Estudio General del Tratamiento de residuos mineros Líquidos y Sólidosⁱ

Basado en materiales homólogos de
Leandro Herrera, Ph.D.
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Introducción

La minería del cobre, en Chile, se basa principalmente en el procesamiento de minerales sulfurados de cobre, los cuales contienen una cantidad no despreciable de otros metales tales como Hierro, Molibdeno, Manganeso, Arsénico, etc.Dado que la ruta de producción típica es pirometalúrgica, altamente oxidativa, se oxidan los sulfuros y se obtiene (figura 1):

• el metal de interés (Cobre, Molibdeno, etc.)

• escoria fundida

• colas de mineral de baja ley (grueso)

• ólidos descartados (finos, en el relave)

• anhídrido sulfuroso en fase gaseosa (usualmente se lleva a ácido sulfúrico)

• arsénico (y otros metales) en fase gaseosa y líquida (que pueden ser retirados en las plantas de producción de ácido)

• aguas de transporte (relave)

• metales no recuperados (molibdeno, plomo, arsénico, hierro, etc.)

Las instalaciones mineras utilizan cantidades importantes de agua en sus operaciones, incluyendo el transporte de los relaves hasta los tranques de decantación.

Los compuestos aportados por la actividad minera (o cualquier otra), interactúan con los seres vivos en la biosfera a condición que tales compuestos estén presentes en fase líquida. A fin de mejor precisar esta idea, considérese por ejemplo el gas anhídrido sulfuroso que, siendo un compuesto que interactúa (negativamente) con los seres vivos podría parecer que lo hace desde la fase gaseosa... tal idea es errónea, sin embargo, pues el anhídrido sulfuroso debe disolverse en alguna fase líquida (por ejemplo, el caudal sanguíneo en los alvéolos del pulmón) antes de interactuar con los fenómenos bioquímicos asociados a la vida.

Es de la mayor importancia, entonces, considerar qué algunos elementos producidos por la actividad minera, en cualquier fase, pueden interactuar con la biología del sistema receptor. En particular, aquellos elementos que puedan encontrar una ruta hacia la fase líquida

. Las aguas de mina, por ejemplo, no son el único aporte de compuestos eventualmente riesgosos para el ecosistema receptor. Estas aguas se suman a los licores ácidos provenientes de la lixiviación de descartes de baja ley por acción de la lluvia (o a aguas ácidas de mina), además de las lluvias ácidas producidas por la absorción, oxidación fotoquímica y reacción química (con agua de lluvia) de los sulfuros de azufre gaseosos y contienen diversos compuestos disueltos tales como ácido sulfúrico, sulfatos de cobre, fierro y calcio, y compuestos de arsénico, molibdeno, manganeso, plomo, etc.

La carga ambiental resultante se presenta, en síntesis, como:

• una gran masa de sólidos, en parte lixiviables;

• un caudal importante de sulfatos (azufre, en general) y metales pesados en fase líquida; y

• una emisión cuantiosa de gases sulfurados.

Algunas observaciones sobre el AZUFRE

• Su Química es extremadamente versátil

• Conocido desde la antigüedad (el Libro del Génesis lo menciona como brim)

S+6	ácido sulfúrico anhídrido sulfúrico	H2SO4 SO3
S+4	ácido sulfuroso anhídrido sulfuroso	H2SO3 SO2
S+2	dicloruro de azufre	SCl2
S0	Azufre elemental (coloidal, flores, etc.)	S8
S-2	sulfuro de hidrógeno (ácido sulfhídrico) sulfhidrato de sodio sulfuros metálicos diversos	H2S NaHS MxSy etc.

• Los estados de más alta valencia (+4 y +6) son los más comunes en la superficie del planeta (la biósfera) porque la atmósfera planetaria es oxidante.

• Los estados más reducidos tienen mayor valor comercial porque se les debe extraer, o producir.

• La oxidación es más fácil que la reducción, pues la última requiere el aporte de energía.

