Proceso de producción de cobre.
Para establecer de una buena forma la generación de los contaminantes del proceso de producción de cobre, se debe analizar en detalle el proceso, así se obtiene una visión mas completa de las emisiones.
Los sistemas de extracción de mineral comprenden dos tipos de yacimientos:
- A rajo o tajo abierto
- Subterráneo
La diferencia fundamental entre los sistemas radica en el tipo de mineral presente mayoritariamente en la tierra. En la zona norte del Chile, se encuentra principalmente mineral oxidado, es decir metales asociados a oxigeno, debido a esto su presencia es superficial presentando un sistema de extracción a tajo abierto.
La zona central de Chile presenta una mineral del tipo sulfurado, es decir metales asociados a azufre, que están presentes a mayores profundidades, por lo que su extracción es subterránea.
La extracción a tajo abierto y sus contaminantes
La roca extraída de la mina, se muele por un proceso de chancado y molienda, lo que genera una c
antidad importante de material particulado. Posteriormente se realiza el lixiviado del mineral ya molido, el cual consiste en aplicar ácido sulfúrico, con el fin de solubilizar el cobre. Además del cobre se solubilizan otros metales, que finalmente quedaran como residuos. El cobre es retirado de la mezcla a través de una extracción con solventes orgánicos y los demás compuestos quedan en la fase acuosa. Estos son sales ácidas de Fe, Al, Mn, Ca, Na, Mo, As, Zn, Cd, Hg, Pb, etc. El destino de estos residuos es de suma importancia, ya que si son arrojados a un rió, provocarían serios daños a los equilibrios iónicos del sistema. También al aplicarse a suelos, alterarían la carga iónica de éste, provocando problemas de degradación.
El cobre separado es vuelto a pasar a una solución acuosa, en donde se realizara una electrólisis que requiere grandes cantidades de energía.
Las grandes cantidades de roca que se manejan requieren también grandes cantidades de agua, por lo que el uso eficiente de esta resulta fundamental.
La extracción subterránea.
Así como en la minería a rajo abierto, también debe realizarse un proceso de chancado y molienda, pero en este caso este proceso es mas extensivo, y se requiere un proceso de molienda húmeda. La roca molida con el agua forman una pulpa a la que se le realiza un proceso
de flotación, en donde con la adición de reactivos colectores es retirado el cobre como espuma y en la solución acuosa se mantienen los otros componentes, que son sales de Fe, Al, Mn, Ca, Na, Mo, As, Zn, Hg, Pb, Cd y escoria, que pasan a ser contaminantes por que ya no tienen valor. El cobre retirado todavía mantiene impurezas, que son eliminadas en las etapas posteriores de refino. El proceso de refino se realiza en hornos autógenos que separan al cobre de sus demás componentes. Como en la minería subterránea se tiene principalmente mineral sulfurado, y el proceso se realiza en un ambiente con oxigeno, se produce la formación de dióxido de azufre, este compuestos al ser evacuado hacia el ambiente, reacciona con el agua y forma ácido sulfúrico, que por precipitaciones es llevado hacia los suelos, originando el fenómeno de lluvia ácida.
Cobre en el suelo
La minería de cobre fundamentalmente desarrollada en la zona central del país afecta con sus emisiones los ríos y a la vez los suelos, que pueden tener utilidad para cultivo o conservación, afectando la flora y fauna.
La contaminación de suelos es fundamentalmente por metales pesados. Estos metales una vez que llegan al suelo están expuestos a diversos tipos de procesos como oxidación, reducción, adsorción, precipitación entre otros. Pero a diferencia de la contaminación con sustancias orgánicas, como por ejemplo hidrocarburos, estos contaminantes inorgánicos no se pueden biodegradar, produciéndose en consecuencia su acumulación. De aquí se origina, entonces, el principal problema de tener que enfrentar este tipo de contaminación acumulativa y persistente en el tiempo.
