E.A.P. INGENIERÍA DE MINAS

QUIMICA II

24/06/2013

2013AGUAS ÁCIDAS EN MINERÍA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

E.A.P. INGENIERIA DE MINAS

“AGUAS ÁCIDAS EN MINERÍA”

INTEGRANTES DEL EQUIPO DE TRABAJO:

BAUTISTA CHUQUIRUNA, EVELYNCABRERA BOÑON, RUTHLOPEZ ZAMORA, JHOE

SALDAÑA GALLARDO, DANNYUGAZ CASTAÑEDA, CESAR

ÍNDICE

CARATULA

CONTRACARÁTULA

ÍNDICE

RESUMEN EJECUTIVO

1. INTRODUCCIÓN

1.1. OBJETIVOS Y ALCANCES1.2. ANTECEDENTES1.3. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

2. CAPITULO I: NOCIONES GENERALES Y DEFINICIONES

2.1. IMPACTO DE LA MINERÍA SOBRE EL MEDIO AMBIENTE

2.1.1. Impacto sobre el suelo2.1.2. Impacto sobre el agua

2.2. AGUAS ÁCIDAS EN MINERÍA

2.2.1.Minería a tajo abierto2.2.2.Minería subterránea

2.3. LIMITES MÁXIMOS PERMISIBLES Y ESTÁNDARES NACIONALES DE CALIDAD AMBIENTAL

3. CAPITULO II: AGUAS ACIDAS EN MINERÍA

3.1. DEFINICIÓN3.2. FORMACIÓN 3.3. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LAS AGUAS ACIDAS 3.4. PROBLEMÁTICA DE LOS DRENAJES DE AGUAS ÁCIDAS3.5. ALMACENAMIENTO EN MINAS SUBTERRÁNEAS INUNDADAS O

BAJO LÁMINA DE AGUA

4. CAPITULO III: TRATAMIENTO DE AGUAS ACIDAS

4.1. GESTIÓN PREVENTIVA DE AGUAS ACIDAS4.2. TRATAMIENTO INSITU 4.3. ALMACENAMIENTO EN HUECOS MINEROS DE SUPERFICIE4.4. ELIMINACIÓN POR EVAPORACIÓN4.5. ELIMINACIÓN POR EVAPOTRANSPIRACIÓN

4.6. PROGRAMA DE VIGILANCIA Y CONTROL

5. CAPITULO IV: TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN DE AGUAS ACIDAS

5.1. LA CAL5.2. NEUTRALIZACIÓN

5.2.1.Procesos típicos de neutralización5.2.2.Sistemas utilizados en neutralización5.2.3.Control automático de neutralización

5.3. BIOTECNOLOGÍAS EN EL TRATAMIENTO.5.4. TECNOLOGÍA PARA EL CONTROL DE AGUAS ÁCIDAS.5.5. ALTERNATIVA DE TRATAMIENTOS ACTIVOS.5.6. ALTERNATIVA DE TRATAMIENTOS PASIVOS.

6. CAPITULO V: CARACTERIZACIÓN

6.1. METEOROLOGÍA6.2. HIDROGRAFÍA 6.3. GEOLOGÍA6.4. EDAFOLOGÍA

6.4.1.Recarga6.4.2. Infiltración6.4.3.Reservorio aurífero

6.5. HIDROGEOLOGÍA6.6. USOS Y USUARIOS

ANEXOS

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFÍA

INTRODUCCIÓN

Las aguas ácidas son aguas que se producen como resultado de la oxidación química y biológica de sulfuros metálicos, especialmente pirita o pirrotita, que se pueden encontrar presentes o formando parte de botaderos, relaves, basuras municipales, etc. La oxidación se produce cuando las rocas conteniendo sulfuros son expuestas al aire y al agua. Los drenajes ácidos de minas subterráneas y a cielo abierto son una de las principales fuentes de contaminación de las aguas superficiales y subterráneas por consiguiente del medio ambiente. Este fenómeno puede permanecer por mucho tiempo si no se toman medidas adecuadas como el tratamiento pasivo y activo, cuyo fundamento son los procesos físico, químico y biológico que tiene lugar en los fangos naturales, en las que la reducción bacteriana de los sulfatos y la oxidación e hidrólisis catalizada por bacterias son las actividades más importantes. Esta tecnología se investigó, estudió e implementó en los Estados Unidos, cuyos resultados han sido muy satisfactorios en lo que se refieren a la disminución de los metales disueltos, el aumento del pH y la disminución de sulfatos. En el Perú se viene implementando como parte del Programa de Adecuación y Manejo Ambiental (PAMA) cuyo procedimiento tiene dos fases: De laboratorio y la implementación en el terreno. Los resultados han sido satisfactorios en la Mitigación del Drenaje Ácido de Mina (DAM).

OBJETIVOS:

Objetivo General:Conocer y relacionarnos con el tema de Aguas Acidas en Minería, ya que nos ayudará para poder desempeñarnos de la mejor manera tanto en cursos que llevaremos más adelante relacionados al tema como en un futuro cuando estemos en el campo de trabajo.

Objetivos Específicos:

Conocer los agentes que actúan en la formación de las aguas acidas. Conocer las consecuencias que tienen las aguas ácidas en minería. Verificar y aprender sobre el tratamiento de aguas acidas en minería. Conocer las técnicas de remediación de aguas acidas en minería.

CAPITULO II: GENERACIÓN DE AGUAS ÁCIDAS Y MITIGACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL EN MINAS

En las minas del Perú y del Mundo se presentan 2 tipos de drenaje que son:

1. Drenaje ácido de mina (DAM) que son básicamente los drenajes que salen de la mina como consecuencia de la extracción de minerales sulfurosos principalmente la Pirita: Sulfuro de Fierro (SFe) que al momento de oxidarse producen aguas ácidas, que son enviadas a la superficie mediante bombas o desagüe por gravedad.

