Desafíos actuales y futuros para el uso sostenible del agua en la minería: Propuestas científicas y proyecciones a mediano plazo

Transcripción

1 Desafíos actuales y futuros para el uso sostenible del agua en la minería: Propuestas científicas y proyecciones a mediano plazo Centro de Investigación Científico Tecnológico para la Minería Arturo Reyes Román Investigador Bioenergía y Sustentabilidad Ambiental Julio 2014

2 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

3 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

4 Uso de agua de mar en minería

5 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.

6 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 m 3 /s). Agua mar debe transportarse largas distancias y gran altura nivel del mar.

7 Consumo agua según proceso 11% 15% 74% Concentrados Hydrometalugia 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

8 Consumo de agua de mar en minería l/s Agua de mar Agua desalinizada Costo de agua de mar desalinizada es de US$5,1/m 3 por metro cúbico frente US$1,6/m 3 del agua fresca. Fuente: Cochilco 2014

9 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?

10 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). 22% 5% Osmosis reversa Electrodiálisis Osmosis reversa: alta recuperación y rechazo salino, 60 % menos energía que evaporación térmica, amplio rango concentraciones agua de mar (1,11). 49% Electrodionización Desilación multi efecto Multi stage flash Consume gran cantidad de energía, Altos costos, salmueras concentradas (Lee et al., 2011). 22% 1% 1% Nanafiltración

11 Plantas desaladoras en Chile Creciente número de plantas Impactos ambientales REGIÓN COMPAÑÍA NOMBRE ESTADO TIPO II BHP Billiton Planta Coloso En Operación Desalinizacion II BHP Billiton AmpliacionPlanta Coloso En ejecucion Desalinizacion III AngloAmerican Abastecimiento de agua desalada Mantoverde En ejecucion Desalinizacion II Antofagasta Minerals Agua de mar y planta desaladora Michilla En Operación Desalinizacion y Agua de mar directamente en procesos II Antofagasta Minerals Agua de Mar Esperanza En Operación Agua de mar directamente en procesos II Antofagasta Minerals Agua de Mar Antucoya En ejecucion Agua de mar directamente en procesos (proveniente de Esperanza) II Antofagasta Minerals Agua de Mar Encuentro Factibilidad Agua de mar directamente en procesos (proveniente de Esperanza) III Freeport McMoran Planta desalinizadora Candelaria En Operación Desalinizacion III Freeport McMoran compra agua de mar En Operación Compra a Candelaria II Freeport McMoran Planta de desalinizacion El Abra Factibilidad Desalinizacion II Codelco Planta desalinizacion RT Sulfuros Factibilidad Desalinizacion I Collahuasi Planta desaladora Collahuasi Pre Factibilidad Desalinizacion I Teck Planta desaladora Quebrada Blanca Evaluacion Desalinizacion III Teck Planta desaladora Proyecto Relincho Factibilidad Desalinizacion II Glencore Aduccion agua de mar Lomas Bayas Pre Factibilidad Agua de mar directamente en procesos II KGHM Agua de mar Sierra Gorda En ejecucion Agua de mar directamente en procesos III SCM El Morro Planta desaladora El Morro Factibilidad Desalinizacion III SCM Santo Domingo Plana desaladora y agua de mar Santo Domingo Factibilidad Desalinizacion y Agua de mar directamente en procesos II Enami Agua de mar Planta Taltal En Operación Agua de mar directamente en procesos II SLM Las Cenizas Agua de mar Las Cenizas Talta En Operación Desalinizacion y Agua de mar directamente en procesos II CM Tocopilla Agua de mar Mantos de la luna En Operación Agua de mar directamente en procesos III Minera Can Can Agua de mar Diego de Almagro Factibilidad Agua de mar directamente en procesos XV Minera Pampa Camarones Agua de mar y sistema de impulsion 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 Fuente: Cochilco 2014 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

12 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.

13 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

14 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

15 Por qué remover Ca y Mg desde agua de mar? (Castro, 2012). Efecto buffer aumenta consume de limo y ocurre pp partículas coloides hidrofílicas Flotacion de MoS 2 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 Iones interferentes alrededor del 13 %, no sería necesario desalar por completo y / con control de ph.

