Vol. 5, Nº 2 (Enero - Junio 2019), 30-36
Vol. 5, Nº 2 (Enero - Junio 2019), 30-36
Ángel Quinde-Alvear1*
1Universidad Católica de Cuenca, Ecuador.
El mercurio es considerado un metal altamente tóxico, en el campo de la minería una de las principales formas de exposición al mercurio (Hg), es por vía respiratoria por la presencia de vapores liberados por incineradores en la extracción de oro. El presente estudio fue realizado con el fin de tomar medidas para evitar que estos gases se propaguen en el ambiente, a fin de evitar la contaminación de aire. La minería aurífera históricamente se ha constituido en una fuente de ingreso para las provincias del austro ecuatoriano (Azuay, El Oro, Loja, Zamora Chinchipe, etc.); esta investigación se la realizó en la compañía minera Austro Gold Cia. Ltda. en la provincia del Azuay, cantón Ponce Enríquez, parroquia Villa Rica, donde se construyó y posteriormente se aplicó la Torre Empacada como un método para disminuir estas emisiones de gases de chimenea. La metodología de medición se aplicó de forma experimental, se tomaron 3 muestreos de dos mediciones, uno en el ducto de entrada y otro en el ducto de salida de los gases de la Torre Empacada, mientras se probaban tres condiciones de operación diferentes. Las Torres Empacadas resultaron ser una excelente alternativa para la absorción de los gases producidos en la quema de la amalgama, al ser equipos empleados en la industria para poner en contacto una fase liquida con una gaseosa y se logró retener el 95% de los vapores de mercurio producidos en dicho proceso.
Palabras claves: torre empacada minería aurífera mercurio gases
Gold mining has been an important source of income for the provinces of southern Ecuador such as Azuay, El Oro, Loja, Zamora Chinchipe and others. The extraction groups use mercury (Hg) for the process of separating gold from rocks. Mercury is known as a highly toxic metal. In mining, one of the main forms of exposure to mercury is through inhaling vapors liberated by incinerators in the process of gold extraction. These vapors also produce environmental contamination in the surrounding communities. For this reason, the research was carried out in the mining company Austro Gold Com. Ltda., located in the province of Azuay, Ponce Enriquez town, Villa Rica parish, where a packed tower was built and used as a method to reduce gas emissions and mercury vapors in the chimney. An experimental methodology was applied, in which 3 samples from two measurements points from the packed tower were taken; one on the entrance chute and another on the gas exit chute, while three different operation conditions were tested. The results showed that the 95% of the vapors produced in the process were retained. Packed towers turned out to be a good alternative for gas and vapor absorption produced when burning amalgam.
Keywords: packed tower gold mining mercury gases
| Recibido: | julio 18 de 2018 | Aceptado: | agosto 24 de 2018 |
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Forma de citar: Quinde-Alvear, A. (2018). Aplicación de una torre empacada como purificador de gases de chimenea en la industria minera de El Oro, cantón Ponce Enríquez, Ecuador. Revista Científica y Tecnológica UPSE, 5 (2), 30-36. DOI: 10.26423/rctu.v5i2.345
* Autor para correspondencia. gquindea@gmail.com
Las diferentes actividades industriales del hombre han ocasionado problemas ambientales, debido a la cantidad de contaminantes que se emiten hacia la atmósfera, los olores detectados en el ambiente son causados por una gama de compuestos químicos (Carrillo y Astudillo, 2015).
En los últimos tiempos, el planeta está amenazado por procesos de contaminación ambiental, que traen, como consecuencia, pérdidas en la capacidad productiva de los recursos naturales suelos, aguas, aire y en la calidad de la vida. El efecto de la contaminación va a depender del tipo y volúmenes de substancias residuales, la vía de incorporación y el grado de dispersión ambiental que tienen los gases de chimenea, gases como: el monóxido de Carbono (CO), dióxido de Azufre (SO2), óxidos de Nitrógeno (NO, NO2 y NOx), y vapores de mercurio (Pantoja et al., 2005).
