EMISION DE MATERIAL PARTICULADO

LUIS F. CONTRERASDIEGO HERRERALUIS NARVAEZ

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIAESCUELA DE MINAS

MANEJO AMBIENTAL SOGAMOSO

INTRODUCCION

• El material particulado es uno de los contaminantes atmosféricos más complejos por sus características físico-químicas, por su interacción con otros contaminantes y por sus efectos sobre la salud humana, los ecosistemas y el clima. Es, a la vez, uno de los menos conocidos, a pesar del interés científico sobre el mismo, presente en el mundo desde hace más de 30 años, y creciente en la última década, gracias a las cada vez más numerosas evidencias toxicológicas y epidemiológicas. Los efectos sobre la salud humana son probablemente debidos a la fracción ultrafina (de tamaño inferior a 50 nm), la menos caracterizada, pero no se ha logrado asociar esta fracción con datos epidemiológicos, lo cual sigue siendo un reto de primera línea en la comunidad científica internacional.

EMISION DE MATERIAL PARTICULADO

• Las emisiones de material particulado son generadas por las actividades de cargue, transporte y remanejo de materiales como roca y suelo. La eficiencia de las medidas de control y el cumplimiento de las normas de calidad de aire, se verifican a través de una red de estaciones de monitoría (ver Foto), para a la medición de material Particulado Suspendido Total (TSP) y polvo respirable (PM/10).

Foto. Estación de Monitoreo (PM/10) para Material Particulado Suspendido Total PST.

1. FUENTES DE CONTAMINACION ATMOSFERICA

• Fuentes localizadas o puntuales:

– Fuentes lineales (pistas de transporte con circulación de volquetes).

– Fuentes móviles (tuvo de escape de un tractor).

• Fuentes fugitivas o no puntuales: El caso de las fuentes fugitivas es el mas complejo de los mencionados, ya que intervienen otros factores no inherentes a la propia fuente como son los meteorológicos y topográficos, que pueden intervenir decisivamente en el fenómeno de la difusión.

2. CONCEPTOS DE EMISIÓN E INMISIÓN

• El proceso de polución de la atmósfera se inicia al introducir en ellas los contaminantes y continua con la presencia de los mismos en el medio gaseoso, siendo fusión de las propiedades de los compuestos y condiciones ambientales.

• En el caso concreto de la minería, la técnica que se utiliza para medir las emisiones de partículas sólidas es la de los factores de emisión. Estos factores son determinados como medidas estadísticas de la velocidad que los contaminantes son liberados a la atmósfera como resultado de una actividad o ritmo de ejecución de la misma. Se expresan en unidades de masa emitidas por unidad producida, o de masa emitida por unidad de tiempo.

Tabla 1. Cantidades emitidas de polvo fugitivo en algunas operaciones mineras

OPERACION NUMERO DE

ESTIMACIONES

FACTORES DE

EMISION

Movimiento de estéril de

recubrimiento

5 0.024-0.05 Kg. /t de est

0.004-0.23 kg/t de min.

Carga de volquetes con

excavadora

5 Mayor de 0.5 kg/t de

min.

Pistas de transporte 4 0.25-0.69kg/km

recorrido

Descarga de volquete

en vertedero

3 0.00017-0.02kg/t de min

Extendido de estéril 1 Mayor de 32.4t/ha- año

2.1 Factores de emisión de motores diesel

• Aunque la contaminación procedente de los equipos móviles accionados por motores de combustión interna es mucho menos importante que la polución del aire debida al polvo, conviene recordar que por cada kilogramo de gas-oil, se requieren 15 Kg. de aire para la combustión completa y que la emisión resulta, en volumen es aproximadamente de 13m3.

