CONFIABILIDAD DE LAS PRUEBAS DE DRENAJE CIDO DE ROCADr. A. MAcG. Robertson, P. Ing. y Linda M. Broughton, P. Ing.Steffen, Robertson y Kirsten, Vancouver, BC (604) 681-4196RESUMENEs la calidad de las aguas de drenaje de rocas sulfticos en el campo lo que determina el impacto ambiental real o potencial de drenaje cido de roca (DAR). Esto determina la necesidad de, y el xito de las medidas de control alternativas. Por lo tanto, la estimacin precisa y prediccin del DAR es un prerrequisito crtico para el control de ARD exitoso.El desarrollo de la generacin de cido de rocas que producen sulfuro es un proceso dependiente del tiempo. La generacin de cido vara con el tiempo, como lo hace la cantidad de productos cidos almacenados en, o cerca de, la fuente. La movilidad de estos productos (almacenados) de oxidacin determinar la calidad del drenaje como la infiltracin enjuaga los sitios de oxidacin. Controles estacionales y climticos en las tasas de infiltracin producen grandes variaciones en la calidad del agua de drenaje, tanto en el corto plazo sobre una base diaria o semanal (para algunas pilas de rocas) y en el largo plazo las pruebas estticas miden el potencial terico de generacin de cido. Un ensayo de extraccin de producto soluble proporciona una medida de los productos solubles acumulados de la generacin de cido en cualquier instante de tiempo, lo que refleja el historial de la muestra a esa fecha. Las pruebas cinticas determinan la evolucin del proceso de generacin de cido y el rendimiento de la calidad del agua de drenaje que depende tanto de la configuracin de prueba y el mtodo y en la mineraloga de la muestra. Los resultados pueden variar ampliamente dependiendo de la recoleccin de muestras, almacenamiento, preparacin y los mtodos de ensayo.Mtodos apropiados de muestreo y ensayo son necesarios si incluso estimaciones o predicciones de campo de la calidad del agua de drenaje moderadamente confiables se deben hacer a partir de pruebas de laboratorio. Es la intencin de este trabajo describir los factores que controlan la confiabilidad y el modelo de la similitud de las pruebas de prediccin para DAR. Este documento examina algunas de las condiciones que controlan la calidad de DAR en las pruebas de prediccin, la variabilidad de los resultados obtenidos a partir de diferentes mtodos de muestreo y ensayo, y hace recomendaciones en cuanto a los procedimientos adecuados para mejorar la confiabilidad. Las tcnicas descritas en este documento se refieren a la prediccin para todos los componentes de los yacimientos mineros, sin embargo, gran parte de la discusin se refiere a pilas de rocas de mina, para lo cual el muestreo y ensayo es el ms complejo.OBJETIVOS DE LAS PRUEBAS DE DRENAJE CIDO DE ROCALas pruebas de DAR normalmente se realizan para uno de los dos propsitos:Para determinar las concentraciones mximas de contaminantes que se liberan al medio ambiente a partir de depsitos de roca que produce sulfuro (paredes de mina, pilas de roca de mina o relaves). El objetivo es determinar si ser necesario adoptar medidas de control de DAR, o si las medidas propuestas son adecuadas. Estas pruebas deben permitir estimaciones de calidad del agua a realizar los cuales son suficientemente precisos para proceder con seguridad con el desarrollo del proyecto o implementacin de medidas de remediacin. Para ser tiles, los mtodos de prediccin de ensayo y de calidad del agua deben tener una confiabilidad razonablemente alta.

