 1.5.. Los minerales sulfurosos están en todas partes en el ambiente geológico, pero se encuentran principalmente en rocas que nacen debajo de una capa de suelo y, a menudo, debajo de la napa. In. freática. Bajo condiciones naturales, el suelo que cubre la roca y. de. el agua subterránea minimiza el contacto con el oxígeno, permitiendo así que la generación de ácido prosiga a una. ca. velocidad tan baja que el efecto sobre la calidad general del agua será insignificante o indetectable. La exposición de roca sulfurosa. ot e. reactiva al aire y al agua, como resultado de actividades tales. Bi. bli. como la construcción de carreteras o explotación minera, puede acelerar la velocidad de generación de ácido y ocasionar un impacto en el medioambiente.. 15 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA 1.5.1. Desmonte. UN T. Estos botaderos de desmonte son, generalmente, mezclas de material proveniente de diferentes áreas de explotación o. desarrollo minero. Los botaderos, por lo común, están constituidos. ica. por rocas gruesas y se almacenan sobre la napa freática. De este. modo, cualquier mineral sulfuroso reactivo queda expuesto al aire. ím. y al agua que pasan por el botadero, inmediatamente después de. Qu. haber sido depositado allí. Las reacciones de generación de ácido pueden iniciarse en cualquier lugar del botadero, y generalmente. ge nie ría. se producen en varios sitios. 1.5.2. Relaves. En los relaves, el aire ingresa desde la superficie a través de los vacíos de los poros y resquebrajaduras, a una velocidad limitada. In. por la forma en que el aire se difunde a través de estos. de. materiales.. Después que ha concluido la acumulación y los relaves empiezan. ca. a drenar; los sulfuros se exponen al oxígeno, en ese momento. ot e. comienza la oxidación. Dado que las reacciones de oxidación. Bi. bli. requieren tanto de oxígeno como de agua, la generación de ácido por lo general comienza en la superficie y en los lados de la represa, que son los primeros en drenar. Así, la oxidación se inicia en la superficie de la represa y progresa en profundidad, a medida que los relaves drenan y la napa freática se mueve hacia el fondo del depósito. 16. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA 1.5.3. Minas Subterráneas. UN T. Cuando el drenaje ácido formado en estos focos alcanza las aguas limpias superficiales o aguas subterráneas las contamina. en acidez, sulfatos y metales pesados. De igual forma la. ica. infiltración del drenaje ácido puede contaminar los suelos.. ím. 1.5.4. Mina a Tajo Abierto. Qu. La mayor parte de desmonte se produce en la explotación de minas a tajo abierto. En muchos casos, las cavidades dejadas por el minado subterráneo o a tajo abierto son rellenadas con. ge nie ría. desmonte o con relave, material que debido a su contenido piritoso facilita la generación de aguas ácidas.. Procesos químicos. de. 2.1.. In. 2. GENERALIDADES DE LOS MÉTODOS DE TRATAMIENTOS. Son aquellas que se basan en la adición de reactivos. ca. neutralizantes: carbonato cálcico, hidróxido sódico, bicarbonato. ot e. sódico o hidróxido amónico. Estos reactivos llevan el pH a valores. Bi. bli. aceptables, y favorecen la precipitación de la mayor parte de los metales pesados que pueda contener el agua. Su principal problema es que suelen ser reactivos con un cierto coste, que no siempre pueden emplearse de forma extensiva, para neutralizar grandes volúmenes de DAM. En estos casos se aplican de forma. 17 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA local, más que nada como un depurador de las aguas residuales. UN T. de lavadero. 