2. Drenaje Ácido de Rocas (DAR) cuando las rocas sulfurosas son expuestas al aire y estas se combinan con el agua de precipitaciones (lluvia, nevada, etc.) producen aguas ácidas dependiendo directamente del tiempo de exposición.Así mismo para satisfacer sus demandas de agua, la minería acude generalmente al agua de lagos, lagunas, ríos o sea, al agua superficial y muy pocas veces a falta de capacidad se recurre a las aguas subterráneas tal como utiliza la Southern Perú en la zona de Vizcachas al noreste de la laguna de Suches

Los impactos o cambios en los acuíferos por acción de laminería son bastante notorios, ya que como dijimos por la acción del bombeo y desagüe de minas existen variaciones del nivel freático y así lo mismo producción de aguas ácidas, en el primer caso existen problemas de escasez de agua en los bofedales, baja del caudal del río y escasez de para la agricultura, así mismo la infiltración de aguas ácidas superficiales puede producir daños a la calidad del agua subterránea.

2. CAPITULO III: TRATAMIENTO DE AGUAS ACIDAS

2.1. Gestión preventiva de aguas acidas

Cuando existe riesgo de generación de aguas ácidas, con el fin de eliminar o, al menos, minimizar su aparición, debe- rían tenerse en cuenta los siguientes criterios de diseño y gestión del riesgo:1. Prevenir y minimizar la generación de aguas ácidas: Planificar adecuada- mente la actividad y su entorno, caracterizando los posibles efluentes (sistemáticos o accidentales), así como sus efectos sobre el medio.2. Detectar y caracterizar (caudales y concentraciones), tanto posibles focos generadores de contaminación (equipos o actividades), como puntos de vertido (continuo o accidental)3. Actuar con rapidez y eficacia en la construcción de barreras. Concentrar los efluentes y aislarlos del entorno.4. Controlar la red hidráulica del entorno de

forma continua, espacio-temporal, de acuerdo con valores guía.5. Realizar el tratamiento de las aguas ácidas (caso de producirse).6. Regenerar el medio. 7. Cuantificar los efectos.

La prevención de la contaminación derivada de las actividades mineras se relaciona, estrechamente, con los métodos de explotación, el aporte de aguas (superficiales y subterráneas) y el trata- miento de las mismas.

Con respecto a las formas de actuar, cabe distinguir aquellas acciones que se orientan hacia el objetivo de reducir la formación de contaminantes, y aquellas otras que implican el tratamiento de las aguas contaminadas.

En general, la actuación no se ciñe a un sólo procedimiento, sino que es combi- nación de varios, y se acomete en función del problema específico a resolver, ya que su eficiencia puede ser muy diferente de unos casos a otros.Los métodos preventivos (Fig 3) se basan en la eliminación de alguno de los elementos esenciales en la generación de aguas ácidas (sulfuro, oxígeno, humedad o bacterias catalizadoras) tales como: Impermeabilización de escombreras, cauces y áreas de

riesgo potencial Construcción de socavones de desagüe y canales perimetrales Retirada, segregación y depósito selectivo de los

materiales potencialmente acidificadores Sellado de comunicaciones con el subsuelo Depósitos subacuáticos e inundación, enmienda con

materiales neutralizadores Adición de bactericidas (sulfato de lauril sodio, benzoato

de potasio, etc.) y enmiendas. La elección entre uno u otro método, depende de las

condiciones (origen, desagüe, grado de actividad, etc.), características (físicas y químicas) y carácter (permanente y temporal) del efluente, así como espacio disponible.

Donde es imposible evitar la oxidación de los sulfuros, la estrategia preferible es aislar los materiales que entrañan mayor riesgo y retener los productos de la oxidación para minimizar el daño ambiental. La opción menos deseable es tratar los drenajes ácidos resultantes y corregir los impactos que éstos generen.Sea como fuere, es muy importante planificar las operaciones de prevención efectiva de la contaminación, desde el inicio de la investigación minera, hasta el abandono de la explotación y, para ello, se requiere un conocimiento profundo de la hidrogeología del sector afectado, para prever los mecanismos de transferencia de los contaminantes hasta el sistema acuífero.Pero no se puede perder de vista que, con respecto a la prevención de la contaminación, sólo se ha tomado conciencia en los últimos años, y que, con anterioridad, la minería se ceñía a conseguir la máxima recuperación económica del mineral, sin prestar mucha atención a la contaminación misma.Esta pre-planificación permite evitar, o al menos minimizar, la contaminación, si ésta se produce. Existen en la actualidad técnicas adecuadas para la manipulación o el tratamiento corrector de dichas aguas, aunque a menudo dichas soluciones son complejas de aplicar, que precisa de asesoramiento experto en la materia.

