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ESTUDIO DE MÉTODOS QUÍMICOS DE REMOCIÓN DE CIANURO
PRESENTE EN RESIDUOS DE CIANURACIÓN PROVENIENTES DEL
PROCESO DE EXTRACCIÓN DE ORO DE VETA EN EL DEPARTAMENTO
DE NARIÑO
JONNY ARIEL FAJARDO
b
, DIANA CAROLINA BURBANO
b
, EDITH JACKELINE
BURBANO
b
, NÉSTOR JAVIER APRAEZ
c
Y MILTON ROSERO MOREANO
a
milton.rosero@ucaldas.edu.co
Manizales, 2009-11-05 (Rev. 2010-03-28)
RESUMEN
Esta investigación se centró en la neutralización a nivel de laboratorio de
residuos cianurados provenientes de la mina Nueva Esparta ubicada en el
municipio de los Andes-Sotomayor (Nariño), con tres neutralizantes de tipo
comercial en distintas relaciones en peso (gramos de neutralizante/gramos de
CN- libre/total a neutralizar): peróxido de hidrógeno H2O2 2/1, 5/1 y 8/1,
hipoclorito de sodio NaOCl 7/1, 12/1 y 17/1 y sulfato ferroso FeSO4 6/1, 12/1 y
18/1. Las arenas residuales se trataron así: lavado con agua, neutralización del
agua de lavado y recirculación de la misma para un nuevo lavado; esto con el
objeto de minimizar la cantidad de agua empleada. Después del análisis
estadístico y teniendo en cuenta consideraciones técnicas, económicas y
ambientales, se encontró que los mejores tratamientos para la remoción de
cianuro libre y total son respectivamente las relaciones 2/1 y 5/1 del H2O2. Se
realizó una caracterización fisicoquímica de la fuente de agua afectada por la
actividad de la mina en estudio, de la solución pobre de cianuro y soluciones
lixiviadas en laboratorio. En la evaluación de los metales Fe, Cu, Ni, Zn, Mn y Pb
se observó que luego de la neutralización con H2O2, los metales analizados
disminuyeron su concentración; con NaOCl se presentó un incremento en la
mayoría, con una remoción mínima de plomo y manganeso. Con FeSO4, se
obtuvo remoción para la mayoría, pero plomo y manganeso se incrementaron.
PALABRAS CLAVE
:
Cianuro, remoción, cianuración, arenas residuales, minería del oro.
STUDY OF CHEMICAL METHODS FOR CYANIDE REMOVAL FROM
CYANIDATION WASTE COMING FROM THE
GOLD VEIN EXTRACTION
PROCESS IN THE DEPARTMENT OF NARIÑO
ABSTRACT
This research focused on laboratory-scale neutralization of cyanide wastes from
the Nueva Esparta mine in the municipality of Los Andes, Sotomayor (Nariño)
with three commercial type neutralizers in different weight ratios (neutralizer
grams / CN-free/total to be neutralized): hydrogen peroxide H2O2 2/1, 5/1 and
8/1, sodium hypochlorite NaOCl 7/1, 12/1 and 17/1 and ferrous sulfate FeSO4
6/1, 12/1 and 18/1. Residual sands were treated as follows: washing with water,
neutralization of the washing water and circulation of the same water for a new
washing process, this with the purpose of minimizing the quantity of water used.
After the statistic analysis and taking into account technical, economical and
environmental considerations, it was found that the best treatments for removing
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free and total cyanide are respectively the relations 2/1 and5/1 from H2O2.
A
physical-chemical characterization of the water source affected by the activity on
the poor cyanide solution and solutions lixiviated in the laboratory of the mine
under study was performed. In the evaluation of the metals Fe, Cu, Ni, Zn, Mn
and Pbit was observed that after the neutralization with con H2O2, the analyzed
metals diminished their concentration.
There was an increase in the majority With
NaOCl woth a minimum removal of lead and manganese.
With FeSO4 there was
removal for the majority but lead and manganese increased.
KEY WORDS:
cyanide, removal, cyanide, residual sand, gold mining.
INTRODUCCIÓN
En las minas ubicadas en la Cordillera Occidental del departamento de Nariño se
practica la técnica de cianuración para la recuperación del oro de veta, la cual se
realiza de una manera inapropiada afectando tanto la salud de las personas
como al medio ambiente (ver Figura 1). La principal causa del impacto sanitario y
ambiental es el inadecuado manejo de los residuos de dicho proceso (arenas
cianuradas) los cuales son depositados al aire libre sin tratamiento previo cerca
de las fuentes de agua generando emisiones tóxicas a la atmósfera, al suelo y el
agua.
