Por: Róger Asunción Saldaña, Benito Quiñones Kong y Sergio Vicuña Diaz, Newmont Yanacocha.

Resumen

La mina de Yanacocha se encuentra al noreste del Perú en la provincia de Cajamarca, aproximadamente 25 km al norte. Las instalaciones mineras se encuentran entre 3,700 y 4,100 metros sobre el nivel del mar (msnm) y ocupan una superficie total de unos 125 km².

La mina es operada bajo la jurisdicción de Newmont Yanacocha y comprende tajos abiertos, pozas y pad de lixiviación, plantas de proceso y tratamiento de aguas ácidas y de exceso.

La operación continuada de la mina requerirá un tratamiento de agua de descarga al medio ambiente que cumpla con las nuevos LMP de los ECA, adecuándonos a los requerimientos de las futuras regulaciones peruanas.

Estos nuevos procesos para el tratamiento de agua incluyen el proceso INCO, ultrafiltración y ósmosis inversa.

Introducción

La gestión del agua en Newmont Yanacocha ha permitido cumplir con los requerimientos y estándares de calidad definidos en las regulaciones peruanas, pero además en las cantidades para atender las necesidades de las comunidades alrededor de la mina.

Los cambios constantes de nuestra operación y la adaptación hacia nuevos procesos y estándares, hacen que se reconfigure continuamente la estrategia de gestión y tratamiento del agua, es así que, ante la aparición de nuevos límites máximos permisibles (LMP) en los ECA, o la necesidad de adaptar las plantas para nuevos proyectos como sulfuros, es imprescindible identificar soluciones que resuelvan las necesidades de estos cambios, como la incorporación o adaptación de tecnologías INCO, ultrafiltración y ósmosis inversa.

El reto para lograr los LMP definidos en los ECA es el tratamiento de la solución agotada (efluente) proveniente de las plantas de columnas de carbón (CIC) que ingresa a la planta de tratamiento de agua, esto significa que se espera valores altos con respecto a cianuro, cobre, hierro, mercurio, nitrógeno amoniacal, TDS y que deben ser tratados para que se descarguen al medio ambiente dentro de los parámetros aceptados.

Proceso INCO

Este proceso de destrucción de cianuro por SO₂/aire tiene como fundamento una reacción catalítica donde involucra al ion cúprico como agente catalizador. De acuerdo a la reacción química se tiene la oxidación del cianuro pasando a la forma del ion cianato OCN-, el cual es un compuesto inocuo. La oxidación del cianuro libre y complejos débiles de cianuro, los cuales son parte del cianuro WAD, se da según las siguientes reacciones:

Reacción 1:

CN- + SO₂ + O₂ + H₂O → OCN- + H₂SO₄

Reacción 2:

M(CN)₄^-2+4SO₂+4O₂+4H₂O → 4OCN-+4H₂SO₄+M²⁺

M = metal que forma un enlace débil con el cianuro

(Ag, Cd, Hg, Cu, Ni y Zn)

Para el caso del diseño de la planta EWTP La Quinua el ion SO₂ se lo obtiene del uso del reactivo químico metabisulfito de sodio (Na₂S₂O₅), el oxígeno proviene del aire que se adiciona por medio de sopladores (blowers) y el cianuro se encuentra en medio acuoso propio de la solución barren a tratar proveniente de la planta de columnas de carbón de La Quinua. La reacción química considerando el metabisulfito de sodio y la concentración de cianuro WAD para el diseño de la planta es la siguiente:

Reacción 3:

Na₂S₂O₅+2O₂+H₂O+2CN-(WAD)→2CNO-+2NaHSO₄

El diseño considera dos tanques de reacción con un tiempo de residencia de 30 minutos en cada uno, como se observa en las reacciones químicas 1 y 2 se tiene formación de ácido sulfúrico, por lo cual es necesario adicionar cal para mantener el pH óptimo. La dosificación de los reactivos se debe realizar en el primer reactor, el segundo es para continuar dando tiempo de residencia a la reacción con la inyección de oxígeno.