• Bajo condiciones perfectas de combustión la emisión esta compuesta volumétricamente por un 73% de nitrógeno, un 13% de dióxido de carbono y un 44% de vapor de agua. Fig. 1

2.2 Factores de emisión en operaciones mineras

Tabla 2. Factores de emisión para una volqueta de 30 toneladas

CONTAMINANTE

EMISION

(g/Km)

Partículas 0.75

Oxido de azufre (SOX como SO2 ) 1.50

Monóxido de Carbono 12.75

Hidrocarburos 2.13

Óxidos de Nitrógeno(NOx como NO2) 21.25

Aldehídos(como HCHO) 0.19

Ácidos orgánicos 0.19

El hecho de que el polvo sea desplazado y dirigido por el viento hace que su difusión dependa de un gran número de parámetros, difíciles de valorar muchos de ellos:

Estado del suelo y tipo de vehiculo en la superficie y/o equipo generador del polvo.

Estación del año y hora del día.

Velocidad y dirección del viento.

Turbulencia de aire.

Humedad y temperatura del suelo.

Relación que se establece entre la dirección del viento y los efectos de la lluvia caída en los días inmediatamente precedentes.

Rugosidad del terreno, existencia de taludes de excavación y terraplenes naturales o artificiales.

Vegetación.

3. EVALUACIÓN DEL NIVEL DE CONTAMINACION

En las explotaciones a cielo abierto el numero de contaminantes puede ser variado, según el tipo de fuente e y la clase de compuesto que cada una de ellas emite. Sin embargo, en la práctica tan solo unos pocos de ellos tienen importancia real, salvo situaciones muy especiales.

Para la caracterización y cuantificación de los niveles de contaminación producidos por el polvo se utilizan dos tipos de equipos, según que las partículas sean sedimentables o estén en suspensión.

Medidores direccionales. Consisten en unas cabezas colectoras de plástico que se adaptan a un pie formando ángulos de 90º entre si y disponen de unas aberturas para el aire y un deposito inferior donde se recoge el polvo por gravedad.

Perfiles de exposición. Consiste en la medida directa de la emisión fugitiva en una sección transversal por medio de un desmuestre múltiple. Fig. 3.

Sistema de muestreo por globos. Es un sistema de muestreo tridimensional de polvo fugitivo desarrollado para minas a cielo abierto. Consiste en globos aerostatito fijados por cuerdas en las que a distintas alturas, 0.5, 10, 20 y 75m, se sitúan desmuestradores o recipientes colectores. Este método se recomienda cuando se ha demostrado que las medidas efectuadas al nivel del suelo son inadecuadas. Fig. 4.

4. PREVENCION DEL POLVO Y METODOS DE CONTROL

A pesar de que los depósitos de minerales no pueden cambiar de localización con respecto a los núcleos urbanos que puedan existir en las proximidades, si es pospile y debe plantearse durante la etapa de planificación el estudio del lugar mas adecuado de ubicación de las plantas de tratamiento y parque de almacenamiento de minerales, con el fin de minimizar las emisiones de polvo procedentes de estas instalaciones.

Figura. 5 Ubicación adecuada de las instalaciones de tratamiento atendiendo a la dirección de los vientos dominotes

1.perforación de barrenos

Los modernos equipos de perforación montan captadores de polvo que están constituidos básicamente por una campana de aspiración, una manguera flexible un ciclón para separar las partículas gruesas y un filtro para las mas finas, así como un ventilador para crear la depresión o vació del con junto.

Figura 6. Captadores de polvo de un equipo de perforación

Captador de polvo

2. Voladura

En esta operación se producen dos tipos de contaminación: una debida a los gases de reacción de los constituyentes químicos de los explosivos que es inevitables y relativamente poco importante en atmósfera abiertas, y otra la producida por el polvo que se lanza al aire al proyectarse y desplazar la roca. Esta última podría aminorarse mediante la retirada de la superficie de todo el detritus de la perforación y utilizando para el retacado material granular de préstamo, tacos de arcilla o tacos hidráulicos si se tratara de barrenos especiales.

