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Referencias - Casos de éxito :: AGQ Mining ::

Geoquímica ambiental

A partir de nuestra capacidad y experiencia hemos diseñado la presente guía a modo de compendio de ensayos y análisis que podemos realizar en esta área.

1 - Introducción [+]

La actividad minera ha generado una percepción medioambiental negativa por los grandes impactos que produce, tanto visuales como de contaminación. Sin embargo, las cada día más estrictas normas ambientales, la educación y la evolución hacia la sostenibilidad, entre otros factores, han hecho que en nuestro tiempo se considere como un sector industrial más, y que se dispongan de procesos y técnicas respetuosas con el medio ambiente.
Los drenajes mineros son uno de los principales problemas ambientales derivados de la meteorización y oxidación de los minerales metálicos. En general, se caracterizan estos efluentes por valores pH bajos (menores de pH 5), concentraciones elevadas de sólidos disueltos totales y de sulfato (> 2.000 mg/L), de hierro y otros metales pesados.

Desde las fases iniciales de prospección y exploración geológica, hasta el inicio de operaciones, son necesarios estudios que predigan y prevean los potenciales impactos ambientales que se van a suceder en el momento de la fase de explotación y con posterioridad. Por ello, el sector en su conjunto requiere de técnicas fiables de predicción y evaluación de comportamientos geoquímicos futuros.

Existe un amplio conjunto de metodologías para la caracterización y evaluación del comportamiento geoquímico, así como la predicción de drenajes de aguas ácidas, de muestras de rocas, minerales y residuos mineros, aplicables todos ellos, en los diferentes estados de un proyecto minero:
  • Estudios de línea base.
  • Estudios pre-operacionales, tanto de proyectos “green-fields” como “brown-fields”, en los que se tratan de caracterizar los residuos y pasivos ambientales para poder evaluar tratamientos, diseños y planes de gestión.
  • Proyectos en fase de explotación.
  • Programas de cierre y clausura de minas.

2 - Alcance [+]

El conjunto de ensayos, análisis y estudios contemplados en esta guía son en sí mismo servicios que se pueden ofrecer por separado, y para otras áreas de actividad, como pueden ser la analítica de rocas y minerales, y la realización de estudios metalúrgicos.

La selección de metodologías y procedimientos está basada en las principales y más avanzadas normativas y recomendaciones de carácter internacional, entre las que destacan:
  • BEST AVAILABLE TECHNIQUES OF MANAGEMENT OF TAILING AND WASTE-ROCK IN MINING ACTIVITIES (European Commission).
  • MINE WASTE CHARACTERIZATION PROJECT (U.S. Geological Survey)
  • GLOBAL ACID ROCK DRAINAGE - GARD (INAP The International Network for Acid Prevention)
  • ACID MINE DRAINAGE PREDICTION (U.S. EPA 530-R-94-036)
  • PREDICTION MANUAL DRAINAGE CHEMISTRY FROM SULPHIDIC GEOLOGIC MATERIALS (Natural Resources CANADA)

3 - Muestreo y preparación de muestras [+]

Para asegurar la correcta representatividad de las muestras es muy importante aplicar un diseño de toma de muestras apropiado que asegure que los resultados finales son reproducibles. La actividad de toma de muestras puede realizarse por nuestros medios o mediante recursos y estrategias de los clientes.

La toma de muestra puede consistir en:
  • Muestras puntuales: tanto que representen a un único tipo de material, o que sean tomadas en diferentes puntos de una determinada área.
  • Muestras lineales: tomadas en una sucesión continua como un sondeo, una calicata o procedimientos similares.
  • Muestras integradas: como un conjunto de pequeñas muestras puntuales.
  • Muestras globales: grandes volúmenes, que después se separan en alícuotas y fracciones en el laboratorio.
Tras el aseguramiento de que las muestras en laboratorio son representativas, estas serán fragmentadas en una trituradora de mandíbulas (o similar), hasta lograr una granulometría final menor de 7 mm.

Si fuese necesario se considerará hacer una segunda etapa de trituración a un menor tamaño.

El cuarteo de la muestras se realizara mediante técnicas de sectores o mediante la utilización de separadores Jones, para la obtención de una muestra representativa que será utilizada en los análisis y ensayos posteriores.

