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Desafíos actuales y futuros para el uso sostenible del agua en la
minería:
Propuestas científicas y proyecciones a mediano plazo
Arturo Reyes Román
Investigador Bioenergía y Sustentabilidad Ambiental
Julio 2014
Centro de Investigación
Científico Tecnológico para
la Minería
Contenido
• Megatendencias en la minería
• Uso de agua de mar en la minería
• Investigación tratamiento de agua de mar en la Región de Antofagasta.
• Conclusiones
Megatendencias en la minería
Leyes mineral
decrecientes
•Requieren más agua y
energía
•Mayor agua desecho a
tratar
•Incremento desechos
sólidos
•Se requieren nuevos
tratamientos de relaves
Operaciones mineras en
zonas escasez agua
•Aumenta reciclaje agua
•Se acumulan impurezas
en agua circula
•Se requieren
tratamientos
Opinión pública más
preocupada sobre
impactos
•Mayor dificultad
obtención permisos
•Responsabilidad
ambiental corporativa
•Responsabilidad social
corporativa
Uso de agua de mar en minería
Minería mejora eficiencia uso agua
• Recirculación
• Filtrado de relaves
• Espesaje extremo
• Búsqueda nuevas fuentes: Agua mar, Embalses superficiales, Reservorios
subterráneos, Captación niebla, Traslado de aguas.
• El 77% del agua utilizada en concentración se reutiliza.
El agua de mar en la minería
Item “agua”
alrededor del
30% de proyecto
inversión
minero.
Industria
minería
consume 8,8%
del consumo
agua l nivel
nacional
Agua de mar 8
% consumo
agua en minería
a nivel nacional
y 18 % a nivel
Regional
2021 demanda
agua en minería
aumentará un
38% (13-18
m3/s).
Agua mar debe
transportarse
largas
distancias y
gran altura nivel
del mar.
Consumo agua según proceso
11%
15%
Concentrados
Hydrometalugia
74%
otros
Consumo agua
(m3/ton)
Pequeña
minería
Mediana
minería
Gran Minería
Concentrado
0,81
0,78
0,65
Hidrometalurgia
1,5
0,12
0,12
Fuente: Cochilco 2013
Consumo de agua de mar en minería
l/S
Agua de mar
1400
1200
Agua desalinizada
706
1000
800
600
400
200
•
609
490
223
369
581
Costo de agua de mar
desalinizada
es
de
US$5,1/m3 por metro
cúbico frente US$1,6/m3
del agua fresca.
0
2011
2012
2013
Fuente: Cochilco 2014
Uso de agua de mar como agua de procesos
• Agua de mar se usa en flotación y Lixiviación minerales
(filtrado de material particulado y biológico)
• Minería Cu, Mo, S, U, K, Pb, Zn, Ag, Mn, Au, Ni, arenas
minerales.
• Lixiviación de caliche con agua de mar.
• ¿Se debe usar siempre agua desalada?
Tecnologías utilizadas para desalinización agua mar
•
•
•
•
•
Desalinización se usa en muchos países
para resolver escasez de agua [5,6,7].
(Greenlee, et al., 2009).
Procesos membrana son Osmosis Reversa,
Nanofiltración, y Destilación por membrana
(2,5,7,8)
Destilación térmica (multi-stage flash-MSF,
y multiple-effect distillation-MED).
Osmosis reversa: alta recuperación y
rechazo salino, 60 % menos energía que
evaporación
térmica,
amplio
rango
concentraciones agua de mar (1,11).
Consume gran cantidad de energía, Altos
costos, salmueras concentradas (Lee et al.,
2011).
