No Ferrosos Final.docx

Instituto tecnológico de Morelia Unidad Metal-Mecánica Ingeniería En Materiales Departamento de metal-mecánica Producción de metales no ferrosos

Departamento de metal-mecánica CONTROL Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS, Departamento de metal-mecánica HIDROMETALURGIA Y PIROMETALURGIA Departamento de metal-mecánica

MORELIA, MICHOACÁN

Noviembre

del 2017

INTRODUCCION Todo proceso natural que se realiza en la tierra afecta al entorno, sin embargo, existe una dinámica que permite reducir ciertos impactos negativos a un nivel tal, que no se ponga en entredicho la vida futura de nuestro planeta, al menos en lapsos con sentido para el hombre. Para asegurar su supervivencia, la especie humana ha desarrollado sistemas que le permiten aumentar la producción de alimentos, generar insumos y defenderse eficazmente de sus enemigos, para lo cual ha conceptualizado e instrumentado procesos antrópicos lineales, que requieren de un alto gasto de energía y agua, que, como consecuencia, generan gran cantidad de desechos y afectan seriamente el equilibrio natural. La minería constituye un caso especial en lo que a generación de residuos se refiere. De hecho, se trata de una actividad cuyo comienzo es difícil de fechar en la Península Ibérica, pero con toda seguridad se remonta a más de tres milenios. Abarca actividades tan dispares como la explotación de una gran masa de sulfuros polimetálicos situada a 300 m de profundidad y la extracción de áridos en una gravera próxima al margen de un río. Hasta fecha muy reciente, no existía una normativa que tipificara los residuos que se generan en las explotaciones mineras. Actualmente, la apertura de una nueva mina debe contemplar una serie de requisitos ambientales que influyen en gran en la viabilidad económica del proyecto. Sin embargo, existe un pasivo medioambiental derivado de las explotaciones abandonadas que constituye un problema a nivel autonómico, nacional y europeo. La Unión Europea, consciente de esta problemática, se encuentra actualmente elaborando los documentos previos que deben conducir a la publicación de una Directiva para la Gestión de los Residuos de la Industria Extractiva

2.4 CONTROL DE RESIDUOS EN HIDROMETALURGIA Las características de los residuos dependen de las especies minerales presentes en los yacimientos, del proceso a que se les sujeta y de la manera que se disponen, por lo que cada caso se convierte en un problema particular. A medida que avanza la explotación de una mina puede cambiar la composición del mineral y generar diferente cantidad de residuos. De acuerdo a la normatividad vigente, se considera como residuo peligroso a los jales, a los aceites gastados y a los disolventes residuales. No se clasifican como peligrosos los terreros, los drenes ácidos que desprenden los terrenos, las llantas, los plásticos y la chatarra. A excepción de la chatarra que se vende, el resto de los residuos generan múltiples problemas al no ser dispuestos adecuadamente. En el caso de los residuos de una mina, la peligrosidad está relacionada básicamente con la toxicidad potencial, la cual se debe a la presencia de elementos dañinos, que en su mayoría son metales o elementos no metálicos de frontera.

RESIDUOS DEL TRATAMIENTO DEL MINERAL Flotación Proceso que genera lodos residuales (relaves), constituido por una suspensión acuosa de la mena triturada y tratada, a la que se le ha extraído el componente mineral de interés mediante un proceso de flotación diferencial. Contiene también los residuos de los reactivos empleados en el proceso de tratamiento. 

Relaves: Son los residuos que están compuestos por una suspensión fina de sólidos (mezcla de 50% en peso de sólidos y 50% de agua), constituidos fundamentalmente por el mismo material presente in-situ en el yacimiento, al cual se le ha extraído la fracción con mineral valioso. Los relaves son conducidos en forma de pulpa hacia los depósitos llamados tranque de relaves, los que están diseñados para permitir la decantación de los sólidos en suspensión, y dependiendo de la faena, se puede recircular la fase líquida (aguas sobre nadantes) al proceso o descartarla, ya sea a través de evaporación, evapotranspiración, descarte a cursos de agua o infiltración.

Lixiviación Va a generar residuos constituidos por la MENA triturada y tratada, a la que se le ha extraído el componente de interés mediante disolución con un agente lixiviante, que puede ser ácido sulfúrico (en el caso del Cu) o cianuro sódico (en el caso del Au y Ag).



Ripios: En este proceso el mineral chancado, con un tamaño aproximado de un cuarto de pulgada, se dispone formando un pila a la cual se le hace pasar un fluido lixiviante durante un período de tiempo definido, (ácido sulfúrico en el caso de minerales de cobre y cianuro en el caso del oro), el cual solubiliza el metal de interés contenido en la pila. Una vez extraído el metal valioso, el mineral "agotado" que queda recibe el nombre de ripio de lixiviación o de cianuración.