2.2. Tratamiento insitu

Las técnicas de tratamiento in situ son las que se aplican sin necesidad de trasladar el suelo o el agua subterránea afectados por el problema. Suelen ser de utilidad cuando el problema afecta a un volumen muy importante del suelo, que haga inviable su aislamiento y su tratamiento ex situ, o cuando éste supone un coste económico que lo hace inviable, ya que el tratamiento in situ suele implicar un menor coste económico. El tratamiento in situ puede ser de dos tipos: biológico o físico-químico.Las técnicas de remediación in situ de carácter biológico son dos: biorremediación y fitorremediación.La biorremediación consiste en utilizar microorganismos (bacterias) para resolver o mitigar el problema, y es especialmente efectiva en el tratamiento de contaminantes orgánicos, incluido el petróleo. Para que las bacterias puedan eliminar las sustancias químicas dañinas, el suelo y las aguas subterráneas deben tener la temperatura, los nutrientes y la cantidad de oxígeno apropiados. Esas condiciones permiten que las bacterias crezcan y se multipliquen, y asimilen más sustancias químicas. Cuando las condiciones no son las adecuadas, las bacterias crecen muy despacio o mueren, o incluso pueden crear sustancias químicas más dañinas.Si las condiciones del área no son las adecuadas, se intenta mejorarlas. Una manera de hacerlo es bombeando aire al interior del suelo, así como nutrientes u otras sustancias, como la melaza. A veces se añaden microbios si no los hay. Las condiciones adecuadas para la biorremediación no siempre se logran bajo la tierra. En algunas áreas el clima es muy frío o el suelo es demasiado denso. En esas áreas se puede recurrir a excavar y sacar el suelo a la superficie, donde la mezcla del suelo se calienta para mejorar las condiciones. También, pueden añadirse los nutrientes necesarios, o puede añadirse oxígeno revolviendo la mezcla o haciendo pasar aire a presión a través de ella. Sin embargo, algunas bacterias funcionan sin oxígeno (anaeróbicas). Con la temperatura adecuada y la cantidad necesaria de oxígeno y nutrientes, las bacterias pueden hacer su trabajo de “biocorregir” las sustancias químicas. A veces mezclar el suelo puede hacer que las sustancias químicas dañinas se evaporen antes de que las bacterias puedan mediar con ellas. Para evitar que esas sustancias químicas contaminen el aire, se puede mezclar el suelo dentro de tanques o edificaciones especiales, donde las sustancias químicas que se evaporan se pueden recolectar y tratar. Los microorganismos pueden ayudar a eliminar la contaminación de las aguas subterráneas, al igual que del suelo. En este caso, el agua se mezcla con nutrientes y aire antes de que ser reinyectada al terreno. También pueden bombearse nutrientes y aire por los

pozos, de forma que la mezcla se produzca directamente en profundidad. Los nutrientes y el aire añadidos ayudan a las bacterias a biorremediar las aguas subterráneas. Una vez que se han eliminado las sustancias químicas dañinas, las bacterias ya no tienen “comida” disponible y mueren.La biorremediación es muy segura, ya que depende de microbios que existen normalmente en los suelos. Esos microbios son útiles y no representan un peligro para las personas en el sitio o la comunidad. Además, no se emplean sustancias químicas peligrosas. Los nutrientes que se añaden para que las bacterias crezcan son fertilizantes de uso corriente en el césped o el jardín. La biorremediación transforma las sustancias químicas dañinas en agua y gases inofensivos y, por lo tanto, las destruye totalmente.

Como principales ventajas de esta técnica se pueden indicar las siguientes: Es una técnica in situ, lo que evita la necesidad de extraer el

suelo, e incluso el contacto de los trabajadores con el suelo o agua contaminados.

Evita la liberación de gases dañinos al aire y se generan muy pocos residuos.

Generalmente esta técnica no requiere tanto equipamiento ni trabajo como la mayoría de los métodos alternativos. Por lo tanto, suele resultar más económica.

Como inconvenientes, se pueden citar los siguientes: No es de aplicación más que para la descontaminación de

hidrocarburos biodegradables. No suele ser efectiva más que en condiciones relativamente

superficiales. Presenta factores intrínsecos que la hacen completamente

inviable en determinados casos.

La fitorremediación es una técnica biológica que en el detalle se puede subdividir en varios aspectos, que corresponden a distintas posibilidades de aplicación de las plantas a la remediación de problemas producidos por la contaminación (ver tabla).

Ventajas Limitaciones

Fito extracción

Consiste en el empleo de plantas hiperacumuladoras, capaces de extraer los metales pesados contenidos en el suelo.

La planta debe ser capaz de producir biomasa abundante en

Las hiperacumuladoras de metales suelen ser de

poco tiempo.

crecimiento lento, poco bioproductivas y con sistema radicular somero. La biomasa producida hay que almacenarla o procesarla adecuadamente.

Fitoestabilización

Consiste en el uso de plantas metalófitas endémicas/nativas y de mejoradores de sustrato adecuados para estabilizar física y químicamente sustratos ricos en metales.

Hace innecesaria la excavación / eliminación del suelo, es menos costosa y menos agresiva. Mejora las posibilidades de restauración del ecosistema.

A menudo requiere fertilización o modificación del suelo. Requiere mantenimiento del suelo a largo plazo, para evitar la formación de lixiviados.

Fitovolatilización

Consiste en la extracción del contaminante del suelo por la planta y su emisión a la atmósfera a través de su sistema metabólico.

Transforma los contaminantes en formas menos tóxicas.

El contaminante o un derivado tóxico pueden acumularse en la vegetación, pasando a frutos o partes comestibles.

Fitofiltración / rizofiltración

Consiste en el uso de plantas terrestres y acuáticas para absorber, concentrar, y precipitar contaminantes de medios acuáticos.

Puede ser “in situ” o “ex situ”, y es aplicable tanto en sistemas terrestres como acuáticos.

El pH del medio debe controlarse en continuo para optimizar la captación del metal. Es necesario controlar procesos de especiación e interacciones entre especies que puedan darse en el medio. Funciona como un birreactor, y requiere mantenimiento intensivo.