Para obtener estimaciones de contenidos promedios de contaminantes y cargas, y el rango probable de variacin, con el propsito de disear sistemas de recoleccin de drenaje y de tratamiento de aguas contaminadas. Para estas estimaciones la exactitud suele ser aceptable a un nivel de "orden de magnitud", ya que hay flexibilidad y control adicional inherente al sistema de gestin y tratamiento de aguas. La confiabilidad de los ensayos prediccin de la calidad del agua del DAR es considerablemente menos crtica que para el primer propsito.EVOLUCIN DE la CALIDAD del Drenaje cido de Roca El desarrollo de drenaje cido, su caracterstica de la calidad del agua y los controles de las tasas en cada etapa del proceso de generacin de cido, debe ser reconocido antes de la posible interpretacin confiable de la pruebas de prediccin.El DAR no se produce instantneamente sino que se desarrolla durante un perodo de tiempo en que evolucionan las condiciones que favorecen la generacin de cido. Las Condiciones de control de la velocidad de generacin de cido son:. Presencia de sulfuros reactivos, agua y oxigeno (los ingredientes necesarios). Presencia y actividad de Thiobacillus ferrooxidans y otras bacterias que cataliza la oxidacin . PH. TemperaturaSe inicia el proceso de generacin de cido cuando una partcula de roca que contiene sulfuros reactivos se expone al aire y el agua. La evolucin de los procesos de generacin de cido depende entonces de las condiciones "ambientales" que influyen en la partcula de roca. La velocidad de generacin de cido vara con el tiempo y de lugar a lugar, dependiendo de las condiciones especficas del sitio.Para una muestra de sulfuro, la tasa normalizada tpica de la generacin de cido en funcin del pH se muestra en la Figura 1.

Figura I Tasa de Oxidacin de Sulfuro como una funcin del pHDe particular inters es la tasa de generacin de cido a pH casi neutro, ya que este es el rango ms difcil de interpretar en las pruebas cinticas (Ferguson y Morin, 1991). En este rango, la generacin de cido se debe principalmente a la oxidacin qumica. La tasa es relativamente baja y la acidez es inmediatamente neutralizada por la alcalinidad disponible en la muestra para mantener el pH cerca al neutro. La solubilidad de la mayora de los metales son bajos a pH neutro y en consecuencia, las concentraciones de contaminantes de lixiviados son generalmente bajos en la mayora de los metales. Una vez que se consumen los minerales bsicos el pH comienza a disminuir y por debajo de un pH de aproximadamente 4,5 la oxidacin biolgica acelera rpidamente el proceso de generacin de cido. As, puede haber un largo perodo de generacin de cido lenta requerida para lograr el descenso de pH inicial seguido por aumento comparativamente rpido de la generacin de cido y una gran disminucin de la calidad de lixiviados como los metales son ms solubles a pH ms bajo. La generacin de cido puede proceder a un ritmo rpido hasta que los sulfuros se agotan y las tasas de oxidacin disminuyen.Este tiempo de retraso puede extenderse durante semanas, meses o aos en el campo y en las pruebas de laboratorio, como se ilustra en la Figura 2. El efecto de la temperatura sobre la generacin de cido se ilustra en la Figura 3.

Figura 2 Velocidad de oxidacin del sulfuro como una funcin del tiempo.

Figura 3 Velocidad de oxidacin del sulfuro como una funcin de la temperatura.

Como las reacciones exotrmicas de generacin de cido aumenta ls temperaturas en el campo, la tasa de generacin de cido tambin aumenta a un valor lmite a aproximadamente 60 C.La calidad del agua de drenaje que emana de una pila de rocas de generacin de cido tambin vara, dependiendo no slo de la presencia o ausencia de generacin de cido, pero de la:. tasa de generacin de cido, por lo tanto, la cantidad (carga) de la acidez producida;. tasa de lixiviacin, por lo tanto, la concentracin de acidez en el lixiviado;. historia de la acumulacin de producto de cido y por lo tanto la carga disponible para la lixiviacin durante eventos de lavado;. metales (y otros contaminantes lixiviables) presentes; y. el tamponamiento de acidez y atenuacin de la contaminacin que se produce a lo largo del recorrido de flujo antes de recolectar el lixiviado.Si una muestra de roca sulfticos reactiva ha sido expuesta al oxgeno y agua durante algn tiempo, sin lavado completo para eliminar los productos de cido, contendr una carga finita de productos fcilmente lixiviables de generacin de cido en uno o ambas fase lquida y slida. Cuando una muestra de este tipo es ensayada en una prueba de lixiviacin, se puede obtener la curva de la calidad de los lixiviados ilustrada en la Figura 4. Inicialmente altas concentraciones de contaminantes son lixiviados como la carga de productos cidos en almacenamiento en las vas de flujo son liberados. Tras descender a un valor mnimo de las concentraciones de contaminantes pueden volver a comenzar a aumentar a medida que evolucionan las condiciones que son favorables a mayores tasas de generacin de cido y la lixiviacin de contaminantes asociados. Toda alcalinidad, originalmente disponible en la muestra, puede haber sido consumido antes de la prueba o se transformen no disponibles por revestimiento, lo que resulta en un desarrollo mucho ms rpido de la tasa de generacin de cido mximo que puede aplicarse a una muestra fresca.Para las temporadas anteriores, las muestras antiguas y frescas pueden producir muy diferentes caractersticas del lixiviado en el primer lavado y caractersticas muy diferentes de evolucin generacin de cido y de calidad de lixiviados. Seleccin de la muestra, el envejecimiento, almacenamiento, preparacin y ensayo mtodos tienen grandes efectos sobre la calidad de los lixiviados generados a partir de diferentes ensayos del DAR. Estas diferencias, as como recomendaciones para la metodologa adecuada, se revisan a continuacin.