• La utilización de bacterias reduce los consumos de energía (sistemas enzimáticos).

• La utilización de autótrofos produce un quiebre tecnológico pues reduce los costos de aporte de carbono (que se entrega en la forma de CO₂ y no como orgánico).

Algunas observaciones sobre la microbiología aplicada del Azufre

• Las Bacterias Reductoras de Sulfato oxidan y reducen una gran cantidad de especies moleculares (metales incluídos) y deben su nombre a las observaciones originales.

• Inicialmente se observaron sólo heterótrofas (consumen orgánicos y son costosas de usar)

• Hemos comprobado que existen y se pueden operar robustamente diversas BRS heterótrofas y autótrofas.

• Existen ya diversas patentes para aplicaciones de bioremediación de suelos (Shell Co.) en base a etanol.

• Existen esfuerzos de desarrollo de procesos con autótrofas en el mundo pero confunden los tipos de bacteria (tenemos un pequeño margen de ventaja).

• La presión de desarrollo del proceso es tan importante cómo lo sea el impacto del exceso de formas oxidadas de azufre.

• El proceso es necesario para cualquier país interesado en el control y beneficio económico del azufre en sus diversas formas moleculares y estados de oxidación.

• Una nota personal: Chile ocupa un 1,6% de la superficie del globo y produce un 14% del azufre que se incorpora desde la litosfera a la superficie. Este potencial debiera aportar a sustentar el desarrollo nacional si se dispone de las tecnologías adecuadas.

Una solución para el problema de la emisión de gases, ha sido llevarlos por ruta química a ácido sulfúrico; los optimistas cálculos de los analistas económicos de la época indicaban que el ácido sulfúrico tendría un buen valor de mercado (aun cuando algunas naciones del mundo debían ya pagar para que dicho ácido les fuese retirado de sus países, por ejemplo, Japón). Hoy, no es sorprendente constatar que el precio del ácido sulfúrico ha bajado pronunciadamente.

Al mismo tiempo, hubo un efecto secundario de la producción de esta gran masa de ácido sulfúrico interesante de considerar: el súbito interés por la lixiviación de diversos materiales complejos tales como relaves; escorias de fundición; concentrados de cobre sucios (con mucho arsénico y azufre); polvos de fundición; y minerales marginales apilados en botaderos.

El aspecto ambientalmente interesante del efecto "súbito interés por la lixiviación" es que los sólidos a lixiviar poseen un alto potencial de producción de ácido y metales a partir del contacto de tales sólidos con lluvias en el sector. La lixiviación a partir de aguas lluvia no controladas produce, naturalmente, líquidos de alto impacto ambiental que encuentran su ruta hacia cauces superficiales o napas subterráneas, llegando así a interactuar tanto con la biología de ecosistemas cercanos como muy distantes. Al lixiviar estos sólidos seretira todo su potencial contaminante, en forma controlada, dejando finalmente un sólido efectivamente neutro a la acción posterior del ambiente; en este caso, la remediación ambiental genera dos efectos económicos importantes: recupera una parte del metal que estaba previamente descartado; y consume ácido sulfúrico, evitando los problemas asociados a su transporte y/o confinamiento.

En cuanto a la lixiviación bacteriana, la tendencia futura es a realizar el proceso de extracción de cobre en "el lugar", que podría implicar una reducción de costos de producción, junto con evitar las tres fases de contaminación minera actual (asociada a la pirometalurgia). Se puede aseverar, sin embargo, que mientras el país continúe explotando minerales sulfurados de cobre por la ruta pirometalúrgica, será oportuno implantar tecnologías de descontaminación gaseosa que lleven a productos más útiles y de menor impacto ambiental que el ácido sulfúrico.

