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Los residuos solidos mineros del proceso de flotacion de minerales en la cuenca del rio Santa--Ancash.

I. INTRODUCCION

Las investigaciones permiten establecer en el futuro la reutilizacion de los pasivos mineros ambientales para el caso especifico de Ticapampa, que proviene de una mineria subterranea y polimetalica y al igual que este residuo, existen muchos en el pais con caracteristicas similares.

La orientacion de las pruebas y ensayos que se realizaron, apuntan a la reutilizacion mas viable de los residuos del pasivo ambiental minero de Ticapampa en la construccion de pavimentos como agregados una vez que se realice la fijacion de los metales pesados con el silicato tricalcico y dicalcico.

De esta forma el presente articulo pretende proponer un proyecto ambicioso para controlar y eliminar los pasivos ambientales mineros en forma secuencial en un mediano y largo plazo con la alternativa de uso de estos materiales que se encuentran en muchos lugares del pais. Esto proporcionara un medio fisico de calidad, sin alteraciones a la cadena trofica del ciclo de vida del hombre en zonas donde se encuentran estos pasivos.

Establecer un marco tecnico para formular las alternativas viables de reutilizacion de pasivos ambientales mineros como materiales de insumo, dando origen a materia prima en la construccion de pavimentos, asi como la fabricacion de bloquetas, esto solucionara los problemas comunes por presencia de pasivos ambientales mineros en el medio fisico circundante a su ubicacion.

Aumentar el desarrollo cientifico-tecnologico en materia de reutilizacion de pasivos ambientales mineros del pais donde el problema por presencia de los pasivos ambientales mineros es incontrolable a la fecha.

Obtener como producto fisico el modelo prototipo de las bloquetas a partir de relave y un aglomerante.

II. FUNDAMENTO DE LA METODOLOGIA

Hidratacion del aglomerante: Cuando se mezcla el silicato dicalcico o tricalcico con [H.sub.2]O los silicatos y aluminatos se hidratan, dando lugar a una masa rigida y clara, conocida con el nombre de mortero endurecido. Existen dos teorias de hidratacion: la de Chatelier, y la Micaselis (Culliname, 1986; W. Jones 1986; US EPA 1986).

La primera esta admitida para la hidratacion de fases intersticiales y la formacion de Portlandita, mientras hay controversias sobre sus aplicaciones el caso de silicatos. Segun esta teoria los granos anhidros, al contacto con el [H.sub.2]O, pasan a solucion cuando todos los elementos necesarios para la formacion del hidrato correspondiente esten en ella, hay una sobresaturacion con relacion a la debil solubilidad de este hidrato. Al contacto con una impureza o espontaneamente mediante un fenomeno de enucleacion, el hidrato se cristaliza en el seno de la solucion, con ello este se empobrece y los constituyentes anhidros pueden pasar de nuevo a solucion, y asi, sucesivamente, hasta la consumacion de las fases anhidras.

Por su parte, la teoria de Micaselis denominada teoria coloidal esta considerada para la hidratacion de los silicatos de calcio. Cuando se forma un cristal de [C.sub.2]S y esta en contacto con el [H.sub.2]O, se forma inmediatamente alrededor de este grano, una capa de hidratos primarios mas pobres en cal que el [C.sub.2]S. Al alcanzarse el limite critico de solubilidad de la Portlandita, esta precipita y la solucion se empobrece en calcio (Philip L., Buckinghan 1998).

Ambas teorias coinciden en la disolucion de aluminatos y silicatos, no asi en el papel de la silice. Para Le Chatelier se disuelve formando un hidrato con el calcio, mientras que para Micaselis la silice se queda en el grano, ya que es insoluble en una solucion de cal.

Dos factores influyen decididamente en la velocidad de hidratacion: La finura de las particulas y la temperatura, puesto que la reaccion tiene lugar a traves de las superficies en contacto con la solucion una mayor finura del cemento y, por tanto, un aumento en la superficie especifica, tiende acelerar la hidratacion.