Para encarar esta situación, en primera instancia se debe establecer reglas que permitan disminuir la emisión de estos metales, así como privilegiar el uso de tecnologías limpias en producción. Esto se traduce en normas de emisión para y de calidad para regular a la concentración descargada de metales a las aguas superficiales y subterráneas. La elaboración y vigencia de estas normas pueden ayudar a controlar el problema. No obstante, es necesario considerar la existencia de pasivos que contienen estos elementos contaminantes, por lo cual se requiere tomar medidas para que no lleguen a los receptores (plantas, animales, hombres), diminuyéndolos o impidiendo su adecuada dispersión.
Para cumplir con estas normas las mineras deben establecer planes que contemplan tres estrategias posibles: confinamiento, extracción y estabilización
-Confinamiento: las primeras medidas que se han utilizado, consisten en confinar mediante una matriz los metales pesados, mediante métodos como la vitrificación y barreras de contención, cuyo objetivo es aislarlos en el mismo suelo. Esta no es una solución definitiva, ya que siempre existe la posibilidad de que la matriz que los contenga se rompa, liberando los contaminantes.
-Extracción: consiste en eliminar los metales pesados mediante técnicas de lavado y excavación y remoción de suelos para ser trasladados a sitios más adecuados y realizar electroremedación, Estos son métodos de alto costos y además requieren métodos de tratamiento para los lavados.
Dentro de esta clasificación se encuentra la fitoextracción, que es económicamente más factible.
-Estabilización: existen diversos métodos de estabilización, los cuales plantean la inmovilización de los metales. Este se lleva a cabo in situ. Compost y biosolidos provenientes de tratamientos de aguas servidas y compuesto de fosfatos son algunos de los agentes ocupados para la inmovilización de los metales pesados.
La dispersión de metales en el suelo
La dispersión de desechos y productos de la minería del cobre a la tierra depende del grado de biodisponibilidad de este metal, del suelo receptor y del tipo de cultivos.
-Biodisponibilidad del cobre: Del contenido total de cobre presenta en los distintos desechos y productos generados por el procesamiento de minerales sulfurados de cobre, solo un parte se encuentra biodisponible. Esta característica varía entre los distintos materiales, pudiendo diferenciarse en varios ordenes de magnitud.
-Capacidad amortiguadora del suelo: Los suelos están constituidos básicamente por una matriz de material particulado de distintos tamaños y tipos (arcillas, arena y limo) y una cantidad variable de materia orgánica aportada por los seres vivos. En esta matriz se difunde el oxigeno de la atmósfera y se infiltra agua de las precipitaciones y del riego. Por eso, los suelos son reactivos químicamente y reaccionan a la incorporación de diversos desechos industriales.
Los suelos son capaces de neutralizar en forma natural los efectos de una gran diversidad de compuestos, siempre y cuando sean incorporadas en cantidades moderadas. Pero esta cualidad es variable, ya que depende de ciertas características físicas y químicas propias, tales como la textura, el pH, el contenido de materia orgánica y la cantidad y el tipo de minerales y arcilla.
-Sensibilidad de las plantas: Todas las plantas nesecitan de elementos minerales para su crecimiento normal, pero muchas de ellas los requieren en pocas cantidades. Estos productos los obtienen del suelo, a través de sus raíces, pero solo son capaces de absorber la fracción de metal biodisponible. Sin embargo, las plantas presentan distintos grados de sensibilidad cuando son expuestas a cantidades crecientes de materiales biodisponibles en el suelo. La lechuga es una especie sensible que responde rápidamente al ser enfrentada a niveles crecientes de metal biodisponible, incluido el cobre.
Caso de estudio, relaves en la IV región
La pequeña y mediana minería ha sido una actividad históricamente importante para la economía de la región de Coquimbo. Sin embargo, la explotación intensiva de minerales en los últimos 150 años también ha generado grandes cantidades de pasivos ambientales, entre los que se destacan
los depósitos de relave. La falta de una legislación ambiental que regule adecuadamente la etapa post-operativa de los depósitos de relave ha permitido su abandono en condiciones inadecuadas, con los potenciales riesgos ambientales.
Dada la importancia agrícola, ganadera, residencial y ecológica de los sectores próximos a los depósitos de estos relaves, y lo critica que resulta la contaminación del escaso recurso hídrico y de los suelos agrícolas de la zona, es fundamental la estabilización de los relaves en forma efectiva, ambientalmente sustentable.
