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TRATAMIENTO PASIVO
DE DRENAJES ACIDOS DE
MINA CON ALTAS
CONCENTRACIONES
METALICAS
Francisco Macías,
José Miguel Nieto, Carlos Ayora, Manuel Antonio Caraballo.
TRATAMIENTO PASIVO DE DRENAJES ACIDOS DE MINA CON ALTAS
CONCENTRACIONES METALICAS
• Impacto ambiental AMD
• Tratamiento AMD
• Sistemas Pasivos Convencionales
• Motivación
• Sistema DAS
• Resultados Sistema DAS-calizo a escala real
Impacto ambiental AMD
Breve Introducción AMD
“Formación y movimiento de aguas altamente acidificadas y ricas en metales pesados. Las
cuales son muy tóxicas, y cuando se mezclan con aguas subterráneas, superficiales y/o
suelos pueden causar efectos perjudiciales a humanos, animales y plantas” . [US EPA]
Importancia AMD
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Keyword
2014
2015
Mine water
194078
205584
AMD
50273
53595
Acid mine drainage
16803
18399
Mine water
71141
82649
469
516
Acid mine drainage
42998
49598
Mine water
21167
22714
AMD
14476
16020
Acid mine drainage
4862
5231
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Acid mine drainage
947000
Importancia: científica, económica, ambiental, social, salud…
Importancia AMD
19300 km de cursos fluviales y 72000 ha de lagos y embalses afectados por AMD en USA.
1800 km de cursos fluviales en UK.
Canadá, Australia, Sudáfrica, Chile, Perú, España…y un largo etc.
MINERÍA + SULFUROS
AMD
En el 70% de las zonas mineras del mundo se genera AMD [BIOTEQ, Environmental Technologies INC.]
AMD en la Faja Pirítica Ibérica
FAJA PIRÍTICA
IBÉRICA
 50 x 400 km, de Sevilla al S de Lisboa
 Reservas originales de sulfuros > 1700 Mt
 Más de la mitad permanecen sin explotar
Anomalía local con relevancia mundial, no solo
como yacimiento sino como zona contaminada
La Faja Pirítica Ibérica (FPI) es una de las provincias de sulfuros masivos más grandes
del mundo. La intensa actividad minera se remonta al Tercer Milenio A.C.
Existen más de 100 minas abandonadas y unos 2x108 m3 de residuos.
AMD en la Faja Pirítica Ibérica
Ejemplo mundial impacto ambiental por AMD: RIO ODIEL
AMD en la Faja Pirítica Ibérica
Ejemplo mundial impacto ambiental por AMD: RIO ODIEL
AMD en la Faja Pirítica Ibérica
Ejemplo mundial impacto ambiental por AMD: RIO ODIEL
AMD en la Faja Pirítica Ibérica
Ejemplo mundial impacto ambiental por AMD: RIO ODIEL
AMD en la Faja Pirítica Ibérica
Ejemplo mundial impacto ambiental por AMD: RIO TINTO
AMD en la Faja Pirítica Ibérica
Ejemplo mundial impacto ambiental por AMD: RIO TINTO
AMD en la Faja Pirítica Ibérica
Ejemplo mundial impacto ambiental por AMD: RIO TINTO
AMD en la Faja Pirítica Ibérica
Una idea sobre la magnitud del problema de formación de AMD
en la FPI: Complejo minero de Tharsis.
Tratamiento AMD
Tratamiento AMD
PASIVO
(Sostenibilidad ecológica)
ACTIVO
(Industria convencional)
Alto coste de construcción y operación,
uso continuo de energía eléctrica y
reactivos químicos, mantenimiento
continuo.
PROCESO MUY PRECISO
Bajo coste de construcción y operación,
mantenimiento infrecuente, uso de energía
natural e integrable en el ecosistema.
POCA EXPERIENCIA, PUEDE REQUERIR
MUCHO TERRENO
Tratamiento AMD
PASIVO
(Sostenibilidad ecológica)
ACTIVO
(Industria convencional)
vs
NO ES UNA COMPETENCIA ENTRE TRATAMIENTOS!!!
ACTIVO: mina en actividad.
PASIVO: ideal para minas abandonadas o clausuradas.
Sistemas Pasivos Convencionales
Sistemas Pasivos Convencionales
WETLANDS AERÓBICOS Y ANAERÓBICOS
Agua contaminada
Plantas de
humedal
ANOXIC/OXIC LIMESTONE DRAINS (ALD/OLD)
Agua tratada
Oxidación y
sedimentación
Grava de caliza
Compost
SULFATE REDUCING BIOREACTORS (SRB)
Oxidación y
sedimentación
Capa
orgánica
REDUCING AND ALKALINITY PRODUCING SYSTEM (RAPS)
Capa
orgánica
Oxidación y
sedimentación
Grava
de caliza
PIRAMID Consortium (2003)
PASIVACIÓN: pérdida de
reactividad por
precipitación de fases
metálicas.