2.1.1. Neutralización. En los procesos de neutralización, se produce un cambio en el. coloidales. en. el. agua. residual.. Para. la. ím. componentes. ica. valor del pH que da como resultado la floculación de los. neutralización mediante la reacción con reactivos químicos,.  Cal viva u oxido de calcio. Qu. generalmente se consideran los siguientes materiales: : CaO. : Ca(OH)2.  Carbonato de calcio. : CaCO3.  Solución de hidróxido de sodio. : NaOH.  carbonato de sodio. : Na2CO3. ge nie ría.  Hidróxido de calcio. In.  Dolomita parcialmente calcinada : CaCO3 + MgO : MgCO3 —► MgO. de.  Magnesita calcinada. La selección del agente neutralizante depende del tipo de ácido. ca. que se usará, de la cantidad de agua, de las condiciones locales,. ot e. etc. Por lo general, se utiliza cal como agente neutralizante.. Bi. bli. El hidrato de cal o cal apagada se comercializa en diferentes grados de calidad (pureza). Su componente principal es el hidróxido de calcio Ca(OH)2. Los grados de calidad, que son muy comunes en los tratamientos de aguas, contienen diferentes cantidades de magnesio, aluminio, 18. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA hierro y ácido silícico. El hidróxido de calcio puede adquirirse en forma muy pulverizada. Dado que la solubilidad de Ca (OH) 2. En. UN T. el agua es muy baja (1.65 gramos de Ca(OH) 2 / Litro a 20°C), se emplea una suspensión denominada agua de cal o lechada de cal al aplicar la dosis del material en el agua. Debe agitarse. ica. constantemente en los depósitos de dosificación para evitar que. ím. la suspensión se sedimente. Las bombas centrifugas son necesarias para trasladar el agua de cal hasta el punto de. Qu. dosificación CEPIS OPS (1991).. 2.1.2.1.. ge nie ría. 2.1.2. Coagulación - Floculación Coagulación. El objetivo principal de la coagulación es desestabilizar las partículas coloidales que se encuentran en suspensión, para. In. favorecer su aglomeración; en consecuencia se eliminan las. de. materias en suspensión estables; la coagulación no solo elimina la turbiedad sino también la concentración de las materias. ca. orgánicas y los microorganismos.. ot e. El proceso de coagulación transforma las pequeños partículas en. Bi. bli. grandes aglomerados con el objeto de lograr una mejor sedimentación disminuyendo el tiempo de la misma. El pH en el proceso de coagulación juega un papel importante pues permite dirigir en el sentido conveniente las reacciones químicas que favorecen la desestabilización y aglomeración de las partículas coloidales. 19. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Es sabido que la cal puede utilizarse como coagulante cuando el tipo de solución tiene en su composición sales de fierro y sulfatos. UN T. que contribuyen a que se den algunas de las siguientes reacciones:. ica. FeSO4 + Ca(OH)2  CaSO4 + Fe(OH)2. ím. Fe2(SO4)3 + 3 Ca(OH)2  3CaSO4 + 2 Fe(OH)3. Qu. Los hidróxidos (lechada de cal) son efectivos para aumentar la velocidad de precipitación, particularmente los sulfatos.. ge nie ría. La coagulación es el tratamiento más eficaz pero también es el que representa un gasto elevado cuando no está bien realizado. Es igualmente el método universal porque elimina una gran cantidad de sustancias de diversas naturalezas y de peso de materia que son eliminados al menor costo, en comparación con. In. otros métodos.. de. El proceso de coagulación mal realizado también puede conducir. ca. a una degradación rápida de la calidad del agua y representa gastos de operación no justificadas. Por lo tanto se considera que. ot e. la dosis del coagulante condiciona el funcionamiento de las. Bi. bli. unidades de decantación y que es imposible de realizar una clarificación, si la cantidad de coagulante está mal ajustada. 