Potencial ácido

11.
POTENCIAL DE CONTAMINACIÓN ÁCIDA DETERMINADO EN MUESTRAS
DE CUATRO DIFERENTES MINAS.
Luciano Juárez García
Tutora: Dra. Rosa Elva Rivera Santillán
Departamento de Ingeniería Metalúrgica
INTRODUCCIÓN
Una causa de contaminación de aguas y suelos es el llamado drenaje ácido de mina,
producida a partir de minerales residuales y en el interior de los jales. La problemática se inicia
cuando se encuentran los tres principales agentes causantes; aire, agua y bacterias ferrooxidantes.
Las bacterias atacan a la pirita contenida en un relave o en desechos de la minería y la oxidan,
generando ácido y sulfato ferroso. El ion ferroso puede seguir siendo oxidado por las bacterias,
para producir el ion férrico. Este último ion disuelve diferentes metales encontrables en el
mineral, colas, jales, etc. La acción concertada del aire, agua y bacterias no se detiene
espontáneamente.
En los Estados Unidos, el drenaje ácido y otros tóxicos de las minas abandonadas han
contaminado 180 mil acres de reservas y lagos y 120 millas de arroyos y ríos. Se ha estimado que
limpiar estas aguas contaminadas costaría a los ciudadanos entre 32 y 72 billones de dólares
tomados de sus impuestos.
En Bolivia las aguas del Río La Ribera, Molino y Tarapaya se utilizan para irrigar los
cultivos, ahí se han reportado altos valores de mortandad de sementeras. Esto se atribuye a la alta
concentración de cobre, zinc, cadmio y manganeso provenientes de los drenajes ácidos de las
minas, los cuales destruyen la raíz y secan a la planta. A la par merman la salud de los animales
generándoles deformaciones en las piernas, diarrea y dermapatías. Los efectos en salud no
pueden ser pasados por alto. Especialmente los niños son afectados por irritaciones de piel y
sangrados al exponerse al agua. Casos de enfermedades estomacales y diarrea también han sido
reportados (Hinojosa y Rosales). La contaminación se traduce en la imposibilidad de realizar las
actividades productivas tradicionales, causando pobreza, forzando a muchas personas a
abandonar sus tierras y emigrar hacia los departamentos de Santa Cruz y Cochabamba.
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Por ello urge implementar proyectos de combate a las descargas ácidas en los cuerpos de
la agua dulce. Resultando evidente que todo trabajo destinado al estudio de los mecanismos de
drenajes ácidos y su caracterización es importante.
DESARROLLO DE PRUEBAS DE POTENCIAL DE ACIDEZ
Se han recolectado para el presente trabajo muestras de jales de cuatro diferentes minas:
Cata en Guanajuato, Velardeña en Durango, Charcas en San Luis Potosí y Tizapa en el Estado de
México. Las cuales se trataron conforme al Water & Wastewater Examination Manual. Se
sometieron a pruebas estáticas para predecir la calidad del drenaje comparando el potencial
máximo de la producción de ácido de la muestra (AP) con su potencial máximo de la
neutralización (NP). Ocurriendo diversos métodos para este objetivo. El potencial neto de la
neutralización (NNP) es determinado restando el AP del NP (NNP = NP—AP).
Si la diferencia entre NP y el AP es negativa entonces el potencial existe para que la
basura forme el ácido. Si es positivo entonces puede haber riesgo bajo. La predicción del
potencial ácido cuando el NNP está entre —20 y 20 es difícil de evaluar. El potencial ácido en
forma de prueba estática fue desarrollado en 1974, a partir del contenido total del sulfuro como
sigue:
31.25 * % S = AP
La evaluación se centra en la cuantificación del sulfuro como generador de ácido y la
basicidad de la muestra. Para ello Enviromental Protection Agency de Estados Unidos emitió el
Método 310 para cuantificar la basicidad de las aguas residuales. Asimismo American Public
Health Association, American Water Works Association y Water Environment Federation de
E.E.U.U. trabajaron juntas para emitir la norma 4500—S2— dedicada al estudio de los sulfuros,
pero no siempre se obtienen resultados satisfactorios. Por estas razones se ha desarrollado el
Método RERS—XOCHIQUETZALLI el cual arroja mejores resultados.
