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NOM‐159‐SEMARNAT‐2010 - Que establece los requisitos de protección ambiental de los sistemas de lixiviación de cobre:
APLICACIÓN DE LA NOM
Dr. Marcos G. Monroy Fernández
07 de Junio de 2012
Objetivo de la NOM‐159‐SEMARNAT‐2010
La Norma Oficial Mexicana establece las especificaciones para identificar la peligrosidad del residuo, así como los requisitos de protección ambiental para las etapas de caracterización y preparación del sitio, proyecto, construcción, operación, cierre y monitoreo de los sistemas de lixiviación de minerales de cobre.
DEFINICIÓN. Sistema de Lixiviación
Objetivo de la NOM‐159‐SEMARNAT‐2010
La Norma Oficial Mexicana establece las especificaciones para identificar la peligrosidad del residuo, así como los requisitos de protección ambiental para las etapas de caracterización y preparación del sitio, proyecto, construcción, operación, cierre y monitoreo de los sistemas de lixiviación de minerales de cobre.
Mineral GASTADO de sistemas de lixiviación en patios
Pruebas para determinar la peligrosidad del residuo de la lixiviación en patios
Tipo de muestra Pruebas
Mineral fresco Concentración total (base seca)
Movilidad
Mineral gastado
de pruebas de columna en laboratorio
Potencial de generación de drenaje ácido
de la operación en patios
Límites máximos permisibles (LMP) para los constituyentes tóxicos en el extracto PECT (movilidad) y base seca (concentración total)
Contaminante LMP (mg/L) LMP (mg/kg)
PECT BASE SECA
Antimonio 0.53 10.6
Arsénico 5.00 100
Bario 100.00 2000
Berilio 1.22 24.4
Cadmio 1.00 20
Cromo 5.00 100
Mercurio 0.20 4
Plata 5.00 100
Plomo 5.00 100
Selenio 1.00 20
ID ANTIMONIO ARSÉNICO BARIO CADMIO CROMO MERCURIO PLATA PLOMO SELENIO
mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg M1 36.36 48.88 < LC < LC < LC < LC < LC 13.66 1.36 M2 31.96 53.87 70.55 6.00 < LC < LC < LC 29.30 1.48 M3 35.11 12.70 84.58 1.60 < LC < LC < LC 356.06 1.97 M4 < LC 10.23 108.79 1.42 < LC < LC 3.08 442.30 1.59 M5 42.30 15.66 61.06 < LC < LC < LC < LC 19.66 1.33 M6 51.12 367.51 < LC < LC < LC 0.95 < LC < LC 1.23 M7 41.48 144.58 155.80 < LC 8.10 < LC < LC 47.01 1.27
LC (mg/kg) < 0.5 < 0.01 < 1.00 < 0.02 < 0.1 < 0.01 < 0.05 < 0.20 < 0.01
LMP base seca mg/kg
10.60 100.00 2000.00 20.00 100.00 4.00 100.00 100.00 20.00
Concentración Total (base seca)
LC Límite de cuantificación
LMP PECT mg/L Límites máximos permisibles de la NOM-159-SEMARNAT-2010; Cuadro 2
5.2.2.1.2. Cuando la concentración total
de los elementos normados sea mayor
que el correspondiente límite máximo
permisible base seca señalado en el
Cuadro 2 de la presente Norma Oficial
Mexicana, se debe realizar la prueba de
movilidad, conforme a lo descrito en el
numeral 5.2.2.2
MOVILIDAD
Se refiere a los procesos químicos
que incluyen interacciones químicas
con el ambiente superficial o
cercano a la superficie, y su
capacidad de movimiento a través
de fluidos después de su disolución
(Smith y Huyck, 1999).
Caracterización del residuo. MOVILIDAD Éste procedimiento (MWMP Meteoric Water Mobility Procedure) evalúa el potencial para la disolución y la movilidad de ciertos componentes de una muestra de terreros con agua meteórica.
• Se hace pasar un fluido de extracción (efluente) a través de una columna con una muestra de mineral, por un periodo de 24 horas y con una relación del fluido de extracción / mineral de 1:12. El fluido de extracción es agua tipo II grado reactivo.
• El extracto se analiza por espectrometría de absorción atómica.
Cuando el tamaño de partícula de la muestra no permite la filtración razonable del líquido de extracción, se realiza un procedimiento alterno.
Caracterización del residuo. Movilidad
Prueba para realizar la extracción de metales y metaloides por el método de Lixiviación de precipitación sintética con mezcla H2SO4/HNO3. La muestra se somete a agitación.