1
Figura 1.
Disposición inadecuada de las arenas cianuradas en los procesos de
beneficio de la minería del oro, Sotomayor (Nariño).
El cianuro es altamente tóxico, sin embargo puede ser sometido a una
degradación química, natural o biológica para disminuir su poder contaminante.
2
Dentro de los métodos químicos tenemos:
Precipitación con sulfato ferroso: este proceso es utilizado para transformar el
cianuro libre a ferrocianuro y/o ferricianuro que son compuestos más estables
considerados de baja toxicidad y se realiza a un pH óptimo de 7,5-10,5 y el hierro
se adiciona como sulfato ferroso.
3
Las reacciones del proceso son:
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Oxidación con peróxido de hidrógeno: oxidación catalizada con Cu+2, el cual se
adiciona como sulfato de cobre en medio alcalino, formándose un complejo con
el ion cianuro (tetracianocuprato) el cual tiene mayor afinidad con el peróxido.
Éste es un proceso nuevo, simple, con mínimos requisitos de supervisión y bajos
costos; el peróxido de hidrógeno es un compuesto no tóxico y altamente oxidante
que puede romper fácilmente el compuesto de cianuro.
4
Tratamiento con hipoclorito de calcio: consiste en la oxidación de cianuro a
cianato de calcio y luego a pH ácido, éste se descompone en amoniaco y
bicarbonato; el uso de estos productos tiene desventajas como la formación de
compuestos tóxicos como cloruro de cianógeno y organoclorados; se libera al
medio ambiente cloro residual y cloruros, requiere condiciones alcalinas fuertes y
el consumo del oxidante puede ser muy alto.
5
Con este estudio se pretende evaluar a nivel de laboratorio tres diferentes tipos
de tratamientos químicos: oxidación con H2O2, oxidación con NaOCl y
precipitación con FeSO4 para la remoción de cianuro y metales pesados como
Fe, Zn, Ni, Mn, Pb y Cu, presentes en las arenas residuales provenientes del
proceso de cianuración por percolación en el proceso de beneficio de oro, en la
mina Nueva Esparta (Nariño) estableciendo las condiciones óptimas para
conseguir, una vez escalados los hallazgos de esta investigación, una reducción
importante de las emisiones tóxicas de estos compuestos al ambiente.
MATERIALES Y MÉTODOS
Muestreo
Se hizo el día de la descarga de las arenas cianuradas del tanque de
cianuración, tomando tres muestras compuestas de la parte superior, media y
fondo del tanque.
Caracterización fisicoquímica de la muestra
Se determinó pH (mediante pH-metro), metales como hierro, cobre, zinc, níquel,
manganeso y plomo (por absorción atómica con llama) previa digestión ácida
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;
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sulfatos (por el método turbidimétrico), cianuro total (mediante destilación) y
cianuro libre (por titulación con AgNO3 y por test con reactivos) a las muestras de
arenas cianuradas, aguas de lavados de arenas y lixiviados de arenas a 24
horas; al igual que a muestras de la quebrada aledaña a los molinos de la mina y
soluciones pobres de los tanques de cianuración. Análisis todos realizados en los
laboratorios especializados de la Universidad de Nariño según el Standard
Methods de la AWWA APHA 19a edición.
Ensayos de tratabilidad a escala laboratorio
a)
La lixiviación se realizó tomando 10 g de arena contenidos en un tejido con
tamaño de poro de 50 μm, sometidos a agitación constante por 24 horas en un
litro de agua destilada. El método espectrofotométrico para cianuro por test con
reactivos (Merck Spectroquant) fue validado según las guías de la CEM/OPS del
Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria CEPIS.
b)
Neutralización de cianuro: se aplicó a las arenas residuales del proceso de
cianuración, que se trataron por el siguiente método: lavado con agua,
neutralización del agua de lavado y recirculación de la misma para un nuevo
lavado. Esto con el objeto de minimizar la cantidad de agua empleada en los
lavados. El contenido de cianuro se midió después de cada ciclo, realizando
cuatro en total. Para realizar este procedimiento se construyeron unidades
experimentales que consisten en columnas de pvc de 2 pulgadas de diámetro y
50 cm de longitud, con un filtro en la parte inferior y un desagüe para recoger las
aguas de lavado (ver Figura 2). En cada columna se trató 1 kilogramo de arena
residual.