2.1.2.2.. Floculación. En la segunda etapa de la mezcla que corresponde a una mezcla lenta tiene por objeto permitir los contactos entre los flóculos, la 20 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA turbiedad y el color, la mezcla debe ser lo suficiente para crear diferencias de velocidad del agua dentro de la unidad pero no. UN T. muy grande, ya que los flóculos corren el riesgo de romperse; aún si el tiempo es no más del tiempo óptimo de floculación.. ica. La floculación es el proceso que sigue a la coagulación, que. consiste en la agitación de la masa coagulada que sirve para. ím. permitir el crecimiento y aglomeración de los flóculos recién. necesarios. para. sedimentar. Qu. formados con la finalidad de aumentar el tamaño y peso con. facilidad.. Estos. flóculos. ge nie ría. inicialmente pequeños, crean al juntarse aglomerados mayores que son capaces de sedimentar.. La floculación consiste en la agrupación de las partículas coloidales desestabilizadas, formando agregados de mayor. In. tamaño denominados "flóculos", los cuales sedimentan por gravedad.. Para. favorecer. la. formación. de. flóculos. más. de. voluminosos y su sedimentación, se suelen utilizar determinados productos químicos (floculantes), generalmente de naturaleza. ot e. ca. polimérica.. Bi. bli. 2.1.2.3.. Influencia de Mezcla Rápida. El grado de agitación que se da a la masa de agua durante la adición del coagulante, determina si la coagulación es completa; turbulencias desiguales hacen que cierta porción de agua tenga mayor concentración de coagulantes y la otra parte tenga poco o casi nada; la agitación debe ser uniforme e intensa en toda la 21. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA masa de agua, para asegurar que la mezcla entre el agua y el coagulante haya sido bien hecho y que se haya producido la. UN T. reacción química de neutralización de cargas correspondiente.. En el transcurso de la coagulación y floculación, se procede a la. ica. mezcla de productos químicos en dos etapas. En la primera. etapa, la mezcla es enérgica y de corta duración (60 seg, máx.). ím. llamado mezcla rápida; esta mezcla tiene por objeto dispersar la. Qu. totalidad del coagulante dentro del volumen del agua a tratar, y en la segunda etapa la mezcla es lenta y tiene por objeto desarrollar. ge nie ría. los microflóculos.. La intensidad de agitación y el tiempo de retención que debe reunir la masa de agua en el momento preciso en que se dosifica el coagulante, con el objeto de que las reacciones de coagulación. In. se den en condiciones óptimas. La mezcla rápida se efectúa para la inyección de productos químicos dentro de la zona de fuerte. de. turbulencia, una inadecuada mezcla rápida conlleva a un. ca. incremento de productos químicos. Es muy importante que el coagulante sea difundido en toda la. ot e. masa de agua tan rápido como sea posible para que los. produzcan desestabilización del conjunto de coloide.. Bi. bli. productos que se desarrollan en instantes de tiempos cortos. 22 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA 2.1.3. Oxidación. UN T. Los procesos de oxidación se utilizan para extraer compuestos indeseados de gran capacidad reductora. Los agentes oxidantes. que más se utilizan son el oxígeno atmosférico y el cloro. El. ica. permanganato de potasio KMnO4, es un agente oxidante fuerte,. ím. puede producir irritación y mancha en la piel y la ropa.. Las disoluciones de permanganato son perfectamente estables si. Qu. se preparan adecuadamente y se protegen de la acción del polvo, de los gases reductores (ejemplo: SO2) y la acción directa de la. ge nie ría. luz del sol o de