2.3. Almacenamiento en huecos mineros de superficie

La mejor forma de evitar la oxidación de los materiales piríticos es su almacenamiento en condiciones anóxicas, es decir: bajo agua (al menos a 1.20 m de profundidad).Para ello se requiere conocer el volumen disponible en cada embalse, por debajo de la cota máxima de agua admisible, información que podrá conseguirse mediante batimetría. En todo

caso, hay que tener en cuenta si existe algún problema geotécnico de estabilidad y de evacuación de máximas lluvias (balance hídrico), que deberá ser resuelto previamente.Un procedimiento de actuación, que podría evitar problemas de estos depósitos de estériles (generación de aguas ácidas, degradación superficial del suelo, e impacto paisajístico), consiste en su reintroducción en las minas subterráneas, y su posterior inundación controlada.Para analizar las posibilidades que ofrece esta opción será necesario determinar los emplazamientos, en la minería subterránea, que pudieran reunir condiciones adecuadas para este almacenamiento, en minas que esté previsto su abandono definitivo e inundación. Estos huecos mineros existentes deberán cubicarse, al tiempo que tendrá que ser analizada la viabilidad técnica de reintroducción de los estériles.El aire no debe acceder al hueco minero, con lo cual cesa la producción de agua ácida, al evitarse la oxidación de la pirita. Hay que tener en cuenta que si los hastiales de cualquier galería subterránea contienen sulfuros, se produce la oxidación directa, durante la explotación, por acción conjunta del aire y el agua. Los productos que se forman son ácido sulfúrico y depósitos metálicos solubles, que dan lugar a costras y sedimentos de vivos colores. Esta oxidación puede penetrar profundamente en la roca, a través de las fracturas mineralizadas. Cuando la mina se inunda, los productos de oxidación pueden afectar al agua allí almacenada.Esto explica que la calidad de los efluentes de una mina inundada mejore muy lentamente, ya que el agua que produce la mina no será de buena calidad hasta que no haya sido desalojada toda el agua contaminada contenida en ella, y ello requiere, normalmente, un período de muchos años.Aunque la inundación reducirá la posterior oxidación de los sulfuros, puede contribuir a la contaminación, en algunos casos, al incorporar a minerales oxidados previamente, o al producirse un aporte de aguas ya mineralizadas que fluyan hacia los acuíferos, o a la escorrentía superficial.Una opción, que debe ser analizada para confinar, al menos, una parte de los depósitos de estériles reactivos, es la referente a la utilización de excavaciones realizadas en superficie para la explotación minera o para extraer materiales de relleno para la minería subterránea.Los aportes de agua a los huecos mineros tienen una clara dependencia de las aguas superficiales. En estas condiciones es indudablemente que la mejor forma de reducir el aporte de aguas ácidas, a las labores mineras, consiste en disminuir el acceso de aguas superficiales a favor de las vías de circulación, que

básicamente son las propias labores mineras y las fallas subverticales.Se requiere para ello: Cubicar estos huecos hasta alcanzar una morfología superficial

adecuada Estudiar las características hidrogeológicas del entorno Analizar la integración morfológica en el paisaje Calcular los volúmenes de materiales de baja permeabilidad y

no reactivos, necesarios para recubrir a los estériles aquí apilados

Localizar áreas que puedan aportar materiales litológicos de recubrimiento de las calidades requeridas

Estudiar, como alternativa, el empleo de geomembranas de recubrimiento, cubiertas por materiales inertes

Estudiar y definir la cobertera vegetal adecuada, para estabilización, lucha contra la erosión, e integración paisajística.

Por supuesto toda posibilidad de actuación tiene que tener en cuenta los nuevos volúmenes de estériles que proporcionará la reanudación de la actividad minera, caso de que así se decida y, en cualquier caso, tiene que evitar invalidar cualquier opción de actividad minera futura.

2.4. Eliminación por evaporación

Las aguas ácidas almacenadas en balsas, están sujetas a los procesos naturales de precipitación-evaporación, en superficie libre de agua. En todo caso, y a efectos de establecer balances hídricos, conviene cuantificarla (mediante pluviómetro y tanque evaporimétrico, con la precaución de que el agua colocada en este equipamiento sea semejante al agua embalsada, ya que la tasa de evaporación depende de la salinidad total del agua).Además de esta evaporación, en embalses, los volúmenes evaporados se pueden incrementar mediante aspersores, que micronicen el agua en pequeñas gotas en contacto con el aire.En la ubicación de estas áreas de evaporación intensa, hay que tener en cuenta que el fenómeno de la evaporación está muy relacionado con el viento(oreo), por lo que estos aspersores deben situarse, siempre que sea posible, en superficies abiertas, donde corra el viento sin obstáculos, cuidando que no se produzcan aportes no deseables hacia el entorno.

2.5. Eliminación por evapotranspiración

Una forma de reducir los flujos subsuperficiales, hacia los materiales reactivos, es mediante una evapotranspiración forzada, conseguida mediante plantas freatofitas que sean compatibles con la calidad de las aguas.

En este sentido es necesario estudiar la posibilidad, en ciertos entornos, de sembrar plantas adecuadas que, cubriendo el objetivo de producir una evapotranspiración intensa, puedan convivir con las aguas ácidas. Las mejores experiencias se tienen con plantaciones de eucaliptos, que son verdaderos “árboles pozo” (por los volúmenes que son capaces de evapotranspirar), y que soportan acidez relativamente elevada.

En todo caso hay que realizar un estudio de las condiciones locales de suelos, clima, calidad de las aguas, y vegetación natural existente, para seleccionar las plantas más adecuadas. Una vez realizada esta selección deberá experimentarse en parcelas piloto, previamente a la adopción de la especie o especies adecuadas para estas plantaciones.

Hay que tener en cuenta que las freatofitas pueden tener interés tanto para reducir el agua, que accede por infiltración directa o escorrentía superficial a las masas de estériles o rocas reactivas, como para reducir el volumen de efluentes.

2.6. Programa de Vigilancia y Control

Puede entenderse como tal todo programa de auscultación continua, que permita definir, en cualquier momento, las causas de los cambios de calidad de las aguas, las fuentes de contaminación existentes o potenciales, y la predicción de la naturaleza de los futuros cambios de calidad. Desgraciadamente, tal control sólo incluye con frecuencia el muestreo de pozos o manantiales, y así se incluye como única práctica a realizar en muchos programas de auscultación.