Si bien los criterios para determinar el AP omiten tomar en cuenta los sulfatos y el ion
ferroso, en el presente trabajo se ha realizado la valoración de los mismos según las normas
4500—SO4 2— E y 3500—Fe D; ambas de las agencias colaboradoras.
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Las agencias colaboradores en su norma 3030 y la E.P.A. sugieren la digestión ácida
previa al estudio de las muestras, por su parte A. Tessier propone un ataque químico en diferentes
pasos, separando las especies químicas de interés. En este trabajo se adopta el criterio recién
citado, consecuentemente los lixiviados obtenidos sucesivamente se denominan A, B y C.
RESULTADOS
Concentración de sulfatos en partes por millón de medio acuoso
Lugar de Origen
Lixiviado A
Lixiviado B
Lixiviado C
Total
Cata, Guanajuato
0
981.0183
10615.589
11596.6073
Velardeña, Durango
2579.628618
297.34207
12862.601
15739.571688
Tizapa, Edo. Méx.
7488.164356
912.56748
16771.745
25172.476836
Charcas, S. L. P.
1049.126163
197.61069
11930.775
13177.511853
Contenido en partes por millón de sulfuros de diversas muestras, método RERS—
XOCHIQUETZALLI
Origen
Velardeña, Dgo.
Tizapa, Edo. Méx.
Charcas, S.L.P.
Cata, Gto.
Lixiviado A
6.9636045
16.736705
8.999984
18.826623
Lixiviado B
79.39324
77.247495
79.193888
120.21896
Lixiviado C
78.645204
57.760699
81.532643
73.927314
Total
165.0020485
151.744899
169.726515
212.972897
Basicidad—NP conforme al método 310 de la E.P.A.
Origen
Gto.
Edo.
Méx.
S.L.P.
Dgo.
Inicial º C mL para mL para F
pH
pH 8.3 pH 4.5
5.09 24.4
0
10.93
0
5.09 23.2
0
10.50
0
7.19
6.06
22.8
19.9
0
0
19.25
17.87
0
0
T
1679.84
1617.10
CO3 2—
mg/L
971.61
935.18
2957.71 1710.01
2754.10 1587.33
CO3 2— mg/L Final
Sin Dilución
pH
19419.57
4.5
18693.66
4.5
34190.80
31733.33
4.5
4.5
F = Alcalinidad a la Fenolftaleína
T = Alcalinidad Total
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A pesar de no ser exigidas por el método 310 de E.P.A., se presentan a continuación las
curvas de titulación respectivas.
Concentración en p.p.m. de Fe 2+.
Origen
Velardeña, Dgo.
Tizapa, Edo. Méx.
Charcas, S.L.P.
Cata, Guanajuato
Lixiviado A
0
1.503860626
5.127334522
0.690411106
Lixiviado B
1.651262107
310.05709
44.81477915
316.2390683
Lixiviado C
1473.234701
332.7502103
309.4239725
555.288595
Tomando los datos de partes por millón de sulfuro, multiplicándolos por el factor
mencionado para determinar AP y considerando los valores de alcalinidad obtenidos se puede
llegar a la siguiente tabla.
Potencial de acidez de cuatro diferentes muestras de jales
Origen
Velardeña, Dgo.
Tizapa, Edo. Méx.
Charcas, S.L.P.
Cata, Guanajuato
S2— p.p.m.
AP p.p.m.
165.0020485 5156.314015625
151.744899 4742.02809375
169.726515 5303.95359375
212.972897 6655.40303125
NP p.p.m.
31733.33
18693.66
34190.80
19419.57
NNP p.p.m.
26577.02
13951.63
28886.85
12764.17
Potencial de acidez de cuatro diferentes muestras de jales
(Considerando sulfatos y sulfuros)
Origen
S2— y SO4 2— p.p.m.
Velardeña, Dgo.
15904.57
Tizapa, Edo. Méx.
25324.22
Charcas, S.L.P.
