Simposio LIFE 2016 , Madrid 15 junio de 2016
Evaluación técnicas de tratamiento de tailings de la
minería del oro
Residuos mineros.
Mine Tailing. residuos del tratamiento de minerales asociados (ganga) a la mineralizaciónobjeto de explotación (mena). Granulometría fina (molienda, flotación, etc. ).
Contaminantes ppales en residuos de la minería de Au: As. Metaloide de mineralizaciones asociadas (arsenopirita, rejalgar, etc.). Hg:metal empleado en la recuperación del Au por amalgamación.
Introducción
Proyecto
“Reduce exposure of Mercury to Human Health and the Environment by Promoting Sound Chemical Management in Mongolia”.
Promotor: UNIDO (Unites Nations Industrial Development Organization).Beneficiario: Ministerio Medio Ambiente de Mongolia.Adjudicatario: Consorcio Emgrisa ‐Mayasa.Localizacion: Boroo Mine, Selegne (150 km NW de UB).
Alcance y FasesProyecto
F1. Caracterización detallada (Diagnóstico). MCE.Sondeos manuales (40) y mecánicos (12), piezómetros (12), lecturas directasNiton®, análisis de laboratorio suelos y aguas (subterráneas y superficiales), ensayos hidráulicos, niveles de fondo metales, etc.
F2. Estudio alternativas y validación en laboratorio.Phytorremediación. Inmovilización mediante nZVI.Desorción térmica Hg.Estabilización química.
F3. Pruebas piloto demostrativas (in situ). Futuro.
F4. Capacitación.
Diagnóstico Problemática
Total tailing surface 79.800 m2
Average thickness 0,10 m
Volumen 8.000 m3
Average Concentration (mg/Kg)
Mass (ton)
As2.500
( 650‐11.000 )~24
Hg3 mg/kg
( <0,1 ‐ 69 )~0,03
Descripción.E. Fitorremediación
Ensayo cámara en colaboración con IMIDRA (Equipo Dra. Carmen Lobo).
Alta carga contaminante (As y Hg). Matrices: mezcla 75% y 50% tailing/suelo.
Selección de 4 especies del inventario local Mongolia.
Festuca rubra Medicago sativa Trifolliumpratense
Brachipodiumdistachion
Descripción.
7 réplicas por especie (6 + blanco). Vol.: 150 g. 3 semillas germinadas. Fotoperiodo: 16 h de luz a 22ºC y 30% humedad.
8 h oscuridad a 9ºC y 80% de humedad. Riego: a demanda (condiciones próximas a CC). Tiempo ensayo 105 d (control 30d y 60d).
Evaluación de la efectividad:
Tolerancia y biomasa.
Reducción de biodisponibilidad del contaminante en suelo. Toxicity characteristic leaching procedure (TCLP). Leaching Test L/S 10 following USEPAprotocols
Bioacumulación planta (absorción y translocación) de contaminantes en la planta. Mineralización (molienda ‐ pesaje raíz y p. aérea ‐ digestión HNO3 y HClO4 ‐ termobloque‐ análisis extracto por AA o ICP).
E. Fitorremediación
Condiciones iniciales
Table 1. TCLP: Initial conditions
Comp. Units TCLP Initial conditions
Arsenic Mercury
Topsoil mg/kg ds 0.29 <0.002
Tailing mg/kg ds 40.79 <0.002
50% tailing/soil mg/kg ds 19.53 <0.002
75% tailing/25% soil mg/kg ds 28.45 <0.002
Laboratory test Sample code IMIDRA ANALYTICO
As (mg/kg) Hg (mg/kg) As (mg/kg) Hg (mg/kg)
Phytotechnologies
4937 (TOPSOIL) 19 0.6 21 0.89
4938 (TAILING) 10,900 20 11,000 19 4939 (50% MIXTURE) 2,205 7.8 2,300 9.4
E. Fitorremediación
Biodisponibilidad As en suelo (TCLP)E. Fitorremediación
Arsenic Mercury Arsenic Mercury Arsenic Mercury
Initial conditions mg/kg 19,53 <0.002 19,53 N.D. 19,53 N.D.