5%
Osmosis reversa
22%
Electrodiálisis
49%
Electrodionización
Desilación multi efecto
Multi stage flash
Nanafiltración
22%
1% 1%
Plantas desaladoras en Chile
• Creciente número de
plantas
• Impactos ambientales
Fuente: Cochilco 2014
REGIÓN
II
II
III
II
II
COMPAÑÍA
BHP Billiton
BHP Billiton
AngloAmerican
Antofagasta Minerals
Antofagasta Minerals
NOMBRE
Planta Coloso
AmpliacionPlanta Coloso
Abastecimiento de agua desalada Mantoverde
Agua de mar y planta desaladora Michilla
Agua de Mar Esperanza
ESTADO
En Operación
En ejecucion
En ejecucion
En Operación
En Operación
TIPO
Desalinizacion
Desalinizacion
Desalinizacion
Desalinizacion y Agua de mar directamente en procesos
Agua de mar directamente en procesos
Agua de mar directamente en procesos (proveniente de
Esperanza)
Agua de mar directamente en procesos (proveniente de
Esperanza)
Desalinizacion
Compra a Candelaria
Desalinizacion
Desalinizacion
II
Antofagasta Minerals
Agua de Mar Antucoya
En ejecucion
II
III
III
II
II
Antofagasta Minerals
Freeport McMoran
Freeport McMoran
Freeport McMoran
Codelco
Agua de Mar Encuentro
Planta desalinizadora Candelaria
compra agua de mar
Planta de desalinizacion El Abra
Planta desalinizacion RT Sulfuros
I
I
III
Collahuasi
Teck
Teck
Planta desaladora Collahuasi
Planta desaladora Quebrada Blanca
Planta desaladora Proyecto Relincho
II
II
III
Glencore
KGHM
SCM El Morro
Aduccion agua de mar Lomas Bayas
Agua de mar Sierra Gorda
Planta desaladora El Morro
Factibilidad
En Operación
En Operación
Factibilidad
Factibilidad
Pre
Factibilidad
Evaluacion
Factibilidad
Pre
Factibilidad
En ejecucion
Factibilidad
III
II
II
II
III
Plana desaladora y agua de mar Santo Domingo
Agua de mar Planta Taltal
Agua de mar Las Cenizas Talta
Agua de mar Mantos de la luna
Agua de mar Diego de Almagro
Agua de mar y sistema de impulsion Pampa
Camarones
Factibilidad
En Operación
En Operación
En Operación
Factibilidad
Desalinizacion y Agua de mar directamente en procesos
Agua de mar directamente en procesos
Desalinizacion y Agua de mar directamente en procesos
Agua de mar directamente en procesos
Agua de mar directamente en procesos
XV
SCM Santo Domingo
Enami
SLM Las Cenizas
CM Tocopilla
Minera Can Can
Minera Pampa
Camarones
En Operación
Desalinizacion y Agua de mar directamente en procesos
REGIÓN
COMPAÑÍA
NOMBRE
ESTADO
TIPO
I
SCM Bullmine
Bullmine (Yodo)
En Admision
Agua de mar directamente en procesos
III
CAP
Planta desaladora Cerro Negro Norte (Hierro)
En operación
Desalinizacion
II
Algorta Norte
Impulsion agua de mar Algorta fase 2 (Yodo)
En ejecuion
Agua de mar directamente en procesos
IV
Andes Iron
Planta desaladora Dominga (Hierro)
Factibilidad
Desalinizacion
Desalinizacion
Desalinizacion
Desalinizacion
Agua de mar directamente en procesos
Agua de mar directamente en procesos
Desalinizacion
Investigación sobre tratamiento agua
de mar en la Región de Antofagasta
Atacama Seawater:
Process integration for energy and water saving
A joint program leads by Antofagasta University in collaboration with Technological Research Center,
Catholic University and CICITEM.
Remoción de especies de agua de mar
mediante métodos químicos usando CO2
proveniente de gases de combustión
Proyecto Anillo Conicyt
Atacama Seawater: Process integration for energy and water saving
Objetivos
General
Desarrollar tecnología sustentable para remover Ca y Mg desde agua de mar mediante
adición de CO2
Específicos :
i) Determinar efecto agua de mar tratada con CO2 sobre recuperación de minerales de
Cu-Mo
ii) Aplicar DAF para flotación de partículas formadas durante inyección de CO2 al agua de
mar
iii) Determinar efecto del agua de mar tratada con DAF sobre la recuperación de
minerales de Cu-Mo
iv) Determinar el potencial uso de CO2 desde fuentes industriales
¿Por qué remover Ca y Mg desde agua de mar?
• Efecto buffer aumenta consume de limo y
ocurre pp partículas coloides hidrofílicas
• Flotacion de MoS2 es sensible al limo usado
para depresar pirita.
• MoS2 se depresa a pH>9.5
agua de mar.
cuando se usa
• Ca y Mg son modificadores de superficie de
pirita en agua de mar (Castro, 2011).
• MBS inhibe flotación pirita a pH menor que el de la
precipitación de iones secundarios
(Castro, 2012).
• Iones interferentes alrededor del 13 %,… no sería
necesario desalar por completo y / con control de
pH.
Propiedades del agua de mar
Contiene casi todos elementos
de tabla periódica
Promedio aguas oceanos
contienen 3.5% sales disueltas y
96.5% de agua.
Elementos traza están presentes
en concentraciones menores 1
mg/L
Existen 6 iones que representan
> 99% de las sales disueltas en
agua mar: Na+, Mg2+, Ca2+, K+,
Cl-, SO42-.
N2, O2, CO2 gases que
componen más del 99% de
atmósfera y oceános. Están
disueltos en el oceáno.
Caracterización del agua de mar para su pretratamiento
Turbiedad (NTU)
Sobre 0,1 mg/L indica alto potencial fouling. Casos sobre 50 NTU durante más de 1 hora
requieren sedimentación o DAF previo a filtración
Carbono orgánico total (mg/L)
Menos de 0,5 mg/L hace improbable biofouling. Sobre 2 mg/L es muy probable
Sólidos suspendidos (mg/L)
Usado para analizar residuos generados durante pretratamiento.
Hierro (mg/L)
Forma reducida es tolerable para membranas osmosis, forma oxidada con más de 0,05 mg/L
acelera fouling
Manganeso (mg/L)
En forma reducida es tolerado por membranas hasta 0,1 mg/L; en forma oxidada a más de
0,02 mg/L causa fouling
Sílica (mg/L)
Concentraciones mayores que 20 mg/L causan fouling, en forma coloidal.
