Tratamiento Riles 2

08/09/2015

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INGENIERIA AMBIENTAL EN MINERIA

INGENIERIA AMBIENTAL EN

MINERIA

Tratamiento de Riles - 2

2015-2


TRATAMIENTO EFLUENTES LIQUIDOS

Análisis de casos

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Análisis de casos – Drenaje ácido de mina

Factores que inciden en la generación del drenaje ácido:




• Cubrir y sellar con capasde rocas no sulfuradas (Ej.Arcillas, para minimizarcontacto con O2 y agua.

• Cubrir con agua (tranquesde relave).

• Remover sulfuros desderelaves.

• Agregar aditivos paracontrol de pH ybactericidas

• Se analiza la hidrografíadel sistema

El tratamiento del efluente puede considerar la recuperación de algún elemento de valor comercial.

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Kps= 3.14x10-5

Este método puede incluir la precipitación a la forma de hidróxidos de elementos metálicos en solución.




Agua drenaje mina de Andina (1980-81)

0

200

400

600

800

1000

1200

1 - 20 agosto 21 - Ago - 19Sept

20 Sept - 9Oct

10 Oct - 29Oct

30 Oct - 23Nov

24 Nov - 18 Dic 19 Dic - 26Feb

Cau

dal p

rom

edio

(L/

min

)

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

Cu

(g/L

)

Cu (g/L)

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Análisis de casos – Efluentes con arsénico

El arsénico pertenece al grupo VA de la Tabla Periódica. Las principalesvalencias son +3, 0, +5 y -3.

En medio acuoso existe en forma predominante como arsenito (+3) yarseniato (+5). El arseniato es mas común en aguas superficialesaeróbicas, mientras que el arsenito es mas común en condicionesanaeróbicas.

2HAsO2(aq)+ 2H2O + O2 = 2H2AsO4- + 2H+ ∆G°= -54.09 kcal/mol

Esta reacción de oxidación ha sido tema de estudio debido a que noocurre fácilmente por problemas cinéticos.

En general compuestos inorgánicos de arsénico son más tóxicos que los orgánicos. Grado toxicidad Arsina > As(III) > As(V)El arsenito es 60 veces más tóxico que el arseniato .




Diagrama Tensión – pH para el As

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Precipitación de As

Para la precipitación de arsénico se han desarrollado múltiplesalternativas, encontrándose en general que al precipitarlo con valencia+5 se obtienen compuestos menos solubles que con valencia +3.

La formación de compuestos con hierro y calcio son los masestudiados. Además, de esto se han evaluado precipitación comosulfuro, métodos de absorción, intercambio iónico, etc.




Precipitación de As

Oxidación del As +3 a As+5: previo a la precipitación, se busca oxidar el As al estado +5. Para ello existen varias posibilidades:

- El oxígeno requiere la presencia de un catalizador- El peróxido es efectivo a alto pH, pero a bajo pH se requiere aumentar la temperatura

-El ozono es efectivo en todo el rango de pH y temperatura.-Otros oxidantes efectivos: permanganato y cloro- La mezcla SO2 – O2 es efectiva a pH 8. En medio ácido es más efectiva en presencia de hierro y temperatura.

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Precipitación de As - Ca : se utiliza lechada de cal para formar arsenito y/oarsenato de calcio. Debido a que los arseniatos son más insolubles setiende a buscar métodos para obtener este tipo de compuesto que seríamás fácil su disposición.

Las reacciones que representan la precipitación del arsénico con lechada de cal son:

Arsenito:

Arseniato:

2H3As03 + Ca(OH)2 Ca(AsO2)2 + 4 H20

2H3As04 + 3Ca(OH)2 Ca3(AsO4)2 + 6H2O

∆G°25°C = -42.3 kcal/mol ∆H°25°C = -44.9 kcal/mol

∆G°25°C = -61.9 kcal/mol ∆H°25°C = -59.9 kcal/mol




Esta alternativa permite obtener un compuesto que tiene baja solubilidadsolamente a pH >10 y en ausencia de CO2. El CO2 lo convierte en CaCO3 ylibera el As al ambiente.

Ca3(AsO4)2 + 3 CO2 + 3 H2O → 3CaCO3 (s) + 2 H3AsO4(aq)

Se ha propuesto la posterior estabilización de los precipitados de arsenatode calcio con cal, cemento y hierro. Resulta ser un método caro ycuestionable en el largo plazo, pues no evita el problema debido a lapresencia de CO2.

También se ha incluido una etapa de calcinación oxidante (750 – 850ºC)para estabilizar los arsenitos.

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Solubilidad del arsenato de calcio en función del pH a 25ºC (Nishimura and Robins, 1998).




Diagrama de flujo proceso de precipitación de arsenito de calcio:

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Precipitación de sulfuro de arsénico: existen minerales de sulfuro de Asmuy insolubles, pero, al precipitarlo en condiciones atmosféricas seobtiene un precipitado que no cumple el test TCLP y no es estable sobrepH 4. Esto hace que se califique como residuo peligroso, pero, tiene laventaja que tiene alta concentración de As (40 – 60% As).Al aplicar un método de precipitación de sulfuro en una solución delixiviación de polvos, precipitarán también los metales disueltos como elcobre.