Las muestras serán guardadas en bolsas de plástico herméticamente selladas para evitar el proceso de oxidación de las mismas.

4 - Parámetros físicos[+]

Posterior a la preparación de las muestras, y sin llegar a estudios geotécnicos, una fracción de la muestra se utilizará para la determinación de algunos parámetros físicos de interés:
  • Grado de humedad, a una temperatura máxima de 50 °C +/- 2° C, durante 24 horas hasta peso constante.
  • Peso específico, mediante picnómetro en medio acuoso
  • Degradabilidad, a través del ensayo en cilindro “Slake durability test”
  • Reactividad por combustión o inflamabilidad en sólidos
CÓDIGO > PROPIEDADES FÍSICAS
Humedad (%) ASTM D 2216
Peso específico (g/cm3) ASTM D 854
Slake durability index ASTM D 4644
Inflamabilidad en sólidos A10, Reglamento UE 440/2008

Además, y para las muestras tal cual se reciben, sobre todo muestras de residuos de procesos (ya sometidas a operaciones de trituración y molienda), se realizarán ensayos granulométricos para determinar los porcentajes en masa para diferentes fracciones granulométricas, y los porcentajes acumulados. Ambos datos se expresarán en curvas granulométricas con escala semi-logarítmica. También se determinarán el P-50 y P-80, como porcentajes de pase acumulado para el 50 y el 80% de total de masa.

CÓDIGO > ENSAYOS GRANULOMÉTRICOS
Por tamices (10.000 – 45 µm)
Mediante difractómetro laser (1000 – 1

5 - Análisis químicos mineralógicos[+]

Análisis químicos muestras líquidas (hidroquímica)
Disponemos de una amplia batería de análisis que incluye, entre otros, metales pesados, compuestos orgánicos y plaguicidas. Los planes analíticos en cada caso se acuerdan con los cliente dentro del siguiente conjunto de parámetros:
Adicionalmente y dentro del alcance como Entidad de Inspección acreditada se determinan “in situ” los siguientes parámetros:

CÓDIGO > ENSAYOS QUÍMICOS MUESTRAS LÍQUIDAS
Mediciones in situ Unidades
Humedad (%) ASTM D 2216
Peso específico (g/cm3) ASTM D 854
Slake durability index ASTM D 4644
Inflamabilidad en sólidos A10, Reglamento UE 440/2008

La toma de muestras de aguas subterráneas se realiza en base a los siguientes documentos:
  • UNE-EN 25667-2:95 Calidad del agua. Muestreo. Parte 2: Guía para las Técnicas de Muestreo.
  • UNE-EN-ISO 5667-3:2004 Calidad del agua. Muestreo. Parte 3: Guía para la Conservación y la Manipulación de Muestras.
  • Recomended practice for design and installation of ground water monitoring well in aquifers. ASTM D18.2105.
  • IHOBE “Guía Metodológica de Toma de Muestras”, 1.998.
La toma de muestras de aguas superficiales se realiza en base a los siguientes documentos:
  • UNE-EN 25667-2:95 Calidad del agua. Muestreo. Parte 2: Guía para las Técnicas de Muestreo.
  • UNE-EN-ISO 5667-3:2004 Calidad del agua. Muestreo. Parte 3: Guía para la Conservación y la Manipulación de Muestras.
  • UNE-EN-ISO 5667-4:2004 Calidad del agua. Muestreo. Parte 4: Guía para la toma de muestras de lagos, naturales y artificiales.
  • UNE-EN-ISO 5667-6:2004 Calidad del agua. Muestreo. Parte 6: Guía para la toma de muestras de ríos y lagos.
  • Ministerio de Medio Ambiente Recomendaciones para la toma de muestras de agua, biota y sedimentos en humedales Ramsar.
Especiaciones
Disponemos de capacidades y experiencia para la caracterización de los compuestos de Arsénico (As3+ y As5+), de hierro (Fe2+ y Fe3+), y de cromo (Cr3+ y Cr6+).
Análisis químicos muestras sólidas
Además de para caracterizar los materiales sólidos (rocas, minerales, suelos, lodos,…), los conjuntos de análisis químicos están orientado a determinar componentes que pueden generar o neutralizar ácido y contenido metálico.