AMD en minería de CARBÓN
Vida muy corta en AMD con alta
acidez neta
(minería de SULFUROS MASIVOS)
COLMATACIÓN: el medio
poroso se atasca por la
precipitación de fases
metálicas
Sistemas Pasivos Convencionales
Tratamientos pasivos convencionales en AMD de minería de sulfuros:
Problemas hidráulicos
Problemas de reactividad
Caliza
Otro
reactivo +
alcalino
Motivación
Motivación
 Ubicua distribución focos AMD en la FPI
 Costes inalcanzables de tratamiento activo
 No hay tratamiento pasivo eficaz en estas condiciones
Water Framework Directive (WFD). Directiva 2000/60/EC del Parlamento Europeo.
“establece un marco de acción comunitaria en política de aguas, cuyo principal objetivo es
alcanzar una buena calidad química y ecológica en todas las aguas de la Comunidad Europea en
2015”.
Plan Hidrológico de la Demarcación Hidrográfica del Tinto-Odiel-Piedras (BOJA 216, 2011)
“se proponen 2021 y 2027 como nuevas fechas límite para cumplir con la WFD, en función de la
severidad de la contaminación. En este Plan Hidrológico, y según criterios ecológicos y
medioambientales, se propone el uso de sistemas de tratamiento pasivo (en lugar de
tecnologías activas) como la opción más factible y sostenible en las futuras estrategias de
restauración.”
Motivación
Imposibilidad de aprovechar los
recursos hídricos.
SE ESTÁ CONSTRULLENDO EL
EMBALSE DE ALCOLEA!!!
Sistema DAS
Sistema DAS: concepto
Sistema de tratamiento pasivo DAS (Dispersed Alkaline Substrate)
Sustrato Alcalino Disperso
REACTIVO ALCALINO DE GRANO FINO
(e.g. arena caliza, polvo de MgO)
MATRIZ INERTE GRUESA
(e.g. virutas de madera)
500
Conductividad hidráulica
(cm/s)
120
Superficie específica (cm
2
/g)
Relleno reactivo DAS
100
80
60
40
20
400
300
200
100
0
0
0.0
0.5
1.0
1.5
Radio de las esferas (cm)
Disminución de la pasivación
Consumo eficaz del reactivo
2.0
0.0
0.5
1.0
1.5
Diámetro efectivo d10 (cm)
Aumento de la permeabilidad
Retardo del atasco
2.0
Sistema DAS: aval científico
3 tesis doctorales:
Tobias S. Rötting. 2007. Dispersed Alkaline Substrate (DAS): A novel option
for the passive treatment of waters with high metal concentrations.
Manuel A. Caraballo. 2011. Desarrollo e implementación de sistemas de
tratamiento pasivo en drenajes ácidos de mina con elevada concentración metálica
(Monte Romero y Mina Esperanza).
Francisco Macías. 2012. Estudio mineralógico y geoquímico de la
optimización de un sistema de tratamiento pasivo de drenaje ácido de mina con alta
carga metálica.
Sistema DAS: aval científico
13 artículos en revistas de alto impacto:
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
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

Rötting et al., Environmetal Science & Technology (2006) 40, 6438-6443.
Rötting et al., Applied Geochemistry (2008) 23, 1660-1674.
Rötting et al., Journal of Environmental Quality (2008) 37 (5), 1741-1751.
Rötting et al., Environmental Science & Technology (2008) 42 (24), 9370-9377.
Caraballo et al., American Mineralogist (2009) 94 (7), 1029-1038.
Caraballo et al., Applied Geochemistry (2009) 24 (12), 2301-2311.
Caraballo et al., American Mineralogist (2011) 96 (8-9), 1270-1277.
Pérez-López et al., Environmental Science & Technology (2011) 45 (18), 7826-7833.
Caraballo et al., Environmental Pollution (2011) 159 (12), 3613-3619.
Macías et al., Journal of Environmental Management (2012) 104, 93-100.
Macías et al., Journal of Hazardous Materials (2012) 229-230, 107-114.
Macías et al., Science of the Total Environment (2012) 433, 323-330.
Ayora et al., Environmental Science and Pollution Research (2013) 20 (11), 7837-7853.
Sistema DAS: funcionamiento
0
pH
2
4
6
% Eliminado
0
50
100
Fe
Al
Caliza
Relleno reactivo DAS-calizo: arena caliza + virutas de madera
Sistema DAS: funcionamiento
Retención de: Fe(III), As, Cr, Sb, Mo.
Retención de: Al, Cu, Pb.
Y parte de Zn, Cd, Co, Ni… eficaz si
las concentraciones son bajas.
