precipitación con sulfuro y separación con fad...• nace en la industria papelera, para remoción...

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Precipitación con sulfuro y Separación con FADMayo 2012

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Contenido • Introducción

• Principales Efluentes mineros de cobre

• Normativa peruana aplicable a efluentes mineros

• Precipitación de metales con sulfuro

• Separación S/L por medio de FAD

• Últimos desarrollos en tratamiento de efluentes

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Introducción

El desarrollo de las actividades mineras se encuentra

sujeto en la actualidad a mayores exigencias

ambientales en cuanto a la calidad de sus efluentes.

Para responder a estas dichas exigencias, en esta

oportunidad se dan a conocer algunos desarrollos de

nuestra empresa en el área de tratamiento de

efluentes mineros, que consiste en el uso de sulfuro

para el abatimiento de metales pesados, como

alternativa al uso común de cal; así como la

implementación de una metodología alternativa de

separación sólido – líquido, para la recuperación de

las especies precipitadas, referente al uso de

flotación por aire disuelto (FAD)


Principales Efluentes

Mineros de cobre

• ARD/AMD

• Filtrado de concentrado

• Aguas claras tranque de relave

• Solución de descarte de Planta de Acido Sulfúrico

• Efluente de Planta de Metales Nobles

• Descarte de solución electrolítica (EO /ER)

• Descarte de solución Extracción por Solventes

Especie Concentración

[mg/L]

Sulfato 7,000 – 200,000

Arsénico 200 – 20,000

Cobre 125 – 2,000

Aluminio 10 – 40

Hierro 50 – 90

Plomo 5 – 335

Cadmio 1 – 90

Zinc 9 – 1,300

Selenio 2 – 8

Efluente Planta de Acido

Especie Concentración

[mg/L]

Sulfato 2,000 – 10,000

Cobre 500 – 2,500

Aluminio 220 – 1,100

Hierro 80 – 400

Aguas Minas


PIA

OperacionesAntiguas

OperacionesNuevas

EIA

LMP

ECA

ECA

LMP

Marco Regulatorio

peruano

Normativas aplicables

• Ley N 28611, Ley General del Ambiente

• D.S. 010-2010-MINAM

• D.S. 002-2008-MINAM

LMP: Límite Máximo Permisible

ECA: Estándar de Calidad Ambiental

PIA: Plan Integral de Adecuación

EIA: Evaluación de Impacto Ambiental

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LMP Minería (DS N 010-2010-MINAM y DS 011-2011-MINAM)

• 3.5 Límite en cualquier momento.- Valor del parámetro que no debe serexcedido en ningún momento.

• 3.6 Límite promedio anual.- Valor del parámetro que no debe ser excedidopor el promedio aritmético de todos los resultados de los monitoreosrealizados durante los últimos doce meses previos a la fecha de referencia,de conformidad con el Protocolo de Monitoreo de Aguas y Efluentes y elPrograma de Monitoreo.

• Plazo máximo adecuación a nuevos LMP:

22 Agosto 2010: para actividades cuyos estudios sean presentadosposterior a la fecha de entrada en vigencia del decreto supremo:

23 Abril 2011: para actividades que hayan presentado el estudio conanterioridad a la publicación del decreto supremo.

• 14-Oct-2014: con nueva infraestructura

PARAMETROS QUE EN EL PLAZO DE DOS AÑOS

PODRIAN SER CONSIDERADOS EN LOS LMP:

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ECA(D.S. N 002-2008-MINAM, DS 023-2009-MINAM, DS 011)ECA: Estándar de Calidad Ambiental

• Categoría 1: Poblacional y recreacional.

• Categoría 2: Actividades marino costeras.

• Categoría 3: Riego de vegetales y bebida de animales.

• Categoría 4: Conservación del ambiente acuático.

Categoría 1 Categoría 3

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Plan Integral de AdecuaciónPlazo de presentación 30/ago/2012RM 030-2010-EM, RM 154-2012-EM

Los titulares que no hayan presentado a la fecha el plan de implementación

de los LMP, o que quieran acogerse a las siguientes fechas:

•15/10/2014: Cumplimiento de los LMP

•19/12/2015: Cumplimiento de los ECA

Deben presentar el Plan Integral para la adecuación e implementación de los

LMP y ECA, antes del 31/08/2012, cuyos términos de referencia se

publicaron el 22/abril/2012 (R.M. N 154-2012-MEM/DM).


Plan Integral de Adecuación de

LMP (2014), y

ECA (2015)

Contenido del Plan Integral

1. Linea Base

a. Interna (Proceso, Manejo de Agua)

b. Externa (ECA)

2. Optimización Manejo de Agua

3. Tratamiento de Efluentes

a. Caracterización, pruebas

b. Diseño de Proceso

c. Desarrollo de Ingeniería

4. Componentes modificación EIA

a. Participación Ciudadana

b. Plan de Ejecución e implementación

c. Plan de Manejo Ambiental

d. Cierre Conceptual

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Tecnología de Tratamiento de Efluentes

Mediante Precipitación con Sulfuros

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Características• Metodología de precipitación que aprovecha la afinidad del sulfuro

(S=) con metales disueltos (bivalentes principalmente).