otras fuentes de luz intensa. El ozono, es el agente oxidante más fuerte. En la tecnología de las aguas residuales se ha utilizado el ozono en forma limitada, pues se requieren grandes cantidades del mismo, así como una fuerte. In. inversión de capital. Sin embargo, la oxidación parcial posee algunas ventajas para la conversión de mezclas de sustancias. de. difíciles de descomponer biológicamente, en sustancias que puedan biodegradarse. La oxidación del cianuro también es. ot e. ca. posible mediante el ozono.. Bi. bli. 2.1.4. Reducción Según MEINCK/107/, la técnica de reducción es apropiada para aguas residuales que contienen compuestos nocivos fácilmente reductibles. Por ejemplo, el toxico ácido crómico de las aguas residuales provenientes de los talleres de cromado puede reducirse con ácido sulfúrico o con sales respectivas y también 23. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA con sales de hierro bivalente, pudiendo adoptar una forma que pueda ser precipitada con cal, a su vez, un exceso de agentes. UN T. reductores dará como resultado un consumo correspondiente de. oxígeno en el agua residual. Las aguas residuales que contienen cloro y provienen de la industria química pueden ser reducidas. ica. mediante carbón activado.. ím. 2.1.5. Aireación. Qu. La aireación es necesaria en muchos métodos de tratamiento de aguas residuales. Deberá aplicarse durante el tratamiento previo. ge nie ría. de las aguas residuales comerciales, mediante la aspersión o rociamiento, por medios mecánicos (ruedas de paletas, cepillos aireadores, impulsores), soplando aire comprimido en forma de burbujas finas, medias o gruesas, o a través de columnas de. In. aireación, en los procesos de activación. La aireación también posee múltiples aplicaciones para remover solventes (por ejemplo. de. en la industria farmacéutica) y otros compuestos volátiles. ca. orgánicos (por ejemplo, en la industria petroquímica). Se entiende por aireación la mezcla del agua con el aire, que. ot e. tiene por objeto modificar la concentración de las sustancias. Bi. bli. volátiles contenidas en ella e incrementar la concentración del oxígeno disuelto. La aireación tiene en realidad varios propósitos: Incrementar los niveles de oxígeno disuelto, disminuir la concentración de dióxido de carbono, de sulfuro de hidrógeno, de metano y otros gases indeseables que puedan estar presentes; 24. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA adicionalmente promover y acelerar la oxidación y precipitación del hierro y manganeso y corregir las características de olor y. UN T. sabor ocasionadas por la presencia en el agua de sustancias orgánicas volátiles.. ica. En los procesos de tratamiento de aguas residuales, el propósito. más importante que cumplen los sistemas de aireación es el de. garantizar. que. el. oxígeno. no limite. la. Qu. requeridas para. ím. incrementar la concentración de oxígeno a las velocidades. metabolización de la materia orgánica presente. En purificación. ge nie ría. de aguas, la principal función es la de propiciar y acelerar la oxidación del hierro y manganeso.. Los principales factores que influyen en el proceso de aireación del agua son la temperatura, la presión y la superficie de. In. contacto. En el proceso de aireación, los sistemas más comúnmente empleados suelen ser, aireación en cascada,. de. aireación por inyección, aireación por surtidor, y aireación por. ca. contacto.. Procesos Biológicos. ot e. 2.2.. Bi. bli. Este proceso natural da como resultado la eliminación de la acidez, sulfatos y metales de las aguas del drenaje ácido, las reacciones ocurren en forma natural produciendo alcalinidad, reduciendo los sulfatos y promoviendo la precipitación de los metales en solución, en forma de sulfuros metálicos.. 