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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
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
Acid mine drainage 42998 49598
Mine water 21167 22714
Scopus AMD 14476 16020
Acid mine drainage 4862 5231
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 Una idea sobre la magnitud del problema de formación de AMD en la FPI: Complejo minero de Tharsis.
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
Oxidación y sedimentación
REDUCING AND ALKALINITY PRODUCING SYSTEM (RAPS)
Grava de caliza
Capa orgánica
Oxidación y sedimentación
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)
Sistemas Pasivos Convencionales
Tratamientos pasivos convencionales en AMD de minería de sulfuros: Problemas hidráulicos
Problemas de reactividad
Caliza Otro reactivo + alcalino
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: 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
Sistema DAS: funcionamiento
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.
Sistema DAS: funcionamiento
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.
Sistema DAS: funcionamiento
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
Resultados Sistema DAS-calizo a escala real
Planta DAS-caliza Mina Esperanza
ME1 ME2
ME3
ME4
ME5
ME6
ME3
Resultados Sistema DAS-calizo a escala real
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
ME 1 ME 2 ME 3 ME 4 ME 5 ME 6
Ca
(mg/
L)
Resultados Sistema DAS-calizo a escala real
Resultados primeros 164 días de funcionamiento: Q medio tratado 0.8 L/s
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
120.0
140.0
ME 1 ME 2 ME 3 ME 4 ME 5 ME 6
Al (
mg/
L)
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
16.0
18.0
ME 1 ME 2 ME 3 ME 4 ME 5 ME 6
Cu
(m
g/L)
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
16.0
18.0
ME 1 ME 2 ME 3 ME 4 ME 5 ME 6
Zn (
mg/
L)
Resultados Sistema DAS-calizo a escala real
Resultados primeros 164 días de funcionamiento: Q medio tratado 0.8 L/s
0.0
100.0
200.0
300.0
400.0
500.0
600.0
700.0
ME 1 ME 2 ME 3 ME 4 ME 5 ME 6
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
ME 1 ME 2 ME 3 ME 4 ME 5 ME 6
Fe (
III)
(m
g/L)
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
300.0
350.0
ME 1 ME 2 ME 3 ME 4 ME 5 ME 6
As
(µg/
L)
Resultados Sistema DAS-calizo a escala real
Resultados primeros 164 días de funcionamiento: Q medio tratado 0.8 L/s
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
Resultados Sistema DAS-calizo a escala real
Resultados primeros 164 días de funcionamiento: Q medio tratado 0.8 L/s
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
Resultados Sistema DAS-calizo a escala real
Resultados primeros 164 días de funcionamiento: Q medio tratado 0.8 L/s
-500.0
0.0
500.0
1000.0
1500.0
2000.0
2500.0
ME 1 ME 2 ME 3 ME 4 ME 5 ME 6
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