En contacto a la temperatura, tambien acelera dichos procesos (p.e. a 5 C las reacciones son extremadamente lentas). Durante la hidratacion el volumen de la pasta permanece constante, mientras que el de los solidos aumenta, dando lugar a una disminucion de la porosidad del conjunto, lo que se traduce en un aumento de las resistencias mecanicas de la parte endurecida. En este proceso es necesario que haya suficiente [H.sub.2]O, para que tenga lugar de forma adecuada las reacciones. Esto se consigue cuando la relacion agua/aglomerante es igual en el orden de 0.4 en peso.

Comportamiento quimico del cemento

Es basicamente, una combinacion de oxido de calcio, dioxido de silicio, tritoxido de aluminio y oxido ferrico (Dragun James. 1988).

3[Ca.sub.3][0.sub.2].Si[0.sub.2] + [H.sub.2]O--3[Ca.sub.3][0.sub.2].Si[0.sub.2]3[H.sub.2]O

2Ca0.Si[0.sub.2] + [H.sub.2]O--3Ca0Si[0.sub.2].3[H.sub.2]O + 3Ca(0H)[sub.2]

III. ACTIVIDADES REALIZADAS

MUESTREO

El diseno de la toma de muestras en la zona donde se encuentra el relave minero, se procedio en el mismo lugar, teniendo en cuenta que el deposito tiene una extension aproximada de 950 m x 120 m con una altura de 20 m, haciendo un total de 2280000 [m.sup.3]. de volumen, al cual si aplicamos una densidad de 3 t/[m.sup.3], estimamos la existencia de 4 millones de toneladas de residuo solido minero en todo el deposito de Ticapampa.

Por la extension del relave a muestrear se considero una malla imaginaria de 50 x 10 m. logrando sacar muestras representativas de los rectangulos imaginarios en una cantidad de 40 kilos, el mismo que se traslado a la ciudad de Lima, para su respectivo estudio.

Para realizar esta actividad se ha programado un viaje de campo, es decir, a la zona de Tica pampa, lugar que se encuentra en el departamento de Ancash en la provincia de Recuay, hoy denominado Region Chavin, segun el cuadro siguiente:

Actividades de campo:

Dia 1: Reconocimiento del terreno.

Dia 2: Levantamiento topografico con GPS.

Dia 3: Diseno de muestreo in situ.

Dia 4: Toma de muestras.

Dia 5: Seleccion de muestra.

Dia 6: Retorno a la ciudad de Lima.

ELABORACION DE PROBETAS DE ENSAYO

Se procedio a la elaboracion de varias probetas a partir de las muestras representativas del relave que se traslado a Lima (mas detalles se encuentran en paginas continuas de este informe).

MICROSCOPIA ELECTRONICA DE BARRIDO INICIAL

Se preparo una muestra de la probeta con 100 g de relave, 16 g de cemento y 30 cc de agua, el mismo que se ha enviado al laboratorio de microscopia electronica de la Escuela de Geologia, cuyos resultados se ven mas adelante.

IV. DESCRIPCION DE LA METODOLOGIA

Como podemos observar, este articulo plantea el estudio preliminar de alternativas de uso de estos pasivos ambientales mineros, cuyos resultados se observan mas adelante. Debido al origen de los pasivos ambientales mineros en la mayoria de los paises, que en su epoca de extraccion no tenian las leyes ambientales vigentes, el estudio tambien esta orientado a aquellos pasivos ambientales mineros que se originaron antes de la existencia de estas leyes y normas legales.

El proyecto tiene varias etapas, este es una etapa preliminar, debido a su gran alcance, pues esto no excluye a la investigacion de activos ambientales mineros que hoy existen y que las companias en actividad tienen la obligacion de cumplirlas para minimizar la generacion de residuos, esto implica que las companias mineras esten interesadas en proyectos como las que proponemos, ademas de los organismos publicos como los ministerios del sector extractivo o del medio ambiente de cada pais.