25 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Los procesos aeróbicos y anaeróbicos apuntan a quitar este agente. contaminador. pero. principalmente. los. procesos. UN T. anaerobios tales como reducción bacteriana del sulfato muestran. un mejor funcionamiento (la reducción directa del sulfato a sulfuro de. hidrógeno. es. producida. por. bacterias. especializadas,. ica. específicas y estrictamente anaeróbicas por los dos géneros:. ím. Desulfovibrio y Desulfotomaculum. La actividad de estas bacterias reductoras de sulfatos es importante para la producción de sulfuro. Qu. de hidrógeno, precipitación de los metales y al aumento de alcalinidad. Los humedales construidos se han considerado como. ge nie ría. una de las posibles soluciones a largo plazo del drenaje ácido de la mina. Varias investigaciones han revelado los resultados positivos con respecto al uso de humedales artificiales para tratar las aguas contaminadas por actividades mineras.. In. Esta tecnología permite optimizar los mismos procesos que se. de. encuentran en humedales naturales: filtración, sedimentación, inmovilización física y química, y descomposición química y. ca. biológica. Además, los humedales construidos proporcionan un. ot e. método efectivo y de bajo costo para remover agentes. Bi. bli. contaminadores del drenaje ácido de la mina. 2.2.1. Sistemas Wetlands Son humedales construidos, utilizados en muchos países. alrededor del mundo mejorando la calidad del agua del drenaje ácido de mina. 26. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Los humedales construidos ofrecen varias ventajas Hammer. UN T. (1989): Ventajas:.  Relativamente económicos para construir y operar.. ica.  Fáciles de mantener.. ím.  Eficaces y confiables para el tratamiento de aguas residuales.  Relativamente tolerantes a los cambios en las tarifas de. Qu. cargamento hidráulicas y biológicas..  Puede proporcionar beneficios ecológicos.. ge nie ría.  Reconocidos como una buena alternativa de tratamiento por muchos reguladores y grupos ambientales. Desventajas.  Requisitos de área a ser usada relativamente grandes.. In.  Criterios de diseño y operación actual imprecisos.. de.  Complejidad biológica e hidrológica.  Diferencias en funcionamiento con el cambio de las estaciones.. ca.  Posibles problemas con olor y mosquitos.. tiempo el humedal puede convertirse en un problema que contribuya a la reducción de la tasa de remoción de contaminantes a través de tiempo.. Bi. bli. ot e.  El rendimiento a largo plazo es desconocido ya que con el. 27 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA  Cambios en equilibrio de un humedal natural debido a la. de efectos físicos relacionados.  Fluctuaciones. en. funcionamiento. el. de. flujo. y. humedales. temperatura y. pueden. UN T. presencia de nuevos metales y fuente de sulfato y posibilidad. afectan. causar. el. tasas. ica. inconsistentes de remoción de contaminantes. Flujos altos. periodos. secos. pueden. dañar. ím. pueden sobrecargar el mecanismo de remoción, mientras que las. plantas. y. afectar. Qu. significativamente el funcionamiento del humedal.  Condiciones más frías afectan la velocidad de producción, con. ge nie ría. que el humedal es capaz de retirar contaminantes, siendo este un problema serio especialmente para proyectos localizados en los Andes. 2.2.1.1.. Lagunas o ciénagas aeróbicas. In. Este sistema se utiliza para tratar aguas neutras o alcalinas. Los. de. metales pesados precipitan como consecuencia de reacciones de oxidación, con formación de los correspondientes óxidos o. Bi. bli. ot e. ca. hidróxidos, lo cual tiene su mayor eficiencia a pH mayor de 5.5.. Fig. 5: Sección típica de una laguna ó ciénaga aeróbica. *Fuente: MMAM9. 28. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(36) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. Lagunas o ciénagas anaeróbicas. UN T. 2.2.1.2.. En este caso se trata de lagunas con una delgada lámina de agua sobre un sustrato rico en materia orgánica, que puede estar. ica. constituido por turba, u otros materiales orgánicos: compost. usado de plantaciones de champiñones, virutas de madera, heno,. ím. etc., mezclado con un 10% de carbonato cálcico. A través de este. fundamentalmente. la. Qu. sustrato se produce el flujo de las aguas a depurar, produciendo reducción. de. sulfatos,. en. aguas. In. baja.. ge nie ría. conteniendo oxígeno disuelto, Fe3+, Al3+, y con acidez media o. Agua. ca. de. Substrato. ot e. Fig. 6: Sección típica de una laguna o ciénaga anaeróbicas.. Bi. bli. *Fuente:MMAM9.. 29 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(37) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. UN T. II.- MATERIAL Y MÉTODOS. ica. 2.1. Materiales 2.1.1. Material y equipos. ím. a. Reactivos. Qu. - Agua ácida de mina. - Sulfato lauril de Sodio.. ge nie ría. - Cal viva.. - Soda caustica industrial (98% pureza) 10 M. b. Material de estudio. - Agua ácida de mina. c. Materiales de laboratorio. In. - Vasos de precipitación de 1 L.. de. - Buretas.. Bi. bli. ot e. ca. - Matrazes - Fiolas. - Agitador de vidrio. - Nylon. - Otros.. d. Equipos - Balanza Analítica Sartorius, sensibilidad ± 0,0001 g. - Equipo de absorción atómica Perkin Elmer Analist 400.. 30 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(38) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA 2.2. Métodos. UN T. 2.2.1. Métodos de neutralización El objetivo principal de este proceso de neutralización es la de proporcionar, mediante el incremento del valor del pH, las condiciones. ím. permanecer disueltos en el agua de mina.. ica. necesarias para que precipiten los iones metálicos que pueden aun. Para el tratamiento del drenaje ácido de mina, se logra mediante la. Qu. adición de agentes neutralizantes tales como: óxido de cal. Estos reactivos llevan el pH a valores aceptables y favorecen la precipitación. ge nie ría. de la mayor parte de los metales pesados contenidos en el agua.. 2.2.1.1. Neutralización con lechada de cal. In. La lechada debe suministrarse en forma continua ya que el hidróxido de calcio se convierte en sulfato de calcio, el cual es. de. arrastrado con los lodos. Se realizó un análisis cualitativo y. ca. cuantitativo al efluente inicial (color amarillento), en el equipo de absorción atómica con la finalidad de obtener los metales. ot e. contaminantes más importantes y representativos en el agua de. la siguiente Tabla 1.. Bi. bli. mina. La composición química del agua de mina se muestra en. 31 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(39) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA TABLA 1: NIVEL 11, PUNTO DE ACOPIO DE LOS NIVELES 7, 8, 9 Y 10 (Composición química: ppm), U.M.N (Unidad de. pH. Fe. 2.50 70.12. Zn. 985.36 11.25. Pb. As. 0.52. 0.08. ím. Nivel 11. Cu. ica. U.M.N. UN T. muestreo por niveles).. Qu. * Fuente: Elaboración propia, Laboratorio de la CÍA Minera. En las pruebas combinadas de lechada de cal y soda cáustica,. ge nie ría. se hicieron un ajuste de pH, con el criterio de obtener una eliminación adecuada de elementos perniciosos contenidos en estas aguas ácidas. Para esta etapa preliminar a nivel de laboratorio se utilizará lechada de cal al 25% en peso de 70% de. ca. de. 6-9.. In. pureza. El valor de pH que se debe alcanzar esta en el rango de. Bi. bli. ot e. 2.2.1.2. Reacciones involucradas Algunos iones insolubles al reaccionar con la cal o soda precipitan. en. forma. de. hidróxidos u óxidos metálicos. acompañados del sulfato de calcio formado por la reacción de neutralización. Formación de la lechada de cal: CaO + H2O. Ca (OH)2. 