Figura 4 Lixiviacin de sulfato como una funcin del tiempo

minas antiguas VS MINAS NUEVAS

El muestreo y pruebas de minas nuevas (minas an por desarrollar) por lo general tienen diferentes preocupaciones y necesidades en comparacin con las minas antiguas. Una comparacin de las condiciones de DAR y la informacin disponible de las minas nuevas y viejas se proporciona en la Tabla 1. En las minas nuevas la principal preocupacin es el potencial de las condiciones generadoras de cido que se pueden desarrollar, y si puede ocurrir DAR, la eficacia de las medidas de control alternativas. La prediccin se basa en muestras frescas, a menudo representativa de una geologa y distribucin mineralgica incierta, con un requisito para la prediccin precisa de calidades de agua de drenaje (y cargas contaminantes) de un largo tiempo en el futuro.

Para las minas antiguas el DAR es a menudo bien sabido que proporciona una clara demostracin del comportamiento y cargas de contaminantes y concentraciones de material a las preguntas ambientales que necesitan ser contestadas referidas a la cantidad de productos de cido almacenado en los residuos (que estn disponibles para la lixiviacin con independencia de la generacin de cido adicional), la etapa evolutiva de la generacin de cido en las diversas pilas de desechos, y cmo la produccin de residuos futuro se va a comparar con los residuos producidos en el pasado. La geologa y la distribucin de sulfuros en la mina y el cuerpo de mineral restante a menudo se conocen bien (o por determinar), pero la distribucin, como la colocada en las pilas de roca (vertederos), no se han registrado. La composicin detallada de las pilas de rocas, por lo tanto puede ser incierto. Para minas viejas y nuevas el establecimiento de un inventario de las pilas de roca y relaves de mina, existentes y de ser producidos, es esencial.

TABLA 1COMPARACION DE INFORMACION SOBRE DAR DISPONIBLE DE MINAS ANTIGUAS Y NUEVAS

Para las nuevas minas esto se basa en la planificacin y programacin de la mina, pero para las minas viejas se requiere el reconocimiento del sitio y la investigacin de la forma descrita en Broughton et al 1992. Esto debe ser seguido por caracterizacin del DAR de los materiales que estn en, o estarn, en las diversas pilas. Por ltimo, la generacin de cido a largo plazo y la calidad del agua de drenaje deben ser predichas con y sin las medidas de control o de remediacin del DAR, a fin de establecer el potencial control y los costos. El potencial control y los costos son informacin esencial para las decisiones relativas a los permisos, para la operacin de la mina en curso, y para la seleccin y financiacin de las opciones de control apropiadas. La responsabilidad ambiental asociado a decisiones inadecuadas sobre la base de la metodologa de prediccin inexacta es enorme.INFLUENCIAS DEL MUESTREORepresentatividad del muestreoLa distribucin de sulfuro, as como para toda la distribucin de minerales, es variable a travs y alrededor de un yacimiento de mineral. As como es necesario tener un gran nmero de muestras de ensayo para definir un cuerpo de mineral, por lo que es necesario tener un nmero suficiente de muestras de balance acido/base (ABA) para definir el potencial de generacin cido de la roca de "desecho" de un yacimiento. Tcnicas de muestreo y evaluacin geoestadstica similares son aplicables. El Proyecto de Gua Tcnica del DAR preparado por el Grupo de Trabajo de la BC en DAR, SRK (1989). Proporciona directrices en cuanto al nmero mnimo de muestras.Ms recientemente, guas complementarias adicionales han sido emitidas por la provincia de Saskatchewan como las "Gua de Roca de Mina para el Diseo y Control de la Calidad del Agua de Drenaje ", SRK (1992), que describe un proceso de evaluacin y seleccin de la muestra geolgica. Las muestras deben ser tomadas con una extensin geogrfica en toda la zona de inters para cada clase de roca del DAR segn lo definido por el proceso de clasificacin de roca de DAR descrita por Brodie et al., 1991.El muestreo representativo es el ms crtico, y quizs la ms difcil, parte de un programa de ensayos. Un ejemplo de muestreo inapropiado se ilustra para una mina desconocida, para lo cual los resultados de ABA se ilustran en la Figura 5.