Sobre muestras solidas pulverizadas se determinara el contenido de azufre total (ST) mediante un analizador elemental, para la especiación del azufre, se determinara el contenido de sulfuros (S=) por diferencia entre el azufre total y el azufre sulfato (SO4=).

También, se procederá al análisis de carbonatos mediante el calcímetro de Bernard.

CÓDIGO > ANÁLISIS FORMAS DE AZUFRE
Elemento Unidad Límites
Azufre Total (ST) % 0,01
Azufre de Sulfatos % 0,01
Sulfuros % Calculado
Carbonatos % 0,01

Igualmente, se procederá con un análisis de multi-elementos con terminación en ICP-OES con tratamientos previos diversos:
  • Digestión con agua regia
  • Digestión con cuatro ácidos
  • Fusión alcalina y digestión ácida
Análisis mineralógicos
Para determinar la mineralogía de los materiales a estudiar se disponen de técnicas instrumentales, y entre ellas la microscopia de reflexión, la difracción de rayos X, y la fluorescencia de rayos X.

La microscopia de luz reflejada es utilizada para estudiar minerales que reflejan con variada intensidad cuando son pulidos, entre los que destacan los sulfuros por su facilidad de reconocimiento. Es empleada para identificar granos individuales de minerales, su interrelación con otras especies y sus grados de liberación.

La difracción de rayos X (DRX) es una valiosa herramienta para caracterizar materiales sólidos por la rapidez en la medida de identificación de especies minerales. Los difractogramas representan una huella de los minerales presentes en la muestra y pueden ser comparados a partir de bibliotecas de datos y patrones de referencia.

En el caso de la fluorescencia de rayos X (FRX) se aprovecha la espectroscopia de energía dispersiva a diferentes longitudes de onda es ampliamente utilizada para la determinación de los elementos mayores en rocas (Al, B, Ca, Cr, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, Si y Ti), y elementos que forman parte de matrices muy estables y de difícil disgregación, como el W, Sn, U,…

CÓDIGO > ANÁLISIS MINERALÓGICOS
Microscopia de luz reflejada Identificación especies minerales con brillo metálico
Difracción rayos X (DRX) Identificación general de especies minerales
Fluorescencia rayos X (FRX) Análisis cuantitativo de elementos

Para la caracterización de rocas, y como adicional a los ensayos mineralógicos, se utiliza microscopia de luz transmitida, que puede determinar las asociaciones mineralógicas que nos pueden indicar su origen y clasificación, así como determinar alteraciones, metamorfismo, y procesos evolutivos. Se analizan usando delgadas láminas de roca denominadas “secciones delgadas”.

CÓDIGO > ANÁLISIS PETROLÓGICO
Microscopia de luz transmitida Secciones delgadas para determinar asociaciones mineralógicas en rocas
Extracción secuencial
Según los elementos se encuentren en una especie mineral u otra, será más probable que se solubilicen y liberen al ambiente que los rodea.

Las técnicas de extracción secuencial ofrecen información sobre la ocurrencia y movilidad de los metales. Existen diversas opciones, y entre la más completas está la desarrollada por Leinz et al (2000) de siete etapas.

CÓDIGO > EXTRACCIÓN SECUENCIAL (7 FASES)
Soluble al agua Agua desionizada
Iones intercambiables Acetato sódico
Carbonatos Acetato sódico + Ac Acético
Óxidos amorfos de Fe y Mn Hidroxilamina + HCl
Óxidos cristalinos de Fe HCl
Sulfuros NaClO3 + HCl + HNO3
Silicatos HNO3 + HClO4 + HF + HCl

6 - Ensayos geoquímicos estáticos [+]

Los ensayos estáticos permiten establecer las características geoquímicas de los materiales por el potencial de generación de drenaje ácido independientemente del tiempo. Se basan en el balance entre las especies minerales potencialmente generadores y aquellas potencialmente consumidores de ácido en una muestra.
Test ABA (Acid-Base Accounting)
El ensayo ABA (Acid Base Accounting) permite estimar el potencial de generación de ácido en matrices minerales. Existen varias metodologías que derivan del método inicialmente propuesto por Solbek et al. en 1978, y la elegida para nuestros ensayos normales es la versión modificada por Lawrence y Wang en 1997. Mediante este procedimiento se determina el potencial de generación ácido (AP) a partir del contenido de sulfuros en la muestra. En éste, se considera que el azufre sulfurado se oxida a sulfato, generando ácido sulfúrico.