• Permite el abatimiento de cobre, hierro, plomo, cadmio, plata,

mercurio, selenio y arsénico; entre otros.

• Reacción: mM + sS= → MmSs

• El sulfuro puede adicionarse en la forma de sulfhidrato de sodio

(NaSH), sulfuro de sodio (Na2S) e incluso como ácido sulfhídrico

(H2S).

• Requerimiento de reactivo prácticamente estequiométrico, respecto

de la concentración de contaminantes.

• Precipitados estables frente a variaciones de pH.

• Control adición de reactivo por medio de ORP (potencial de óxido

reducción)

• Tecnología probada a nivel industrial.

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Comparación con uso de calVentajas

• No es necesario neutralizar para precipitar metales, con la salvedad que a

pH muy bajos aumenta posibilidad de generar H2S.

• Menor producción de sólidos como consecuencia del tratamiento (no se

genera yeso).

• Consumo de reactivo prácticamente estequiométrico (alta eficiencia)

• Precipitados estables frente a variaciones de pH (contaminantes no vuelven

a disolverse).

Desventajas

• Posibilidad de generar H2S durante la operación.

• Requiere equipos de geometría particular (reactores alargados con

recirculación de gases)

• Es necesario un sistema de control redundante, de modo de no adicionar

exceso de sulfuro, el cual puede dar origen a H2S.

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Pruebas de Laboratorio• Se requieren pruebas de laboratorio

para estimar consumo de reactivo

(criterios de diseño).

• Deben realizarse bajo campana.

• Se utilizan equipos especialmente

diseñados. Incluye una serie de

lavadores de gases, en caso de

producción de H2S.

• Se establecen curvas de potencial de

Oxido-Reducción versus

concentración de S2-, de modo de

observar puntos donde se abaten los

distintos elementos.

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Aplicación industrialCaso Real:

Planta de Tratamiento de Efluentes en Fundición y Refinería

Parámetro AlimentaciónEfluente

Final

Arsénico disuelto [mg/L] 2000 ≤ 0,2

Cobre disuelto [mg/L] 200 ≤ 1

Flúor [mg/L] 100 ≤ 1

Molibdeno disuelto [mg/L] 0,15 ≤ 0,01

Níquel [mg/L] 84 ≤ 2

pH * ≤ 5 6 ≤ pH ≤ 9

Selenio [mg/L] 400 ≤ 0,01

• Tratamiento de efluentes provenientes de Planta de Acido, Planta de

Metales Preciosos, Tratamiento de Electrolito, Torres de Enfriamiento,

Lavado de Cátodos.

• Capacidad de procesamiento: 21 L/s

• Tratamiento para descarga a medio ambiente

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Flotación por Aire Disuelto (FAD)

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Características

• Tecnología de separación sólido – líquido, alternativa al proceso

convencional de sedimentación de sólidos, aplicado por ejemplo

durante el uso extensivo de cal.

• Nace en la industria papelera, para remoción de elementos

orgánicos en efluentes líquidos.

• Consta de 2 equipos principales: saturador y celda de flotación

• Burbujas más pequeñas que la flotación metalúrgica (~ 50 µm).

• En la actualidad, se reconoce al FAD como uno de los métodos

más económicos y efectivos para la separación de bajos

contenidos de sólidos suspendidos (<500 ppm) y de baja

densidad, tipo coloides, que se generan al trabajar con sales

férricas, de aluminio y sulfuros metálicos.

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FAD vs Sedimentación

Ventajas

• Mayor eficiencia para concentraciones menores de sólidos (< 500 mg/L)

• Mayor eficiencia para remoción de sólidos de baja densidad (ultrafinos, coloides, etc.)

• En general se requiere una menor superficie de terreno para la instalación

Desventajas

• Efluentes con altas concentraciones de sólidos deben ser tratadas en dos etapas

• Mayor sensibilidad a variaciones de concentración de sólidos en suspensión,

fluctuaciones bruscas de caudal y variaciones en las características fisicoquímicas del

efluente (estudios previos).

• Requiere de manejos de equipos a presión.

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Unidad de Flotación por Aire Disuelto (FAD)

a)

b) c) d)

Constrictor de flujo

a) Saturación

b) Coagulación / Floculación

c) Zona de contacto

d) Zona Separación S/L

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Saturación

• La saturación tiene como objetivo disolver aire en

agua, lo cual se facilita aplicando una presión

elevada (4 – 6 bar).

• Esta se lleva a cabo en un reactor hermético,

resistente a altas presiones, el cual cuenta con un

lecho empacado, que permite aumentar la

superficie de contacto agua / aire.

• El agua a saturar con aire, corresponde

generalmente a agua limpia obtenida de la misma

celda FAD (tubos recolectores zona se separación

S/L), la cual se alimenta al saturador por medio de

bombas de desplazamiento positivo.

• El agua saturada generada, se alimenta de forma

continua a la celda (zona de contacto),

inyectándose por medio de válvulas agujas, las

cuales facilitan la descompresión instantánea del

fluido.