Destrucción del cianuro

El objetivo de este proceso es “destruir” el cianuro (CN-) en la alimentación. La solución estéril se bombea a los dos tanques de reactores dispuestos en serie, con capacidad de procesamiento de 700 m³/hr. Como se espera que el cianuro WAD en la alimentación fluctué, un medidor en línea monitorea la alimentación y ajusta la dosificación de solución de metabisulfito de sodio.

La reacción se lleva a cabo normalmente a un pH de 9.1 a 9.2, con cal que normalmente se requiere para el control de pH, y el oxígeno es suministrado por sopladores de aire a un caudal de 680 CFM de forma constante. La solución de metabisulfito de sodio se dosifica a una concentración de 10%, con el caudal basado según el contenido de cianuro en la alimentación.

Precipitación y eliminación de mercurio con el uso del tiocarbonato polimérico de sodio 

Este proceso de precipitación de mercurio se realiza con la adición del reactivo químico polímero tiocarbonato de sodio (NaPTC), la reacción química es la siguiente:

Control en la dosificación de NaPTC y la precipitación de mercurio

En el segundo reactor se adiciona NaPTC en solución al 5%, este se bombea desde el sistema de dosificación hacia el overflow del primer tanque hacia el segundo reactor con la finalidad de tener una buena mezcla y generar un lodo más estable.

El objetivo de este proceso es reducir disuelto Hg de 120 ppb a 1.2 ppb, no se requiere tiempo de residencia adicional para esta reacción.

Tiempo de reacción: 30 minutos por tanque pH: en el rango de 8.2 – 8.3

Dosificación de lechada de cal: para mantener el pH en el rango especificado

Dosificación de NaPTC: el reactivo llega en estado líquido al 100% de concentración y es dosificado al 10%, previa dilución con agua en la línea de dosificación. Para el control de la dosificación de este reactivo se toman muestras que son enviadas al laboratorio para los ensayos por mercurio total y disuelto.

Dosificación de aire: será constante manteniéndolo en un Flujo de 600 CFM.

Clarificación de la solución y descarga de lodos generados

La generación de sólidos, producto de la precipitación requiere de una separación sólido/líquido y, para ello, se cuenta con el sistema de lamela vertical, dotado de una pequeña rastra que ayuda a la formación del lecho de filtración.

Control de la clarificación en lamela de pretratamiento vertical para el manejo de sólidos generados

El overflow del segundo tanque reactor es enviado por gravedad a la lamela de pretratamiento con finalidad de controlar la turbidez de la solución mediante la dosificación de cloruro férrico obteniendo una turbidez por debajo de 30 NTU, esta solución clarificada ingresa al tanque de alimentación UF y luego es bombeado al sistema de filtros Arkal. La solución clarificada de estos filtros contiene sólidos por debajo de 130 micras y alimenta al proceso de ultrafiltración.

Eliminación de sólidos residuales a través de la ultrafiltración

El objetivo del sistema de ultrafiltración es eliminar los sólidos en suspensión como un pretratamiento antes de ósmosis inversa y enviar el lodo con alto contenido de mercurio al tanque de retención para después ser remitido a la lamela de descarga.

Control en la permeabilidad y la presión transmembránica

Existe una relación entre la permeabilidad, flux, y la presión transmembránica, debido a ello se debe realizar un seguimiento para el control y evitar que dichas membranas puedan saturarse prematuramente, realizar un retrolavado, lavado CIP, ayuda a que la membrana se mantenga filtrando adecuadamente.

Un valor apropiado de permeabilidad es 4LMH/psi, si fuera por debajo estaríamos hablando que existe una saturación prematura del sistema y que requiera una limpieza química.

Sistema de recuperación de lodos de los lavados y retrolavados de UF

La solución de residuos del auto strainer de la UF se envía a un proceso de separación sólido/líquido, el flujo con sólidos es enviado al tanque de lodos y el líquido es recirculado al tanque de alimentación de la UF. Un coagulante puede ser necesario para mejorar la sedimentación en función a las recomendaciones del equipo del proveedor final.

Sistema de bombeo de lodos y disposición en el pad de lixiviación

Control en la turbidez y pH y manejo de lodos generados

El lodo es bombeado a la poza de lodos de Hg, ubicada en el Pad LQ. El control de las bombas de lodos será determinado por los operadores de la planta según requerimiento.