Los ripios pueden ser compactados y sobre ellos construirse una nueva pila o bien pueden ser removidos y dispuestos finalmente en otro sitio. Para la depositación de los ripios de lixiviación se utilizan normalmente sitios preparados e impermeabilizados, con el objeto de evitar el escurrimiento ácidas.

Estos

de

soluciones

residuos

generalmente

masivos

mineros

provenientes de las operaciones de extracción, beneficio o procesamiento de minerales son considerados no peligrosos.

Residuos mineros (Considerados peligrosos) 

Emulsión estabilizada: residuos generados en el proceso extracción por solventes en la interface acuosa y orgánica. Estos sólidos generalmente se disponen en el botadero de estéril, o se depositan sobre las pilas de ripios.



Descarte de refino: las soluciones que se vuelven ricas en otros iones distintos a los de interés (cobre). En algunas faenas se utilizan piscinas de evaporación y los sólidos generados se disponen. En otras, se utiliza el sistema de pila - riñón para la purificación del refino, retornándose éste al proceso.

La contaminación de suelos, aguas superficiales y subterráneas, viene a menudo determinada por la generación de aguas ácidas que frecuentemente se produce en explotaciones metálicas y en la minería del carbón. Las aguas ácidas se originan por la oxidación espontánea de piritas y otros sulfuros asociados a ellas. Este hecho es característico de las explotaciones de menas metálicas, carbones, uranio y en general, de cualquier explotación cuyas escombreras sean ricas en sulfuros. . El resultado puede ser una

degradación extrema del ecosistema acuícola o la imposibilidad de uso de las aguas para abastecimiento, no solo urbano sino incluso industrial, dado el carácter corrosivo que presentan sobre estructuras metálicas y de hormigón.

PREVENCION DE LA CONTAMINACION DE AGUAS Las técnicas de prevención tratan de evitar que se den las condiciones que propician la oxidación de los sulfuros, lo cual se consigue básicamente por tres posibles vías:

Barreras aislantes •Entre las primeras cabe citar la revegetación de terrenos y las barreras frente al agua y el oxígeno. Las barreras frente al agua pasan por la impermeabilización de la superficie y los taludes de las escombreras. Normalmente es necesario además regularizar las pen‐ dientes para disminuir la erosión. La inmersión de los residuos bajo lámina de agua tiene por objeto aislar a los sulfuros del contacto con el oxígeno atmosférico y para conseguir tal fin, se precisa que no exista renovación (flujo) de las aguas en contacto con los residuos.

Métodos químicos •Entre los métodos químicos para combatir la generación de aguas ácidas destacan la adición alcalina y la adición de fosfatos. El efecto de la adición alcalina es triple; por una parte, se consigue en mayor o menor medida la neutralización de las aguas ácidas producidas. Por otra parte, las bacterias que oxidan el hierro precisan de un ambiente ácido para desarrollar su función.

Inhibición bacteriana •En esencia se trata de inhibir la actividad de la bacteria Thiobacillus ferrooxidans, responsable en gran medida del proceso de generación de aguas ácidas. Esta inhibición se aborda mediante la aplicación a la masa de residuos de surfactantes aniónicos o ácidos orgánicos.

MANEJO DE RESIDUOS (PREVENCION Y REDUCCION GENERAL) Disposición final: en instalaciones autorizadas, o sea rellenos sanitarios para residuos domiciliarios y rellenos de seguridad para residuos peligrosos. La disposición final consiste en el confinamiento definitivo de los residuos en un lugar determinado. Para el caso de los residuos domiciliarios y asimilables aplican los rellenos sanitarios, para los residuos peligrosos los depósitos o rellenos de seguridad. Para los residuos inertes una opción son los antiguos pozos de extracción de áridos para así recuperar estos terrenos y aumentar la vida útil de los rellenos sanitarios. Residuos Masivos Mineros En el caso de los estériles o lastre, que son los residuos de descarte generados en los procesos de extracción, éstos están constituidos básicamente por las mismas materias aprovechadas en los