El Potencial de Neutralización (NP) se determinara por valoración directa del ácido después de la digestión mediante NaOH hasta un pH de 8,3 (control final a 24 h). Así mismo, el Potencial Neto de Neutralización (NNP) se obtiene a través de los valores de NP y AP.

Paralelamente a ello, se determinara el pH de la pasta de acuerdo con la metodología de SOBECK (1978), en la cual considera el pH obtenido de la muestra original mezclada con agua destilada en una proporción de 1:1.

CÓDIGO > TEST ABA
Fizz Rating
Máximo Potencial de Acidez (AP) en kg CaCO3/t
Potencial Neutralización (NP) en kg CaCO3/t
pH pasta y pH oxidación
Relación NP/AP
BS prEN 15875 Characterization of waste - Static test for determination of acid potential of sulfidic waste.
Se trata de la norma europea que especifica el procedimiento para determinar la potencial generación de drenajes ácidos en minerales portadores de especies sulfuradas. El objetivo es determinar el ratio de potencial de neutralización (NPR) a partir del potencial ácido (AP) y el potencial de neutralización (NP).

La principal diferencia con respecto al método ABA y similares, es que el cálculo del potencial de neutralización se realiza por un proceso iterativo de adición de ácido clorhídrico, y valoración de la cantidad residual de este en situación de equilibrio.

CÓDIGO > TEST PRO-NORMA EUROPEA DE RATIO DE POTENCIAL DE NEUTRALIZACIÓN
Contenido en carbonato (carbonato rating – CR)
Potencial Neutralización (NP) en kg CaCO3/t ó mol/kg H+
Cálculo del ratio de potencial de neutralización (NPR)
Generación neta de ácido (Net Acid Generation – NAG)
Es un procedimiento complementario a los anteriores, y se utiliza para determinar la potencial generación de drenajes ácidos en base a la reacción de los materiales con agua oxigenada.

Este ensayo se puede realizar de forma sencilla (sólo una vez), o de forma secuencial 3-4 veces sobre la misma muestra.

CÓDIGO > GENERACIÓN NETA DE ÁCIDO (NAG)
Calculado como kg-equivalentes de CaCO3 /tonelada (1 por cada muestra)

7 - Ensayos geoquímicos cinéticos [+]

El objetivo de las pruebas cinéticas es confirmar el potencial de generación de acidez y predecir la calidad de las aguas de drenaje cuando los materiales son sometidos a condiciones de meteorización en condiciones controladas.
Celdas húmedas
El Test de Celda Húmeda (TCH) es un test cinético para el estudio de la degradación acelerada de una matriz mineral potencialmente generadora de ácido, y se realiza con la muestra fragmentada y preparada, que se dispone en la celda hasta ocupar un 75% del volumen total.

Los TCH están regulados por la norma ASTM D5744-96. Las variables que se consideran son: la duración de los ciclos, el tiempo de aireación de la celda, la temperatura del gas de entrada, y los tiempos de drenaje. Normalmente, un TCH consta de 1 ciclo inicial (1 día) y 20 ciclos posteriores estándares de 14 días cada uno. El ciclo inicial (ciclo 1) es un ciclo de lavado, que consiste en inundar la celda durante 1 hora y al día siguiente dejar drenar durante 2 horas y posterior análisis de los lixiviados de drenaje. Cada ciclo estándar (de n: 2 a 21) tiene una duración de 14 días y en cada ciclo se insufla aire húmedo (HR > 90%) a 40 ± 5ºC durante 13 días a una caudal de 5 l/min. Posteriormente se inunda la celda y se analizan los lixiviados de drenaje obtenidos.

Sobre los lixiviados, se analizan el pH, conductividad y el potencial redox. Sobre el lixiviado filtrado se analizarán aniones, alcalinidad y contenido en metales. Especial importancia tiene la especiación de hierro (II) y hierro (III).