4. CAPITULO IV: TECNICAS DE REMEDIACION DE AGUAS ACIDAS

4.1. LA CAL

4.1.1 PROCESO DE FABRICACIÓN DE LA CAL ( )

La cal es un término genérico que incluye únicamente a los óxidos e hidróxidos fabricados mediante procesos industriales que implican la calcinación de rocas de alto contenido de calcio, dolomitas o magnésicas. Esta definición no incluye a la piedra caliza u otros carbonatos, simplemente triturados finamente, que comúnmente mucha gente denomina "cal".Las fórmulas básicas involucradas en la producción de cal viva e hidratada son las siguientes:• Roca Caliza + Calor Cal Viva + Dióxido de Carbono • Cal Viva + Agua Cal Hidratada + Calor (vapor) 

OXIDO DE CALCIO O CAL VIVA ()Producto resultante de la calcinación de la piedra caliza en hornos a temperaturas próximas a los 1000º C. Está compuesto principalmente de óxidos de calcio y magnesio. En base a sus análisis químicos, las cales vivas pueden ser divididas en tres grandes grupos:

• Cal viva de alto contenido de calcio: Aquella que esta constituida por alrededor de 95% de óxido de calcio (CaO) y menos de 5 % de óxido de magnesio (MgO) La producción de cal viva de alto contenido de calcio requiere de una roca caliza de alto contenido de calcio y una eficiente calcinación. Su producción sigue la siguiente secuencia química: CaCO3 + Calor CaO + CO2 ¬ (gas)• Cal viva de dolomítica: Aquella que está constituida por alrededor de 40 % de óxido de magnesio (MgO) y 57% de óxido de calcio (CaO) La producción de cal viva dolomítica requiere de una roca caliza dolomítica de alta pureza en calcio y magnesio. Su producción sigue la siguiente secuencia química: CaCO3 MgCO3 + Calor CaO • MgO + 2CO2 ¬ (gas)• Cal viva magnésica: Aquella que está constituida por un 5 a 35%

de óxido del magnesio y 60 a 90% de óxido de calcio. La cal viva de magnésica es relativamente escasa y sólo está disponible en muy pocos lugares. 

HIDROXIDO DE CALCIO O CAL HIDRATADA

La Sociedad Americana para la Prueba de Materiales (ASTM) define al Hidróxido de Calcio como, "un polvo seco, blanco, obtenido del tratamiento de la cal viva con agua, hasta satisfacer su afinidad química con ésta, bajo un proceso denominado como hidratación".La composición química de cal hidratada generalmente refleja la composición de la cal viva de que se deriva y de su método de hidratación. En general existen tres clases de cal hidratada: • Cal hidratada de alto contenido de calcio: Aquella que es producida partiendo de una cal viva de alto contenido de calcio. Contiene de 68 a 74% de óxido del calcio y 23 a 24% de agua en combinación química con el óxido del calcio. CaO + H2O Ca(OH)2 + Calor ¬ (vapor)• Cal hidratada dolomítica tipo N: Aquella que es producida partiendo de una cal viva dolomítica e hidratada a presión atmosférica normal; en este caso, el contenido de óxido de calcio se hidrata completamente pero, el contenido de óxido de magnesio se hidrata parcialmente, por lo general, una fracción que oscila entre el 5 y 20%. Normalmente el hidróxido de calcio dolomítico tipo N está compuesto de 46 a 48% de óxido del calcio, 33 a 34% de óxido de magnesio, y 15 a 17% de agua en combinación química con ambos elementos. CaO • MgO + H2O a presión atmosférica Ca(OH)2 • MgO + Calor ¬ (vapor)• Cal hidratada dolomítica tipo S: Aquella que es producida partiendo de una cal viva dolomítica e hidratada en autoclave o a presión atmosférica controlada. Este hidróxido de calcio contiene más del 92% de los óxidos de calcio y magnesio contenidos en la cal viva de la que proviene completamente hidratados. CaO • MgO + 2H2O Ca(OH)2 • Mg(OH)2 + Calor ¬ (vapor)Físicamente, la cal hidratada se clasifica mediante ciclones y despacha según los requisitos del cliente. El 75 a 95% del hidróxido de calcio de aplicaciones químicas debe pasar una malla 200. Algunas aplicaciones especiales requieren que el 99.5% pase una malla 325.

4.1.2 USOS ESPECÍFICOS 

4.1.2.1. LA CAL EN LA ECOLOGÍA

Los usos medioambientales de la cal están vinculados al tratamiento de agua potable e industrial, tratamiento de las aguas del alcantarillado y sus lodos, recuperación de suelos contaminados con hidrocarburos y solventes químicos, desulfuración de los gases de la combustión, tratamiento de los residuos sólidos y sus lixiviados e indirectamente la estabilización o transformación de suelos inestables y expansivos en suelos aptos para servir de base de pavimentos. Su uso e importancia ambiental está creciendo rápidamente, pues constituye una respuesta efectiva a la necesidad de encontrar soluciones buenas y de bajo costo para los problemas medioambientales señalados.La cal, a muy bajo costo permite aumentar el pH, precipitar los metales pesados y convertir los peligrosos lodos de las aguas del alcantarillado, en un valioso producto para la agricultura. Sus aplicaciones más sobresalientes en el campo sanitario y ambiental incluyen:• Producción de agua potable: Una buena parte de la cal producida en el mundo se destina a mejorar la calidad del agua que consumen las personas y utilizan las industrias. En este caso se emplea para suavizar, purificar, eliminar turbiedad, neutralizar la acidez y remoción de sílice y otras impurezas. La cal remueve por sí misma la dureza temporal (bicarbonatos) del agua. Cuando la dureza temporal es acompañada de la dureza permanente (sulfatos) la cal debe combinarse con cenizas de sosa o zeolita para remover dichos componentes. El procedimiento que utiliza sosa se conoce como método suavizador cal-sosa y el que utiliza zeolita se conoce como proceso de tratamiento dividido de cal-zeolita. Las reacciones químicas que ocurren cuando se le agrega cal a las aguas que contienen componentes de calcio y magnesio (aguas duras) son:Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3 + 2H2OMg(HCO3)2 + Ca(OH)2 MgCO3 + CaCO3 + 2H2OMgCO3 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaCO3MgCl2 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaCl2Mg(NO3)2 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + Ca(NO3)2

