SISTEMA PARA LA NEUTRALIZACIÓN DE AGUAS ÁCIDAS DE MINA Y RECUPERACIÓN DE SU CARGA METÁLICA.

Sistema para la neutralización de aguas ácidas de mina y recuperación de carga metálica del tipo que consiste en aprovechar una energía renovable para evaporar el agua ácida procedente de la mina y recuperar el mineral desecado,

y que comprende, al menos (i) unos primeros medios de generación de energía (18,19,20,21); y (ii) unos segundos medios evaporadores (1,3,4,5,6,7) de agua contaminada por AMD (2).

Sistema para la neutralización de aguas ácidas de mina y recuperación de su carga metálica.

El objeto principal de la presente invención es un sistema y un procedimiento para la neutralización de aguas ácidas provenientes de las minas y la recuperación de su carga metálica, mediante energía obtenida de fuentes renovables.

Estado de la técnica anterior De todas las causas de contaminación de los cursos fluviales, quizás el drenaje ácido de minas, AMD, sea una de las más graves, por su naturaleza, extensión y dificultad de resolución. Los ríos afectados por este tipo de contaminación se caracterizan por su acidez, así como por el alto contenido en sulfatos y metales pesados de sus aguas.

Este tipo de contaminación se origina cuando un mineral sulfuroso entra en contacto con el oxígeno y la humedad atmosférica; en la superficie del mineral comienza entonces un complejo mecanismo que se inicia con la oxidación de los sulfuros, muy insolubles, transformándolos en sulfatos con producción de ácido. La cinética de esta oxidación por oxígeno es muy lenta, entre 1, 08.10-15 a 1, 8. 10-14 mol/ (cm2. s) , pudiendo aumentar su velocidad hasta cien veces por la presencia de ión férrico y por la actuación de bacterias catalizadoras. Junto a la oxidación de la pirita finalmente, se producen reacciones secundarias entre los productos de las reacciones anteriores y los restantes minerales presentes en la roca, siendo el resultado final un conjunto de contaminantes solubles depositados sobre el mineral, que posteriormente son disueltos y arrastrados por el agua de lluvia o de escorrentía, produciéndose un caudal líquido contaminante que lleva su acidez, sus sulfatos y metales pesados hasta los cursos de agua.

La contaminación de origen metálico en medios acuáticos tiene unas posibilidades de ocurrencia muy altas, dado que de los 106 elementos conocidos, 84 se clasifican como metales. Dentro de estos 84 metales, se consideran como metales pesados, aquellos cuyo peso específico es mayor de 4 o 5 g/cm3, siendo los más comunes hierro, cobre, cinc, plomo, manganeso, cromo, níquel, arsénico, mercurio y cadmio. La toxicidad de ciertos metales pesados a determinadas concentraciones ha originado numerosos incidentes. La contaminación por metales pesados de un agua reviste gravedad en base a tres razones fundamentales:

a) A diferencia de la materia orgánica, los metales pesados no son biodegradables, por lo que permanecen en el medio contaminado de forma indefinida, salvo procesos de transporte a otros medios.

b) Los metales pesados, una vez que los microorganismos y la microflora los incorpora, pueden ser retenidos por los tejidos del organismo, produciéndose el fenómeno de la bioacumulación. Así, en organismos filtradores se han encontrado factores de concentración de 290.000 para el zinc, 100.000 para el plomo, 35.000 para el cobre y 500 y 100 para el cromo y níquel respectivamente. Los metales acumulados se pueden transmitir a otras especies situadas en un nivel superior de la cadena trófica, produciéndose el fenómeno conocido como biomagnificación. Mediante la bioacumulación y la biomagnificación, se llegan a alcanzar valores mucho más elevados que los encontrados en el medio líquido.

c) Los metales pesados, desde el punto de vista de su influencia en la fisiología animal, pueden clasificarse en esenciales y no esenciales; así, ciertos metales pesados como cobre, zinc y manganeso son micronutrientes esenciales para plantas y animales, y sólo llegan a ser letales en elevadas concentraciones. El organismo los necesita dentro de un intervalo óptimo, por debajo del cual se produce estados carenciales y por encima toxicidad. Igualmente, los metales pesados no esenciales presentan para cada individuo un valor, por debajo del cual es tolerable y por encima tóxico.