13347.24
Cata, Guanajuato
11809.58
AP p.p.m.
497017.81
791381.88
417101.25
369049.38
NP p.p.m.
31733.33
18693.66
34190.80
19419.57
NNP p.p.m.
—465284.48
—772688.22
—382910.45
—349629.81
Como se observa, los criterios mencionados presentan el grave defecto de contabilizar
únicamente la formación del sulfuro como generador del drenaje ácido. De sólo considerar al ion
sulfuro ninguna de las muestras tiene potencial de generar drenaje ácido por neutralizarse
automáticamente, lo cual es completamente falso; ya que todo valor de pH inicial de la muestra
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se puede considerar ácido. Por ende ninguno de los criterios mencionados se puede considerar
adecuado para evaluar correctamente el potencial de contaminación ácido por jales de mina,
como lo revela el registro de pH inicial para la determinación de NP, por ende debe considerarse
también a la base conjugada del ácido sulfúrico.
Otro defecto para determinar el valor del NP radica en el uso de ácido fuerte hirviente
para evaluar la cantidad de bases fuertes, tal y como la propia doctrina lo reconoce, pueden de
antemano disolver las bases disponibles, luego se adoptan las sugestiones de A. Tessier.
Un punto interesante; un primer ataque químico no libera el máximo potencial de
generadores de ácido, sino hasta el tercero. Se puede asumir razonablemente, que si bien en el
primer impacto químico puede genera las condiciones de pH adecuadas para que las bacterias
ferrooxidantes se encuentren en actitud de intervenir. Desde luego en el presente caso se reconoce
que no se han trabajado con bacterias ferrooxidantes.
Tampoco se ha tomado en consideración para determinar el potencial de contaminación
del drenaje ácido de mina, el hierro en solución ni el factor bacteria y otros microorganismos en
el problema. Al cierra del trabajo prosigue la investigación en este sentido.
CONCLUSIONES
El criterio de cuantificación del sulfuro como único generador de acidez resulta erróneo.
Una postura interesante, compatible con los valores iniciales de pH de las muestras es
considerar al SO4 2— como participante en el potencial ácido de los jales.
De sulfato concentración es suficiente para apreciar el grado máximo de contaminación;
las cantidades de ion ferroso disponibles son elevadas, por lo mismo debe tomarse en cuenta en
el fenómeno por su facilidad de incorporar a la solución los metales pesados.
Ninguno de los criterios mencionados en el presente trabajo ha tomado en cuenta el factor
bacteria e interacción de otros organismos en el problema.
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BIBLIOGRAFÍA
EL AGUA SUBTERRÁNEA EN EL MEDIO AMBIENTE MINERO Y SU
IMPORTANCIA EN LOS PLANES DE CIERRE, Jorge A. Tovar Pacheco, Revista Minería,
Instituto de Ingenieros de Minas del Perú, Año 2003, Número 310, julio.
M. A. ARMIENTA, V. ZAMORA, F. JUÁREZ, Manual para el Análisis Químico de
Aguas Naturales, en el Campo y en el Laboratorio, de la Serie Docencia y Divulgación Número
4, por el Instituto de Geofísica dependiente de la Universidad Nacional Autónoma de México, 2ª
Reimpresión, Marzo de 1996.
DEAM ADAMS, V., Water & Wastewater Examination Manual, Lewis Publishers,
Chelsea, Estados Unidos, segunda edición, 1991, 247 p.p.
SEQUENTIAL
EXTRACTION
PROCEDURE
FOR
DE
SPECIATION
OF
PARTICULATE TRACE METALS, A. Tessier, P.G.C. Campbell y M. Bisson de la Universidad
de Québec, Canadá, publicado en Analytical Chemistra, Volumen 51, número 7, junio de 1979,
páginas 844 a 851
STANDARD
METHODS
FOR
THE
EXAMINATIOS
OF
WATER
AND
WASTEWATER, American Public Health Association, American Water Works Association y
Water Environment Federation, Washington, Estados Unidos, decimoctava edición, 1992.
(NOTA.—La edición en Español de este texto es infiel con él mismo).
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