MgSO4 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaSO4• Tratamiento de aguas residuales: En las plantas de tratamiento biológico de aguas de desecho, usualmente se añade cal al digestor con el objeto de lograr el pH apropiado a una eficiente oxidación biológica de las aguas de desecho. En las plantas que utilizan un proceso combinado químico-biológico más avanzado se agrega cal en la corriente de aguas negras para precipitar el fósforo como un complejo de fosfato de calcio, separar el nitrógeno y precipitar otros sólidos suspendidos o disueltos. La remoción de fósforo y nitrógeno previene el crecimiento de algas y por ende el estancamiento de las aguas en la superficie. • Estabilización de lodos residuales: Constituye una de las más recientes aplicaciones ambientales de la cal. Añadiendo cal a los lodos residuales para lograr y mantener el pH a 12.4 por un mínimo de dos horas se eliminan los estreptococos fecales, se seca la torta y elimina el mal olor propio de estos residuos. Una dosis común implica agregar de 500 a 600 libras de cal viva por tonelada de lodos. Este proceso es tan efectivo como la digestión aeróbica, anaeróbica e incineración, pero a un costo mucho menor. Con este método se obtienen biosólidos tipo A y B, cuya utilización como acondicionador de suelos agrícolas esta regulado y aceptado por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) en el capítulo 40, parte 503 del Código de Regulaciones Federales.• Tratamiento de basura y sus lixiviados: Actualmente son muchos los países que utilizan la cal viva e hidratada en el tratamiento de la basura. Es fundamental en la preparación y estabilización de las bases y entrecapas de los suelos de los rellenos sanitarios a fin de evitar y degradar sus lixiviados. En cantidades adecuadas no suprime la propia biodegradación de la basura, evita la proliferación de organismos nocivos (alimañas) y los malos olores. Algunos países utilizan la cal junto con la basura industrial para fabricar un combustible de alto poder calorífico para generar vapor o energía eléctrica sin la contaminación por ácido sulfúrico que caracteriza al quemado de combustibles fósiles azufrados. • Procesamiento de desechos industriales: Tanto la cal viva, como la cal hidratada, son utilizadas para abatir la contaminación que pueden generar muchas fábricas o plantas industriales; entre ellas: 

Plantas fabricantes de acero y metales: Se utiliza para neutralizar los desechos de ácido sulfúrico y sales de hierro derivadas de la fabricación del acero. También se utiliza para neutralizar y precipitar los residuos de cromo, cobre y metales pesados contenidos en los efluentes resultantes de los procesos de niquelado. 

Plantas Químicas y de Explosivos: Los procesos de muchos productos químicos y farmacéuticos producen desechos muy ácidos que deben neutralizarse con cal antes de tirarlos al ambiente. Las fábricas de explosivos y municiones consumen enormes cantidades de cal para neutralizar los concentrados de ácido sulfúrico contenidos en sus desechos.  Minería: Los drenajes altamente ácidos de las minas de carbón activas o abandonadas, las soluciones acuosas con cianuro de los procesos de extracción por dilución de metales no ferrosos, entre otros se neutralizan y estabilizan con cal para evitar la contaminación ambiental de suelos, aire y mantos acuíferos.  Fábricas de papel y fibras: La cal junto con otros coagulantes de apoyo, remueve el color de los efluentes de estas plantas y coadyuva a abatir la contaminación, mediante la recuperación de valiosos sub-productos, que de otra manera serían contaminantes, como son los lignosulfatos, levaduras, azúcares y el alcohol de los desechos sulfatados. La cal también es empleada en la neutralización de los desechos de ácido sulfúrico de las plantas de rayón y los sólidos disueltos en las descargas de las plantas fabricantes de telas de algodón estampadas a color. 

Plantas empacadoras de alimentos: Los desechos líquidos del enlatado de vegetales y frutas pueden clarificarse con cal sola, o con coagulantes de apoyo, antes de descargarse al ambiente. En el procesamiento de cítricos, la cal permite clarificar las aguas residuales de este proceso, aprovechar la pulpa como un sub-producto para la alimentación animal y neutralizar la acidez y corrosión de los equipos del proceso. En los centrales azucareros el tratamiento de sus residuos, sólidos y líquidos, requiere de la cal como agente neutralizador de los residuos químicos contenidos en sus descargas.• Abatimiento del ácido sulfúrico y sulfito: La cal está siendo

empleada cada vez más para abatir la contaminación del aire causada por el quemado de combustibles con altos contenidos de azufre. Mediante el uso de la cal en suspensión acuosa es posible eliminar entre el 99 y 100% del ácido sulfúrico contenido en los gases generados por el quemado de combustibles muy azufrados. El hidróxido de calcio también neutraliza el sulfito generado por muchos procesos industriales siguiendo la siguiente secuencia química.  Neutralización del ácido sulfúrico: 

Ca(OH)2 + H2SO4 CaSO4 • 2H2O (yeso)

Neutralización del sulfito: 

Ca(OH)2 + SO2 CaSO3 + H2O

CaSO3 + ½O2 + 2 H2O CaSO4 • 2H2O (yeso)