3. Excavación y carga

En estas operaciones se efectúa el arranque mecánico y la carga del estéril y del mineral, que va acompañada de una producción de finos que se pone de manifiesto durante el vertido del material sobre las unidades de transporte. Para evitar el polvo se recurre a un riego frecuente de las superficies de los montones de roca en los tajos, pero teniendo especial cuidado de no afectar negativamente a las operaciones de cribado conminución, sobretodo de aquellos materiales que contienen arcilla

4. Transporte

Es la principal fuente polvo fugitivo que se produce por la circulación de las volquetas a trabes de las pistas y rampas de la mina el peso de los vehículos hace que se trituren los materiales de construcción de la capa de rodadura de las pistas dando lugar a finos, y los propios neumáticos transportan también pequeñas cantidades de barro que se van depositando a lo largo del trayecto y que, tras su secado se desintegra generando polvo con el movimiento del aire.

Los métodos de control mas utilizados son los siguientes:

a) Riego con agua

Es un método bastante económico y efectivo. La eficacia de control se cuantifica en el 84% y 56 % para las partículas totales e inhalables respectivamente. El principal inconveniente es la frecuencia de aplicación, sobre todo en regiones áridas y épocas de estío. El coste depende del equipo utilizado que puede ser una simple cisterna remolcada con riego por gravedad o un vehiculo especial adaptado con bombas y aspersores, y de los volúmenes de agua necesarios

b) Estabilizantes químicos

Los tres tipos de sustancias químicas empleadas son: agentes humidificadores, sales giroscópicas y agentes creadores de costra superficial. Cada uno de estos productos actúa en el control del polvo según principios diferentes.

Presentación de las vías antes y después de la utilización de estabilizantes químicos

Antes Después

NATURALEZA DE LA SUPERFICIE

POLVORIENTA

PROPORCIONESPOR ESPARCIDO

PROPORCIONESPOR AÑO

Terrenos estabilizados. Terrenos estables, como

macadam, tierra apisonada, dolomíticos, etc.

Terrenos enarenados para campos de educación física

400 g/m2 800 g/m2

Terrenos arenosos, aglomerados de escoria, etc.

600 g/m2 600g/m2

Terrenos laminosos y arcillosos

2 esparcidos de 300 g/m2 con varias semanas de intervalo

1200 g/m2

NATURALEZA DE LASUPERFICIE

POLVORIENTA

PROPORCIONES DESOLUCIÓN AL 30%

Grava compactada, macadam, tierra apisonada.

1 l/m2

Terreno arenoso, aglomerado de escona. 1.5 l/m2

Terreno limoso o arcilloso. 2 espaciados de 0,75 l/m2 con varias semanas de intervalo.

Tablas 3 y 4: Se recogen las Proporciones recomendadas d empleo del cloruro càlcico en función de la naturaleza del terreno a tratar, la primera en estado solidó y la segunda en forma de solución concentrada

c) Laminas filtrantes sintéticas

Estas láminas, también llamadas geotextiles se utilizan en la estabilización de suelos, drenaje, control de la erosión, etc. Ensayos realizados extendiendo estas laminas sobre las pistas y cubriéndolas con material granular grueso han demostrado que además de conseguirse un diseño optimo y mantenimiento reducido se disminuye la cantidad total de partículas suspendidas en un 58% y de partículas inhaladas casi un 46% dependiendo tales porcentajes de la naturaleza del material de subbase y capa de rodadura

Figura 9. Construcción de una pista de transporte con lámina filtrante

5. ALMACENAMIENTO DE MINERALES

Existen tres métodos utilizados en el control del polvo fugitivo procedente de las pilas o stocks de mineral: cubrición de los parques, barreras verticales contra el viento y empleo de agentes químicos que forman costras superficiales, el más costoso de todos es el primero, por cuanto supone inversiones iniciales de capital muy elevadas

6. PUNTO DE TRANSFERENCIA Y MANIPULACIÓN DE MINERALES

Los sistemas empleados son: barrera mecánica /física o presión negativa de cierre, inyectores de agua con o sin espuma, captadores de polvo, ciclones, filtros y precipitaciones electrostáticos.

Escombreras y taludes de roca expuestos a la acción del viento.

