Asignatura: Tratamiento de Relaves y Desechos Mineros

II Unidad: PROPIEDADES QUIMICAS DE LOS METALES PESADOS

UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUEZIngeniería Sanitaria y Ambiental

MSc. Roger Poccohuanca Aguilar

metales pesados se refieren a un tipo de elementos químicos que tienen como particularidad que sus densidades son altas en comparación con otros materiales.

Son tóxicos y representan riesgo ambiental La toxicidad total anual de los metales movilizados excede la

toxicidad total de los residuos radiactivos y orgánicos generados por el hombre (Nriagu 1998).

Aparentemente la actividad minera afecta áreas pequeñas, sin embargo; tienen mayores impactos a nivel de otras áreas sobre el medio ambiente.

Propiedades de los Metales PesadosLa toxicidad depende en primer lugar de la propia naturaleza del metal y de su disponibilidad en el ambiente. Atendiendo a estos dos factores Wood (1974) clasifico los metales en tres categorías: No críticos: Na, K, Mg, Ca, H, N, C, P, Fe, S, Cl, Br, F, Li, Rb, Sr, Si, Mn y Al; siendo esta última toxico para la biota, tanto terrestre como acuática, cuando se moviliza a un pH bajo (Forstner 1989).Tóxicos pero muy insolubles: Ti, Hf, Zr, W, Nb, Ta, Re, Ga, Os, Rh, Ir, Ru y Ba.Muy tóxicos y relativamente disponibles: Be, Co, Ni, Cu, Zn, Sn, Cr, As, Se, Te, Pd, Ag, Cd, Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Sb y Bi.

Sus diferentes especies moleculares o especies químicas pueden suponer distintos grados de bioacumulación o toxicidad

Acción Toxica de los Metales PesadosBioquímicamente, el mecanismo de su acción tóxica de los metales pesados proviene de la fuerte afinidad de los cationes por el azufre. Así, los grupos “sulfidrilos”, -SH, los cuales están presentes comúnmente en las enzimas que controlan la velocidad de las reacciones metabólicas críticas en el cuerpo humano, se enlazan fácilmente a los cationes metálicos ingeridos o a las moléculas que contienen los metales. Debido a que el enlace resultante metal-azufre afecta a toda la enzima, este no puede actuar normalmente y la salud humana queda afectada adversamente, y a veces en forma fatal (Juárez et al. 2009).

Factores Fisicoquímicos Ambientales que intervienen en la especiación quimica

El pH

• El pH afecta a la especiación química y a la movilidad de muchos metales pesados

• La mayoría de los metales tienden a estar mas disponibles a pH acido.

• El pH, es un parámetro importante para definir la movilidad del catión, debido a que en medios de pH moderadamente alto se produce la precipitación como hidróxidos. En medios muy alcalinos, pueden nuevamente pasar a la solución como hidroxicomplejos. Si el pH es elevado entonces puede bajar la toxicidad metálica por precipitación como carbonatos e hidróxidos.

El Potencial Redox o potencial de oxidación –reducción

• El potencial de oxidación –reducción, es el responsable de que el metal se encuentre en estado oxidado o reducido. Los equilibrios redox están controlados por la actividad de electrones libres en el agua.

• El potencial redox de un ambiente dado influye sobre los fenómenos de especiación metálica

• A altos valores de Eh se asocian fenómenos oxidantes; mientras que a bajos valores del mismo lo hacen los reductores.

La temperaturaLa temperatura afecta la concentración de oxígeno disuelto de un cuerpo de agua natural y el oxigeno afecta el potencial redox. La temperatura influye sobre la solubilidad de los metales y al igual que el contenido de oxígeno disuelto afecta de forma decisiva tanto a la distribución como al estado fisiológico de la biota del sistema acuático del que va a depender la respuesta frente al toxico (Rosas 2001).

Caracterización de relaves minerosUna adecuada caracterización es base para la prevención.

Un muestreo representativo se hace necesaria

Las pruebas estáticas (ej. ABA, NAG, SPLP) y cinéticas (humedad, NAG cinético, pruebas de campo).