Figura 5 Resultados anuales de los ensayos ABA para una mina desconocida

Los resultados de las pruebas de ABA en muestras de rocas "representativos" de la mina para cada ao 1986-1990 se muestran en la figura. Sobre la base de la primera serie de muestras tomadas se concluy que la roca de mina no era generadora de cido y ningn medidas de control de DAR fueron implementadas. El muestreo de los sucesivos aos indica claramente un "cambio" en el potencial de DAR. La mina se enfrenta ahora a un problema de generacin de cido. Si hubiera el programa de muestreo original reconocido la variabilidad de la roca, los cambios en el contenido de sulfuro prximo a la zona de mineral, y ha sido diseado para ser ms representativa de toda la zona minera, entonces la tecnologa de control apropiado podra haber sido implementada y problemas actuales evitados o reducidos.

Materiales compuestosTodas las muestras representan una combinacin de minerales de roca sobre cierta medida; a menudo la mezcla de materiales de roca que tienen una gran variacin en el contenido de sulfuro y lcali.Cuanto ms grande son las dimensiones sobre las que se toma el material compuesto, mayor es el grado de mezcla y ms probable que la muestra sea representativa de un valor medio.

Mezcla indiscriminada de material de roca de diferentes localidades da lugar a un compuesto con propiedades que no son necesariamente representativos de cualquiera de los tipos de materiales incluidos en el compuesto. Un nmero de estrategias de muestreo da lugar a materiales compuestos:i) muestreo durante un intervalo de longitud del testigoii) la combinacin de diferentes tipos de rocas para producir una muestra representativa de algn depsito ms grande (como una pila de rocas)iii) el muestreo del mismo tipo de roca (a partir de consideraciones de DAR) de diferentes lugares.

La composicin puede ser necesaria para proporcionar suficiente muestra para una prueba cintica, en cuyo caso se trata esencialmente de muestreo grueso, o cuando las heterogeneidades a pequea escala afectarn una muestra individual. La mayor preocupacin es con las dos primeras estrategias.

La figura 6 ilustra el efecto sobre la distribucin de los valores potencial de neutralizacin neta (PNN) que se obtendra para el muestreo aleatorio con diferentes tamaos de material compuesto de una masa de roca con un contenido de sulfuro muy variable.

Figura 6 Distribucion de Frequencia de valores del NNP

Para el ejemplo elegido, ocurrira la generacin de cido (como se ha demostrado mediante pruebas cintica) en las muestras con un PNN de menos de -4. De la figura se desprende que el porcentaje de muestras "de generacin potencial de cido" aumenta a medida que el tamao (o longitud) de material compuesto disminuye. En los extremos, un solo compuesto de toda la poblacin de la muestra sera "no generadora de cido", mientras que la distribucin de un gran nmero de pequeas muestras (cada uno representando aproximadamente 1 kg de roca tomado una dimensin lateral de 10 cm) puede indicar 30% de las muestras para ser generadora de cido potencial. El potencial para la generacin de cido dentro de la pila de roca de mina resultante depende del grado de mezcla de tipos de roca. Si las diversas muestras se mezclaron ntimamente, como ocurrira para un depsito de relaves, entonces, grandes materiales compuestos pueden ser representativos del depsito final. Sin embargo, si las distintas muestras no se mezclan ntimamente como ocurre en una pila de de minas de roca, entonces algunas capas y partes de la pila de rocas pueden ser generadora de cido, mientras que otras capas o porciones est consumiendo cido. Drenaje contaminado de las porciones s de la pila de rocas que son generadoras de cido resultara en DAR contaminado.