Esta investigación planteó como principal objetivo: determinar la eficacia y/o factibilidad de una torre empacada como purificador de gases de chimenea en la industria minera. Para el efecto se diseñó y construyó una Torre Empacada a fin de comprobar la disminución de la cantidad de gases tóxicos que emite la chimenea, así como cuantificar y cualificar los gases originados.
Las torres empacadas son torres llenas de empaque, las cuales permiten que se cumpla un tipo de transferencia de masa unitaria, la cual comprende el contacto de líquidos o gases con sólidos donde hay una separación de componentes de una mezcla líquida o gaseosa por adherencia a la superficie del sólido.
Las torres empacadas, al ser equipos empleados en la industria para poner en contacto una fase líquida con una gaseosa, resultó ser una excelente alternativa para la absorción de los gases producidos en la quema de la amalgama para la eliminación del mercurio, al retener el 95% de los vapores de mercurio producidos en dicho proceso. Contribuyendo así a mejorar la calidad de vida de los habitantes del sector al disminuir las enfermedades y el impacto ambiental que ocasionan las emisiones de los gases tóxicos de chimenea de las compañías mineras. Lillo (2011).
Las pruebas se las realizó en la compañía minera Austro
Gold Cia. Ltda., ubicada en la parroquia Bella Rica
perteneciente al cantón Ponce Enríquez, de la provincia
del Azuay. La metodología de medición se aplicó de
forma experimental, se tomaron 3 muestreos de dos
mediciones, uno en el ducto de entrada y otro en el
ducto de salida de los gases de la Torre Empacada,
mientras se probaban tres condiciones de operación
diferentes.
Todo el procedimiento de obtención del oro empieza
con la barrenación de la peña, que se la realiza con un
barreno con punta de diamante, agua y aire a presión;
esta piedra barrenada contiene el cuarzo, mineral que a
la vez contiene oro en partículas pequeñas. Luego de
realizadas las perforaciones se introducen en ellas los
cartuchos de dinamita los cuales aflojan la piedra.
Luego se separa el material inservible del material
cuarzo que contiene el oro (materia prima).
Toda la materia prima seleccionada y separada es
transportada a un clasificador donde se separa el
material grueso del fino. El material grueso pasa a un
triturador de mandíbulas donde se disminuye de tamaño
el cual es apto para pasar al proceso de molienda,
mientras que el material fino es transportado por medio
de un transportador de bandas al molino. (Sandoval,
2001)
.
Luego de obtenido el material con un diámetro óptimo
se procede a la molienda, donde se disminuye el cuarzo
(materia prima) a polvo, el cual es retenido por unos
trozos de tela que se encuentran en unos canalones a la
salida del molino, los cuales son lavados y almacenados
en tanques para luego separar el oro de la arena. A la
arena almacenada que contiene el oro en una gran
concentración, pasa a un proceso de eliminación de
exceso de arena con la ayuda de unos platones
metálicos, hasta que quede libre de ella casi en su
totalidad. Luego para separar al oro totalmente de la
arena se le agrega 1 libra de mercurio.
.
Toda la materia prima seleccionada y separada es
transportada a un clasificador donde se separa el
material grueso del fino. El material grueso pasa a un
triturador de mandíbulas donde se disminuye de tamaño
el cual es apto para pasar al proceso de molienda,
mientras que el material fino es transportado por medio
de un transportador de bandas al molino. (Sandoval,
2001)Para obtener la amalgama oro-mercurio, se friccionó la
arena con una piedra lisa hasta que la consistencia sea
la adecuada, es decir, que se encuentre semisólida. La
amalgama que contiene oro y mercurio pasa a un
proceso de eliminación del mercurio para así obtener
solamente el oro puro, este procedimiento lo realizamos
con la quema del mercurio con ayuda de un soplete de
fuego y ácido nítrico, el peso de la amalgama antes de
la quema fue de 1050 gramos.
.
Este tipo de eliminación del mercurio la Compañía
Minera Austro Gold Cia. Ltda., lo realiza en una
chimenea despidiendo los gases directamente a la
atmósfera; al utilizar la torre empacada se disminuye el
impacto que puede producir dichos gases al medio
ambiente, así como a las personas, reduciendo las
concentraciones de estos gases durante la quema de la
amalgama.
