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TRATAMIENTO PASIVO DE DRENAJES ACIDOS DE

MINA CON ALTAS CONCENTRACIONES

METALICAS

Francisco Macías,

José Miguel Nieto, Carlos Ayora, Manuel Antonio Caraballo.

TRATAMIENTO PASIVO DE DRENAJES ACIDOS DE MINA CON ALTAS CONCENTRACIONES METALICAS

• Impacto ambiental AMD • Tratamiento AMD • Sistemas Pasivos Convencionales • Motivación • Sistema DAS • Resultados Sistema DAS-calizo a escala real

Impacto ambiental AMD

Breve Introducción AMD

“Formación y movimiento de aguas altamente acidificadas y ricas en metales pesados. Las cuales son muy tóxicas, y cuando se mezclan con aguas subterráneas, superficiales y/o suelos pueden causar efectos perjudiciales a humanos, animales y plantas” . [US EPA]

Importancia AMD

Buscador Keyword Documentos

2014 2015

Mine water 194078 205584

ScienceDirect AMD 50273 53595

Acid mine drainage 16803 18399

Mine water 71141 82649

GeoScienceWorld AMD 469 516


Mine water 21167 22714

Scopus AMD 14476 16020


Google Acid mine drainage 947000

Importancia: científica, económica, ambiental, social, salud…

Importancia AMD

19300 km de cursos fluviales y 72000 ha de lagos y embalses afectados por AMD en USA. 1800 km de cursos fluviales en UK. Canadá, Australia, Sudáfrica, Chile, Perú, España…y un largo etc.

MINERÍA + SULFUROS

AMD

En el 70% de las zonas mineras del mundo se genera AMD [BIOTEQ, Environmental Technologies INC.]

AMD en la Faja Pirítica Ibérica

FAJA PIRÍTICA

IBÉRICA

50 x 400 km, de Sevilla al S de Lisboa Reservas originales de sulfuros > 1700 Mt Más de la mitad permanecen sin explotar

Anomalía local con relevancia mundial, no solo como yacimiento sino como zona contaminada

La Faja Pirítica Ibérica (FPI) es una de las provincias de sulfuros masivos más grandes del mundo. La intensa actividad minera se remonta al Tercer Milenio A.C.

Existen más de 100 minas abandonadas y unos 2x108 m3 de residuos.

AMD en la Faja Pirítica Ibérica Ejemplo mundial impacto ambiental por AMD: RIO ODIEL

AMD en la Faja Pirítica Ibérica Ejemplo mundial impacto ambiental por AMD: RIO TINTO

AMD en la Faja Pirítica Ibérica Una idea sobre la magnitud del problema de formación de AMD en la FPI: Complejo minero de Tharsis.

Tratamiento AMD

Tratamiento AMD

ACTIVO (Industria convencional)

PASIVO (Sostenibilidad ecológica)

Alto coste de construcción y operación, uso continuo de energía eléctrica y reactivos químicos, mantenimiento continuo. PROCESO MUY PRECISO

Bajo coste de construcción y operación, mantenimiento infrecuente, uso de energía natural e integrable en el ecosistema. POCA EXPERIENCIA, PUEDE REQUERIR MUCHO TERRENO

Tratamiento AMD

ACTIVO (Industria convencional)

PASIVO (Sostenibilidad ecológica)

vs

NO ES UNA COMPETENCIA ENTRE TRATAMIENTOS!!!

ACTIVO: mina en actividad.

PASIVO: ideal para minas abandonadas o clausuradas.

Sistemas Pasivos Convencionales


PIRAMID Consortium (2003)

WETLANDS AERÓBICOS Y ANAERÓBICOS

Agua contaminada Agua tratada

Compost

Plantas de humedal

ANOXIC/OXIC LIMESTONE DRAINS (ALD/OLD)

Oxidación y sedimentación

Grava de caliza

SULFATE REDUCING BIOREACTORS (SRB)

Capa orgánica


REDUCING AND ALKALINITY PRODUCING SYSTEM (RAPS)

Grava de caliza

Capa orgánica


AMD en minería de CARBÓN

PASIVACIÓN: pérdida de reactividad por precipitación de fases metálicas.

COLMATACIÓN: el medio poroso se atasca por la precipitación de fases metálicas

Vida muy corta en AMD con alta

acidez neta

(minería de SULFUROS MASIVOS)


Tratamientos pasivos convencionales en AMD de minería de sulfuros: Problemas hidráulicos

Problemas de reactividad

Caliza Otro reactivo + alcalino

Motivación

Motivación

Ubicua distribución focos AMD en la FPI Costes inalcanzables de tratamiento activo No hay tratamiento pasivo eficaz en estas condiciones

Water Framework Directive (WFD). Directiva 2000/60/EC del Parlamento Europeo. “establece un marco de acción comunitaria en política de aguas, cuyo principal objetivo es alcanzar una buena calidad química y ecológica en todas las aguas de la Comunidad Europea en 2015”.

Plan Hidrológico de la Demarcación Hidrográfica del Tinto-Odiel-Piedras (BOJA 216, 2011) “se proponen 2021 y 2027 como nuevas fechas límite para cumplir con la WFD, en función de la severidad de la contaminación. En este Plan Hidrológico, y según criterios ecológicos y medioambientales, se propone el uso de sistemas de tratamiento pasivo (en lugar de tecnologías activas) como la opción más factible y sostenible en las futuras estrategias de restauración.”

Motivación

Imposibilidad de aprovechar los recursos hídricos.

SE ESTÁ CONSTRULLENDO EL EMBALSE DE ALCOLEA!!!