Entendiendo la definición de contaminante como:
 

todo elemento, compuesto, sustancia, derivado químico o biológico, energía, radiación, vibración, ruido, o una combinación de ellos, cuya presencia en el ambiente, en ciertos niveles, concentraciones o períodos de tiempo, pueda constituir un riesgo a la salud de las personas, a la calidad de vida de la población, a la preservación de la naturaleza o la conservación del patrimonio ambiental

sería del caso establecer un inventario de todo elemento, compuesto, sustancia, derivado químico o biológico que se genere en la actividad minera y cuyo nivel, concentración o período de permanencia exceda el "cierto nivel" especificado por las normas nacionales. Tal enfoque es casi obligatorio pero se ve simplificado al considerar, primero, el listado de compuestos normados. Acto seguido será necesario examinar las tecnologías disponibles para el abatimiento de los compuestos del caso, concentrándose específicamente en los productos terminales del proceso, revisando el impacto ambiental de los nuevos compuestos generados.

Bajo esta luz, por ejemplo, un proceso que produce ácido sulfúrico a partir de anhídrido sulfuroso resulta menos atractivo que un proceso que genere azufre sólido a partir del mismo anhídrido sulfuroso, simplemente porque el azufre sólido es más estable, menos corrosivo, de más simple transporte, etcétera.

El hipotético inventario se vería simplificado, en su construcción y en su utilidad, si está enfocado por fase (i.e. sólida, líquida, gaseosa) más que por compuesto. Sin duda, la interacción de los contaminantes debe enfocarse desde el punto de vista de la evolución del compuesto en una fase tal que interactúe con la fracción biótica del sistema receptor.

El problema de los sólidos

 

Los residuos mineros sólidos depositados en botaderos o tranques de relave generan un complejo problema ambiental. Estos materiales contienen diversas especies mineralógicas, las que -de ser abandonadas expuestas a las condiciones naturales- pueden disolverse por la presencia de agua (lluvia), bacterias (lixiviantes, acidófilas), oxígeno (aire), dióxido de carbono (aire) y nitrógeno (aire y/o sales) para formar diversos compuestos solubles tales como sulfatos o sulfuros metálicos y ácido sulfúrico. Los licores así generados son similares a los generados en minas abandonadas, los que se conocen como aguas ácidas de mina (AMD: Acid Mine Drainage). Tanto la experiencia nacional como la internacional indica que los tranques de relaves decantados y los botaderos de mineral (los cuales han sido construidos en forma ad-hoc), pueden ser cubiertos con sólidos inertes y fértiles para forestar mediante la creación de una capa de humus sobre éstos. De esta forma se impide el acceso de oxígeno y se reduce el flujo de agua, con lo cual se retarda la generación de AMD, tal como se reseña en la figura 2. Sin embargo, el punto que aún amerita discusión es el cómo impedir la infiltración de AMD desde las plantas mineras hacia las napas subterráneas aledañas. Una solución evidente para los residuos sólidos gruesos es su lixiviación bacteriana, que presenta un significativo consumo de ácido. Esta solución aparece como una tecnología ambientalmente importante desde el punto de vista de la neutralización de la capacidad de generación de ácido (AMD) y de metales disueltos en fase líquida. Además, es útil desde el punto de vista del consumo de los excesos de ácido sulfúrico producido a partir de los gases de chimenea (0,5-10 Kg. de ácido consumido/Kg. de cobre disuelto, dependiendo de la capacidad de consumo de ácido de la ganga). Además, se recuperará algún valor económico que puede ser importante, el que debe ser evaluado a pesar de la dificultad que significa la evaluación económica de una cinética tan lenta como la de los procesos de lixiviación bacteriana. Las principales reacciones que ocurren durante la lixiviación natural de minerales tanto químicas como bacterianas son: Disolución de sales solubles:

[M(SO₄)·nH₂O](s) + mH₂O(l) ® M(SO₄)(ac) + (n+m)H₂O(l),

donde M representa a un metal bivalente: Cu, Fe, etc.Hidrólisis de sulfato férrico:

Fe₂(SO₄)₃ + 6· H₂O ® 2· Fe(OH)₃(s) + 3· H₂SO₄

Oxidación bacteriana de sulfato ferroso:

2· FeSO₄ + 0,5· O₂ + H₂SO₄® Fe₂(SO₄)₃ + H₂O

Lixiviación férrica de un mineral sulfurado:

MS + Fe₂(SO₄)₃® M(SO₄) + 2· FeSO₄ + S

Oxidación bacteriana de azufre:

S + H₂O + 1,5· O₂® H₂SO₄

La neutralización de un lecho de mineral es un proceso lento, y para completarse puede tomar entre 2 y 10 años de operación, dependiendo de la ley y tipo de mineralesⁱⁱ.Las velocidades específicas de oxidación de ferroso y azufre por la bacteria Thiobacillus ferrooxidans a pH = 1.8 y 30 ºC son, respectivamenteⁱⁱⁱ:

• Ión ferroso: 10^-13 a 10^-12 g de ferroso oxidado/bacteria/hr

• Azufre elemental: 5· 10^-15 a 5· 10^-14 g de azufre oxidado/bacteria/hr

La lixiviación de minerales ocurre mediante un sistema de reacciones complejo, reacciones que presentan cinéticas de distintos ordenes de magnitud. La composición del licor ácido formado dependerá de la disposición y composición de los minerales así como también de las condiciones ambientales imperantes.

El problema de los líquidos

La remoción de sulfatos puede realizarse tanto química como biológicamente^iv. La desulfatación química (coagulación y sedimentación, intercambio iónico, adsorción, etc.) consiste fundamentalmente en la reacción del grupo sulfato presente en el seno de la solución y su transformación a otras especies: sulfuros, sulfitos, etc. La remoción biológica de sulfatos consiste en la reducción del sulfato desde el seno de la solución, mediante el desarrollo anaerobio de microorganismos (bacterias) reductores de sulfato (BRS), como por ejemplo el género Desulfovibrio, Desulfotomaculum, Desulfomonas, Desulfobacter, Desulfobulbus, Desulfococcus, Desulfonema, Desulfosarcina, Thermodesulfobacterium, etc, cada uno con diversas especies. Estas bacterias utilizan sulfato como aceptor terminal de electrones en su proceso metabólico. El sulfato es así reducido, conjuntamente con la oxidación de una fuente de carbono orgánico (e.g. lactato) o inorgánico (dióxido de carbono) y, como producto de esta reacción, se generan sulfuros (de hidrógeno o metálicos):

2· CH₃HOCHOO^- + SO₄⁼ ® 2· CH₃COO^- + H₂S + 2· CO₂ + 2· OH^-

La observación experimental^v demostró que esta operación llega, fácilmente, a una remoción del 100% del sulfato. El producto de la reacción, ácido sulfhídrico (mol a mol), podría generar problemas ambientales más graves que el sulfato inicial; este punto se analiza más adelante.La literatura respecto de las BRS es abundante en cuanto a aspectos microbiológicos y, en menor grado, bioquímicos. Sin embargo, la operación de estas bacterias en sistemas de gran escala y con medios no controlados es escasa (con algunas honrosas excepciones^vi).

Fue posible obtener parámetros de diseño para una etapa de remoción de sulfatos desde aguas de relave, mediante diversos trabajos: en placas, tubos y matraces agitados^vii, en reactores operando en lotes^viii, en continuo^viii y en lotes seriados^v (sequential batch). Por medio de estos estudios ha sido posible caracterizar la cinética de crecimiento de la bacteria sulfato reductora Desulfovibrio desulfuricans, específicamente de la cepa NCIMB 8372 y, en menor grado, la cepa NCIMB 9467. Muchos investigadores han apuntado que existe una inhibición del crecimiento por el producto de la reacción: ácido sulfhídrico (H₂S), en el orden de los 8 mM.