procesos mineros, y las prácticas actuales de manejo y disposición final no alteran significativamente su entorno al ser dispuestas en las cercanías de los lugares de obtención. En el caso de los relaves, escorias y ripios, que son residuos generados en procesos de beneficio, tienen algunas opciones de minimización, como son:  Reutilización: Estos residuos se consideran en algunos casos como reservas de minerales, para un uso futuro.  Recuperación y Reciclaje: Las escorias tienen concentraciones de cobre que eventualmente podrían ser recuperadas y recicladas. Residuos Industriales Aparte de los residuos sólidos masivos, se producen otros residuos mineros en los procesos de obtención, como los de captación de emisiones al aire, barros arseniacales, borras plomadas, residuos del proceso de extracción por solventes y otros. Sobre estos tipos de residuos existen algunas prácticas de minimización, tales como:  Recuperación: De los barros arseniacales se recuperan los metales provenientes del tratamiento de purificación del electrolito (proceso de electrodepositación), como son: cobre, arsénico, plomo, cadmio y bismuto, entre otros. Otro tipo de residuo con posibilidades de recuperación es el obtenido en la captación de emisiones producida durante las etapas de fusión y conversión. Estos residuos que contienen cobre, arsénico y plomo, entre otros, se captan en una etapa de depuración seca, (filtros de manga, cámaras de decantación y/o precipitadores electrostáticos) antes de que el gas sea tratado en una planta de ácido sulfúrico.

TRATAMIENTO PARA LA RECUPERACIÓN Y REMOCIÓN DE METALES Los metales disueltos en las aguas mineras provenientes de drenajes ácidos de mina requieren removerse para cumplir así con las regulaciones. Existen procesos que remueven metales hasta alcanzar límites de descarga ultra-bajos, recuperan metales de considerable valor como un producto concentrado de grado comercial, reducen/eliminan la producción de lodos de desecho y reducen los costos de vida del tratamiento de aguas. Algunos de estos métodos se describen a continuación: BioSulphide & ChemSulphide El proceso funciona mediante la adición del súlfuro a las aguas residuales bajo condiciones controladas para precipitar el metal deseado, formando súlfuros metálicos sólidos de alta pureza, los

que fácilmente se separan por decantación/filtración para su venta o disposición. El agua puede ser descargada de manera segura para el medioambiente o ser reutilizada en el sitio. La recuperación de los metales disueltos como un concentrado comercial, minimiza o elimina la producción de lodos residuales. Met-IX Se aplica intercambio iónico selectivo para el tratamiento de aguas residuales que contienen niveles muy bajos de metales disueltos. El proceso de Met-IX utiliza resinas selectivas para el metal a separar, removiéndolo de las aguas residuales y produciendo un regenerante concentrado. A menudo se combina ChemSulphide® con Met-IX ™ para tratar las corrientes de regenerante y así recuperar los metales disueltos como un subproducto sólido de calidad comercial. Luego de la remoción del metal, el agua es segura para ser descargada. No se producen lodos residuales en este proceso.

TRATAMIENTO PARA REMOCIÓN DE SULFATO El sulfato es un subproducto común de las actividades hidrometalúrgicas. Tanto el carbón, así como la mayoría de los metales que se recuperan desde los yacimientos mineros, contienen minerales en base a azufre que son oxidados al sulfato cuando se exponen al aire. Existen tecnologías que eliminan selectivamente el sulfato sin producir salmueras líquidas y recuperan > 95% del agua. Se mencionan a continuación algunas de ellas. Sulf-IX y Sulf-IXC Tecnologías basadas en intercambio iónico, utilizan resinas para eliminar selectivamente sulfato y dureza de las aguas de proceso, produciendo un agua tratada que cumple con los límites de descarga de sulfato y yeso sólido como subproducto. Todas las reacciones de intercambio iónico tienen lugar en reactores de lecho fluidizado que trabajan a velocidades que permiten la precipitación yeso sin la formación de incrustaciones en cada resina esférica. El agua que se pierde en este proceso es sólo la contenida en el yeso por impregnación, por lo que estas tecnologías pueden mejorar la eficiencia del uso del agua en aplicaciones tales como torres de enfriamiento mediante la eliminación de sulfatos, permitiendo una mayor recirculación y reutilización del agua.

CONTROL DE RESIDUOS MEDIANTE TÉCNICAS DE NEUTRALIZACIÓN

I.