Cloro (mg/L)
Concentraciones mayores que 0,01 mg/L dañan membranas
Temperatura (°C)
Menos de 12 °C causa aumento de uso de energía, más de 35°C favorece corrosión y
fouling, sobre 45 °C daño irreversible a membranas
Aceites, grasas
Concentraciones mayores que 0,02 mg/L causan fouling.
pH
Larga exposición a pH menor que 4 o a pH mayor que 11 daña membrana
Pretratamiento previo del agua de mar
• Pretratamiento previo a filtración
• Flotación con aire disuelto remover material particulado
fino, algas, aceites, grasas y otros contaminantes no
removidos por sedimentación o filtracón.
• Sedimentación: se usa cuando el agua tiene
una turbieda de > 30 NTU o medidas de 50
NTU ocasionales por sobre 1 hora.
• DAF produce efluentes con turbiedades < 0,5 TU.
• Sedimentación produce agua con < 2 NTU y
solidos disueltos < 6 (hierro como
coagulantes y polímers como floculantes)
• Tiempo para formar flóculos es 2-3 veces menor que con
floculación convencional
• Si se tiene > 100 NTU sedimentación
convencional no es adecuada y se deben
incorporar otros tratamientos
• DAF usa pequeñas burbujas de aire para flotar partículas
(algas, partículas coloidales).
• Se forman residuos más densos que con sedimentación
• Uso de DAF depende de calidad del agua de mar.
• Se usa DAF con turbiedad de sólo hasta 50 NTU
• Previo a su uso se contenido de microalgales (como clorofila).
Pico plancton
• Uso en casos donde hay marea roja
Composición de agua de mar Bahía San Jorge
HCO3-
Mg2+
CO3
Na+
Ca2+
2-
SO42H2CO3
ClK+
Parámetros
Conductividad
Alcalinidad
carbonato
Bicarbonato
TOC
Turbiedad
Magnesio
Sodio
Potasio
Calcio
pH
Cloruro
Fluoruro
Fosfato
Sulfato
Nitrato
Nitrito
Oxígeno disuelto
Algas
unidad
mS/cm
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
UNT
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
unidad
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
Nb/mL
54,30
112
0
137
1-2
0,1-2,0
1413
11100
389
391
8,00
19888
0,888
<0,20
2795
1,90
< 0,1
9,98
2-255
Remoción de especies del agua de mar
CO2(g) + H2O
H2CO3
H2CO3
H+ + HCO3-
HCO3-
H+ + CO32-
Ca/Mg2+ + HCO3-
5Ca2+ + 6PO43 -+2H2O
Ca2+
+ 2 H 2O
Ca/MgCO3 (s) + H +
2Ca5(PO4)3(OH) (s) + 2H+
Ca(OH)2(s) + 2
H+
Ca(OH)2(s) portlandita
CaMg(CO3)2(s) dolomita
Ca5(PO4)3(OH) (s) hidroxiapatita
Especiación del carbonato
-
-2
HCO3
0
0
H2CO3
HCO3
CO3
H2CO3
-1
-2
CO3
-2
-4
-4
+2
-5
log C
log C
-3
-6
Ca
-6
-7
-8
-8
-9
-10
0
-10
0
2
2
4
4
6
6
8
pH
8
10
10
12
12
14
pH
14
100
Ca 2+
90
CaOH+
80
CaSO4 ac
70
Ca(OH)2(s)
60
CaMg(CO3)2(s)
50
CaCO3(s)
%
%
Especiación de Ca y Mg en agua de mar
Mg 2+
100
90
MgSO4(ac)
40
80
Mg(OH)2(s)
30
70
CaMg(CO3)2(s)
20
60
10
50
0
40
0
2
4
6
8
pH
10
12
14
16
30
20
10
0
0
2
4
6
8
pH
10
12
14
16
Concentración de Ca total despues de
agregar CO3 (mg/L)
Calcio soluble versus CO3
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0
100
200
300
400
500
Concentración de CO3 total (mg/L)
600
pH 6
pH 7
pH 8
pH 10
pH 10,5
pH 12
pH 13
pH 14
Concentración de Mg total
despues de agregar CO3 (mg/L)
Magnesio soluble versus CO3
1600
1400
pH 6
pH 8
pH 8,5
pH 9,5
pH 10
pH 11
1200
1000
800
600
400
pH 14
200
0
0
100
200
300
400
500
Concentración de CO3 total (mg/L)
600
Conclusiones
• Se requieren iniciativas industria-academia para innovaciones tecnológicas y resolver
problemas o abordar desafíos futuros y presentes.
• En Chile y en la Región se deben desarrollar nuevas tecnologías o adaptar las ya
existentes.
• Apoyar a las pymes mineras en la incorporación y/o desarrollo de nuevas tecnologías.
• Incorporar energía solar como fuente energía para plantas desalinizadoras.
• Usar flotación con CO2 disuelto para remover especies previo a la osmosis
Muchas gracias
Arturo.reyes@Cicitem.cl