ID ANTIMONIO ARSÉNICO BARIO CADMIO CROMO MERCURIO PLATA PLOMO SELENIO
M1 < LC < LC < LC < LC < LC < LC < LC < LC < LC M2 < LC < LC < LC < LC < LC < LC < LC < LC < LC M3 < LC < LC < LC < LC < LC < LC < LC < LC < LC M4 < LC < LC < LC < LC < LC < LC < LC < LC < LC M5 < LC < LC < LC < LC < LC < LC < LC < LC < LC M6 < LC < LC < LC < LC < LC < LC < LC < LC < LC M7 < LC < LC < LC < LC < LC < LC < LC < LC < LC
LC (mg/L) < 0.5 < 0.005 < 1.00 < 0.02 < 0.1 < 0.005 < 0.05 < 0.20 < 0.005 LMP PECT
mg/L 0.53 5.00 100.00 1.00 5.00 0.20 5.00 5.00 1.00
Concentración Móvil
LC Límite de cuantificación
LMP PECT mg/L Límites máximos permisibles de la NOM-159-SEMARNAT-2010; Cuadro 2
Caracterización del residuo. Generación de drenaje ácido (DA)
Esta prueba tiene el propósito de caracterizar la peligrosidad por su reactividad determinada por la oxidación de los sulfuros metálicos, que ocurre cuando son expuestos al aire y agua produciendo ácido sulfúrico el cual si no es neutralizado por minerales con reacción básica, produce drenaje ácido (DA) que contiene disueltos EPT.
Calidad Química de DAR-LM generado por alteración de
Rocas Mineralizadas en Colorado, USA
0.01
0.1
1
10
100
1000
10000
100000
-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
pH
[Zn
+C
u+
Cd
+P
b+
Co
+N
i],
mg
/L
Sulfuros Masivos Pb-Zn-Ag
Skarn Pb-Zn-Ag
Vetas Au bajas en carbonatos
Vetas Au altas encarbonatos
Porfidos de Cu-Mo
Tomado de Plumlee y Nash, 1995
• Potencial de neutralización (PN): se mide mediante la reacción de los materiales con HCl a temperatura ambiente y agitando durante 24 horas.
• Potencial de acidez (PA): se mide cuantificando los sulfuros como azufre total menos sulfatos.
Caracterización del residuo. Generación de drenaje ácido (DA)
Determinación de la capacidad por generar Drenaje Ácido: Prueba Balance Ácido - Base
Criterio Calificación Peligrosidad
PN/PA 3 Generador de DAR Residuo Peligroso*
PN/PA > 3 NO Generador de DAR Residuo NO Peligroso
* Si el valor de la relación PN/PA es mayor de 1 y menor o igual a 3, se considera generador de ácido. En este caso el generador podrá optar por realizar la prueba para la intemperización acelerada de materiales sólidos utilizando una celda húmeda modificada para determinar que el residuo no es peligroso
RESULTADOS DE PRUEBAS POTENCIAL DRENAJES ÁCIDOS
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
PA (Kg CaCO3 eq./Ton)
PN
(K
g C
aC
O3 e
q/T
on
)
Generadores
potenciales de
drenajes ácidos
Valores de Potencial de Neutralización (PN) y Potencial de Acidez (PA) de jales de unidades mineras activas y en cierre donde el mineral procesado proviene de un sistema de mineralización tipo skarn Pb-Zn-Ag.
La línea roja indica el criterio que NP/AP 1.2, que establece la NOM-141-SEMARNAT-2003 para clasificar el potencial de generación de drenajes ácidos. Los jales debajo de esta línea roja son generadores potenciales.
Las líneas azules indican los criterios que establecen la NOM-159-SEMARNAT-2010 para clasificar el potencial de generación de drenajes ácidos.
Clasificación de residuos mineros en
función del potencial de generación de DAR
Incertidumbre
Generador de ácido
No generador
de ácido
ID Muestra PA
(kgCaCO3/t) PN
(kgCaCO3/t) PNN
(kgCaCO3/t) RPN
M1 66.88 0.00 -66.88 0.00 M2 88.41 0.00 -88.41 0.00 M3 117.58 0.00 -117.58 0.00 M4 125.44 0.00 -125.44 0.00 M5 59.66 4.43 -55.23 0.07 M6 145.34 0.00 -145.34 0.00 M7 51.49 2.19 -49.30 0.04
Potencial de Generar Drenaje Ácido
RESULTADOS DE PRUEBAS POTENCIAL DRENAJES ÁCIDOS
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
PA (Kg CaCO3 eq./Ton)
PN
(K
g C
aC
O3 e
q/T
on
)
Generadores
potenciales de
drenajes ácidos
Rango de resultados para mineral lixiviable Cu
Si el criterio de NP/AP esta dentro de
zona de incertidumbre o generador de
DAR, se recomienda la aplicación de
pruebas cinéticas de pronostico de DAR
Pruebas cinéticas de predicción de DAR-LM
Una celda húmeda es una cámara experimental que ofrece un control simple de:
atmósfera,
temperatura,
humedad.