En los programas experimentales mencionados, se diseñaron formas de retirar el H₂S de la solución, mediante hierro férrico (en placas o matraces) y mediante arrastre con gases sin oxígeno (experimentos en reactores)^ix.Las velocidades obtenidas para la reducción de sulfatos, en diversos sistemas experimentales, se puede elegir dentro del rango de las 1.200 a las 3.900 ppm/día, de modo que para tratar un contenido de sulfato del orden 2.000 ppm, sería necesario un tiempo de residencia del orden de medio a dos días.

Manejando el proceso limitado por sulfato, la velocidad máxima (Monod) de crecimiento de la bacteria resultó de 0,092 1/hr, con una constante de saturación de 0,01 mM SO₄⁼ (96 ppm). De este modo, la factibilidad técnica del proceso quedó establecida, utilizando aguas claras de relave de El Teniente para estudios experimentales de larga duración (varias semanas). Como es de esperar, la evaluación del impacto ambiental del proyecto resultó positiva (con sólo un punto negativo: el riesgo de emanaciones de ácido sulfhídrico); pero, desgraciadamente, la factibilidad económica, basada en los substratos orgánicos utilizados en la investigación de escala laboratorio, harían el proceso absolutamente prohibitivo^(x).

Mediante una investigación^(xi) posterior, se evaluó un proceso de reducción anaerobia de sulfatos, simultáneo con la metanogénesis de desechos orgánicos a fin de alimentar las BRS con fuentes de carbono de costo cero (o, inclusive, negativo) como son, por ejemplo, el guano o aguas servidas.

El problema técnico principal fue la alta dilución que tiene una tal reactor pero fue posible favorecer la adherencia de las bacterias a soportes sólidos para retener suficiente biomasa y operar a velocidades de dilución adecuadas. En cuanto a cinéticas, se ratificaron los resultados anteriores^(xii), en el orden de 200.000 ppm/día.

A fin permitir altas velocidades de dilución del reactor, fue necesario fijar la biomasa soportes sólidos. Afortunadamente, la bacteria seleccionada, Desulfovibrio desulfuricans, se adhiere a todos los soportes típicos^(xiii) (acero inoxidable, plásticos, aluminio).A partir de la investigación de la reducción de sulfatos simultánea con la metanogénesis, se postuló que la ruta metabólica crítica para tal proceso de reducción debía ser la fermentación de los desechos orgánicos hacia hidrógeno gaseoso y no hacia orgánicos de alta calidad, como lactato, o comunes como ácido acético. A partir de tal observación se desarrollaron cultivos capaces de reducir sulfato^(xv) en forma autotrófica, en total ausencia de orgánicos. En particular, se pudo ratificar empíricamente, la reacción:

8?H₂+2?SO₄⁼® H₂S+HS^-+5?H₂O+3?OH^-

A partir de la estequiometría del cultivo bacteriano autotrófico y de la cinética asociada se pudo desarrollar una nueva proposición de diagrama de flujos de proceso, según se observa en la figura 3.Para este proceso se desarrolló un estudio preliminar de factibilidad económica, dado que la factibilidad técnica se probó en escala laboratorio con aguas de mina reales. Tal estudio llevó a concluir que, de utilizar un sistema de producción de hidrógeno a partir de metano, se incrementaría el costo de producción de la libre de cobre en 0,052 centavos de dólar americano.Debemos observar que la factibilidad técnica y económica por si sola no tienen implicaciones inmediatas en la biotecnología ambiental. En particular, se debe considerar si la falta de implementación de las soluciones de abatimiento de contaminantes implica algún costo que se pudiese ahorrar al implementar el proyecto. Es este, obviamente, un asunto más asociado a las opciones políticas y económicas más que al desarrollo tecnológico.

Aguas con Alto contenido de cationes

En ciertas condiciones, en minería de alta escala, se obtienen aguas pesadamente contaminadas con cationes y, además, de alta acidez (como ácido sulfúrico). Estas condiciones suelen crearse a partir de la reutilización de líquidos en circuito cerrado con el objetivo, precisamente, de reducir la carga ambiental.