Caracterización geotécnica y química de relaves

Toma de muestraPara la toma de muestras se debe tener en cuenta la distribución granulométrica del relave, teniendo en cuenta el tipo de mineral beneficiado o por beneficiar; ya que; el comportamiento de las zonas de oxidación es dependiente del tamaño de grano. La muestra deberá ser representativa.

Propiedades físicas y químicas de los relaves DensidadPara conocer el tonelaje total de los desechos requiere de la necesidad antes que nada del cálculo de la densidad promedio del material.Para el cálculo del tonelaje solo se convierten las unidades arrojadas por el densímetro expresadas en gramos por centímetro cubico en toneladas por metro cubico. Volumen real cuantificado de relave = 1505633.08 m3

Densidad promedio estimado = 2.2 g/cm3

Tonelaje = 3 312 392.8 Ton.

Caracterización geotécnica y química de relaves

Resistencia al CorteLa resistencia al corte o esfuerzo de corte de un suelo, se define como la resistencia interna por área unitaria, que una masa de suelo ofrece para resistir la falla y el deslizamiento a lo largo de cualquier plano dentro de él. El esfuerzo de corte en un depósito de relaves, determinará la pendiente de acopio, que asegure una máxima capacidad de almacenaje.Se debe entender la naturaleza de la resistencia al corte para analizar los problemas de capacidad de carga, estabilidad de taludes y presiones laterales sobre estructuras de contención de tierra.

http://www.youtube.com/watch?v=AsbQk131x2w

Caracterización geotécnica y química de relavesPrueba de análisis granulométricoConsiste en determinar la proporción relativa en peso de los diferentes tamaños de granos definidos por la abertura de mallas utilizada. Determina por lo tanto, la distribución del tamaño de las partículas ó granos que constituyen un material. Esta distribución se analiza en base a su porcentaje de su peso total.

Malla % Peso

Ac(+)

+50 4,86 4,86

+70 5,95 10,81

+100 10,84 21,65

+140 10,56 32,21

+200 9,70 41,91

-200 58,09 100,00

Tabla 8: Análisis Granulométrico del Relave Final de la Unidad de Producción de la Compañía Minera Raura S.A. (CMRSA). 2007

http://www.youtube.com/watch?v=l5wM7k5MvUM

http://www.youtube.com/watch?v=l5wM7k5MvUM

Caracterización geotécnica y química de relavesPermeabilidadLa permeabilidad indica la facilidad con la que un fluido puede atravesar el espacio poroso (Guéguen y Palciauskas, 1994). la distribución de la porosidad, los parámetros texturales, las características de las gargantas de poros y la presión capilar.La permeabilidad es directamente proporcional al tamaño de partículas, es decir, a menor tamaño de partículas corresponde una permeabilidad mas lenta, de manera contraria, a mayor tamaño de las partículas corresponde una permeabilidad mas rápida.

http://www.youtube.com/watch?v=981HT9FexA0

Caracterización geotécnica y química de relaves

HumedadEl contenido de humedad en el relave es la cantidad de agua que el relave contiene en el momento de ser extraído. Una forma de conocer el contenido de humedad es pesar la muestra cuando se acaba de extraer, y después de haberla mantenido durante 24 horas en un horno a una temperatura de 110 °C se hace lo siguiente:Porcentaje de Humedad = ((m1 – m2)/m2)*100m1 = Masa de la muestra recién extraída.m2= Masa de la muestra después de estar en el horno.Para la relavera de Yauricocha, la humedad media calculada del relave fue de 9.2 %, Para este cálculo se usaron horno eléctrico, termómetro y balanza electrónica pesando la muestra antes y después del secado.

Predicción de la producción de acido/ pruebas de movilidad

Las predicciones de DAR se pueden hacer usando pruebas estáticas y/o cinéticas.

Las pruebas estáticas nos indican la cantidad de ácido producido y el potencial de neutralización, mientras que las pruebas cinéticas nos presentan una evaluación de la velocidad de neutralización y producción de ácido.

pH en pasta

Se realiza midiendo el pH a una pasta preparada con la muestra sólida y agua.

Se realiza en el sobrenadante de la solución de agua desionizada y muestra, en proporción 1:1 (p/p) (Chopantarat et al., 2010).