CÓDIGO > TEST DE CELDAS HÚMEDAS (TCH)
Preparación de dispositivos y organización de ciclos
- Análisis químicos lixiviados: pH, conductividad eléctrica, potencial redox, carbonatos, sulfatos y multimetales.
- Balances de masa y elementos.
Lixiviación en columnas
Los ensayos de lixiviación en columnas parten de la colocación de los materiales en cilindros. Existen dos posibles formas de riego: superior (down flow) o inundación (up-flow), y en ambos casos se pueden crear series de ciclos húmedos y secos. Son ensayos que permiten simular las condiciones climáticas de las zonas donde se van a generan los materiales residuales.

Además de controlar variables físicas, continuamente se monitorizan los eluatos para ir conociendo las variaciones en las concentraciones iónicas y elementales.

Para ensayos de percolación, se valora como mejor ensayo, el ampliamente utilizado por la US Geological Survey y que tiene como origen el Nevada Meteoric Water Mobility Procedure (MWMP), el ya normalizado bajo ASTM E2242: “Column Percolation Extraction of Mine Rock by the Meteoric Water Mobility Procedure”. Mientras que para los ensayos por inundación el procedimiento elegido es el CEN/TS 14405 “Dynamic up-flow percolation”.

CÓDIGO > ENSAYO DE PERCOLACIÓN EN COLUMNAS ASTM E2242 (O MWMP)
Ensayo de percolación en columnas por un simple paso con un ratio (l:s 1:1). También se pueden dar varios ciclos
Análisis en el efluente de pH, CE, sulfatos, carbonatos, As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, V, Zn y Fe

CÓDIGO > ENSAYO DE INUNDACIÓN EN COLUMNAS CEN/TS 14405
Ensayo de inundación, con posibilidades de varios ciclos húmedos y secos, y con diferentes ratios l:s
Análisis en el efluente de pH, CE, sulfatos, carbonatos, As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, V, Zn y Fe

Este tipo de ensayos, sobre todo el de inundación para varios ciclos (también el de percolación secuencial) permite la inoculación de bacterias y estudiar su influencia en el proceso de degradación de los materiales. En estos casos, siempre es conveniente utilizar cepas de flora microbiana de la zona.

8 - Ensayos de lixiviabilidad [+]

Lixiviabilidad en función del pH
Para predecir la lixiviabilidad de los materiales en función del pH se considera que el ensayo normalizado más completo es el CEN/TS 14429:2005, “Characterisation of waste — Leaching behaviour tests — Influence of pH on leaching with initial acid/base addition”, por el cual para cada muestras se realizan 8 ensayos de lixiviación a diferentes valores de pH y en medio acuoso.

CÓDIGO > LIXIVIACIÓN FUNCIÓN DEL PH CEN/TS 14429:2005
8 ensayos por muestra de lixiviación a diferentes pH
Análisis en los eluatos de pH, CE, sulfatos, carbonatos, As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, V, Zn y Fe
Lixiviabilidad general y ecotoxicidad de lixiviados
Para determinar la posible solubilidad y provocación efectos ecotóxicos, se aplica el procedimiento establecido en la norma UNE‐EN 12457‐4, muy similar a la EPA 1312 (o SPLP), y ensayo al lixiviado de un estudio de ecotoxicidad. Es el ensayo que además está normalizado en la UE para clasificación de residuos en su admisión en vertederos.

CÓDIGO > ENSAYO DE LIXIVIABILIDAD Y ECOTOXICIDAD
Ensayo de lixiviación según: UNE-EN 12457-4:2003 (l/s = 10)
Ensayo de toxicidad del lixiviado
Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP)
Fuera de UE el test más ampliamente utilizado con objetivos regulatorios es el TCLP o EPA 1311 de los EEUU. Fue diseñado para simular los lixiviados en vertederos y consiste en la lixiviación de los materiales con ácido acético.

CÓDIGO > TOXICITY CHARACTERISTIC LEACHING PROCEDURE
Ensayo de lixiviación según EPA 1311 con ácido acético (l/s = 20) y 18 h
Análisis en los eluatos de A, As, Cd, Cr, Hg y Se