Proceso de tratamiento de neutralización y adsorción de efluentes minero-metalúrgicos y aguas de minas con dolomita sin tratar y tratada (patente creada por chavez Silvana luzmilla flores con numero de publicación WO 2014031014-A2)

Se refiere a la remoción y estabilización de metales pesados que forman sulfuras insolubles tales como: cobre (Cu), zinc (Zn), plomo (Pb), antimonio (Sb), silicio(Si), hierro (Fe), bismuto (Bi), selenio (Se) y/o mercurio (Hg), Arsénico (As); es decir, principalmente metales pesados, desde efluentes metalúrgicos provenientes de procesos metalúrgicos de flotación y lixiviación con alto contenido de cobre, plomo, zinc, y otros metales pesados (preferentemente entre 1 a 100000 ppm) la dolomita tratada o sin tratar se comporta como un efectivo agente remediante debido a las propiedades fisicoquímicas que le confieren sus componentes derivados de Óxido de calcio (CaO), Óxido de magnesio (MgO) e Hidróxido de magnesio (Mg(OH)2), los cuales permiten los procesos simultáneos de la neutralización de la acidez de aguas ácidas, así como la adsorción de iones metálicos disueltos en las aguas ácidas. Es por ello, que constituye un proceso de tecnología de limpieza como una alternativa de solución en la remediación de efluentes metalúrgicos con el empleo de la dolomita tratada mediante la aplicación de diferentes cantidades de dolomita (cuyo valor de pureza está en el rango de 80-99.9%, y con respecto a los componentes de calcio y magnesio y sílice son: Óxido de Calcio (CaO): 20-40%, Óxido de Magnesio (MgO): 15-30%, sílice (SiO2): 1 -5% la dolomita logra reducir las concentraciones de iones de metales pesados generadores de acidez, los cuales se encuentran disueltos en los efluentes metalúrgicos de flotación, lixiviación y aguas de mina. La reducción de la concentración de los metales disueltos en los efluentes metalúrgicos de flotación, lixiviación y aguas de mina viene precedida de las etapas de neutralización con el mineral previamente mencionado y la adsorción de estos metales pesados disueltos, cuyos valores se reducen notablemente llegando a valores por debajo de los estándares de calidad de agua, que exigen a través de los límites máximos permisibles, según la Ley General de Aguas, Clase III, el cual es destinado para agua de riego para agricultura.

II.

Proceso de neutralización de aguas tipo residuales tipo minero metalúrgicas mediante el proceso convencional de tratamiento de aguas residuales (en general)

El Proceso de Tratamiento de Agua Residual tiene que ser barato, simple y eficiente debido a su costo que es visto como un costo extra de producción. Más tiene que ser un sitio específico debido á las variaciones en los volúmenes de corrientes, tipo de metales pesados y límites de descarga para el agua (variando de país a país y en el interior de los países también). El Método Convencional para la eliminación de metales pesados ha sido precipitación- sedimentación seguido por el espesamiento ó filtración del lodo. Aproximadamente 75% de las Industrias de Zinc Plateado en los Estados Unidos, por ejemplo, tratan su efluente por precipitación. La adición de una base es esencial para formar el hidróxido.

El reactivo más común usado para este propósito, ha sido caliza molida ó soda cáustica. se suma, a estos, floculantes poliméricos que son frecuentemente agregados para asistir etapas de separación sólido/líquido.

El Método de Precipitación del Hidróxido, desde un Punto de Vista Técnico, presenta ciertas limitaciones:  

La formación de Hidróxido de Metal es inefectivo en Efluentes Metalíferos Diluidos. El Precipitado de Hidróxido tiende a re-disolver, dependiendo del metal, según la siguiente reacción: M(OH)n + mOH('' = M(OH)(n+m) m.



Mínima Solubilidad de Hidróxidos es diferente para metales diferentes. Por ejemplo, la solubilidad mínima para el Hidróxido Cúprico ocurre en un valor de pH aproximado a 9.5, mientras que para el Hidróxido de Cadmio ocurre a un pH aproximado de 11.



Precipitación de metales que llega a ser incompleta cuando los agentes acomplejantes están presentes. Volúmenes de lodo formado son demasiado amplios y con un alto contenido de agua. La Filtración puede ser difícil debido a la fina naturaleza de los precipitados.

 