Si los metales son depositados en el suelo ausentes de procedimientos de manejo, su tratamiento a posteriori resulta sumamente costoso y difícil, imponiendo altos riesgos de toxicidad que pueden imponer sobre los seres vivos.
Resulta entones de primera necesidad realizar un tratamiento a los relaves por las siguiente características especificas de la cuarta región:
1) la cuarta región forma parte de una de las zonas mas interesantes del país en cuanto a diversidad biológica.
2) La actividad agrícola esta restringida a los valles y a las planicies litorales, zonas donde se emplaza el 91% de los relaves.
3) El 46% de los relaves se emplazan en las cercanías de los centros poblados y de los principales cursos de agua de la región.
Como estabilizar los relaves? Alternativas de la naturaleza.
Existen diversos métodos fisicoquímicos que permites estabilizar los depósitos de relaves, tales como la cementación y vitrificación. Sin embargo, las tecnologías tradicionales de tratamiento de sustratos enriquecidos con metales son extremadamente caras y restringen las posibilidades de un uso posterior.
En la última década se han buscado métodos mas baratos y ambientalmente mas adecuados y que abran opciones para un uso posterior. Dentro de las alternativas emergentes se encuentra la fitoestabilización que presenta la mejor relación costo-efectividad.
La fitoestabilizacion se define como el uso de especies vegetales y de mejoradores de sustrato adecuados para dejar los elementos metálicos en una forma inocua para los seres vivos, estabilización química, y además estabilizar físicamente el sustrato disminuyendo los proceso erosivos.
El proceso de la fitoestabilizacion consiste en el uso de un tipo de plantas especiales, tolerantes a concentraciones elevadas de metales, llamadas metalófilas.
Los metales son precipitados, absorbidos por las raíces de las plantas metalofilas, los microorganismos asociados a las raíces de la plantas y por los mejoradores de sustrato donde se acumulan en formas inocuas. La implementación de una cobertura vegetal metalofila sobre el sustrato, permite la estabilización del relave y además previene la dispersión eólica e hídrica del material a zonas aledañas.
Evaluaciones realizadas indican que la fitoestabilizacion es tan eficiente como los métodos tradicionales de tratamiento fisicoquímico, pero mucho menos costosa y ambientalmente más adecuada, además, amplia las posibilidades de un uso posterior y devuelve la tierra en una condición ecológica mas aceptable.
Especies en uso:
Las especies vegetales usadas en la fitoestabilizacion deben seleccionarse de acuerdo a las restricciones climáticas y edaficas del lugar de emplazamiento del depósito de relaves. Las especies metalofilas, han desarrollado mecanismos biológicos que les permiten resistir altas concentraciones de metales en sus tejidos, que son toxicas para la mayoría de las plantas. Generalmente corresponden a especies endémicas de zonas con mineralizaciones naturales o a poblaciones de especies comunes que han desarrollado variantes tolerantes al establecerse sobre desechos mineros.
Las especies utilizadas para fitoestabilizacion presentan una óptima adaptación al clima y a las condicione edáficas del lugar.
Conclusiones.
La minería es la actividad industrial de mayor importancia económica en Chile, es por ello que en la última década se han podido realizar esfuerzos con el fin de generar un sistema de extracción sustentable.
La gran cantidad de pasivos ambientales que genera la minería han sido enfrentados cada vez con técnicas mejores y de esta forma se esta llegando a un impacto ambiental reducido. Resulta interesante que la actividad tenga la conciencia y la capacidad de dar oportunidad de desarrollar diversas técnicas para la descontaminación. El caso mas interesante es el uso de la fitoestabilizacion, que apunta a encontrar la solución al tratamiento de un desecho aplicando la naturaleza, y ver que los resultados son tan satisfactorios.
Durante la recopilacion de datos para realizar este trabajo, se puede apreciar la gran cantidad de externalidades negativas que se generan para el ambiente, pero del mismo modo, se ve una total disposicion a dar solución a estos problemas, aplicando tecnología, ciencia y naturaleza.