En los sistemas húmedos de remoción de azufre, la cal se emplea como una lechada conteniendo de 10 a 15% de sólidos de cal. Estos depuradores húmedos producen un lodo de sulfito de calcio que con media molécula de oxígeno libre más dos de agua, producen un sulfato de calcio hidratado (yeso) utilizable como material de construcción. • Recuperación de suelos contaminados por hidrocarburos y otros desperdicios peligrosos: Constituye uno de los más recientes usos descubiertos de la cal. Mediante un proceso que involucra cal viva y otros aditivos se pueden restaurar superficies, estanques o pozos de desechos de petróleo para salvaguardar el ambiente, recuperar suelos contaminados y utilizarlos en actividades productivas, incluyendo la agricultura y selvicultura. Este procedimiento permite secar los residuos de petróleo, convirtiéndolos en un lodo seco, que puede ser transportado, soterrado, compactado y cubierto con una nueva de tierra útil para actividades agrícolas. Una experiencia elocuente de este proceso se efectuó hace poco en Vickery, Ohio, Estados Unidos, donde un lodo ácido altamente tóxico y peligroso fue recuperado y estabilizado utilizando 3 partes de cal por 1 de cemento para 20 partes de lodo contaminado. Estos productos fueron mezclados con el lodo húmedo mediante excavadoras, produciéndose, una

hora después del mezclado, un material estable y sólido que fue removido y transportado en camiones hasta sitio de depósito provisional, a fin de esperar la impermeabilización del sitio de dónde salió; luego de tal impermeabilización, el material tratado fue soterrado y cubierto con nueva tierra dónde ha florecido una vegetación saludable.• Estabilización de arcillas: En el campo de la construcción de vías, terraplenes, patios, vías férreas, puertos, etc., las acciones medioambientales de la cal se dan a través del aprovechamiento de suelos inestables y expansivos (arcillas) mediante la técnica de estabilización de suelos utilizada desde hace 4,000 años por los romanos y chinos y retomada en Estados Unidos, Europa, Asia y América Latina hace cincuenta años. Mediante este procedimiento, suelos inapropiados para servir de bases, se transforman en suelos duros, resistentes a la penetración de agua y estables, ello le da durabilidad a la obra que sustenta y evita los daños al paisaje que implica el almacenaje de los suelos inapropiados que se encuentran en la obra y la extracción de rocas y gravas provenientes de ríos o canteras. La dosis de cal que deben aplicarse depende de las características del suelo a tratar, en todo caso debe ser suficiente para lograr un pH en la masa suelo-cal-agua de mínimo 12.4, bajo estas condiciones se da la reacción puzzolánica que estabiliza el suelo y permite su aprovechamiento como base y sub-base. 

4.2. NEUTRALIZACIÓN ( )

La neutralización es el método más común de tratamiento de aguas residuales y es de operación simple. La neutralización de efluentes empleando cal, permite aumentar los niveles de alcalinidad de las aguas, hasta obtener un efluente neutro que cumpla con los LMP.Las aguas de mina y las de algunos procesos metalúrgicos contienen cierta acidez, lo que facilita la disolución de elementos químico, convirtiéndose en problemas de contaminación.Dentro de las principales tecnologías de neutralización de la acidez y remoción de los metales pesados se tienen:

Precipitación con lechada de cal

Adsorción con carbón.

Intercambio ionico

Osmosis reversible

Electrodialisis.

Ozonizacion.

Ingeniería de pantanos.

La segunda, tercera y cuarta tecnología son más bien costosas y también generan otros efluentes que requieren ser tratados. La Electrodialisis y la Ozonización son métodos relativamente nuevos que están siendo probados y que aparentemente resultaran costosos. La tecnología de ingeniería de pantanos consiste en almacenar grandes cantidades de lodos, pero, es sensible a las altas concentraciones de metales pesados.La precipitación de metales pesados con cal, es bastante conocida y es la menos costosa.

4.2.1 NEUTRALIZACIÓN CON LECHADA DE CAL ( )

Se aplica especialmente para soluciones de agua de mina ácidas usándose como neutralizante, primero, caliza si el agua es muy ácida y luego lechada de cal. Esta tecnología garantiza precipitar en forma de hidróxidos a los elementos zinc, plomo, fierro, cobre, manganeso, níquel, entre otros. Con pequeñas modificaciones precipita sostenidamente elementos altamente perjudiciales como cromo, cadmio, selenio, y las que se exigen para el agua potable, aunque este no es el caso para la mayor parte de los problemas minero metalúrgicos.Las principales reacciones químicas que caracterizan al proceso de neutralización se presentan en las ecuaciones químicas siguientes:

M2 + SO2- + Ca+2 + 2 (OH)- - 2 (H2 O) à M (OH)2 +Ca SO4*2(H2O)

2(M)-3 + 3(SO4)2- +3(Ca)2- +6(OH)- +6(OH)- +6H2Oà 2M(OH)3 +3CaSO24*2(H2O)

La reacción de oxidación del hierro ferroso a hierro férrico es representada por la siguiente ecuación química:4Fe2+8(OH)-+O2+2(H2O) à 4Fe3+ + 12(OH)-

Esta oxidación es para formar compuestos más estables y no permitir la redisolución que ocasiona también la redisolución de otros elementos pesados perjudicando la calidad del efluente liquido tratado.El costo efectivo de este tratamiento varia de US$0.50/m siendo el precio de la cal el determinante en el costo total, pues es un reactivo realmente costoso.Un factor importante es el porcentaje de sólidos con que sedimentan los lodos en el proceso de neutralización y ello depende del tipo de sulfato de calcio formado con una o mas moléculas de agua lo cual dependerá de los parámetros del procesos y de la concentración de los iones sulfato presentes en el efluente tratado; estos precipitaran como compuestos tipo “gypsum”. Para el proceso de neutralización de efluentes líquidos ácidos utilizando lechada de cal, existen tres métodos:A. El primero método es conocido como el proceso de neutralización simple. El cual es el tratamiento en la forma más simple de neutralización con lechada de cal (adición de cal efluentes, agitación y sedimentación dentro de una poza de relaves). Se caracteriza principalmente por:

Mínima inversión

Bajo costo de operación.

Produce lodos sedimentados con 2.4 a 5 0% de sólidos, ocupando grandes volúmenes en la poza de decantación. 