Figura 2.
Unidad experimental ensayos de tratabilidad para arenas cianuradas
mediante neutralización de cianuro con diferentes agentes químicos.
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Para cada uno de los neutralizantes químicos comerciales se estudiaron tres
diferentes relaciones en peso. Peróxido de hidrógeno: 2/1, 5/1 y 8/1 g H2O2/g
CN- con un tiempo de reacción de 3 horas y pH de 9-11,5; hipoclorito de sodio:
7/1, 12/1 y 17/1 g HClO/g CN- con un tiempo de reacción de 2 horas y pH mayor
a 11; y sulfato ferroso: 6/1, 12/1 y 18/1 g FeSO4/g CN- con un tiempo de reacción
de 1 hora y un pH de 7,5 a 10,5. Cada relación se consideró como un tratamiento
para un total de nueve, que se analizaron estadísticamente con base en un
diseño irrestrictamente al azar (DIA).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la Tabla 1 se presentan los datos de los parámetros fisicoquímicos evaluados
en cuatro tipos de muestras distintas, tanto de muestras de agua de influencia
directa del proceso de extracción como de los ensayos de tratabilidad realizados
a nivel de laboratorio.
Tabla 1.
Caracterización fisicoquímica muestras de agua y ensayos de
tratabilidad.
Muestra 1: Agua quebrada Honda, 50 m antes de molinos.
Muestra 2: Agua quebrada Honda, 50 m después de molinos.
Muestra 3: Solución pobre de cianuro del sistema de cianuración.
Muestra 4: Lixiviación 10 g de arena
Ninguno de los parámetros fisicoquímicos analizados a las muestras de agua
antes y después de los molinos de la mina, están por encima de los límites
permisibles según el Decreto 1594 de 1984, sin embargo se observa un ligero
incremento en la concentración de dichos parámetros 50 m después de los
molinos muy probablemente por la actividad de esta mina.
La Muestra 4 simula la lixiviación natural de las arenas cuando son depositadas a
orillas de las quebradas sin un previo tratamiento. No se encontró una correlación
directa entre un mayor contenido de metal en el mineral y una mayor lixiviación
de dichos metales, debido a la diferencia de solubilidad de los minerales
presentes en el material de la mina.
En la solución pobre de cianuro se encontró que las concentraciones de níquel y
cobre están por encima de los límites permisibles para el vertimiento de residuos
líquidos (Decreto 1594), esto se debe a la composición mineralógica del material.
Los niveles de zinc, hierro, manganeso y sulfatos (no contemplados en el
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Decreto) se encuentran en concentraciones relativamente altas, debido a la
presencia de minerales como pirita (FeS2), blenda (ZnS), esfarelita (ZnFe)S y
otros sulfuros que por acción del oxígeno se oxidan a sulfatos, ocasionando una
liberación de metales. El alto nivel de zinc también se debe a la utilización de
viruta de zinc para precipitar el oro. El contenido de cianuro presente en esta
solución es bastante elevado, lo cual representa un riesgo inminente para el
medio ambiente si fueran descargadas sin un previo tratamiento.
Tabla 2.
Caracterización de arena antes de neutralizar.
Según la Tabla 2, las altas concentraciones de hierro y sulfatos se deben a la alta
cantidad de pirita presente en el mineral de veta, los cuales sufren un proceso de
oxidación liberando sulfatos y cationes como el hierro, produciendo acidez y
turbidez en las aguas.
Los sulfuros se descomponen de acuerdo con la siguiente reacción
1
:
Tabla 3.
Caracterización de soluciones de lavado inicial (antes de neutralización).
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* Concentración de solución del lavado inicial de 1 kg de arena (volumen de la
solución recogida después de lavar: 140 ml).
** Cantidad extraída del lavado inicial de 1 kg de arena.
En la Tabla 3, se observa que al comparar la cantidad extraída de 1 kg de arena
con la concentración en mg/kg para los parámetros analizados se aprecia que
sólo una pequeña cantidad de dichas sustancias es solubilizada.
El método espectrofotométrico de test con reactivos se encontró que es repetible,
reproducible y exacto. Los límites de detección y cuantificación son: 0,004 ppm
de CN- y 0,014 ppm de CN-, respectivamente.
Tabla 4.