16 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. Existen 6 iones que representan > 99% de las sales disueltas en agua mar: Na +, Mg 2+, Ca 2+, K +, Cl-, SO Elementos traza están presentes en concentraciones menores 1 mg/l N 2, O 2, CO 2 gases que componen más del 99% de atmósfera y oceános. Están disueltos en el oceáno.

17 Caracterización del agua de mar para su pretratamiento Turbiedad (NTU) Carbono orgánico total (mg/l) Sólidos suspendidos (mg/l) Hierro (mg/l) Manganeso (mg/l) Sílica (mg/l) Cloro (mg/l) Temperatura ( C) Aceites, grasas ph 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 Menos de 0,5 mg/l hace improbable biofouling. Sobre 2 mg/l es muy probable Usado para analizar residuos generados durante pretratamiento. Forma reducida es tolerable para membranas osmosis, forma oxidada con más de 0,05 mg/l acelera fouling En forma reducida es tolerado por membranas hasta 0,1 mg/l; en forma oxidada a más de 0,02 mg/l causa fouling Concentraciones mayores que 20 mg/l causan fouling, en forma coloidal. Concentraciones mayores que 0,01 mg/l dañan membranas 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 Concentraciones mayores que 0,02 mg/l causan fouling. Larga exposición a ph menor que 4 o a ph mayor que 11 daña membrana

18 Pretratamiento previo del agua de mar Pretratamiento previo a filtración Sedimentación: se usa cuando el agua tiene una turbieda de > 30 NTU o medidas de 50 NTU ocasionales por sobre 1 hora. Sedimentación produce agua con < 2 NTU y solidos disueltos < 6 (hierro como coagulantes y polímers como floculantes) Si se tiene > 100 NTU sedimentación convencional no es adecuada y se deben incorporar otros tratamientos Flotación con aire disuelto remover material particulado fino, algas, aceites, grasas y otros contaminantes no removidos por sedimentación o filtracón. DAF produce efluentes con turbiedades < 0,5 TU. DAF usa pequeñas burbujas de aire para flotar partículas (algas, partículas coloidales). Tiempo para formar flóculos es 2-3 veces menor que con floculación convencional 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

19 Composición de agua de mar Bahía San Jorge Mg 2+ Ca 2+ CO 2-3 H 2 CO 3 K + HCO 3 - Cl - Na + SO 4 2- Parámetros unidad Conductividad ms/cm 54,30 Alcalinidad mg/l 112 carbonato mg/l 0 Bicarbonato mg/l 137 TOC mg/l 1-2 Turbiedad UNT 0,1-2,0 Magnesio mg/l 1413 Sodio mg/l Potasio mg/l 389 Calcio mg/l 391 ph unidad 8,00 Cloruro mg/l Fluoruro mg/l 0,888 Fosfato mg/l <0,20 Sulfato mg/l 2795 Nitrato mg/l 1,90 Nitrito mg/l < 0,1 Oxígeno disuelto mg/l 9,98 Algas Nb/mL 2-255

20 Remoción de especies del agua de mar CO 2(g) + H 2 O H 2 CO 3 H 2 CO 3 H + + HCO - 3 HCO - 3 H + + CO 2-3 Ca/Mg 2+ + HCO 3 - Ca/MgCO 3 (s) + H + 5Ca PO H 2 O 2Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) (s) + 2H + Ca H 2 O Ca(OH) 2 (s) + 2 H + Ca(OH) 2 (s) portlandita CaMg(CO 3 ) 2 (s) dolomita Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) (s) hidroxiapatita

21 log C log C Especiación del carbonato HCO 3 H 2 CO 3 Ca +2 CO ph ph H2CO3 HCO3 CO3

22 % % Especiación de Ca y Mg en agua de mar Ca 2+ CaOH+ CaSO4 ac Ca(OH)2(s) CaMg(CO3)2(s) CaCO3(s) Mg 2+ MgSO4(ac) Mg(OH)2(s) CaMg(CO3)2(s) ph ph

23 Concentración de Ca total despues de agregar CO3 (mg/l) Calcio soluble versus CO ph 6 ph 7 ph 8 ph 10 ph 10,5 ph 12 ph 13 ph 14 Concentración de CO3 total (mg/l)

24 Concentración de Mg total despues de agregar CO3 (mg/l) Magnesio soluble versus CO ph 6 ph 8 ph 8,5 ph 9,5 ph 10 ph 11 ph Concentración de CO3 total (mg/l)

25 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

26 Muchas gracias