Prueba cinética aplicada al estudio de la alteración de residuos mineros. Prueba estandarizada por la ASTM (Norma ASTM D5744-96).
NO EXISTE PROCEDIMIENTO
NORMATIVO
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE SAN LUIS POTOSÍ Centro de Estudios, Asesoria y Servicios en Sistemas Ambientales
Pruebas Cinéticas de Pronostico de DAR-LM
Objetivos específicos de las pruebas cinéticas de predicción
Predecir a largo plazo las características del intemperismo de un residuo de mina en función del tiempo
Confirmar el potencial de generación de DAR-LM
Evaluar la efectividad y selección de los métodos de control de DAR-LM
Establecer la efectividad de los métodos de prevención y control de DAR-LM
Para minas nuevas y en operación, se debe incluir:
Comparación del comportamiento de alteración de materiales procedentes de distintas unidades litológicas
Evaluar la extensión de la alteración (oxidación) en residuos
Establecer los factores que controlan al DAR-LM
Determinar las velocidades de oxidación y neutralización
Predecir la calidad química de efluentes o drenajes
Producir datos para el modelaje matemático
Parámetros típicos de medición en pruebas cinéticas de
Predicción de DAR-LM
Volumen del lixiviado
pH, ORP y conductividad específica del efluente
Concentración de oxígeno disuelto en el efluente
Acidez-alcalinidad del efluente
Concentración de sulfato disuelto
Concentración de SiO2, Al2O3, CaO, MgO, K2O y Na2O disueltos
Concentración de metales disueltos (en función del tipo de modelo
geoambiental): Pb, As, Cu, Sb, Cd, ....
Se debe monitorear además: el color del lixiviado, la aparición de
precipitados, etc.
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE SAN LUIS POTOSÍ Centro de Estudios, Asesoria y Servicios en Sistemas Ambientales
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 30 60 90 120 150 180 210
Tiempo (semanas)
Tasa d
e p
rod
ucció
n d
e S
O4
(mg
/Kg
/sem
an
a)
P3-12
P3-S2-3
P3-S2-6
P3-S2-7
Manejo de resultados de pruebas cinéticas de predicción de DAR por alteración de residuos mineros
en celdas húmedas.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 30 60 90 120 150 180 210
Tiempo (semanas)A
go
tam
ien
to d
e S
to
tal
(%)
P3-12
P3-S2-3
P3-S2-6
P3-S2-7
PRUEBAS DE PREDICCIÓN DE GENERACIÓN DE DRENAJES ÁCIDOS (DAR) POR ALTERACIÓN DE RESIDUOS MINEROS
Una celda húmeda es una cámara experimental que ofrece un control simple de la atmósfera, temperatura y humedad.
Prueba cinética aplicada al estudio de la alteración de residuos mineros. Prueba estandarizada por la ASTM (Norma ASTM D5744-96).
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
0 30 60 90 120 150 180 210
Tiempo (semanas)
([C
a]+
[Mg
])/S
O4
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 30 60 90 120 150 180 210
Tiempo (semanas)
Ag
ota
mie
nto
de S
to
tal
(%)
0
50
100
150
200
250
0 30 60 90 120 150 180 210
Tiempo (semanas)
Tasa d
e p
rod
ucció
n d
e S
O4
(mg
/Kg
/sem
an
a)
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0 30 60 90 120 150 180 210
Tiempo (semanas)
SO
4 a
cu
mu
lad
o (
mg
/Kg
)
Indicadores de la generación de DAR-LM en las pruebas
cinéticas
Disminución del pH
Incremento en el potencial de oxido-reducción
Incremento en la conductividad
Incremento en la acidez
Incremento en la concentración de sulfato disuelto
Incremento en la concentración de SiO2, Al2O3, CaO, MgO, K2O y Na2O
disueltos
Increemnto en la concentración de metales disueltos
Consumo o agotamiento del potencial de neutralización
Consumo o agotamiento del contenido de azufre y metales en fase sólida
Resultados de pruebas cinéticas en celdas húmedas: curvas de
oxidación - neutralización
0
500
1000
1500
2000
2500
0 1000 2000 3000 4000 5000
SO4 acumulado (mg/Kg)
(Ca
+M
g)
acu
mu
lad
o (
mg
/Kg
)
Jales Históricos Jales Recientes
Implementar Medidas de Control y Prevención para mitigar impactos en el Ambiente y riesgos a la Salud
provocados por
Disolución y transporte de EPT en solución
Dispersión hídrica y eólica de partículas
Exposición directa de los residuos a la población
Minado a
cielo abierto
Preparación
del mineral
Patios de
lixiviación
Planta de
Recuperación de
Cu (ESDE)
Solución
cargada
Solución
rafino
(estéril)
Mena baja ley
Tepetate
estéril
Cátodos Cu
Planta
concentradora
Presa de jales
Colas del
proceso
Criterios de cierre •Estabilidad química
Evaluar el potencial de generación y calidad de los lixiviados
(movilidad de EPT, pH…)
Establecer medidas de prevención y control de la fuente y de
su migración o dispersión
•Estabilidad del sistema de lixiviación
Si NO existe peligrosidad del mineral gastado, solo procede la
estabilidad física
Si EXISTE peligrosidad del mineral gastado, se aplican
acciones específicas de prevención y control
•Estabilidad física
Medidas de prevención y control para mineral gastado peligroso
•Prevención de la dispersión de los contaminantes
•Medidas para la restauración del sistema
Lavado de la pila de mineral gastado
Medidas de prevención de movilidad y DAR
Medidas de control de dispersión
5.8.1.2. Para la caracterización del efluente de la pila durante el proceso de
remoción de soluciones ácidas, debe realizarse el muestreo y análisis de dicho
efluente, formando una muestra de 24 horas compuesta por 4 muestras
individuales de 1 litro, tomadas cada 6 horas dos veces al mes, durante el proceso
de remoción de soluciones ácidas.