La entrada en vigor de normativas reguladoras de la composición química de los vertidos de origen minero, ha provocado severas restricciones para las empresas mineras que se han traducido en costes de restauración millonarios y que han provocado el cierre de numerosas explotaciones de sulfuros. De más de cien minas abiertas en el Suroeste de la Península Ibérica a mediados del siglo pasado, apenas quedaron tres en funcionamiento a finales del mismo. Por otra parte, el precio actual del cobre, en claro proceso de aumento, provocado, en buena parte, por la gran demanda desde países asiáticos, está permitiendo, bajo severas restricciones, y con elevados costes de prevención y restauración de la contaminación hídrica, el esperado resurgir de la minería metálica en Europa.

Las técnicas preventivas y correctoras que se resumen vienen siendo empleadas en diferentes instalaciones, no existiendo un patrón común, y dependiendo la elección de cada sistema corrector de diferentes factores como, exigencias impuestas por las normativas nacionales, autonómicas y locales, tipo de mineral, tamaño de las explotaciones, caudal y composición química del efluente a tratar.

Entre las técnicas empleadas como medidas preventivas caben citar los métodos de barrera, los métodos químicos y los de inhibición bacteriana, todos ellos conducentes a la con contaminación de las aguas.

Una vez contaminada el agua, las técnicas al uso más frecuentemente empleadas como medidas correctoras para remediar o paliar el proceso son, entre otras, las plantas de neutralización química, la neutralización con aguas no contaminadas, la ósmosis inversa, el intercambio iónico, los tratamientos biológicos y en ciénagas, las trampas calizas anóxicas, la biolixiviación de escombreras, la electrocoagulación, y un sinfín de variantes y combinaciones de las anteriores.

El denominador común de todas ellas puede resumirse en un elevado coste de instalación y mantenimiento, en el caso de las que realmente consiguen como resultado final un agua de vertido que cumpla la normativa, o un escaso rendimiento para otras, más baratas, que provocan vertidos con contaminantes residuales indeseables.

Explicación de la invención Para evitar los problemas descritos, se ha desarrollado el sistema y método para la neutralización de aguas ácidas de mina y recuperación de carga metálica, objeto de la presente invención y que es del tipo que consiste en aprovechar una energía renovable para evaporar el agua ácida procedente de la mina y recuperar el mineral desecado, y que comprende, al menos (i) unos primeros medios de generación de energía renovable; y (ii) unos segundos medios evaporadores de agua contaminada por AMD y extracción de su carga metálica, y que se caracteriza porque (a) comprende un evaporador continente del agua contaminada por AMD hasta llevarla a su punto de ebullición, para lo cual se emplea un calentador por cuyo interior pasa un fluido térmico a elevada temperatura proviniendo dicho fluido de los primeros medios de generación de energía y una pluralidad de eyectores o bombas de vacío configuradas para bajar el punto de ebullición del agua ácida mediante la generación de vacío en el interior del evaporador; y (b) una vez que el agua contaminada por AMD se hace vapor, todos los materiales contaminantes que estaban disueltos en ella precipitan al fondo del evaporador, siendo movidos por un agitador; y porque cuando el nivel del material depositado alcance una altura prefijada por la propia operación de la planta, en el fondo del evaporador se desliza una compuerta de corredera accionada por un motor, la cual permite el vaciado del evaporador con una válvula de llenado cerrada; y donde una vez vaciado el evaporador, la compuerta se cierra, se abre la válvula y comienza un nuevo ciclo llenado-evaporaciónvaciado.

A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra “comprende” y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas.

Breve descripción de los dibujos Fig. 1 muestra un esquema de principio de uno de los módulos (los demás hasta el número N necesario -dependiendo del caudal de tratamiento-de la instalación serian todos análogos) que forman la planta de neutralización de aguas ácidas...

1. Sistema para la neutralización de aguas ácidas de mina y recuperación de carga metálica del tipo que consiste en aprovechar una energía renovable para evaporar el agua ácida procedente de la mina y recuperar el mineral desecado, y que comprende, al menos (i) unos primeros medios de generación de energía; y (ii) unos segundos medios evaporadores de agua contaminada por AMD y que se caracteriza porque

(a) comprende un evaporador (1) continente del agua contaminada por AMD (2) hasta llevarla a su punto de ebullición, para lo cual se emplea un calentador (3) por cuyo interior pasa un fluido térmico a elevada temperatura proviniendo dicho fluido de los primeros medios de generación de energía (18, 19, 20, 21) ; y una pluralidad de eyectores o bombas de vacío configuradas para bajar el punto de ebullición del agua ácida mediante la generación de vacío en el interior del evaporador (1) ;

