Precipitación con sulfuro y Separación con FAD Mayo 2012 Imagine the result 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 2 4 May 2012 © 2009 ARCADIS 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) IMAGE 3 of 22 4 May 2012 © 2009 ARCADIS 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 4 4 May 2012 © 2009 ARCADIS 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 5 4 May 2012 © 2009 ARCADIS 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) • • • • IMAGE 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: 6 of 22 4 May 2012 © 2009 ARCADIS 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 IMAGE 7 of 22 4 May 2012 © 2009 ARCADIS 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). 8 4 May 2012 © 2009 ARCADIS 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 9 4 May 2012 © 2009 ARCADIS Tecnología de Tratamiento de Efluentes Mediante Precipitación con Sulfuros 10 4 May 2012 © 2009 ARCADIS 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. Imagine the result 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. Imagine the result Pruebas de Laboratorio 13 4 May 2012 © 2009 ARCADIS • 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] 14 4 May 2012 pH * ≤5 Selenio [mg/L] 400 © 2009 ARCADIS 6 ≤ pH ≤ 9 ≤ 0,01 Flotación por Aire Disuelto (FAD) 15 4 May 2012 © 2009 ARCADIS Características 16 • 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. 4 May 2012 © 2009 ARCADIS FAD vs Sedimentación • • • • • • 17 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. 4 May 2012 © 2009 ARCADIS 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 18 4 May 2012 © 2009 ARCADIS a) d) Saturación • • • • 19 4 May 2012 © 2009 ARCADIS 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 • • • 20 4 May 2012 © 2009 ARCADIS 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 • • • • Constrictor de flujo tipo Venturi 21 4 May 2012 © 2009 ARCADIS 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 • • • • • 22 4 May 2012 © 2009 ARCADIS 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 23 4 May 2012 © 2009 ARCADIS Equipo FAD Piloto Ejemplo Aplicación Industrial Minera Los Pelambres • • • 24 4 May 2012 © 2009 ARCADIS 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 • • • 25 4 May 2012 © 2009 ARCADIS 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 • • • • 26 4 May 2012 © 2009 ARCADIS 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 27 4 May 2012 © 2009 ARCADIS Reducción de Sulfatos bajo 100 mg/L (requerimiento futuro en Perú) 28 • 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. 4 May 2012 © 2009 ARCADIS Producción de yeso no peligroso • • • • 29 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%) 4 May 2012 © 2009 ARCADIS 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 info@arcadis.pe 30 4 May 2012 © 2009 ARCADIS