Sistema DAS

Sistema DAS: concepto

Sistema de tratamiento pasivo DAS (Dispersed Alkaline Substrate) Sustrato Alcalino Disperso

Relleno reactivo DAS

REACTIVO ALCALINO DE GRANO FINO (e.g. arena caliza, polvo de MgO)

MATRIZ INERTE GRUESA (e.g. virutas de madera)

0

20

40

60

80

100

120

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Radio de las esferas (cm)

Su

perf

icie

es

pecíf

ica (

cm

2/g

)

Disminución de la pasivación Consumo eficaz del reactivo

0

100

200

300

400

500

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Diámetro efectivo d10 (cm)

Co

nd

ucti

vid

ad

hid

ráu

lica

(cm

/s)

Aumento de la permeabilidad Retardo del atasco

Sistema DAS: aval científico

3 tesis doctorales: Tobias S. Rötting. 2007. Dispersed Alkaline Substrate (DAS): A novel option for the passive treatment of waters with high metal concentrations. Manuel A. Caraballo. 2011. Desarrollo e implementación de sistemas de tratamiento pasivo en drenajes ácidos de mina con elevada concentración metálica (Monte Romero y Mina Esperanza). Francisco Macías. 2012. Estudio mineralógico y geoquímico de la optimización de un sistema de tratamiento pasivo de drenaje ácido de mina con alta carga metálica.

Sistema DAS: aval científico

13 artículos en revistas de alto impacto: Rötting et al., Environmetal Science & Technology (2006) 40, 6438-6443. Rötting et al., Applied Geochemistry (2008) 23, 1660-1674. Rötting et al., Journal of Environmental Quality (2008) 37 (5), 1741-1751. Rötting et al., Environmental Science & Technology (2008) 42 (24), 9370-9377. Caraballo et al., American Mineralogist (2009) 94 (7), 1029-1038. Caraballo et al., Applied Geochemistry (2009) 24 (12), 2301-2311. Caraballo et al., American Mineralogist (2011) 96 (8-9), 1270-1277. Pérez-López et al., Environmental Science & Technology (2011) 45 (18), 7826-7833. Caraballo et al., Environmental Pollution (2011) 159 (12), 3613-3619. Macías et al., Journal of Environmental Management (2012) 104, 93-100. Macías et al., Journal of Hazardous Materials (2012) 229-230, 107-114. Macías et al., Science of the Total Environment (2012) 433, 323-330. Ayora et al., Environmental Science and Pollution Research (2013) 20 (11), 7837-7853.

Sistema DAS: funcionamiento

0 2 4 6 pH

0 50 100 % Eliminado

Al

Fe

Caliza

Relleno reactivo DAS-calizo: arena caliza + virutas de madera


Retención de: Fe(III), As, Cr, Sb, Mo.

Retención de: Al, Cu, Pb. Y parte de Zn, Cd, Co, Ni… eficaz si las concentraciones son bajas.


6 8 10 12 pH

0 50 100 % Eliminado

Zn

Magnesia

Relleno reactivo DAS-magnésico: polvo de MgO+ virutas de madera

Retención de: Zn, Mn, Cd, Co, Ni. Precipitación de hidroxi-carbonatos de Zn y Mn.


Natural Fe-oxidizing lagoon (NFOL)

Aumenta el tiempo de residencia, la oxidación de Fe(II) por

acción de bacterias y la precipitación espontánea de

schwertmannita. Retiene hasta un 30% de Fe (80% de As).

PRETRATAMIENTO TRATAMIENTO PASIVO

DAS-calizo

DAS-MgO

Resultados Sistema DAS-calizo a escala real


pH: 2.1-3.3 Ac: 1750-2060 Q (L/s): 0.5-4

Fe Al Zn Ca Mg Mn Cu

(mg/L) 570-1100 105-167 19-33 146-194 149-215 4-6 12-24

As Cd Co Cr Ni Ti V

(μg/L) 357-692 66-98 468-795 22-44 152-247 6-15 84-129

Planta DAS-caliza Mina Esperanza


Planta DAS-caliza Mina Esperanza

ME1 ME2

ME3

ME4

ME5

ME6

ME3


Resultados primeros 164 días de funcionamiento: Q medio tratado 0.8 L/s

1.5

2.5

3.5

4.5

5.5

6.5

7.5

ME 1 ME 2 ME 3 ME 4 ME 5 ME 6

pH

0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

500.0

600.0

700.0


Ca

(mg/

L)



0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

140.0


Al (

mg/

L)

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

18.0


Cu

(m

g/L)

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

18.0


Zn (

mg/

L)



0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

500.0

600.0

700.0


Fe T

ota

l (m

g/L)

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

140.0

160.0

180.0

200.0


Fe (

III)

(m

g/L)

0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

300.0

350.0


As

(µg/

L)



El pre-tratamiento ha acumulado:

732 kg de Fe 1.5 kg de As 0.31 kg de V 0.02 kg de Cr

0.04 kg de Mo 0.03 kg de Sb



El TR-1 ha acumulado:

1112 kg de Al 154 kg de Cu 3562 kg de Fe 121 kg de Zn 2.2 kg de Co 0.9 kg de Ni 1.3 kg de As

Y AÚN NO SE HA ATASCADO!!: se han liberado 4630 kg de Ca

EL SISTEMA POROSO GENERA POROSIDAD SECUNDARIA POR DISOLUCIÓN DEL REACTIVO



-500.0

0.0

500.0

1000.0

1500.0

2000.0

2500.0


Aci

de

a N

eta

(m

g/L

eq

uiv

ale

nte

s e

n C

aCO

3)

Netamente ácido

Netamente alcalino

Nuevo proyecto DAS

Life12 ENV/ES/00250

LIFE-ETAD Ecological Treatment of Acid Drainage

www.life-etad.com

Diseñar, construir y explotar una planta DAS a escala real

Nuevo proyecto DAS

GRACIAS.

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