(b) y donde una vez que el agua contaminada por AMD se hace vapor, todos los materiales contaminantes que estaban disueltos en ella precipitan al fondo (4) del evaporador (1) , siendo movidos por un agitador (5) ; y porque cuando el nivel del material depositado alcance una altura prefijada por la propia operación de la planta, en el fondo del evaporador (1) se desliza una compuerta de corredera accionada por un motor (6) , la cual permite el vaciado del evaporador (1) con una válvula de llenado (7) cerrada;

y donde una vez vaciado el evaporador (1) , la compuerta (6) se cierra, se abre la válvula (7) y comienza un nuevo ciclo llenado-evaporación-vaciado.

2. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1 que se caracteriza porque la base del evaporador (1) comprende una mesa de sacudidas accionada por una leva excéntrica, iniciándose el movimiento de sacudidas en el momento de apertura para favorecer la calda del material decantado hacia fuera del evaporador (1) .

3. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2 que se caracteriza porque comprende una pluralidad de evaporadores (1) donde los procesos de llenado con aguas contaminadas por AMD y vaciado de los materiales disueltos en ellas, se hará de forma sincronizada, con objeto de que no haya tiempos de espera.

4. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones anteriores que se caracteriza porque los contaminantes extraídos de cada uno de los evaporadores van a parar a una cinta transportadora (8) que los recorre todos, y donde ésta va depositando de forma continua el material transportado (9) hasta las cubetas o los contenedores habilitados para ello (10) .

5. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones anteriores que se caracteriza porque el vapor producido (11) irá, a través de un condensador (12) y ya licuado, a una torre de refrigeración (13) para su enfriamiento, donde esta agua enfriada y limpia irá, en parte a alimentar el condensador (14) y, en parte, a la tubería (15) que alimente el cauce o cauces del entorno.

6. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones anteriores que se caracteriza porque el vapor producido (11) irá a una línea de vapor, de la presión adecuada, para toda la instalación (16) .

7. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones anteriores que se caracteriza porque el vapor producido (11) irá inyectado (17) en la camisa del evaporador (1) , lo cual provocará un precalentamiento de éste.

8. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones anteriores que se caracteriza porque los posibles “arrastres” no deseados de materia particulada potencialmente transportados por el vapor (11) de agua a la salida de cada evaporador (1) , son recogidos en un sifón u otro elemento retenedor de partículas antes de su incorporación a los circuitos de vapor (12, 16, 17) .

9. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones anteriores que se caracteriza porque los primeros medios de generación de energía comprenden un campo de reflectores cilindro parabólicos (18) en número M, al menos uno por cada evaporador (1) .

10. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones anteriores que se caracteriza porque cuando la luz solar decae de un cierto nivel, el fluido térmico ya no alcanza la temperatura adecuada, con lo cual se le impide el paso al reflector cilindro parabólico (19) , cerrando las válvulas (29) y se le obliga, abriendo las válvulas (23) , a circular por un calentador eléctrico (30) alimentado por medio de energías renovables.

11. Procedimiento para la neutralización de aguas ácidas de mina y recuperación de carga metálica del tipo que consiste en aprovechar una energía renovable para evaporar el agua ácida procedente de la mina y recuperar el mineral desecado, implementado en el sistema de las reivindicaciones1a10que se caracteriza porque comprende las etapas de

(i) calentar en un evaporador (1) el agua contaminada por AMD (2) hasta llevarla a su punto de ebullición, para lo cual se emplea un calentador (3) por cuyo interior pasa un fluido térmico procedente de unos medios de generación de energía (18, 19, 20, 21) ;

(ii) bajar drásticamente el punto de ebullición del agua ácida (2) realizando vacío en el interior del evaporador (1) ; para ello se pueden utilizar eyectores de vapor o bombas de vacío;

(iii) una vez que el agua contaminada por AMD se hace vapor, todos los materiales contaminantes que estaban disueltos en ella precipitan al fondo (4) del evaporador (1) , agitándose para evitar su apelmazamiento, de tal forma que cuando el nivel del material depositado alcance una altura prefijada por la propia operación de la planta, en el fondo del evaporador (1) se desliza una compuerta de corredera accionada por un motor (6) , la cual permite el vaciado del evaporador (1) ; y (iv) donde una vez vacío el evaporador, la compuerta (6) se cierra, se abre la válvula (7) y comienza un nuevo ciclo de llenado-evaporación-vaciado.