Los esfuerzos realizados en cuanto investigación son hechos para desarrollar y aplicar lo más eficiente y limpiamente las tecnologías para la eliminación de los metales pesados producidos en la Industria Minera. En este sentido, las Tecnologías de Tratamiento del agua residual desarrolladas por las Industrias química, Petróleo, Electro-plateado, etc. están siendo ahora aplicadas a los residuos de Industrias Mineras. Las neutralizaciones de los procesos previamente mencionados Se basan, en la adición de sustancias alcalinas, generalmente cal, cal hidratada, caliza triturada, sosa cáustica, carbonato sódico o amoniaco, con el fin de conseguir la neutralización del ácido y alcanzar las condiciones adecuadas para la precipitación de los metales pesados. Estos metales precipitan como hidróxidos insolubles en un intervalo de pH que suele estar comprendido entre 8,5 a 10. El hierro ferroso se convierte en hidróxido ferroso a pH superior a 8,5 y el manganeso se transforma en insoluble cuando el pH es superior a 9,5. El aluminio precipita en el agua a un pH de 5,5 pero se vuelve otra vez soluble a pH superior a 8,5. Por estas razones, dependiendo de la clase de metales y su concentración en las aguas ácidas se elegirá el método de tratamiento químico más apropiado y a su vez los reactivos de neutralización más óptimos si es que se desea llevar el tratamiento por este proceso. En muchas instalaciones, se suele trabajar elevando el pH hasta aproximadamente 9 en términos medios, pues en condiciones de mayor basicidad también aumenta la solubilidad del plomo y el zinc. A continuación, mostrare una tabla de reactivos más usados para la precipitación de metales pesados con sus ventajas y sus inconvenientes.

3.4 RESIDUOS DE LA PIROMETALURGIA De los distintos procesos utilizados en la pirometalurgia para la obtención de metal, surgen distintos residuos los cuales son: Escorias finales 

Con contenidos metálicos residuales, sulfatos, sulfuros; potencial para dibenzo-dioxinas y dibenzo-furanos policlorados en método clorante ( procedimiento de calcinación alcalina del cobre)

Gases de escape   

Polvo primario del material de alimentación Polvo de metales volátiles, p. ej., de plomo, estaño, y sus compuestos. Sustancias gaseosas como SO2, HCl, HF, CO, CO2

Agua residual 

De circuitos de refrigeración y de lavados de gas de escape

Desprendimientos de horno 

Con contenido de arsénico, plomo, cadmio, mercurio y cianuros

Polvos de humo

TRATAMIENTOS UTILIZADOS PARA LOS RESIDUOS Existen varios procesos para realizar el tratamiento de residuos obtenidos de la pirometalurgia los cuales son: Tratamiento SO2 Eliminación por lavado del gas de escape seguido de neutralización. Las concentraciones de SO2 superiores al 3,5 % en el gas sirven para la fabricación de ácido sulfúrico. Procedimientos de purificación del gas de escape por vía química húmeda para concentraciones de SO2 más bajas. A través de las chimeneas del gas de escape sólo deben expulsarse concentraciones de SO2 y cantidades totales limitadas.

Tratamiento nieblas aceitosas Si en los gases de escape de hornos de cuba existen nieblas aceitosas por causa del material de alimentación, los gases de escape deben someterse a una recombustión térmica.

Tratamiento de escorias finales y desprendimiento del horno Las escorias y el desprendimiento del horno deben almacenarse en un vertedero único especialmente protegido, ya que debido a lixiviación y a los agentes atmosféricos pueden quedar libres sustancias peligrosas para el agua. Tratamiento de aguas residuales El agua residual procedente de lavados del gas de escape y de la granulación de escorias está cargada de metales pesados. Para disminuir la carga contaminante se recurre, a la reducción del caudal de agua residual por recirculación, el aprovechamiento múltiple del agua residual tratada y la separación de aguas residuales necesitadas y no necesitadas de tratamiento. En la descarga del agua residual con compuestos metálicos tóxicos para el ser humano y para el sistema ecológico, han de imponerse exigencias extremadamente altas. El tratamiento del agua residual según el estado actual de la técnica se basa, en intercambiadores de iones selectivos, microfiltraciones, ósmosis inversa, procedimientos térmicos para la concentración, etc. Las técnicas modernas, como, reactor de ciclones y llama y la fusión en suspensión, consiguen una disminución considerable del gas de escape y de la emisión agrupando varias etapas de proceso. Tratamiento de polvos Despolvamiento de los gases de escape normalmente en instalaciones de filtración en seco El grado al que puede llegar el despolvamiento es hasta 99,9 %, el cual depende del contenido de sólido y/o contaminante permisible. También en fundiciones de plomo se puede separar el polvo con filtros textiles.

BIBLIOGRAFÍA [1] https://es.slideshare.net/elpumarebel/manual-para-los-residuos [2] https://prezi.com/tweu-jxdlsuo/tratamiento-de-residuos-pirometalurgicos/ [3] http://www.uhu.es/emilio.romero/docencia/Residuos%20Mineros.pdf [4]http://biblioteca.unmsm.edu.pe/redlieds/Recursos/archivos/MineriaDesarrolloSostenible/Producci onLimpia/ampl_residuos_solidos.pdf [5] http://www2.inecc.gob.mx/publicaciones2/libros/35/los_residuos.html [6] https://www.bqewater.com/es/soluciones-tecnologicas/metales/