Valores bajos de pH (menores que 6) indican que la muestra ya está oxidada, y por lo tanto tienen una disponibilidad limitada de potencial de neutralización, mientras que valores mayores sugieren que la muestra cuenta con un cierto potencial de neutralización (Caballero 2009).

Caracterización geotécnica y química de relavesTest ABAEl test estático para medir el potencial de generación ácida, denominado Acid-Base Account (ABA), se basa en un balance entre los componentes de la muestra potencialmente generadores de ácido (Potencial de Acidificación, PA) y los componentes neutralizantes de ácidos (Potencial de Neutralización, PN).

La determinación del Potencial de Acidificación, se realiza principalmente basándose en el análisis químico de la muestra por azufre total y azufre como sulfato, de esta manera se calcula por diferencia el azufre como sulfuro, que sirve de base para el cálculo del PA.

El Potencial de Neutralización representa la cantidad total de minerales neutralizantes presentes en el material, principalmente carbonatos, se determina mediante una digestión ácida de una porción de muestra durante 24 horas, a temperatura controlada y posterior titulación.

Obtenidos ambos potenciales se determina el Potencial Neto de Neutralización por diferencia empleando la siguiente fórmula:

PNN = PN – PA

El test estático permite categorizar los materiales en tres grupos:

Potencial representado Criterio de interpretaciónBajo o nulo potencial de generación de acido

PNN>20 y PN/PA>3

Potencial marginal de generación de acido

PNN<20 y 1<PN/PA<3

Alto potencial de generación de acido PNN<0 y PN/PA<1

Si el resultado de la caracterización geoquímica del relave, muestra que si el PNN del relave es de –32.81 nos indicara que es generador de acidez.

Los resultados obtenidos de la Evaluación del Potencial de Generación Ácida, a las muestras de Relave y Suelos de compañía minera Linderos (Chile), a través del Test ABA, se presentan en la Tabla Nº 5.1

Tabla 9: Resultados Test ABA

Muestras S SO4= SSO4 S Total calculado

Kg CO3 equiv./ton material

% % % % PN PA PNN PN/PAM-1 Cubeta tranque N° 1

1,59 0,22 0,07 1,52 164,78 47,39 117,39 3,48

M-2 Talud tranque N° 2

0,95 0,02 0,01 0,94 129,27 29,48 99,79 4,39

M-3 Suelo tranque N° 1

0,01 0,03 0,01 -0,00001 13,35 -0,00004

13,35 -34205

De acuerdo a los resultados presentados en la Tabla 9 y considerando el criterio de interpretación indicado en lo párrafos precedentes, se concluye que:•Las muestras de relaves presentan de bajo a nulo potencial de generación de acidez.•La muestra de suelo por no contener azufre no presenta potencial de generación de acidez

En Sayapullo ubicada en el distrito de Sayapullo, provincia de Gran Chimu, Region La Libertad; se caracterizó los pasivos ambientales (depósitos de relaves), con el propósito de evaluar el Plan de Cierre de Pasivos Ambientales.

Se puede observar que ninguna de las muestras presenta potenciales de neutralización. En las muestras de relaves de Vista Bella son las que tienen un mayor potencial de generación de acidez.

Test SPLPEl procedimiento consiste básicamente en una lixiviación a temperatura y agitación controlada (25ºC y 30 rpm) por un tiempo de 18 + 2 h con un fluido preparado con una mezcla de ácido sulfúrico y ácido nítrico. El extracto líquido obtenido después de la lixiviación es analizado por los parámetros As, Ba, Cd, Cr, Pb, Hg, Se y Ag, para determinar si presenta cualquiera de estos elementos considerados como peligrosos, en concentraciones superiores a los valores establecidos por la EPA.

Los resultados obtenidos de la aplicación del Test SPLP a muestras de relaves y suelos de compañía minera Linderos (Chile), a través del Test SPLP, se presentan en el Cuadro 7.

Conforme con los resultados presentados en el Cuadro 7, las muestras evaluadas, no presentan característica de toxicidad por lixiviación ya que no se superan las concentraciones máximas permisibles.

Cuadro 7: Resultados del Test SPLP de muestras de relave y suelos - Compañía Minera Linderos – Chile.

GRACIAS