Brachypodium distachion mg/kg 15,61 N.D. 12,24 N.D. 12,24 N.D.
Festuca rubra mg/kg 14,63 N.D. 13,23 N.D. 11,74 N.D.
Medicago sativa mg/kg 15,49 N.D. 11,74 N.D. 13,23 N.D.
Trifolium pratense mg/kg 15,21 N.D. 11,99 N.D. 14,99 N.D.
30 daysUnitsSpecies
60 days 105 days
Arsenic Mercury Arsenic Mercury Arsenic Mercury
Initial conditions mg/kg 28,45 <0.002 28,45 <0.002 28,45 <0.002
Brachypodium distachion mg/kg 18,07 N.D. 15,98 N.D. 16,99 N.D.
Festuca rubra mg/kg 19,01 N.D. 17,49 N.D. 20,48 N.D.
Medicago sativa mg/kg 18,99 N.D. 15,99 N.D. 17,23 N.D.
Trifolium pratense mg/kg 18,41 N.D. 16,74 N.D. 17,99 N.D.
Species Units30 days 60 days 105 days
50% T: Reducción 25% ‐ 35% Biodisponibilidad As.
75% T: Reducción 28 ‐ 40%.
Absorción ‐ TranslocaciónE. Fitorremediación
Units Topsoil 50% Tailing/soil 75% Tailing/25% Soil
Brachypodium distachion mg/kg 0,00 12,73 8,82
Festuca rubra mg/kg 0,73 9,02 14,07
Medicago sativa mg/kg 0,65 26,81 89,11
Trifolium pratense mg/kg 0,16 38,74 66,24
Brachypodium distachion mg/kg 4,62 260,87 383,42
Festuca rubra mg/kg 2,20 359,02 594,37
Medicago sativa mg/kg 3,67 615,92 699,67
Trifolium pratense mg/kg 14,80 773,08 806,14
Species
Shoot tissue
Root
Absorción ‐ Traslocación
Units Topsoil 50% Tailing/soil 75% Tailing/25% Soil
Brachypodium distachion mg/kg 0,00 12,73 8,82
Festuca rubra mg/kg 0,73 9,02 14,07
Medicago sativa mg/kg 0,65 26,81 89,11
Trifolium pratense mg/kg 0,16 38,74 66,24
Brachypodium distachion mg/kg 4,62 260,87 383,42
Festuca rubra mg/kg 2,20 359,02 594,37
Medicago sativa mg/kg 3,67 615,92 699,67
Trifolium pratense mg/kg 14,80 773,08 806,14
Species
Shoot tissue
Root
E. Fitorremediación
Factores bioconcentración y translocaciónE. Fitorremediación
FT. Determina distribución/acumulación en diferentes tejidos (raíz/órganos).
Ensayos FT= 0,1. Plantas acumuladoras FT>1 (Raskin y Ensley 2000, Tu et al.2003). Fitoestabilización >>> Fitoextracción.
FBC. Determina el potencial de bioacumulación.
Ensayo FBC= 5,00E‐03 (50% T) ‐ 4,00E‐04 (75% T). Valores aceptables (No hiperacumulación). Tolerancia a la carga contaminante se produce por restricciones en la absorción.