Proceso de ósmosis inversa

El objetivo es eliminar los sólidos disueltos del agua, el permeado y, en especial, el nitrógeno anomiacal. Esto se logra controlando el pH para cumplir con los estándares de calidad ECA – agua. Se envía al Buffer Pond LQ y luego se descarga al medio ambiente, y el concentrado es enviado al tanque de recirculación al pad LQ, ubicado en la planta CIC LQ.

Control de conductividad, diferencial de presión y pH

Realizar un seguimiento de la conductividad de cada una de las unidades de ósmosis inversa, nos puede ayudar a saber cómo están filtrando estas membranas y encontrar algunos problemas como contaminación por conectores defectuosos, fracturas de membranas, estado de Oring´s.

Por otro lado, realizar un seguimiento a la presión diferencial por etapas que nos sobrepase de 40 psi, nos ayudará a prevenir una sobre saturación de las membranas y bastará una limpieza química para poder restablecer el desempeño de las estas.

Descarga de agua al medio ambiente

El agua tratada se devuelve al medio ambiente a través de puntos de control de descargas (DCP) autorizados mediante resoluciones administrativas, hacia: reservorios, pozas o diques.

Monitoreo y descarga de agua al medio ambiente

Newmont Yanacocha tiene 13 puntos de descarga de agua al medio ambiente, en los que cumple con los Límites Máximos Permisibles vigentes y con la Ley General de Aguas aplicable a cada punto.

El monitoreo participativo de las comunidades y autoridades a estas descargas es continuo. 

Conclusiones

1. El proceso INCO es eficaz para la destrucción de cianuro, en este sistema de oxidación se pudo destruir cianuro hasta en concentraciones de 60 ppm en la alimentación y, por la naturaleza de la solución, no requiere agregar sulfato de cobre, pues en la solución de alimento tiene concentraciones de cobre de hasta 8 ppm, con respecto al estequiométrico se trabaja en un 175%, eso se puede ajustar en función a las variables de operación del proceso INCO.

2. Con respecto al uso del NaPTC en la precipitación de metales, se puede concluir que en un pH de 8.9 se precipita el mercurio y el compuesto precipitado es más estable ante cambios de pH.

3. La puesta en marcha de lamelas verticales para la clarificación nos ha brindado una oportunidad para buscar nuevas formas de realizar separaciones de sólidos y líquidos y que pueden ser competitivas en las operaciones, pero se debe mantener el diseño original, de lo contrario, no lograría el objetivo en la clarificación.

4. En la etapa de ultrafiltración se puede concluir que esta separación a nivel de rango macromolecular y molecular ayuda a eliminar algunos coloides, virus, entre otros.

5. La limpieza químicas CIP, tanto para la ultrafiltración y ósmosis inversa es muy importante, ya que si no se realiza esta tarea, las membranas pueden dañarse prematuramente y su recuperación puede ser irreversible.

6. Con respecto a la ósmosis inversa se puede concluir que es una tecnología de filtración a nivel iónico y que dichas membranas rechazan hasta un 98.5% del contenido metálico, el uso del anti-incrustante cumple un papel muy importante en la operación ya que sin ello no se mantendría un desempeño dentro de lo esperado.

7. La innovación de usar nuevos procesos para el control de efluentes para la industria minera y acondicionarlos a ello, nos garantiza lograr un agua muy buena tanto en cantidad como en calidad y que cumple con las regulaciones legales.

Agradecimientos

Un agradecimiento especial a todo el equipo de procesos LQ y aquellos que contribuyeron en la elaboración y revisión de este documento.

Bibliografía

Bucknam, C. H. 2005. “A Green Chemistry Approach to Mercury Control During Cyanide Leaching of Gold”, Presented at the SME Annual Meeting, February, 2005, Denver, Colorado.

Bucknam, C. H., McComb M. 2007. “Study of stability of mercury and silver Polythiocarbonate Nanofilms generated during optimized mercury removal from Cyanidation Pregnant Eluate”, Presented at the SME Annual Meeting, February, 2007, Denver, Colorado.

Pocock Industrial, Inc. 2002. “Mercury Precipitation on Yanacocha Carbon Stripping Eluate Using Sodium Polythiocarbonate”, Report to Newmont Mining Corporation, September 2002