Es esencial que las longitudes de composicin restringirse para que el micro y el comportamiento macro de una pila de rocas a evaluar. Nuestra prctica actual de ncleo de perforacin es generalmente para restringir la composicin a 0,5 m de longitud, dependiendo de la existencia de la mineralizacin y la heterogeneidad de la muestra. Si es apropiado para la evaluacin, los resultados ABA de muestras adyacentes pueden ser numricamente sumadas para obtener los valores de ABA para compuestos ms grandes.

Pruebas estticas y CINTICA

Pruebas estticas

Las pruebas estticas estn diseadas para determinar si los "ingredientes" necesarios para la generacin de cido estn disponibles en cantidades suficientes y proporciones apropiadas de modo que la generacin de cido podra ocurrir si todas las dems condiciones necesarias para la generacin de cido estaban presentes. Ellas estn pensadas como pruebas de ndice S / NO del potencial terico de generacin de cido y son rpida y econmica para permitir una rpida evaluacin inicial de un gran nmero de muestras.

Dado que la prueba esttica determina nicamente el equilibrio entre los "ingredientes bsicos" en una muestra y, como su nombre lo indica, no frente a una serie de parmetros cinticos crticos que contribuyen al potencial de generacin de cido, estas pruebas slo son confiables (definitivamente) cuando:

. Los valores son claramente generadores o consumidores de cido;o. Los valores son "calibrados" mediante otras pruebas.

Hay una baja confiabilidad en las condiciones cerca "de generacin potencial cido" marginales.

Basado en la experiencia anterior de la mina de carbn de US del este y pruebas comparativas (Ferguson, 1991; comunicacin personal), esta zona "gris" en la interpretacin se encuentra entre ms y menos 20 kg / tonelada CaC03 equivalente como se ilustra en la Figura 7. Experiencia ms reciente en la evaluacin de pilas de rocas de mina en minas de metal canadienses ha demostrado que, adems del valor de PNN, la relacin entre el potencial de neutralizacin (PN) y el potencial del cido (PA) tambin debe ser considerado. Basado en proporciones PN: PA una zona de incertidumbre puede existir entre una proporcin de 1: l y 3: l como se ilustra en la Figura 8.

Figura 7 Interpretacin de los Resultados ABA por NNP

Figura 8 Interpretacin de los Resultados ABA por NP: AP

Para reducir esta amplio rango en la que los ensayos estticos por s sola no es definitiva del potencial de DAR, es necesario el uso de pruebas cinticas para satisfacer la cuestin S / NO.

Las pruebas estticas no pueden determinar la tasa de generacin de cido ni proporcionar una estimacin de la calidad del agua de drenaje.

Pruebas de Extraccin de Lixiviacin de Corto Plazo (pruebas estticas)

Pruebas de extraccin de lixiviacin a corto plazo se utilizan para determinar los constituyentes fcilmente solubles en una muestra. Muchos tipos de roca tienen componentes fcilmente solubles, disponible para la lixiviacin inmediata, completamente independiente de cualquier generacin de cido que puede ocurrir.

En contacto con el aire, la oxidacin comenzar para cualquier producto oxidables expuestos contenidos en el ncleo de perforacin, las muestras gruesas o roca extrada. La velocidad de oxidacin, y la acumulacin de productos de oxidacin dependern de las condiciones de las condiciones del aire y la disponibilidad de agua y de lixiviacin a la que las muestras o roca son sometidas.

La acumulacin (carga) de productos de oxidacin solubles puede ser determinada por una prueba de extraccin de lixiviacin apropiada. Si se selecciona el lixiviado para representar la calidad del lixiviado de campo (agua de lluvia simulada o subterrnea), entonces la carga total disponible para la liberacin en el campo se puede determinar.

La tasa de lixiviacin en el campo depende de las trayectorias de flujo, y las tasas de flujo que se producirn en el campo. Simulacin de la variacin estacional de flujo es esencialmente una prueba cintica y se considera en la prxima seccin.