.
Todo este procedimiento empieza en la chimenea,
donde se produce la quema de la amalgama para la
eliminación del mercurio, en el platón que contiene la
amalgama se agrega 1 litro de ácido nítrico al 69%,
medio litro de agua y con la ayuda de un soplete de fuego se va eliminando de la amalgama el mercurio, el
cual se evapora y va quedando solamente el oro.
Todos los gases liberados en la chimenea durante la
quema de la amalgama, son absorbidos por una bomba
hacia la torre (figura 1), el cual sirve para que la
velocidad de flujo de los gases que ingresan a la torre
empacada, sea el adecuado para que no se aglomeren
dentro de la torre y causen una saturación evitando que
estos se purifiquen adecuadamente.
Figura 1.
Proceso de quema de la amalgama en la torre
empacada.
Son torres llenas de empaque, utilizadas para el
contacto continuo del líquido y del gas en el flujo a
contracorriente, son columnas verticales que se han
llenado con empaque o con dispositivos de gran
superficie.
El líquido se distribuye sobre éstos y escurre hacia
abajo, a través del lecho empacado, de tal forma que
expone una gran superficie al contacto con el gas
(Ramos y Ramos, 1982).
Las unidades de absorción deben permitir un total
contacto entre el gas contaminado y el líquido limpiador
lo cual se favorece a través de los empaques de este tipo
de torres.
El gas con impurezas entra por la parte inferior y sale
gas limpio por la parte superior de la torre,
descargándose directamente a la atmósfera. El líquido
limpiador entra por la parte superior de la torre y se
extrae por la parte inferior contaminada, por lo cual es
necesario someterlo a algún tipo de tratamiento o
reciclarlo a proceso.
El material de empaque (inerte), se diseña para
aumentar el área superficial del líquido y aumentar así,
el área de contacto entre las dos fases.
Proporcionar una superficie interfacial grande entre
el líquido y el gas. La superficie del empaque por
unidad de volumen de espacio empacado debe ser
grande, pero no en el sentido microscópico.
Poseer las características deseables del flujo de
fluidos. Esto generalmente significa que el volumen
fraccionario vacío, o fracción de espacio vacío, en
el lecho empacado debe ser grande. El empaque
debe permitir el paso de grandes volúmenes de
fluido a través de pequeñas secciones transversales
de la torre, sin recargo o inundación; debe ser baja
la caída de presión del gas.
Ser químicamente inerte con respecto a los fluidos
que se están procesando.
Ser estructuralmente fuerte para permitir el fácil
manejo y la instalación.
Tener bajo precio (Reyes y García, 2016).
Los rellenos utilizados para la torre empacada cumplen
con todas las características antes expuestas, pero para
una mejor retención y lavado de gases hemos colocado
capas de diferentes tipos de empaques al azar, cada uno
superpuesto con diferente altura y diámetro, son:
75 cm de Canicas (esferas de cristal)
15 cm de Piedras de 1.5 cm de diámetro
10 cm de Piedra de 0.5 cm de diámetro
10 cm de Piedrecillas de 0.2 cm de diámetro
El principal objetivo de un lecho en una torre lavadora
es aumentar el contacto gas-líquido de un lavador,
siendo mucho mejor, aquel lecho que proporciona el
máximo de contacto con la misma caída de presión.
Para retener los empaques, utilizamos soportes de acero
inoxidable de 2 mm de espesor, siendo ideales para
soportar el peso, necesarios para asegurar la buena
distribución del gas en el empaque ya que tienen un área suficientemente amplia para permitir el flujo del líquido y
del gas con un mínimo de restricción. Pues, en regímenes
de flujo de gas muy altos, los empaques podrían ser
lanzados fuera de la torre, por lo que se deben sujetar con
soportes.
La torre está construida de acero inoxidable, material
resistente a la corrosión de los gases tratados, el cuerpo
tiene una forma cilíndrica transversal, y está dividida en
cuatro secciones para una mejor manipulación y
control.