Pruebas de comparación múltiple para los diferentes tratamientos de
neutralización para cianuro libre.
Después de realizado el análisis de varianza (ver Tabla 4), que determinó que
existen diferencias significativas entre los tratamientos, se efectuaron las pruebas
de Tukey y Duncan para los porcentajes de remoción de cianuro libre. Según
estas pruebas se encontraron varios grupos homogéneos diferentes entre sí, de
los cuales se recomienda el Grupo A por presentar los más altos porcentajes de
remoción. Sin embargo, desde el punto de vista técnico, económico y ambiental
se recomienda el tratamiento H2O2 2/1 por presentar ventajas con respecto a los
otros neutralizantes como: la no formación de excesiva cantidad de precipitado a
diferencia de sulfato ferroso, la no generación de cloro residual a diferencia del
hipoclorito de sodio, lo cual puede generar problemas cuando se tratan grandes
cantidades de arenas puesto que se incrementa la cantidad de cloro que es
precursor de organoclorados, sustancias tóxicas de difícil degradación; además
el exceso de peróxido se puede descomponer en agua y oxígeno.
Tabla 5.
Pruebas de comparación múltiple para los diferentes tratamientos de
neutralización para cianuro total.
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Teniendo en cuenta la prueba de Duncan (ver Tabla 5), se encontraron dos
grupos de tratamientos de los cuales el A es mejor puesto que se obtienen los
más altos porcentajes de remoción de cianuro total; sin embargo considerando
las ventajas técnicas, económicas y ambientales mencionadas para el peróxido
de hidrógeno, se recomienda utilizar este neutralizante en su relación 5/1.
Después de la neutralización de las arenas con peróxido de hidrógeno se
presenta una considerable disminución de cobre, zinc y manganeso, los cuales
son arrastrados en cada ciclo de lavado quedando en solución; esto debido a que
este neutralizante es un oxidante fuerte de rápida reacción en medios básicos; en
el caso del plomo y níquel se logró una menor remoción alrededor del 56% y
31%, respectivamente. Con el hipoclorito de sodio se presentó un incremento de
la concentración de los metales cobre, zinc, níquel, manganeso y plomo; a
excepción del manganeso y plomo con la relación 7/1 donde la remoción es
mínima. Con el sulfato ferroso se obtuvo remoción considerable para el zinc y
níquel con porcentajes algo superiores al 70%. La remoción de cobre y
manganeso fue mínima y para la relación 18/1 la concentración de manganeso
se incrementó. En el caso del plomo también se presentó un incremento.
CONCLUSIONES
Existen fuertes indicios de que el agua de la quebrada Honda se ve
afectada por la actividad de la mina Nueva Esparta, lo cual se corrobora
por el incremento en la concentración de los parámetros analizados en el
agua después de las instalaciones de la mina.
En la solución pobre de cianuro de la mina Nueva Esparta, las
concentraciones de níquel y cobre están por encima de los límites
permisibles para el vertimiento de residuos líquidos de acuerdo al Decreto
1594.
El mejor tratamiento para la remoción de cianuro libre es el H2O2 en la
relación 2/1, porque se obtienen los más altos porcentajes de remoción,
además presenta ventajas sobre los otros tratamientos, desde el punto de
vista técnico, económico y ambiental.
Estadísticamente se comprobó que los mejores porcentajes de remoción
de cianuro total se obtuvieron con el hipoclorito de sodio en todas sus
relaciones, las mayores relaciones del peróxido de hidrógeno y sulfato
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ferroso; sin embargo, se sugiere la aplicación del peróxido de hidrógeno
en su relación 5/1 por las consideraciones antes mencionadas.
En soluciones de lavado de arenas se presenta un elevado porcentaje de
remoción de Fe, Cu y Zn para todos los neutralizantes. El Mn y Pb sólo
son removidos por H2O2; mientras que con NaClO y FeSO4 se presenta
un ligero aumento en su concentración.
En arenas se aprecia un gran porcentaje de remoción de Fe con todos los
neutralizantes. El H2O2 logró remoción para los metales restantes,
mientras que con NaClO se presentó aumento de concentración para los
mismos.
En soluciones lixiviadas se dio remoción para Fe, Cu, Zn, Pb y Ni con
porcentajes disímiles. Para el Mn no se presentó remoción con H2O2; y
con NaClO y FeSO4 se obtuvo un ligero incremento.
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proceso de cianuración utilizado en el proceso de extracción de oro en el
departamento de Nariño
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