Estos RILES pueden ser recuperados como aguas de proceso mediante la formación de los sulfuros de los cationes presentes. La reacción bien podría ocurrir desarrollando bacterias en el propio RIL pero los sólidos resultantes encarecerían la operación por aumento de la potencia necesaria para el mezclado y demejorarían las propiedades de transferencia de hidrógeno y de ácido sulfhídrico. Es preferible, en estos casos, formar sulfuros y retirarlos (a partir de los cationes y su reacción con ácido sulfhídrico) en un subproceso químico (y físico) que depende del ácido sulfhídrico producido a partir de la acidez restante de la misma solución. El diagrama siguiente postula el tratamiento del RIL entrante mediante ácido sulfhídrico purificado por enfriamiento y condenzación, si bien la reacción se puede realizar sin tal etapa (de modo que resulta menos costosa).

El problema de los gases

Gases de chimenea

Como se mencionara más arriba, los gases de fundición se tratan (se tratarán) en procesos que remueven los óxidos de azufre (en la forma de anhídridos de azufre, principalmente SO₂ y, en menor cuantía, SO₃) para llevarles a ácido sulfúrico. Las rutas biológicas tradicionales funcionan con un alto contenido de humedad y no pueden procesar un gas, a menos que el gas sea disuelto en una fase líquida, o al menos húmeda. En uno de los primeros estudios realizados^(iv), se propuso lavar los gases en una fase acuosa compuesta por el agua de relaves, incrementando así la concentración de sulfato y sulfitos en el agua que sería, posteriormente, tratada mediante reducción biológica, generando ácido sulfhídrico, en fase gaseosa, y sulfuros metálicos en fase sólida (son altamente insolubles).Lo más importante a destacar a este respecto es que por más gases que se laven en aguas de relave, la concentración resultante de sulfato será prácticamente la misma, toda vez que el sulfato en solución es aquel que permite la k_psdel sulfato de calcio (en torno a las 2000 ppm) si es que, como es típico de los relaves, el calcio está en alta concentración (probablemente a partir de la ganga y de los procesos de neutralización).

Los gases pueden ser absorvidos específicamente para su conversión a ácido sulfhídrico y luego a sulfhidrato de sodio mediante un proceso similar al propuesto para el sulfato de las aguas de relave. En este caso, los gases se absorven para generar, en fase líquida, los ácidos sulforoso (H₂SO₃) y sulfúrico (H₂SO₄) que son reducidos bioquímicamente a ácido sulhídrico (H₂S) que, por contactación con hidróxido de sodio (NaOH) genera el producto sulfhidrato de sodio (NaHS):

Tratamiento del ácido sulfhídrico

Como producto de la reducción biológica de sulfato se produce ácido sulfhídrico, el cual se retira de la solución (ya que este producto es un gas tóxico, corrosivo, de olor desagradable y es un supuesto inhibidor del metabolismo bacteriano). Es necesario realizar una purga del H₂S mediante gases que:

• no interfieran negativamente con el proceso;

• mantenga un caudal gaseoso concentrado en ácido sulfhídrico y;

• que el caudal de gas de arrastre sea de la menor magnitud posible de tal manera de minimizar los costos.

En el trabajo con reactores experimentales en base a lactato, se utilizó nitrógeno debido a su bajo costo. En el caso de bacterias autotróficas, el propio gas hidrógeno es recirculado para arrastrar el gas sulfhídrico.