Real As absorbed 3 months
Units Topsoil 50% Tailing/soil 75% Tailing/25% Soil
Brachypodium distachion mg 0,00E+00 1,43E‐02 8,62E‐03
Festuca rubra mg 2,40E‐04 3,82E‐03 4,62E‐03
Medicago sativa mg 3,24E‐04 9,85E‐03 2,34E‐02
Trifolium pratense mg 3,34E‐05 9,59E‐03 7,31E‐03
Brachypodium distachion mg 4,20E‐04 7,24E‐02 9,94E‐02
Festuca rubra mg 4,13E‐04 8,98E‐02 9,19E‐02
Medicago sativa mg 1,08E‐03 1,13E‐01 1,31E‐01
Trifolium pratense mg 1,10E‐03 7,95E‐02 3,92E‐02
Total
Species Units Topsoil 50% Tailing/soil 75% Tailing/25% Soil
Brachypodium distachion mg 4,20E‐04 8,68E‐02 1,08E‐01
Festuca rubra mg 6,53E‐04 9,36E‐02 9,66E‐02
Medicago sativa mg 1,40E‐03 1,23E‐01 1,55E‐01
Trifolium pratense mg 1,13E‐03 8,91E‐02 4,65E‐02
Species
Shoot tissue
Root
Arsenic Mercury
Topsoil mg/kg ds 0,29 <0.002
Tailing mg/kg ds 40,79 <0.002
50% tailing/soil mg/kg ds 19,53 <0.002
75% tailing/25% soil mg/kg ds 28,45 <0.002
Comp. UnitsInitial conditions
Conclusiones
Tolerancia de las 4 especies alta carga de As (50 y 75% tailing). Notable reducciónbiomasa. Brachipodiummás tolerante.
Reducción de Biodisponibilidad del As en suelo (~30%).
Constata la bioacumulación en planta (absorción >> translocación). Imperan procesos defitoestabilización sobre fitoextracción . Ventaja: riesgo transferencia cadena trófica.
Brachipodiummás efectiva.
Especies seleccionadas toleran las concentraciones elevadas de metales en el sueloregulando su absorción y translocación.
No se detectan cambios en caracterización del suelo (pH, m.o. por exudación acidoorgánicos, o propiedades físicas: porosidad, capacidad de retención agua). Duración y escaladel ensayo.
E. Fitorremediación
Inmovilizacion con nZVIInmovilización nZVI
Inmovilización de contaminantes mediante reducción a sus formas menos móviles y tóxicas.
Reducción del As(V) a As(III) y As(0), todo ello combinado con la oxidación del Fe(II) a fases deoxihidróxidos (FeOOH) que pueden realizar mecanismos de coprecipitación y/o adsorción del As.
Nanopartícula.Ventajas: Tamaño 70 nm y superficie 29 m2/g.Catalizador (Fe2), que inician/aceleran lareacción del Fe0 y favorecen procesos deadsorción y precipitación de As.
Condiciones de ensayoInmovilización nZVI
Test desarrollado en colaboración con Soluciones Nanotecnológicas S.L. (Nanotex).
Table 1. Battery of tests 2: Dosage of the test
Sample (g) RNIP Water RNIP‐ON®*
LINE 6 200 1 g/kg 15 g/kg 1%
LINE 7 200 0.5 g/kg ‐ 1%
LINE 8 200 0.5 g/kg 80 g/kg 1%
LINE 9 200 1 g/kg 15 g/kg ‐
LINE 10 200 1 g/kg ‐ ‐
* RNIP‐ON®: catalyst to enhance the reaction
Comp. Units Initial conditions
NMH4 ‐Tailing
Arsenic (As) mg/kg 2600
Arsenic (As) TCLP mg/kg 17
Mercury (Hg) mg/kg 6.5
Mercury (Hg) TCLP mg/kg 0.0045
Electrical conductivity mS/m 17
pH 8.9
Resultados Inmovilización nZVI
Table 1. Battery of tests 2: NMH4 TAILING analytical results
Test Units Arsenic
Line 6 mg/kg 4.69
Line 7 mg/kg 5.56
Line 8 mg/kg 4.78
Line 9 mg/kg 9.89
Line 10 mg/kg 9.72
Table 1. Battery of tests 2: Dosage of the test
Sample (g) RNIP Water RNIP‐ON®*
LINE 6 200 1 g/kg 15 g/kg 1%
LINE 7 200 0.5 g/kg ‐ 1%
LINE 8 200 0.5 g/kg 80 g/kg 1%
LINE 9 200 1 g/kg 15 g/kg ‐
LINE 10 200 1 g/kg ‐ ‐
* RNIP‐ON®: catalyst to enhance the reaction
Conclusiones.Inmovilizacion nZVI
RNIP reduce en un 70% el As biodisponible.