La importancia de la distribución inicial de los líquidos
es muy grande, pues determina, en cierta medida la
eficiencia de la torre, en nuestra torre empacada hemos
utilizado un aspersor ya que cubre toda la superficie
interna de la torre, no provoca inundación de agua, ni
falta de la misma ya que está regulada la velocidad de
flujo con una bomba que permite que el riego sea
homogéneo.
En ocasiones, dependiendo de la velocidad del gas, se
desprende neblina, la cual debe ser condensada, para
evitar que sea arrastrada con el gas. Para esto se colocó
sobre el distribuidor de líquido, eliminadores de
neblina; donde se empleó una malla entretejida con
viruta de acero que evitara el arrastre.
Una vez eliminado el mercurio de la amalgama y
obtenido solamente el oro (figura 2a), se procede a la
fundición del oro (figura 2b).
El oro al llegar a los 1500 0C se funde, donde luego de
fundido se la pasa a una licotera (figura 2c), la cual le
da la forma de una barra de oro (figura 2d); esta barra
de oro tiene un 95% de pureza. El peso de la barra de
oro obtenido fue de 475 gramos, los cuales se
obtuvieron de procesar 160 toneladas de materia prima,
en 8 días.
Figura 2.
Proceso de Fundición del oro
empacada.
Una vez puestas en funcionamiento todas las partes que
conforman la torre empacada y verificado su correcto
funcionamiento, se tomó medidas de las
concentraciones de los gases tanto en la chimenea como
a la salida de la torre, es decir, de los gases que entran y
salen. Para el efecto se han utilizado dos equipos de
medición de gases, los cuales son: TESTO 350 M/XL
Y BOMBA VOLUMÉTRICA GASTEC GV=100S Y
TUBOS DETECTORES COLORIMÉTRICOS.
La metodología de medición se aplica de forma
experimental debido a que no existe descripción
específica proveniente de la Legislación Ambiental
ecuatoriana. Se tomaron 3 muestreos de dos
mediciones, uno a la entrada y otro a la salida de los
gases., en los ductos de la torre de absorción (Torre
Empacada) mientras se probaban tres condiciones de
operación diferentes.
Se empleó como referencia la normativa ecuatoriana en
su texto unificado de Legislación Ambiental
Secundaria, Libro VI, Anexo 3, que expresa lo siguiente
para los límites de emisión en Fuentes Fijas:
2.2. Marco teórico
1.1. Obtención de la amalgama de mercuriooro
1.2. Quema de la amalgama en la chimenea
1.3. Torre empacada
1.3.1. Empaques de la torre
El empaque de la torre debe ofrecer las siguientes
características:
1.3.2. Soportes de empaques
1.3.3. Cuerpo de la torre
1.3.4. Distribución de líquidos
1.3.5. Eliminadores del arrastre
1.3.6. Fundición del oro
3. Metodología
3.1. Medición de gases de chimenea
3.2. Normativa ambiental
Los valores de emisión máxima permitida, para fuentes fijas de combustión existentes, son los establecidos en la Tabla 1 de esta norma
Tabla 1. Límites máximos permisibles de emisiones al aire para fuentes fijas de combustión.
(1) mg/Nm3; miligramos por metro cubico de gas, a condiciones normales, mil trece milibares de presión (1013mbar) y temperatura de 0oC, en base seca y corregidos a /% de oxígeno.
(2) combustibles líquidos comprenden los combustibles fósiles líquidos, tales como diésel, kerosene, búnker C, petróleo crudo, naftas.
Fuente: Norma de emisiones al aire desde fuentes fijas de combustión Ecuador Quemadores. (2003).
Según lo expresado anteriormente, se fijaron 2 puntos de muestreo, el primero un orificio de 8mm a 10cm de la salida de la cámara de quema de amalgama y el segundo en la boca de salida de la parte superior de la torre de absorción (Torre Empacada). Se tomó un muestreo de gas durante 8 minutos en cada puerto durante los tres muestreos en condiciones diferentes de trabajo.
Las mediciones se realizaron con el equipo de medición de gases de combustión TESTO 350 M/XL. El equipo tiene instalado sensores electroquímicos para detección de gases: CO, NO, NO2, NOx, SO2, y sensor de temperatura de gases .