Una vez arrastrado el ácido sulfhídrico del reactor, se hace necesario transformarlo a una forma más estable, que facilite su manejo y que sea comercialmente interesante. Una alternativa para esta transformación es la oxidación a azufre ortorrómbico, si bien el sulfhidrato de sodio es atractivo para el país. Para ello se requiere de un agente oxidante, utilizándose, en procesos ampliamente conocidos^(xiv), sulfato férrico. La estequiometría de la reacción es:

H₂S + Fe₂(SO₄)₃®2· H₂SO₄ + FeSO₄ + S^o(s)

El agente oxidante se recupera mediante su bio-oxidación, utilizando la bacteria lixiviante Thiobacillus ferrooxidans. La reacción modelo es:

H₂SO₄ + FeSO₄® 0,5·O₂ + H₂O + Fe₂(SO₄)₃

Experimentalmente se han realizado numerosos estudios que caracterizan esta reacción y señalan que es técnicamente factible y, aún más, existem patentes asociadas a su explotación comercial (Nippon Kokan). Los estudios de prefactibilidad indican que el proceso es económicamente atrayente.

El proceso consistirá de una torre de absorción, un filtro para separar azufre sólido (S⁰), un reactor de bioxidación y un filtro de retención de bacterias, según se aprecia en la figura siguiente:

El problema de los iones

Durante los trabajos con bacterias reductoras del sulfato en aguas claras de un tranque de relaves, se observó la disminución de la concentración de molibdeno (molibdato) en solución.

Como primera hipótesis explicatoria se buscó la presencia de sulfuros de Mo en el efluente de proceso, sin éxito. Posteriormente, una digestión de las células permitió recuperar, dentro de errores experimentales más bien gruesos, el molibdeno inicialmente presente; por tanto, es esperable que la bacteria Desulfovibrio desulfuricans sea un biosorbente para el molibdeno. Estos resultados fueron colaterales al objetivo central de proyecto y, por ende, no han llegado a una formalización adecuada.

Sin embargo, la biosorción podría ser vista como una opción tecnológica atractiva para la remoción de iones metálicos; la mayor parte de la información fundamental, sin embargo, indica que se necesitan concentraciones metálicas dos ordenes de magnitud más altas que los niveles observados en un relave (prácticamente todos los metales están debajo del orden de la ppm).

CONCLUSIONES

De lo expuesto en este trabajo se puede concluir, al menos, lo siguiente:

• El potencial de agresión ambiental de los sólidos descartados por la actividad minera, sean estos gruesos o finos, puede ser neutralizado a través de su cobertura con arena (fina y gruesa) y con una capa superior de humus para su forestación.

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• La generación de ácido sulfúrico a partir de los gases de la pirometalurgia, podría utilizarse para estabilizar los sólidos (gruesos, principalmente) descartados por su baja ley de cobre, mediante lixiviación. Esta acción neutralizará la capacidad de generación de ácido de los botaderos y tranques de relaves antigüos y permitirá recuperar algún valor económico (probablemente modesto) en la forma de sulfato de cobre, producido por lixiviación química o bacteriana. Esta ruta sería previa a la cobertura y forestación.

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• En lugar de producir ácido sulfúrico, sobre todo en los hornos que no producen suficiente concentración de óxidos de azufre, es posible llevar los óxidos a sulfito y/o los ácidos sulfuroso y sulfúrico en la fase líquida de las aguas de relave, mediante torres de adsorción. El incremento de la concentración de sulfato en las aguas de relave será nimio, ya que su concentración está dictada por el producto de solubilidad del sulfato con los cationes presentes en el agua, fijándose en el orden 2.000 ppm. Es decir, el lavado de gases llevará al incremento de los sólidos decantados en los decantadores (tranques) más que a un incremento del sulfato.

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• Es posible reducir el sulfato (y sulfitos) de las aguas claras de relave mediante las bacterias reductoras de sulfato. Este proceso requiere aun de investigación fundamental para proveer base de diseño pero su costo es bajo al utilizar bacterias autotróficas, en base a hidrógeno gaseoso y dióxido de carbono. La reducción de sulfatos produce ácido sulfhídrico y sulfuros metálicos. Los sulfuros metálicos pueden ser decantados y/o filtrados, con beneficio para el efluente. El ácido sulfhídrico puede ser llevado a azufre sólido, ortorrómbico, (u otras especies valiosas, p.e. sulfhidrato de sodio) de buen valor de mercado, en un proceso híbrido, químico y biotecnológico, en el que participa una bacteria oxidante del hierro.