La estabilidad de los lodos decantados es cuestionable a largo plazo.

B. El segundo método conocido como el proceso de los lodos de baja densidad (low density, LDS), utiliza en el proceso de neutralización, además de cal y agitación, la inyección de aire para la oxidación del hierro ferroso a hierro y los lodos son sedimentados en un clarificador. Se distingue por:

Una moderada inversión.

Costo de operaciones también moderadas.

Produce lodos sedimentarios con 5-10% de sólidos 

Genera buena calidad de agua

Los lodos generados tienen una buena estabilidad química y física.

C. El tercer método es llamado de lodos de alta densidad el cual se caracteriza por el uso durante la neutralización con cal de aire para la oxidación del Fe ferroso a Fe férrico y la recicurlación parcial de los lodos sedimentados en un clarificador en la etapa de neutralización, destacándose este método por :

Mas bajos costos de operación en el largo plazo 

El volumen que ocupan los sólidos decantados es alrededor del 1% al 5% del volumen que ocupan los otros dos métodos

Se genera una mejor calidad de agua 

Los lodos producidos son superiores en cuanto a la estabilidad química y física llegando a tener entre 25-30% de sólidos en clarificados y aproximadamente el 50% en la poza de almacenamiento.

4.2.2. PROCESOS TÍPICOS DE NEUTRALIZACIÓN ( )

Mezclar efluentes ácidos y alcalinos en un ecualizador y disponer

de alguna capacidad de retención de cargas fuertes en ácido o álcali. Si la actividad industrial del caso genera desechos tanto ácidos como alcalinos, se deben utilizar tanto la acidez como la alcalinidad excedentes para producir un efluente neutro. • Neutralizar ácidos en lechos de caliza. La caliza se da en forma natural como piedras y tal nombre se refiere al carbonato de calcio; la disolución del carbonato genera alcalinidad. Los lechos pueden ser tanto de flujo ascendente como descendente, la tasa de carga de diseño -sin información adicional de laboratorio- es del orden de los 4*10-2m3/(min*m2); esta tasa está definida por las constantes de la caliza y por el tiempo de residencia típico de neutralización de caudales ácidos del tipo industrial. Si hay ácido sulfúrico, la concentración de ácido no debiera exceder un 0,6% de H2SO4 para no formar una capa excesiva de CaSO4 (no reactiva) y se debe vigilar que la evolución de CO2 no sea excesiva (pues produce un efecto tampón) • Mezcla de ácidos con lodos de cal. Se suele llamar "cal" al hidróxido de calcio, también citado como "cal viva" (cuando la "cal apagada" es el óxido de calcio). El grado de neutralización dependerá del tipo de cal utilizada. Si hay una fracción magnésica, la reacción de neutralización es muy rápida y llega a pH bajo 4,2. El diseño depende de la curva de titulación de la cal a utilizar. ( )La reacción de la cal se acelera -como muchas otras- por calor y por agitación física. En sistemas altamente reactivos, se requieren unos diez minutos. La cal se utiliza en lodos al 8 a 15 %. 

Otros agentes neutralizantes (alcalinos) típicos son el NaOH, el Na2CO3 o el NH4OH. • Residuos alcalinos, también llamados básicos. Se puede utilizar cualquier ácido fuerte. Por consideraciones prácticas, la elección se limita a considerar el ácido sulfúrico (en la máxima dosis tolerable sin exceder la norma de descarga de sulfatos) y el ácido clorhídrico (para completar la neutralización). La reacción es prácticamente instantánea, pero el grado de mezcla no es instantáneo. 

Si se dispone de gases de combustión con CO2 en el orden del 14%, se puede burbujear este gas en la solución alcalina. El CO2 establece un equilibrio con gas carbónico, HCO3- cuya capacidad ácida se utiliza para neutralizar la carga alcalina. La reacción es -

naturalmente- más lenta que la de los ácidos fuertes en fase líquida pero suele ser de mucho menor costo y aporta –aunque mínimamente- al abatimiento de la carga atmosférica de gases invernadero. 

4.2.3 SISTEMAS UTILIZADOS PARA NEUTRALIZACIÓN ( )

Para flujos por debajo de unos 400 m3/día, se suele operar en modo estático (discontinuo, batch); los sistemas estáticos pueden tener controladores automáticos o ser operados manualmente. Si el flujo excede los 400 m3/día, la regulación de pH se realiza en línea, mediante controladores automáticos. Si se opera en línea, es importante obtener un buen grado de homogeneización de la solución. La agitación por aire requiere tasas de 0,3 a 0,9 m3 de aire/minuto/m2 de tanque. La agitación mecánica requiere de unos 0,4 HP/m3. 

4.2.4. CONTROL AUTOMÁTICO DE NEUTRALIZACIÓN 

El control de pH es difícil. La razones se relacionan con: • La alta no - linealidad entre flujo de neutralizante y cambio de pH del caudal a neutralizar. • El pH de un efluente industrial puede variar con cinéticas tan altas como 1 unidad de pH por minuto. • El flujo puede duplicarse en unos pocos minutos • Una pequeña dosis de neutralizante debe mezclarse con una cantidad relativamente enorme de líquido en un lapso breve Normalmente, se debe recurrir a controladores a pasos (o en etapas). Por ejemplo, llevar primero a un pH en torno a 5 y después a 6,5 (suponiendo, por ejemplo, que se desea llegar a 6,5 desde 2,0).

ANEXOS

A. LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES DE CALIDAD DE AGUA (Mg/l)

CONTAMINANTE MEM* LGA** EPAArsénico 1,0 0,1 0,05

Boro --- --- 0,75Cadmio --- 0,01 0,01Cianuro total 2,0 0,01 0,01Cloruros --- --- 250Coliformes --- 8,8 ?LMhiF G { | ij„…“»¼Ç