Para establecer de una buena forma la generación de los contaminantes del proceso de producción de cobre, se debe analizar en detalle el proceso, así se obtiene una visión mas completa de las emisiones.
Los sistemas de extracción de mineral comprenden dos tipos de yacimientos:
- A rajo o tajo abierto
- Subterráneo
La diferencia fundamental entre los sistemas radica en el tipo de mineral presente mayoritariamente en la tierra. En la zona norte del Chile, se encuentra principalmente mineral oxidado, es decir metales asociados a oxigeno, debido a esto su presencia es superficial presentando un sistema de extracción a tajo abierto.
La zona central de Chile presenta una mineral del tipo sulfurado, es decir metales asociados a azufre, que están presentes a mayores profundidades, por lo que su extracción es subterránea.
La extracción a tajo abierto y sus contaminantes
La roca extraída de la mina, se muele por un proceso de chancado y molienda, lo que genera una c
antidad importante de material particulado. Posteriormente se realiza el lixiviado del mineral ya molido, el cual consiste en aplicar ácido sulfúrico, con el fin de solubilizar el cobre. Además del cobre se solubilizan otros metales, que finalmente quedaran como residuos. El cobre es retirado de la mezcla a través de una extracción con solventes orgánicos y los demás compuestos quedan en la fase acuosa. Estos son sales ácidas de Fe, Al, Mn, Ca, Na, Mo, As, Zn, Cd, Hg, Pb, etc. El destino de estos residuos es de suma importancia, ya que si son arrojados a un rió, provocarían serios daños a los equilibrios iónicos del sistema. También al aplicarse a suelos, alterarían la carga iónica de éste, provocando problemas de degradación.El cobre separado es vuelto a pasar a una solución acuosa, en donde se realizara una electrólisis que requiere grandes cantidades de energía.
Las grandes cantidades de roca que se manejan requieren también grandes cantidades de agua, por lo que el uso eficiente de esta resulta fundamental.
La extracción subterránea.
Así como en la minería a rajo abierto, también debe realizarse un proceso de chancado y molienda, pero en este caso este proceso es mas extensivo, y se requiere un proceso de molienda húmeda. La roca molida con el agua forman una pulpa a la que se le realiza un proceso
de flotación, en donde con la adición de reactivos colectores es retirado el cobre como espuma y en la solución acuosa se mantienen los otros componentes, que son sales de Fe, Al, Mn, Ca, Na, Mo, As, Zn, Hg, Pb, Cd y escoria, que pasan a ser contaminantes por que ya no tienen valor. El cobre retirado todavía mantiene impurezas, que son eliminadas en las etapas posteriores de refino. El proceso de refino se realiza en hornos autógenos que separan al cobre de sus demás componentes. Como en la minería subterránea se tiene principalmente mineral sulfurado, y el proceso se realiza en un ambiente con oxigeno, se produce la formación de dióxido de azufre, este compuestos al ser evacuado hacia el ambiente, reacciona con el agua y forma ácido sulfúrico, que por precipitaciones es llevado hacia los suelos, originando el fenómeno de lluvia ácida.Cobre en el suelo
La minería de cobre fundamentalmente desarrollada en la zona central del país afecta con sus emisiones los ríos y a la vez los suelos, que pueden tener utilidad para cultivo o conservación, afectando la flora y fauna.
La contaminación de suelos es fundamentalmente por metales pesados. Estos metales una vez que llegan al suelo están expuestos a diversos tipos de procesos como oxidación, reducción, adsorción, precipitación entre otros. Pero a diferencia de la contaminación con sustancias orgánicas, como por ejemplo hidrocarburos, estos contaminantes inorgánicos no se pueden biodegradar, produciéndose en consecuencia su acumulación. De aquí se origina, entonces, el principal problema de tener que enfrentar este tipo de contaminación acumulativa y persistente en el tiempo.