32 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(40) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Formación de óxidos: 2Fe(OH)3 + 3CaSO4. CuSO4 + Ca(OH)2. CuO + CaSO4 ZnO. ZnSO4 + Ca(OH)2. UN T. Fe2(SO4)3 + 3Ca(OH)2. + CaSO4. PbO + CaSO4. ica. PbSO4 + Ca(OH)2. ím. CaSO4 + H2O. H2SO4 + Ca(OH)2. Qu. Formación de hidróxidos. 2Fe(OH)3 + 3CaSO4. Fe2(SO4)3 + 3Ca(OH)2. Cu(OH)2 + CaSO4. ge nie ría. CuSO4 + Ca(OH)2. Zn(OH)2 + CaSO4. ZnSO4 + Ca(OH)2. Pb(OH)2 + CaSO4. PbSO4 + Ca(OH)2. CaSO4 + H2O. H2SO4 + Ca (OH)2. de. In. Las reacciones son de simple intercambio iónico.. ley de. salubridad. reglamenta. los límites. máximos. ca. La. Ministerial N° 011-96-EMA/MM (13.ene.1996), para aguas del. sector minero, ver tabla 2.. Bi. bli. ot e. permisibles (LMP) de los contaminantes según Resolución. 33 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(41) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA TABLA 2: LIMITES MAXIMOS PERMISISBLES (LMP), DE ALGUNOS METALES SEGÚN NORMATIVIDAD (EN. Cu. Pb. Zn. Fe. 6-9. 1.0. 0.40. 3.0. 2.0. As. 1.0. ica. pH. UN T. ppm) (*). ím. * Fuente: Resolución Ministerial N° 011-96-EM/MM.. Qu. 2.2.1.3 Neutralización con soda cáustica. La soda cáustica, es un neutralizante más eficiente, sin. ge nie ría. embargo su costo encarece el método a pesar que se requiere menores cantidades de soda cáustica, pues su basicidad es mayor. Tiene la ventaja que los productos de las reacciones son solubles y no aumentan la dureza del agua. Para esta etapa de neutralización se fijaron los siguientes. de. In. parámetros de operación a nivel de laboratorio: Parámetros de operación: : 1 minuto. Velocidad de agitación. : 300 RPM. Volumen de efluente. : 1L. Temperatura de operación. : 11- 13°C. Bi. bli. ot e. ca. Tiempo de agitación. Para efectos de las pruebas experimentales se utilizará vasos de 1 Litro provistos de un sistema de agitación con velocidad variable. 34. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(42) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA 2.2.1.4. Proceso de coagulación- floculación. UN T. Se utiliza soda cáustica 10 Molar, de grado industrial al 98% de pureza. La soda cáustica es empleada como agente coagulante-floculante,. para. ayudar. a. la. sedimentación. ica. aglomerando las pequeñas partículas en suspensión a unas. que el caso de sedimentación libre.. ím. de mayor tamaño, las cuales sedimentarán con mayor rapidez. Qu. Para esta etapa se fijaron los siguientes parámetros de. ge nie ría. operación a nivel de laboratorio: Parámetros de operación:. : 10-20 segundos. Velocidad de agitación. : 30 RPM. Volumen de efluente. : 1L. Temperatura de operación. : 11-13°C. In. Tiempo de agitación. de. Las pruebas de sedimentación se realizaron en probetas de 1. ca. Litro, luego de establecer los parámetros para determinar la. como datos directos la altura y el tiempo de sedimentación, a partir de éstas se hicieron estimaciones de las velocidades de sedimentación y calcular el % de lodos acumulados.. Bi. bli. ot e. velocidad de sedimentación, se graficaron curvas, tomando. 