Los residuos solidos mineros producidos por la industria minera con anterioridad a las leyes vigentes, son problemas nacionales de cada pais y actualmente los gobiernos de cada pais lo estan asumiendo pero con mucha lentitud, por falta de recurso humano y "Know How" o experiencia en esta materia de reutilizacion de pasivos ambientales mineros especificamente en la reutilizacion como materiales primarios de estos pasivos ambientales mineros que pensamos que es una buena alternativa de reuso.

V. CARACTERIZACION MINERALOGICA
        ANALISIS QUIMICO

 Ag      Al      As     Ba    Be     Bi
 ppm      %     ppm    ppm    ppm   ppm
55.2    6.41           8178   180   0.8     11

 Ca     Cd Co    Cr     Cu    Fe
  %      ppm    ppm    ppm    ppm    %
1.11    0.01            4     13    248    2.74

 GaK     La      Mg     Mn    Mo
 ppm      %     ppm     %     ppm   ppm
 16     2.75           7.5    0.4   1284    1

 Na      Ni      P      Pb     S     Sb
  %      ppm     %     ppm     %    ppm
0.31      2     0.02   4824   1.9   348

 Sc     Sn Sr    Ti     Tl     V
 ppm     ppm           ppm     %    ppm    ppm
  8      15      49    0.13    1    102

  W       Y      Zn     Zr
ppm      ppm    ppm    ppm
 32      2.9    2170   32.8


ANALISIS GRANULOMETRICO

--Se deslamo mediante cal peroxido de hidrogeno.

--Se tamizo de 50 m a 100 m para tener una muestra homogenea representativa

--Luego se peso 200 gr, tamizandose a (70, 100, 150, 200,325) por minutos obteniendose la siguiente tabla:
Malla   Peso    %     % acumulado   % acumulado
        (gr)   Peso    Retenido       Pasante

+ 70    74.2   37,4      37,4          62,6
+ 150   66,2   33,4      70,8          22,2
+ 200   29,2   14,7      85,5          14,5
+ 325   13,4   6,8       92,3           7,7
- 325   15,2   7,7        100           0,0


DISENO DE PROBETAS DE ENSAYO

Para la elaboracion de las probetas de ensayo, luego del muestreo en campo (in situ), se realizo otro diseno de muestra representativa de la muestra de campo adquirido, para el cual se aplico el muestreo por bloques de la muestra de 40 kilos que se trajo de la salida al campo, luego se envio al proceso de deslamado y analisis granulometrico y con el relave de malla +150 se procedio a construir varias probetas con las concentraciones siguientes:
Probeta 1: relave 100g.
   Agua  30 cc.
   Mortero 10g.
   Malla +150

Probeta 2: Relave 100g

   Agua 40 cc.
   Mortero 12g
   Malla +150

Probeta 3: Relave 100g

   Agua 50 cc.
   Mortero 14g
   Malla +150

Probeta 4: Relave 100g.

   Agua 60 cc.
   Mortero 16g.
   Malla +150


Debido al alcance del costo del analisis quimico ICP y el analisis de microscopia electronica, se realizo el analisis y discusion de la Probeta 1; es por esto que los resultados que damos en este informe, se consideran como preliminares.

MICROSCOPIA ELECTRONICA

Analisis microscopico:

Fotografia del microscopio electronico de la muestra en estudio.

[ILUSTRACION OMITIR]

La Foto 1 nos muestra los sulfuros- hierro presentes en la estructura del relave, y en la Foto 2 se puede observar el sulfuro de plomo, la galena esta rodeada de estructuras de silicio que se aprecia como una especie de cuarzo que estan rodeando al metal pesado. este analisis se hizo para malla es +150. Para ambas fotos.