Para encarar esta situación, en primera instancia se debe establecer reglas que permitan disminuir la emisión de estos metales, así como privilegiar el uso de tecnologías limpias en producción. Esto se traduce en normas de emisión para y de calidad para regular a la concentración descargada de metales a las aguas superficiales y subterráneas. La elaboración y vigencia de estas normas pueden ayudar a controlar el problema. No obstante, es necesario considerar la existencia de pasivos que contienen estos elementos contaminantes, por lo cual se requiere tomar medidas para que no lleguen a los receptores (plantas, animales, hombres), diminuyéndolos o impidiendo su adecuada dispersión.
Para cumplir con estas normas las mineras deben establecer planes que contemplan tres estrategias posibles: confinamiento, extracción y estabilización
-Confinamiento: las primeras medidas que se han utilizado, consisten en confinar mediante una matriz los metales pesados, mediante métodos como la vitrificación y barreras de contención, cuyo objetivo es aislarlos en el mismo suelo. Esta no es una solución definitiva, ya que siempre existe la posibilidad de que la matriz que los contenga se rompa, liberando los contaminantes.
-Extracción: consiste en eliminar los metales pesados mediante técnicas de lavado y excavación y remoción de suelos para ser trasladados a sitios más adecuados y realizar electroremedación, Estos son métodos de alto costos y además requieren métodos de tratamiento para los lavados.
Dentro de esta clasificación se encuentra la fitoextracción, que es económicamente más factible.
-Estabilización: existen diversos métodos de estabilización, los cuales plantean la inmovilización de los metales. Este se lleva a cabo in situ. Compost y biosolidos provenientes de tratamientos de aguas servidas y compuesto de fosfatos son algunos de los agentes ocupados para la inmovilización de los metales pesados.
La dispersión de metales en el suelo
La dispersión de desechos y productos de la minería del cobre a la tierra depende del grado de biodisponibilidad de este metal, del suelo receptor y del tipo de cultivos.
-Biodisponibilidad del cobre: Del contenido total de cobre presenta en los distintos desechos y productos generados por el procesamiento de minerales sulfurados de cobre, solo un parte se encuentra biodisponible. Esta característica varía entre los distintos materiales, pudiendo diferenciarse en varios ordenes de magnitud.
-Capacidad amortiguadora del suelo: Los suelos están constituidos básicamente por una matriz de material particulado de distintos tamaños y tipos (arcillas, arena y limo) y una cantidad variable de materia orgánica aportada por los seres vivos. En esta matriz se difunde el oxigeno de la atmósfera y se infiltra agua de las precipitaciones y del riego. Por eso, los suelos son reactivos químicamente y reaccionan a la incorporación de diversos desechos industriales.
Los suelos son capaces de neutralizar en forma natural los efectos de una gran diversidad de compuestos, siempre y cuando sean incorporadas en cantidades moderadas. Pero esta cualidad es variable, ya que depende de ciertas características físicas y químicas propias, tales como la textura, el pH, el contenido de materia orgánica y la cantidad y el tipo de minerales y arcilla.
-Sensibilidad de las plantas: Todas las plantas nesecitan de elementos minerales para su crecimiento normal, pero muchas de ellas los requieren en pocas cantidades. Estos productos los obtienen del suelo, a través de sus raíces, pero solo son capaces de absorber la fracción de metal biodisponible. Sin embargo, las plantas presentan distintos grados de sensibilidad cuando son expuestas a cantidades crecientes de materiales biodisponibles en el suelo. La lechuga es una especie sensible que responde rápidamente al ser enfrentada a niveles crecientes de metal biodisponible, incluido el cobre.
Caso de estudio, relaves en la IV región
La pequeña y mediana minería ha sido una actividad históricamente importante para la economía de la región de Coquimbo. Sin embargo, la explotación intensiva de minerales en los últimos 150 años también ha generado grandes cantidades de pasivos ambientales, entre los que se destacan
los depósitos de relave. La falta de una legislación ambiental que regule adecuadamente la etapa post-operativa de los depósitos de relave ha permitido su abandono en condiciones inadecuadas, con los potenciales riesgos ambientales.Dada la importancia agrícola, ganadera, residencial y ecológica de los sectores próximos a los depósitos de estos relaves, y lo critica que resulta la contaminación del escaso recurso hídrico y de los suelos agrícolas de la zona, es fundamental la estabilización de los relaves en forma efectiva, ambientalmente sustentable.