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• La contactación de las aguas de relave con células bacterianas puede favorecer la biosorción de los metales, si bien este proceso parece funcionar sólo a concentraciones de iones más altas que las observadas en aguas claras de relave.

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Agradecimientos

La investigación necesaria para este trabajo (y muchos más) no hubiese sido jamás posible sin el magnífico apoyo de FONDECYT, CODELCO y la Universidad de Chile. El autor les reconoce y agradece su aporte a cada una de las tres instituciones. En el trabajo directo, el autor estará eternamente agradecido por el trabajo incansable de sus alumnos y asistentes técnicos.

REFERENCIAS

iBasado en: M. E. Lienqueo, J. Casas, B. Escobar, J. Hernández y L. Herrera, "Generación y remoción de sulfatos en la minería del cobre", presentado al I Taller de biotecnología ambiental, Concepción, Octubre 2, 1992.

iiPeschke C., J.Casas, T.Vargas, "Cinética de lixiviación de un mineral de cobre de baja ley", X Congreso Ch. Ing. Química, Stgo, Ag 30- Sep 2, 1992.

iiiJ. Casas, Lixiviación Bacteriana en reactores: recuperación de cobre a partir de concentrados sulfurados, Tesis Magister Ciencias de la Ing., U. de Chile, 1991.

ivHerrera L, J. Hernández, P. Ruíz "Reducción biológica de sulfatos: Estudio bibliográfico", informa a Gerencia Técnica CODELCO, 1989.

vHerrera L., S. Duarte, J. Hernández "Sulfate elimination to improve water quality of mine process effluents I: Se quencing batch bioreactor growth kinetics of Desulfovibrio desulfuricans", Environ Toxicol and Water Quality, vol 8(3), August 1993.

viCork D.J., M.A. Cusanovich "Sulfate decomposition: A microbiological process", en Met. App. of bacterial leaching and rel. microbiological phenomena, Ed: L.E. Mun, A.E. Torma, J.A. Brierly, Acad. Press, 1978.

viiHerrera L., J. Hernández, P. Ruíz, S. Gantenbein "Desulfovibrio desulfuricans growth kinetics", Environ. Toxicol. and Water Quality, vol 6, 1991.

viiiS. Duarte, "Desarrollo de un bioreactor para la reducción anaeróbica de sulfatos por Desulfovibrio desulfuricans", Tesis Magister Ciencias de la Ing., U. de Chile, 1992.

ix.- Herrera L., J. Hernández, S. Duarte "Sulfate elimination to improve water quality of mine process effluents II: Hydrogen sulfide transport in biological recators", Environ. Toxicol. and water quality, vol 8(4), Nov 1993.

x.- Herrrera L., J. Hernández "Anteproyecto de planta industrial de eliminación de sulfatos y metales pesados desde aguas de relave", informe final, CODELCO Chile, Div. El Teniente, 1992.

xi.- L. Herrera, J. Hernández, "Proceso de reducción biológica de sulfatos y de metanogénesis: escala laboratorio", número 1930888, 1993-95.

xii.-Nielsen, P.H. "Biofilm dynamics and kinetics during high rate sulfate reduction under anaerobic conditions". App. and Environ. Microbiol. vol 53(1), 1987.

xiii.- L. Herrera, J. Hernández, M.E. Lienqueo, L. Bravo, J.P. Searle. "Adherencia de Desulfovibrio desulfuricans a superficies sólidas", Anales de la Asociación Chilena de Microbiología, Vol 1, 1993.

xiv.- Por ejemplo, el proceso de Nippon Kokan.

xv.-L. Herrera, J. Hernández, L. Bravo, L. Romo, L. Vera, "Biological Process for Sulfate and Metals Abatement from Mine Effluents", Environmental Toxicology and water Quality An International Journal, Vol 12, Mayo 1997.

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