Medidas de prevención y control para mineral gastado peligroso
•Prevención de la dispersión de los contaminantes
•Medidas para la restauración del sistema
Lavado de la pila de mineral gastado
Medidas de prevención de movilidad y DAR
Medidas de control de dispersión
Lavado para eliminar los elementos móviles disueltos en medio acido
Control de escurrimientos aguas arriba y aguas abajo
Cubierta protectora para prevenir DAR y erosión, base de la
restauración y reforestación
Una medida de prevención y control de DAR que atiende tanto la la fuente de generación de DAR como el transporte de contaminantes y las rutas de exposición, es el diseño y construcción de cubiertas
Objetivo de las cubiertas para el cierre
• Reducir la disponibilidad de oxígeno y/o agua dentro del residuo
• Reducir la disponibilidad de las partículas finas para controlar la dispersión y transporte (fluvial y eólico) de partículas
• Eliminar la exposición
Algunas características de Cubiertas Secas aplicadas a condiciones Áridas/Semiáridas
• Diseñadas para limitar el flujo neto filtrante de agua hacia el residuo
• No limita la difusión de oxígeno por saturación del medio
• Diseño basado en su capacidad de retención de humedad y en su conductividad hidráulica bajo condiciones de insaturación
– Suelos limosos bien clasificados
– Suelos arcillosos o compactados
• Desarrollo de vegetación que favorezca la evapotranspiración del agua
Capa vegetal Drenaje
Residuos
Soporte
(adaptado de Aubertin et al., 1995)
O2
34.7 ºC 1983
mm H20/año
4.5
kph
246
W/m2
7
mmH2O/día
Para el diseño de la cubierta, se emplea modelado para estudiar medios porosos no saturados
Vadose/W© es un producto de software de elementos finitos para analizar flujos a través de medios porosos no saturados. Permite el análisis de la infiltración de agua por precipitación, considerando la evaporación, evapotranspiración, infiltración y difusión de gases.
Diseño preliminar de la malla de la presa de jales (sin cubierta)
Bordo
Jales
Dren
ksat = 4.3x10-6 m/s
ksat = 2.5x10-7 m/s
ksat = 1 x10-4 m/s
Nivel freático en la presas de jales sin cubierta
Nivel: 15 m
Nivel: 25 m
Nivel: 55 m
saturación
Nivel freático en la presa sin cubierta a diferente intensidad de la precipitación
Unidad de flujo: 1.9x10-8 m H2O/día
Unidad de flujo: 1.9x10-4 m H2O/día
Unidad de flujo: 1.9x10-3 m H2O/día
Máximo reportado:
nivel freático
Capa de drenado
Capa impermeable
Capa de soporte
ksat = 2.15x10-5 m/s
e = 0.5 m
ksat =1.13x10-6 m/s
e = 0.5 m
2
1
3
ksat = 2.15x10-5 m/s
e = 0.8 m Jales
ksat = 2.5x10-7 m/s
3
1 2
Diseño preliminar de la cubierta
Monitoreo ambiental: Conjunto de
acciones para la verificación periódica del
grado de cumplimiento de los requerimientos
establecidos para evitar la contaminación del
ambiente Glosario de Términos de SEMARNAT
• Monitoreo suelo
• Monitoreo agua superficial
(escurrimientos intermitentes)
• Monitoreo agua subterránea
GRACIAS POR SU ATENCIÓN!!