Si los metales son depositados en el suelo ausentes de procedimientos de manejo, su tratamiento a posteriori resulta sumamente costoso y difícil, imponiendo altos riesgos de toxicidad que pueden imponer sobre los seres vivos.
Resulta entones de primera necesidad realizar un tratamiento a los relaves por las siguiente características especificas de la cuarta región:
1) la cuarta región forma parte de una de las zonas mas interesantes del país en cuanto a diversidad biológica.
2) La actividad agrícola esta restringida a los valles y a las planicies litorales, zonas donde se emplaza el 91% de los relaves.
3) El 46% de los relaves se emplazan en las cercanías de los centros poblados y de los principales cursos de agua de la región.
Como estabilizar los relaves? Alternativas de la naturaleza.
Existen diversos métodos fisicoquímicos que permites estabilizar los depósitos de relaves, tales como la cementación y vitrificación. Sin embargo, las tecnologías tradicionales de tratamiento de sustratos enriquecidos con metales son extremadamente caras y restringen las posibilidades de un uso posterior.
En la última década se han buscado métodos mas baratos y ambientalmente mas adecuados y que abran opciones para un uso posterior. Dentro de las alternativas emergentes se encuentra la fitoestabilización que presenta la mejor relación costo-efectividad.
La fitoestabilizacion se define como el uso de especies vegetales y de mejoradores de sustrato adecuados para dejar los elementos metálicos en una forma inocua para los seres vivos, estabilización química, y además estabilizar físicamente el sustrato disminuyendo los proceso erosivos.
El proceso de la fitoestabilizacion consiste en el uso de un tipo de plantas especiales, tolerantes a concentraciones elevadas de metales, llamadas metalófilas.
Los metales son precipitados, absorbidos por las raíces de las plantas metalofilas, los microorganismos asociados a las raíces de la plantas y por los mejoradores de sustrato donde se acumulan en formas inocuas. La implementación de una cobertura vegetal metalofila sobre el sustrato, permite la estabilización del relave y además previene la dispersión eólica e hídrica del material a zonas aledañas.
Evaluaciones realizadas indican que la fitoestabilizacion es tan eficiente como los métodos tradicionales de tratamiento fisicoquímico, pero mucho menos costosa y ambientalmente más adecuada, además, amplia las posibilidades de un uso posterior y devuelve la tierra en una condición ecológica mas aceptable.
Especies en uso:
Las especies vegetales usadas en la fitoestabilizacion deben seleccionarse de acuerdo a las restricciones climáticas y edaficas del lugar de emplazamiento del depósito de relaves. Las especies metalofilas, han desarrollado mecanismos biológicos que les permiten resistir altas concentraciones de metales en sus tejidos, que son toxicas para la mayoría de las plantas. Generalmente corresponden a especies endémicas de zonas con mineralizaciones naturales o a poblaciones de especies comunes que han desarrollado variantes tolerantes al establecerse sobre desechos mineros.
Las especies utilizadas para fitoestabilizacion presentan una óptima adaptación al clima y a las condicione edáficas del lugar.
Conclusiones.
La minería es la actividad industrial de mayor importancia económica en Chile, es por ello que en la última década se han podido realizar esfuerzos con el fin de generar un sistema de extracción sustentable.
La gran cantidad de pasivos ambientales que genera la minería han sido enfrentados cada vez con técnicas mejores y de esta forma se esta llegando a un impacto ambiental reducido. Resulta interesante que la actividad tenga la conciencia y la capacidad de dar oportunidad de desarrollar diversas técnicas para la descontaminación. El caso mas interesante es el uso de la fitoestabilizacion, que apunta a encontrar la solución al tratamiento de un desecho aplicando la naturaleza, y ver que los resultados son tan satisfactorios.
Durante la recopilacion de datos para realizar este trabajo, se puede apreciar la gran cantidad de externalidades negativas que se generan para el ambiente, pero del mismo modo, se ve una total disposicion a dar solución a estos problemas, aplicando tecnología, ciencia y naturaleza.