35 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(43) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA 2.2.1.5 Pruebas experimentales de neutralización. UN T. NEUTRALIZACIÓN: LECHADA DE CAL PREPARADO CON AGUA POTABLE Todas las pruebas de neutralización se muestran en el apéndice 1. PRUEBA #1 PARÁMETROS: NEUTRALIZACIÓN. PARÁMETROS: COAGULACIÓN. Tiempo de agitación: 30 seg. Tiempo de agitación. ica. : 10 seg. Velocidad de agitación: 30 RPM. Volumen de muestra de agua: 1L. Volumen de muestra de agua: 1L. Temperatura: 11-13°C. Temperatura: 11-13°C. Qu. ím. Velocidad de agitación: 300 RPM. ge nie ría. Dosificación:. 9.6 mL de lechada de cal (25%) / L agua de mina.. TABLA 3: Drenaje Ácido de Mina (DAM); VS: velocidad de sedimentación durante los primeros 10 minutos; composición química; ppm. LMP:. DAM I(inicio). Cu. Fe. 2.5. 70.12. 985.4. 6.5. 0.218. 0.298. 6-9. 1.0. 2.0. ot e. DAM F(final). pH. ca. Prueba 1. de. In. Límites Máximos Permisibles.. Lodo (%). Consumo 3 cal (kg/m ). Consumo NaOH 3 (kg/m ). Costo cal 3 ($/m ). Costo NaOH 3 ($/m ). 11.25 0.52 0.08. -. -. -. -. -. -. 0.720 0.1< 0.02. 1.45. 17.00. 2.4. 3.0. Pb. 0.4. As. 0.336. 1.0. Bi. bli. LMP. VS (cm/min.). Zn. 36 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(44) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA TABLA 4: Datos para el cálculo de la velocidad de sedimentación; Tiempo (min): Tiempo de sedimentación, minutos; Altura (cm): Altura de solidos. ica. Bi. bli. ot e. ca. de. In. ge nie ría. Qu. ím. Tiempo(min) Altura(cm) 0 34.60 2 31.28 4 28.29 6 25.16 8 22.10 10 19.58 12 17.34 14 15.47 16 13.97 18 12.58 20 11.56 22 10.88 24 10.20 26 9.86 28 9.52 30 9.18 32 8.88 34 8.70 36 8.53 38 8.48 40 8.38 80 8.30 150 8.00 250 7.92 338 7.82. UN T. formados en la neutralización, centímetros.. 37 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(45) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. UN T. 40 35 30. 20. ica. Altura, cm. 25. 15. 10. ím. 5 0 100. 200. 300. 400. Qu. 0. ge nie ría. Tiempo, min. Bi. bli. ot e. ca. de. In. Fig. 7: Mineral pirítico a tajo abierto expuesto al medio ambiente.. 38 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(46) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA PRUEBA # 2 PARÁMETROS: NEUTRALIZACIÓN. PARÁMETROS: COAGULACIÓN. : 30 seg.. Tiempo de agitación. : 10 seg.. Velocidad de agitación. : 300 RPM. Velocidad de agitación : 30 RPM. UN T. Tiempo de agitación. Volumen de muestra de agua : 1L. Temperatura. Temperatura: 11-13°C. : 11-13°C. ica. Volumen de muestra de agua : 1L. Dosificación:. ím. 8.6 mL de lechada de cal (25%) /L de agua de mina.. Qu. 0.2 mL de soda caustica (10 M) /L de agua de mina.. ge nie ría. TABLA 5: Drenaje Ácido de Mina (DAM); VS: velocidad de sedimentación durante los primeros 10 minutos; composición química; ppm. LMP: Límites Máximos Permisibles.. Prueba 2. Cu. Fe. DAM IR. 2.5. 70.12. 985.4. DAM F. 6.50. 0.258. 0.356. LMP. 6–9. 1.0. 2.0. Pb. As. VS (cm/min.). Lodo (%). Consumo 3 cal (kg/m ). Consumo NaOH 3 (kg/m ). Costo cal 3 ($/m ). Costo NaOH 3 ($/m ). 11.25 0.52. 0.08. -. -. -. -. -. -. 2.01. 15.00. 8.60. 2.150. 0.08. 0.301. Zn. In. pH. 0.815 0.1< 0.018 0.4. 1.0. Bi. bli. ot e. ca. de. 3.0. 39 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(47) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA TABLA 6: Datos para el cálculo de la velocidad de sedimentación; Tiempo (min): Tiempo de sedimentación, minutos; Altura (cm): Altura de solidos. UN T. formados en la neutralización, centímetros.. 2. 30.94. 4. 26.97. 6. 22.44. 8. 18.22. 10. 14.99. 12. 13.26. 14. 12.24. 16. 11.53. 18. 10.88. 20. 10.54. 22. 10.17. 24. 9.79. 26. 9.52. 28. 9.18. 30. 8.98. 32. 8.84. 34. 8.60. 36. 8.48. 38. 8.33. 40. 8.12. 80. 7.98. 150. 7.85. 250. 7.30. 338. 7.14. ím. 34.60. Bi. bli. ot e. ca. de. In. ge nie ría. Qu. 0. ica. Tiempo(min) Altura(cm). 40 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.