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Coagulación / Floculación

• Coagulación: proceso de desestabilización de partículas,

permitiendo el contacto entre ellas. Se produce debido a

la disminución de las fuerzas de origen eléctrico que las

mantienen alejadas, producto de la adición de reactivos

específicos (sales férricas y de aluminio).

• Floculación: las partículas previamente desestabilizadas,

se unen formando aglomerados de mayor tamaño,

producto de la adición de reactivos de alto peso molecular

(catiónicos, aniónicos o no iónicos) .

• Constructivamente esta zona puede formar parte de la

misma celda, o puede ser implementado en una instancia

aguas arriba de la misma.

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Zona de Contacto

• Corresponde a la zona donde las partículas se ponen

en contacto con las microburbujas generadas.

• Tiene como objetivo lograr la captura de partículas por

las burbujas y la formación de agregados “aireados”.

• La generación de microburbujas se produce en los

“constrictores de flujo”, situados entre el saturador y la

celda de flotación, donde se produce una

descomprensión instantánea.

• El uso de una placa deflectora, permite conducir el

flujo de microburbujas, de modo de contactarlas con

los sólidos que alimentan la celda.Constrictor de flujo tipo Venturi

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Zona de Separación

Sólidos/Líquidos

• Tiene como objetivo separar la fase flotada del efluente

tratado.

• Se realiza en la celda que recibe la suspensión

proveniente de la zona de contacto.

• Se produce el ascenso de sólidos con aire y descenso de

agua limpia.

• La extracción del sólido flotado es normalmente realizada

con un colector mecánico, situado al extremo final de la

celda, descargando a una canaleta de lodos.

• El sistema de descarga del agua limpia emplea tubos

perforados ubicados en la zona inferior de la celda, los

cuales por vaso comunicante, descargan a una canaleta

de agua limpia.

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Pruebas Laboratorio / Piloto FADDe modo de corroborar la aplicabilidad de la tecnología, se pueden realizar ensayos a nivel

de laboratorio y/o piloto.

Sistema FAD de laboratorio

Equipo FAD Piloto

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Minera Los Pelambres

• El tratamiento consiste en la co-precipitación de

metales utilizando hidróxido férrico (Fe(OH)3) y

una separación sólido – líquido mediante

flotación por aire disuelto (FAD).

• 1º planta a nivel mundial que utilizó precipitación

férrica y FAD para el tratamiento de aguas.

• La planta procesa 35 L/s, con picos eventuales

de 42 L/s.

Ejemplo Aplicación Industrial

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Minera Doña Inés de

Collahuasi

• Tratamiento de aguas excedentes provenientes

del proceso de filtración de concentrados de

cobre y molibdeno.

• El tratamiento consiste en la oxidación del sulfuro

a azufre coloidal, precipitación de metales

mediante co-precipitación con hidróxido férrico y

separación sólido – líquido mediante FAD.

• Planta diseñada para procesar 27 L/s como

capacidad media.


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Minera Esperanza

• Tratamiento de aguas provenientes del

espesamiento del concentrado de cobre para su

reinyección al acueducto con agua de mar.

• Uso de tecnología de co-precipitación con cloruro

férrico y posterior separación sólido - líquido

mediante flotación por aire disuelto (FAD).

• Remoción del 90% de ultrafinos y de metales

disueltos.

• Planta diseñada a procesar 33 L/s como capacidad

media, permitiendo operar entre 29 L/s y 39 L/s.


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Reducción de Sulfatos bajo 100 mg/L (requerimiento futuro en Perú)

• El uso de cal sólo permite alcanzar en general concentraciones

no inferiores a 1500 mg/L (solubilidad del CaSO4).

• Precipitación por medio de la adición de sales solubles o

semisolubles de bario, permiten alcanzar de manera probada

valores menores a 100 mg/L de sulfatos.

• La sal a utilizar como reactivo dependerá del efluente a tratar

• Posibles residuos valiosos y reducción de costos de tratamiento.

El sólido resultante del tratamiento con Bario (BaSO4), es

comercializable.

• Posibilidad de regenerar la sal de bario. Posibilidad de disminuir

costos.

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Producción de yeso no peligroso

• El uso de cal en procesos de neutralización

de efluentes ácidos, produce generalmente

un sólido peligroso (arsénico contenido en

humedad del yeso).

• Costo disposición de sólido peligroso, 3

veces mayor al normal (realidad chilena).

• Posibilidad de remover arsénico antes de la

neutralización, por medio de precipitación

con sulfuro.

• Reducción de producción de sólido peligroso

(> 90%)

Stage1

SL

WAE

Stage2

SL

S=

pH 0,5

As2S3, MmSs

Hazardous waste

Lime

BaSO4 and othersNon hazardous waste

Cooling water

pH 3

Stage3

SL

Barium saltothers

pH 7

GypsumNon hazardous waste

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ARCADIS Perú SACJr Monte Rosa 240, Of 603

Santiago de Surco

+511 652-2465

www.arcadis.pe

[email protected]

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