presentación

Precipitación con sulfuro y
Separación con FAD
Mayo 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)
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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
Efluente Planta de Acido
Especie
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Concentración
[mg/L]
Aguas Minas
Especie
Concentración
[mg/L]
Sulfato
7,000 – 200,000
Arsénico
200 – 20,000
Sulfato
2,000 – 10,000
Cobre
125 – 2,000
Cobre
500 – 2,500
Aluminio
10 – 40
Aluminio
220 – 1,100
Hierro
50 – 90
Hierro
80 – 400
Plomo
5 – 335
Cadmio
1 – 90
Zinc
9 – 1,300
Selenio
2–8
Marco
Regulatorio
peruano
Normativas aplicables
• Ley N 28611, Ley General del Ambiente
• D.S. 010-2010-MINAM
• D.S. 002-2008-MINAM
ECA
Operaciones
Antiguas
LMP
Operaciones
Nuevas
PIA
EIA
LMP
LMP: Límite Máximo Permisible
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ECA: Estándar de Calidad Ambiental
PIA: Plan Integral de Adecuación
EIA: Evaluación de Impacto Ambiental
ECA
LMP Minería
(DS N 010-2010-MINAM y DS 011-2011-MINAM)
•
•
•
•
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3.5 Límite en cualquier momento.- Valor del parámetro que no debe ser
excedido en ningún momento.
3.6 Límite promedio anual.- Valor del parámetro que no debe ser excedido
por el promedio aritmético de todos los resultados de los monitoreos
realizados durante los últimos doce meses previos a la fecha de referencia,
de conformidad con el Protocolo de Monitoreo de Aguas y Efluentes y el
Programa de Monitoreo.
Plazo máximo adecuación a nuevos LMP:
22 Agosto 2010: para actividades cuyos estudios sean presentados
posterior a la fecha de entrada en vigencia del decreto supremo:
23 Abril 2011: para actividades que hayan presentado el estudio con
anterioridad 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
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Categoría 3
Plan Integral de Adecuación
Plazo de presentación 30/ago/2012
RM 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).
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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 cal
•
•
•
•
•
•
•
Ventajas
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
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•
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.
Aplicación industrial
Caso Real:
Planta de Tratamiento de Efluentes en Fundición y Refinería
•
•
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
Alimentación
Efluente
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
84
≤2
Parámetro
Níquel [mg/L]
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pH *
≤5
Selenio [mg/L]
400
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6 ≤ pH ≤ 9
≤ 0,01
Flotación por Aire
Disuelto (FAD)
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Características
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•
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
•
•
•
•
•
•
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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)
b)
c)
Constrictor de flujo
a) Saturación
b) Coagulación / Floculación
c) Zona de contacto
d) Zona Separación S/L
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a)
d)
Saturación
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•
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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.
Coagulación /
Floculación
•
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•
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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.
Zona de
Contacto
•
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•
Constrictor de flujo tipo Venturi
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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.
Zona de
Separación
Sólidos/Líquidos
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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.
Pruebas Laboratorio / Piloto
FAD
De modo de corroborar la aplicabilidad de la tecnología, se pueden realizar ensayos a nivel
de laboratorio y/o piloto.
Sistema FAD de laboratorio
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Equipo FAD Piloto
Ejemplo Aplicación Industrial
Minera
Los Pelambres
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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
Minera
Doña Inés de
Collahuasi
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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.
Ejemplo Aplicación Industrial
Minera
Esperanza
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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.
Nuevos
Desarrollos
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Reducción de Sulfatos bajo 100 mg/L
(requerimiento futuro en Perú)
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•
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
•
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•
•
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WAE
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.
S=
Stage
1
pH 0,5
As2S3, MmSs
Hazardous waste
Lime
L
S
Stage
2
pH 3
Gypsum
Non hazardous waste
Barium salt
others
L
S
Stage
3
pH 7
L
Reducción de producción de sólido peligroso
(> 90%)
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S
Cooling water
BaSO4 and others
Non hazardous waste
Imagine the result
ARCADIS Perú SAC
Jr Monte Rosa 240, Of 603
Santiago de Surco
+511 652-2465
www.arcadis.pe
[email protected]
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