Sistema DAS: funcionamiento
6
pH
8
10 12
% Eliminado
0
50
100
Zn
Retención de: Zn, Mn, Cd, Co, Ni.
Precipitación de hidroxi-carbonatos
de Zn y Mn.
Magnesia
Relleno reactivo DAS-magnésico: polvo de MgO+ virutas de madera
Sistema DAS: funcionamiento
PRETRATAMIENTO
TRATAMIENTO PASIVO
DAS-MgO
DAS-calizo
Natural Fe-oxidizing lagoon (NFOL)
Aumenta el tiempo de residencia, la oxidación de Fe(II) por
acción de bacterias y la precipitación espontánea de
schwertmannita. Retiene hasta un 30% de Fe (80% de As).
Resultados Sistema DAS-calizo
a escala real
Resultados Sistema DAS-calizo a escala real
Planta DAS-caliza Mina Esperanza
pH: 2.1-3.3
Ac: 1750-2060
Q (L/s): 0.5-4
(mg/L)
(μg/L)
Fe
Al
Zn
Ca
Mg
Mn
Cu
570-1100
105-167
19-33
146-194
149-215
4-6
12-24
As
Cd
Co
Cr
Ni
Ti
V
357-692
66-98
468-795
22-44
152-247
6-15
84-129
Resultados Sistema DAS-calizo a escala real
Planta DAS-caliza Mina Esperanza
ME1
ME3
ME2
ME6
ME4
ME3
ME5
Resultados Sistema DAS-calizo a escala real
Resultados primeros 164 días de funcionamiento: Q medio tratado 0.8 L/s
7.5
700.0
6.5
600.0
500.0
Ca (mg/L)
pH
5.5
4.5
3.5
400.0
300.0
200.0
2.5
100.0
1.5
0.0
ME 1
ME 2
ME 3
ME 4
ME 5
ME 6
ME 1
ME 2
ME 3
ME 4
ME 5
ME 6
Resultados Sistema DAS-calizo a escala real
Resultados primeros 164 días de funcionamiento: Q medio tratado 0.8 L/s
140.0
120.0
Cu (mg/L)
80.0
60.0
40.0
20.0
0.0
ME 1
ME 2
ME 3
ME 4
Zn (mg/L)
Al (mg/L)
100.0
ME 5
18.0
16.0
14.0
12.0
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
ME 6
ME 1
18.0
16.0
14.0
12.0
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
ME 1
ME 2
ME 3
ME 4
ME 5
ME 6
ME 2
ME 3
ME 4
ME 5
ME 6
Resultados Sistema DAS-calizo a escala real
Resultados primeros 164 días de funcionamiento: Q medio tratado 0.8 L/s
700.0
Fe (III) (mg/L)
500.0
400.0
300.0
200.0
100.0
0.0
ME 1
ME 2
ME 3
ME 4
ME 5
ME 6
ME 1
ME 2
350.0
300.0
250.0
As (µg/L)
Fe Total (mg/L)
600.0
200.0
180.0
160.0
140.0
120.0
100.0
80.0
60.0
40.0
20.0
0.0
200.0
150.0
100.0
50.0
0.0
ME 1
ME 2
ME 3
ME 4
ME 5
ME 6
ME 3
ME 4
ME 5
ME 6
Resultados Sistema DAS-calizo a escala real
Resultados primeros 164 días de funcionamiento: Q medio tratado 0.8 L/s
El pre-tratamiento ha acumulado:
732 kg de Fe
1.5 kg de As
0.31 kg de V
0.02 kg de Cr
0.04 kg de Mo
0.03 kg de Sb
Resultados Sistema DAS-calizo a escala real
Resultados primeros 164 días de funcionamiento: Q medio tratado 0.8 L/s
El TR-1 ha acumulado:
1112 kg de Al
154 kg de Cu
3562 kg de Fe
121 kg de Zn
2.2 kg de Co
0.9 kg de Ni
1.3 kg de As
Y AÚN NO SE HA ATASCADO!!: se han liberado 4630 kg de Ca
EL SISTEMA POROSO GENERA POROSIDAD SECUNDARIA POR DISOLUCIÓN DEL REACTIVO
Resultados Sistema DAS-calizo a escala real
Resultados primeros 164 días de funcionamiento: Q medio tratado 0.8 L/s
Acidea Neta (mg/L equivalentes en CaCO3)
2500.0
2000.0
Netamente ácido
1500.0
1000.0
500.0
0.0
Netamente alcalino
-500.0
ME 1
ME 2
ME 3
ME 4
ME 5
ME 6
Nuevo proyecto DAS
LIFE-ETAD
Ecological Treatment of Acid Drainage
Life12 ENV/ES/00250
www.life-etad.com
Diseñar, construir y explotar una planta DAS a escala real
Nuevo proyecto DAS
Nuevo proyecto DAS
GRACIAS.