Estudio experimental de flujo y transporte de cromo, niquel y manganeso en residuos de la zona minera de Moa (Cuba): Influencia del comportamiento hidromecánico

Abstract

En la actualidad, el impacto ambiental de las actividades minero-metalúrgicas y los residuos generados por éstas, se han convertido en temas de especial atención en el estudio de la problemática ambiental que generan sobre las masas de aguas continentales y marinas. Sin embargo, el estudio de la influencia del factor hidromecánico en el flujo y transporte de contaminantes no ha sido prácticamente estudiado en los residuos minero-metalúrgicos. El objetivo fundamental de esta tesis es estudiar los factores físicos, hidromecánicos, hidrogeológicos y geoquímicos que condicionan el flujo y el transporte de contaminantes metálicos (Cr, Ni, Mn) en residuos mineros y en segundo lugar realizar una evaluación del impacto ambiental de estos residuos sobre las aguas superficiales y subterráneas. Para llevar a cabo el estudio se utilizaron los residuos de la zona minera de Moa (Cuba). El trabajo se realizó en dos etapas, una de campo, donde se efectuó el muestreo y reconocimiento en el terreno de la zona de estudio y una segunda parte en el laboratorio. Se desarrollo un cuidadoso programa de ensayos de laboratorio donde se incluye una caracterización física, mineralógica, química, hidromecánica y geoquímica de estos residuos. <br/><br/>Los ensayos de flujo y transporte de trazador, Cr, Ni y Mn por el medio poroso homogéneo saturado se realizaron con dos columnas de 5 y 10 cm de longitud y 1.6 cm de diámetro. Las curvas de llegada de los tres metales en los dos residuos para las condiciones de flujo y concentración en que se realizaron los ensayos exhiben un comportamiento no ideal, caracterizadas por la presencia de asimetría y grandes colas. Los resultados de los ensayos de flujo y transporte se simularon con el modelo s "UFBTC" desarrollado por la Universidad de Florida, EUA que incorpora la isoterma de adsorción no lineal y condiciones de no equilibrio debido a la histéresis del proceso de sorción. Los resultados de la modelación muestran que la causa de que el transporte de solutos no sea ideal es la no linealidad del proceso de adsorción debido en primer lugar a la adsorción física (más del 70%) y en segundo lugar la adsorción química.<br/><br/>Para evaluar el efecto del comportamiento hidromecánico sobre el flujo y el transporte de solutos se ha construido y puesto a punto un equipo automatizado, con control de succión, humedad relativa, variación del contenido volumétrico de agua, temperatura, evaporación y retracción.<br/><br/>Los resultados de los ensayos de flujo y transporte del trazador y el Ni por el medio fracturado son coherentes con el modelo conceptual de flujo y transporte advectivo a través de las grietas de desecación, combinado con la difusión del soluto en el agua relativamente inmóvil que ocupa los poros de la matriz del medio poroso. Esto queda confirmado por las características de las curvas de llegada del trazador y la del níquel, que experimentan una subida muy rápida durante el proceso de adsorción y una gran cola durante la desorción. Este doble proceso también se observa en la concentración de Ni medida en la matriz adyacente a la zona de fractura, donde la masa de Ni adsorbida decrece exponencialmente con la distancia del punto muestreado a la zona de la grieta más cercana.<br/><br/>El comportamiento hidromecánico de los residuos desempeña un papel muy importante en el flujo y transporte de contaminantes por el medio poroso. En el caso de los residuos mineros estudiados, las grietas de desecación condicionan el régimen de infiltración y constituyen una zona preferencial de flujo de indudable importancia, reduciendo el tiempo de tránsito de los contaminantes por el medio poroso, debido a que la conductividad hidráulica se incrementa en casi tres órdenes de magnitud con relación al medio poroso no agrietado. Este es un aspecto a tener en cuenta en el almacenamiento y gestión de los residuos minero-metalúrgicos por la problemática ambiental que conlleva.