[ILUSTRACION OMITIR]

VI. DISCUSION DE RESULTADOS

Determinacion de fijacion

Para estudios de esta naturaleza, solo nos ha permitido realizar los estudios microscopicos de una sola muestra cuyas caracteristicas son:
Relave:  100 g
Agua     30 cc
Cemento   16 g
Malla     +150


De las imagenes del microscopio electronico, inicialmente podemos afirmar, que si es posible encapsular los elementos pesados; para el caso concreto de plomo (vease Foto 2) y para el caso del sulfuro de hierro (vease Foto 1).

Esto nos demuestra que al igual que estos metales pesados, hierro y plomo, si realizamos mas pruebas para los metales como el cobre, zinc y cromo, los resultados seran similares.

Analisis parametros fisicos

Podemos establecer en forma preliminar que, existe indicios de una cohesion y recristalizacion en una estructura micro cristalina del silicato di y tricalcico del cemento que en presencia del agua, produce fijacion por aglomeracion de los metales pesados. Es necesario realizar mas ensayos con diferentes variables para establecer con claridad los parametros fisicos, quimicos, etc. de este fenomeno; creemos que con una sola prueba, no es posible determinar los parametros enunciados de las nuevas composiciones.

VII. POSIBLES USOS

En Bloquetas

Posteriores investigaciones, pueden ofrecer mejores resultados y de esta forma poder establecer como hemos indicado, un prototipo de bloquetas.

En agregados Calcareos

Para el uso como agregado, se ha probado que unicamente debe disminuirse la cantidad de cemento con la finalidad de dar el caracter deleznable del relave y considerarse como una posibilidad de uso preliminar y utilizarse como agregado en la construccion de pavimentos, sin embargo aseveramos que este debe obedecer a estudios con mas muestras para que garantice nuestra afirmacion.

VIII. CONCLUSIONES

1. Si bien es cierto que por medio de alternativas tecnicas de punta y la I+D en materiales se puede fijar los metales pesados como el Pb y Fe, es necesario mas ensayos, tanto para estos mismos metales como para el cobre y cromo asi como para el zinc, esto permitira poder establecer las condiciones ideales fisicas, quimicas, mecanica de activacion y mineralogica de cada uno de ellos, para la estabilizacion (%), fijacion y encapsulamiento de metales pesados como hidroxido y silicato por hidratacion para lo cual recomendamos realizar posteriores estudios y continuar en esta linea de investigacion.

2. Para garantizar la fijacion y posterior encapsulamiento permanente en el tiempo y no generar contaminacion posterior en las bloquetas y pavimentos, es necesario hacer un estudio de monitoreo ambiental especificamente en la superficie de los componentes disenados en un periodo de tiempo razonable.

3. Los resultados que entrega este proyecto son de nivel preliminar con respecto a la caracterizacion y desarrollo de variables % de consistencia, uso de cal, T particula, etc.

IX. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

[1] Culliname, M. J., W. Jones, y P. G. Malone. (1986). Handbook for .Stabilization/Solidification of Hazardous Waste: US EPA.

[2] Dragun, James1 (1988). The Soil Chemistry Of Hazardous Materials. Hazardous Materials Control Research Institute: Washington D.C.

[3] Philip L. Buckingham. (1988) Gestion de Residuos Toxicos. Mc. Graw Hill: Madrid, Espana.

Alfonso A. Romero (1) *, Rosa Medina (2) *, Luis Puente *, Silvana L. Flores **, Enrique Guadalupe *, Estanislao de La Cruz *, Victor Ramirez *.

(1) * Docentes de la Facultad de Ingenieria Geologica, Minera, Metalurgica y Geografica de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos.

(2) * Egresada de la Maestria de Metalurgia de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos. E-mail: aromerob@unmsm.edu.pe
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Author:Romero, Alfonso A.; Medina, Rosa; Puente, Luis; Flores, Silvana L.; Guadalupe, Enrique; de La Cruz,
Publication:Revista del Instituto de investigacion de la Facultad de minas, metalurgia y ciencias geograficas
Date:Jan 1, 2008
Words:2559
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