La existencia de superficies desnudas, tanto en las escombreras como en los frentes de trabajo, sobre las cuales incide el viento, constituyen una fuente de formación de polvo muy importante a la que debe prestarse una especial atención. Los vientos se clasifican por la velocidad, la dirección y la turbulencia. La velocidad de los vientos decrece sustancialmente con forme disminuye la distancia al suelo debido a la fricción, pero aumenta la turbulencia cuando las velocidades son superiores a los 3 o 5 Km. /h.

La erosión eólica es un fenómeno superficial que depende básicamente de ,la velocidad y turbulencia del viento, y pude tener lugar por tres tipos de movimientos de las partículas: Saltación, deslizamiento superficial y suspensión. Cualquiera de esos movimientos se ve agravado por los climas secos, ausencia de vegetación, trafico de vehículos, etc.

Figura 10. Tipos de movimientos de las partículas de un suelo

La velocidad mínima requerida para el movimiento de las partículas de la acción del viento varía con el tamaño de estas. Así, por ejemplo, para granulometrías entre 0.1 y 0.15 mm. los umbrales de velocidad están entre 13 y 14.5 Km. /h, a una distancia del suelo de 15 cm.

Un hecho curioso es que para tamaños inferiores o superiores a los indicados los umbrales de velocidad aumentan, encontrándose entre los 20 y los 50 Km. /h a una distancia de 30 cm. de la superficie. La erosión eólica se produce, de acuerdo con Chepil, por los siguientes mecanismos:

1. DetrusiónDislocamiento de las partículas de roca proyectadas desde la superficie y causada por la acción del viento y por el bombardeo de las partículas erosivas impulsadas por el viento.

2. EfluxiónRemoción de las partículas con diámetros entre 0.05 y 0.5 mm. causada principalmente por saltación.

3. Extrusión.Empuje activo de las partículas de suelo que son demasiado gruesas para ser removidas por saltación.

4. Eflación.Remoción de las partículas finas susceptibles de ser transportadas en suspensión, dejando los granos más gruesos en el terreno

5. Abrasión.

Destrucción de las partículas bajo el impacto de otras partículas que se mueven por saltación. El mismo autor citado clasifica los suelos minerales en cuatro tipos básicos según el tamaño de las partículas, con respecto a su respuesta a la acción del viento. Las cuatro fracciones consideradas son las indicadas en la tabla 5.

FRACCION DIÁMETRO DE LAS PARTICULAS (MM.)

SUSCEPTIBILIDADA AL VIENTO

ABCD

< 0,420,42- 0,840,84- 6,4>6,4

Altamente erosionable Difícilmente erosionableNo erosionable normalmenteNo erosionable

Los métodos de control de polvo ante estas situaciones son:

Instalación de pantallas contravientos.

Implantación de la vegetación.

Empleo de estabilizadores

El primer método tiene una efectividad reducida debido a que el efecto posee un carácter local y las superficies son en ocasiones irregulares y muy extensas.

RECOMENDACIONES

Riego periódico de las pistas y accesos de las minas

Estabilización química de los materiales de construcción de las pistas.

Pavimentación de los accesos permanentes a las explotaciones.

Retirada de las pistas del material formado por acumulación del polvo.

Reducción de la velocidad de circulación de vehículos.

Revegetación de áreas adyacentes a las pistas de transporte.

Control del polvo procedente de la carga de los volquetes.

Reducción de las áreas de excavación expuestas a la acción del viento.

Mejora de los métodos de manipulación de los materiales.

Empleo de pantallas, vegetales o de otro tipo, frente al viento.

Control de polvo durante la perforación por medio de captadores.

Reducción del número de tajos con voladuras.

Sustitución de los volquetes por cintas transportadoras.

Disminución de la producción durante los vendavales.

Extinción de los puntos de combustión espontánea del carbón.

Reducción del tiempo entre las fases de explotaciòn y restauración.

Control del polvo durante el transporte del mineral desde la planta de tratamiento.

GRACIAS