Precipitación de As con Fe(III).

“Proceso Ferrihidrita”: la EPA (Environmental protection agency ofUSA) considera a este proceso como la mejor opción disponible ydemostrada para la precipitación del As en forma estable (BestDemonstrated Available Technolgy, BDAT para sus siglas en inglés). Esla tecnología más ampliamente utilizada para remoción de arsénico en elmundo, con aplicaciones muy extendidas en la metalurgia del oro ycumple el test TCLP.

La ferrihidrita es un hidróxido de Fe que posee una gran superficieespecífica (200 m2/g) y cuya caracterización cristalográfica no ha sidoposible completar debido a su carácter muchas veces reportado comoamorfo. De igual forma su no estequiometría no permite un representaciónquímica precisa, existiendo un amplio rango de composiciones para esto:Fe5O7*OH*H2O, Fe5O3(OH)9, 5Fe2O3*9H2O, entre otros.

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El nombre de proceso ferrihidrita seotorga debido al mecanismo deremoción de arsénico desde unasolución. En este sistema el As seacompleja por adsorción superficial enla ferrhidrita formando un compuesto devalencia +5 en asociación con Fe+3. Elproceso requiere de una razón molarFe/As ≥ 4, independiente del valor delpH. El precipitado obtenido esprecipitado muy hidratado y difícil delavar.

Solubilidad de los compuestos Fe(III)-As(V). (Robins et al. 1988).




Precipitación como escorodita: serealiza en autoclave a temperaturasentre 150 – 230ºC, tiene como objetivoproducir escorodita cristalina similar almineral que tiene baja solubilidad yposee características favorables para elproceso: buena sedimentación, fácilfiltración, baja retención de agua yvolumen compacto. El proceso se vefavorecido para razones molares Fe/As> 1.5 y puede realizarse hasta nivelesde acidez de 70 g/L de H2SO4. Cumplecon el TCLP.

Solubilidad de la escorodita y el arsenato férrico amorfo (Krause et Ethel, 1989).

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Producción de escorodita a presión atmosférica (Proceso Mc Gill): lapropuesta de este proceso es producir escorodita cristalina a presiónatmosférica, evitando así el empleo de un autoclave. Este proceso fuedesarrollado para soluciones ricas en arsénico y produce escoroditacristalina basados en el concepto de supersaturación controlada a presiónatmosférica (T<100ºC) (Demoupulos et al. en el Copper 2003).

El proceso tiene una primera etapa de oxidación en que se ha probado conéxito el peróxido de hidrógeno y una mezcla de aire + SO2. Despuéscomienza la neutralización por etapas. Cada etapa ocurre hasta undeterminado pH, que es función de las concentraciones y temperatura de talforma de mantener el sistema en la zona de precipitación de la escorodita.Afortunadamente la diferencia entre la concentración para que comience acristalizar escorodita (Ceq) con la ayuda de semilla y la concentración desobresaturación (Ccr) en que comienza a precipitar el compuesto amorfo esamplia, por lo que no se requieren de un gran número de etapas. Cada unade estas etapas representa un estanque en un proceso en continuo.




0.0001

0.001

0.01

0.1

1

10

100

1000

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

pH

Co

nce

ntr

ati

on

of

As(

V)

[g/L

]

Homogeneous Nucleation Homogeneous Nucleation Amorphous SolidsAmorphous Solids

CcrCCcrcr

HeterogeneousHeterogeneous

NucleationNucleation

Crystalline SolidsCrystalline Solids

CeqCCeqeq

Temperature = 95 CTemperature = 95 C

0.0001

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pH

Co

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of

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V)

[g/L

]


CcrCCcrcr




CeqCCeqeq


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pH

Co

nce

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on

of

As(

V)

[g/L

]


CcrCCcrcr


CcrCCcrcr




CeqCCeqeq




CeqCCeqeq


Precipitación controlada de escorodita apresión atmosférica a 95ºC apara elsistema Fe(III)-As(V)-SO4 (Demoupulos etal., 2003)

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TRATAMIENTO EFLUENTES LIQUIDOS Análisis de casos – Efluentes con arsénico

Aplicaciones escala industrial (al año 2003):

- Ferrihidrita arsenical : 18 lugares aplicado exitosamente y en lugar se agregó otro metal no ferroso.

- Precipitación de escorodita en autoclave : 10 plantas existentes o planificadas, la mayoría de ellas corresponden a extracción de oro.

- Neutralización con cal : 6 operaciones, 4 de ellas ubicadas en zonas muy áridas.

- Precipitación de arsenato de cobre : 3 operaciones, se utiliza para preservar la madera.

- Producción de trióxido de arsénico : 8 operaciones – algunas faenas han cerrado o están cambiando tecnología

- Escorodita a presión atmosférica , en evaluación su aplicación.



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