Mayor efectividad con aplicación de catalizador (RNIP ON®). Menores dósis y mayoresrendimientos 30%+), menores costes de aplicación.
Dosificaciones óptimas de 0.5 g/kg de RNIP + 1% catalizador.
Adicción de pequeña cantidad de agua parece favorecer la aplicación del reactivo(contacto contaminante).
Técnica compatible con fitotecnologías.
Descripción.Desorción Térmica de Mercurio
Tecnología: aplicación de calor para volatilizar y remover los contaminantes de la fasesólida (suelo/residuo), sin combustión.
Apto para orgánicos volátiles (COV) y semivolátiles (SVOCs), pesticidas, etc.No aplicable a residuos/suelos contaminados con c. inorgánicos, a excepción de metalesvolátiles como el caso de Hg, con p. ebullición de 367ºC.
Condiciones de ensayo.
Tratamiento de muestra (2Kg) con mayores concentraciones de Hg detectadas (sandy tailing).
Calentamiento en muffla a temperaturas de trabajo 100 ‐ 450ºC.
Extracción de gases (bomba) y condensador.
Desorción T Mercurio
Resultados
Parameters Units
SOIL QUALITY GUIDELINES
THERMAL DESORPTION
Trigger value
Action value
Precaution value
Initial cond.
TP 100ºC
TP 150ºC
TP 200ºC
TP 300ºC
TP 370ºC
TP 450ºC
Dry matter % (m/m) ‐ ‐ ‐ 96.4 100 99.9 99.9 100 99.8 99.9 Arsenic (As) mg/kg ds 6 30 50 850 870 870 880 770 910 870
Cadmium (Cd) mg/kg ds 3 10 20 <0.40 <0.40 <0.40 <0.40 <0.40 <0.40 <0.40 Mercury (Hg) mg/kg ds 2 10 20 67 62 58 38 5.4 4.6 2.3
Parameter Units TP 100ºC TP 150ºC TP 200ºC TP 300ºC TP 370ºC TP 450ºC
Initial sample quantity g 250.00 250.00 250.00 250.00 250.00 250.00
Sample quantity after treatment g 245.58 244.91 244.96 244.51 244.73 244.07
Loss of masss g 4.42 5.09 5.04 5.49 5.27 5.93
Reduction % 1.77% 2.04% 2.02% 2.20% 2.11% 2.37%
Leachable Mercury (Hg) mg/kg ds ‐ ‐ ‐ 1.9 3.3 1.4 1.1 0.34 0.16 0.047
Leachable Arsenic (As) mg/kg ds ‐ ‐ ‐ 10 12 11 9.6 25 41 46
Desorción T Mercurio
ConclusionesDesorción T Mercurio
Reducción gradual de concentraciones de Hg según incrementa la Tª.
A 300°C se registra una importante reducción de Hg (92%).
Máxima reducción del 97% a Tª 450.
Mercurio lixiviable desciende de forma paralela (90% a 300 °C y 98% a 450ºC).
No posible medición de Hg recuperado en condensado (escaso volumen).
Viabilidad técnica para suelos/residuos con concentraciones moderadas de Hg (> 50 ‐100 ppm).
Conclusiones generales de proyecto. Proyecto
Se ha demostrado la efectividad de las técnicas a escala laboratorio.
En la problemática encaja actuaciones más enfocadas a gestión de riesgo (fitoestabilización, inmovilización) más que actuaciones de descontaminación. Monitorización aguas (sup y sub).
La ubicación del proyecto requiere de medidas de bajo coste por magnitud de residuos y economía del país. Fitotecnologías.
Proyectos de medio‐largo plazo encajan con el riesgo ambiental actual en el emplazamiento (Fitotecnologías).
Paso siguiente: implantación de piloto demostrativo in situ con los condicionantes propios (climatología, ganado, etc.). Duración 1‐2 años.
Parcelas experimentales de 200 m2 con fitoestabilización como técnica principal, pero con diferentes líneas trabajo (nZVI, enmiendas, etc.).
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