El equipo TESTO 350 M/XL se calibro y ajusto de acuerdo con los parámetros establecidos en la tabla 2.
Tipo de combustible: Gas de uso doméstico (propano/butano).
Los resultados del monitoreo de gases se muestran en las siguientes condiciones que se aplicaron durante las pruebas:
CONDICIÓN 1.- Muestreo con combustión del soplete de gas al interior de la cámara de quemado sin adición de amalgama de oro-mercurio.Tabla 3: Resultados obtenidos por monitoreo en condiciones de combustión regular sin quema de amalgama
CONDICIÓN 2.- Muestreo con combustión del soplete de gas al interior de la cámara de quemado con adición de amalgama de oro-mercurio.
Se realizó el monitoreo en los ductos de entrada y de salida de la de torre de absorción (Torre Empacada) en condiciones de combustión del soplete de calentamiento del sistema y con la adición de amalgama oro-mercurio la cual se quemó en presencia de Ácido Nítrico (HNO3).
Este proceso generó una gran cantidad de vapores nitrosos que saturaron las celdas de detección de NO, NO2, y NOx del equipo de medición, por lo cual no se pudo cuantificar estos parámetros.
Tabla 4: Resultados obtenidos por monitoreo en condiciones de combustión regular con quema de amalgama.
No es posible la cuantificación de la concentración de los gases indicados por sobrecarga de las celdas de detección del equipo Testo 350XL.
CONDICIÓN 3.- Muestreo con combustión del soplete de gas al interior de la cámara de quemado posterior a la quema de la amalgama de oro-mercurio.
Se realizó el monitoreo en los ductos de entrada y de la torre Empacada, en condiciones de combustión del soplete de calentamiento del sistema posterior a la quema de la amalgama oro-mercurio.
Tabla 5 Resultados obtenidos por monitoreo en condiciones de combustión regular posterior a la quema de amalgama.
Se realizó el muestreo de la concentración de vapor de mercurio durante 3 etapas de quema de amalgama en los ductos de entrada y salida de la Torre Empacada. Este muestreo se lo realizó alternadamente con el monitoreo de gases ya que la gran cantidad de vapores nitrosos del proceso inhabilita la posibilidad de realizar los dos estudios simultáneamente por la saturación de las celdas del equipo de gases.
Tabla 6. Concentraciones de vapor de mercurio en la Torre Empacada durante quema de amalgama oro/mercurio en presencia de ácido nítrico.
Los análisis realizados a la compañía minera Austro Gold Cia. Ltda., con los respectivos equipos de medición se observó una gran disminución de la concentración de gases que se emiten al ambiente, la torre empacada retuvo un 95% de las impurezas que contienen los gases durante la quema de la amalgama.
La principal ventaja de las torres empacadas es la eficiencia de colección para rangos muy amplios de partículas, es decir tiene una gran capacidad de retención de partículas toxicas que se encuentran presentes en los gases.
Los empaques son económicos y se los puede conseguir en cualquier lugar y algunos con valores insignificantes.
El empleo de la torre empacada beneficia no solo a las compañías mineras sino también a la población misma, ya que las grandes cantidades de gases que antes se emitían directamente a la atmósfera ahora son retenidos en la torre de absorción.
Se debe tomar en cuenta para la elaboración de la torre empacada la presencia de erosión y corrosión de los químicos con los que se está tratando.
Si bien este procedimiento de quema de la amalgama mercurio-oro con el ácido nítrico, no produce gran cantidad de lodos lo cual a su vez sería beneficioso, porque disminuiríamos aún más el impacto ambiental. Se recomienda elaborar un proceso alterno al encapsulamiento para la disposición de lodos (Manotas et al., 2001).
Aunque no debe usarse este metal en la obtención del oro, la "quema" de mercurio debe ser realizada en sitios alejados de las viviendas empleando sistemas adecuados de recuperación, y recoger el mercurio en retortas y reutilizarlo varias veces (Mesquidaz et al., 2013).
Una gota de mercurio que alcance las corrientes de agua puede causar problemas serios de contaminación. (Muñoz-Vallejo et al., 2012).
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