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ESTUDIO DE LA VOLATILIZACIÓN DEL GAS CIANHÍDRICO EN UNA PLANTA DE LIXIVIACIÓN DE ORO

Por: Ing. Jesús Hildebrandt Londoña Soria, jefe de Turno, Minera Poderosa.


Introducción 

En Sudáfrica se elaboró un modelo de volatilización del gas HCN el cual necesita ser validado en lugares con diferentes superficies y concentraciones de cianuro libre (Nadia Lotter 2005).

Actualmente, las empresas mineras no tienen una data confiable de cuanto gas cianhídrico se emite al medio ambiente, ni hay una cifra de cuanto se debe desprender diariamente, muy poco se ha investigado al respecto, motivo por el cual se realiza el siguiente trabajo.

Se han hecho estudios en otros países acerca de la volatilización del gas cianhídrico a nivel de laboratorio, este estudio se lleva a cabo en una planta de procesamiento de oro con el reactivo cianuro de sodio donde se cuantifica en qué lugar de la planta se realiza la mayor volatilización del gas cianhídrico y de qué manera afecta al medio ambiente.

Posteriormente, se realizan pruebas en el laboratorio metalúrgico para bajar estos valores de volatilización de gas HCN, luego aplicando los resultados en la planta de procesamiento y reduciendo estos valores de volatilización se logra disminuir indirectamente el consumo del cianuro de sodio.

Esto porque la solución se recircula y se aprovecha al máximo el consumo de cianuro conocido como vertimiento cero al ambiente (RJ N° 224-2013-ANA), en donde se aprovecha al máximo el consumo de agua, cal y cianuro.

Como un aporte a la ciencia, innovación y tecnología, este trabajo se desarrolla con un medidor de gases de HCN y se calcula el error que se tiene por este método y se compara con la metodología tradicional de análisis químico, todo esto se demuestra en el área de mayor control que tiene la planta y cuyos equipos son verificados electrónicamente para ver qué tan eficiente es este método.

Objetivo

El presente trabajo tiene por objetivo:

ν Calcular la cantidad de gas cianhídrico que una planta de procesamiento de oro emite al medio ambiente.

ν Identificar como se disminuye la volatilización del gas HCN en una planta de procesamiento de oro.

Alcance

Se han hecho estudios en países como Sudáfrica y Australia acerca del comportamiento del gas cianhídrico y como este se ve afectado ante diferentes factores como se menciona a continuación:

Efecto de la temperatura 

En todos los reportes citados en la literatura se encuentra que la velocidad de volatilización se incrementa con la temperatura (Broderius y Smith, 1980), como se observa en la Figura 1.

Efecto de la Velocidad del viento

El viento induce a un incremento en la turbulencia en la fase gaseosa en la capa límite, reduciéndole el espesor y promoviendo la volatilización del gas HCN.

Efecto de la Salinidad

La salinidad de la solución también influye en la volatilización del cianuro como se observa en la Figura 2, pero a bajas concentraciones no tiene mucho efecto como también se advierte en la misma gráfica. 

Estos factores finalmente van a influir en la volatilización del gas HCN, por lo que esta va a ser relativa en distintas plantas, debido a que están a diferentes condiciones de clima y concentraciones cianuradas.

Seguimiento de la volatilización del gas HCN en una planta de procesamiento de oro

Para realizar una correcta medición del gas HCN emplearemos la ecuación de Van der Walls de gases reales, pero para monitorear la medición de estos se usará el equipo Drager, el cual será cuantificado en kilos/segundo, de acuerdo a la fórmula de gases reales:

Por lo que se describe en los puntos en la planta de procesamiento, donde se tomó la data con el equipo medidor de gas, posteriormente se cuantificó la volatilización del gas cianhídrico al ambiente como se observa en la Tabla 1.

Con los datos recopilados se procedió a realizar los cálculos respectivos, encontrándose el total de cianuro que se emite a la atmosfera, el cual era de 0.00172650 Kg /segundo. Por lo tanto, los Kg de cianuro que se emite a la atmosfera diarios son:

Procedimos luego a calcular la volatilización del espejo de la relavera (ver ítem N° 23 de la Tabla 1).

Kg de cianuro que emite el espejo de la relavera:

Siendo el espejo de la relavera el que envía la mayor cantidad de CN al medio ambiente, por lo que en esta se lleva a cabo el 74.1% de la volatilización total del gas HCN de la planta de procesamiento.

Lo que podemos percatarnos es el bajo valor del pH = 9.42 de la solución de la relavera, si variamos este factor podríamos disminuir la volatilización.

También se realizó el monitoreo a una planta ubicada a 1,260 msnm en los puntos señalados encontrándose los valores que se muestran en la Tabla 2. A esta altura es más soleado y más cálido el ambiente.

Haciendo los cálculos respectivos se encuentran los resultados que se muestran en la Tabla 3 de los días 22 y 24 de noviembre de 2018.

Ambas relaveras tienen diferentes áreas de exposición y distintas altitudes como se detalla en la Tabla 4. 

Disminución de la volatilización del gas HCN en la relavera

Con los valores encontrados de volatilización de gas HCN en la relavera se hizo pruebas en el laboratorio metalúrgico para identificar como se podía disminuir estos, para lo cual recurrimos al diagrama que se muestra en la Figura 6.

Donde:

MCN = Complejo del metal cianurado.

CN-   =  Ion cianuro.

HCN  = Cianuro de hidrogeno. 

FCN  = Cianuro libre. 

TCN  = Cianuro total.

K1, k2, k3 = Constante de Velocidad [h-1 ].

Kuv    = Constante de velocidad debido a la irradiación ultravioleta. 

Kv = Coeficiente de transferencia de volatilización de masa [cm/h].

En la Figura 6 se muestra que el cianuro libre está formado por el ion cianuro y el HCN en estado líquido en equilibrio, al pasar el HCN ha estado gaseoso comienza a volatilizarse y el cianuro libre disminuye. Para evitar esta volatilización se debe aumentar el pH como se indica en la Figura 7, por lo que se disminuirá esta volatilización e indirectamente el cianuro libre se conservará. 

Incremento del pH en la solución de la relavera 

En base a las pruebas llevadas a cabo en el laboratorio se procede a adicionar cal a la relavera y se observa que aumenta el valor del pH, a su vez, también se incrementa la fuerza o la concentración de cianuro en la solución. Esto se produce porque la volatilización del HCN se ha reducido como se detalla en las Figuras 7 y 8.

Error de cálculo 

Como las cantidades mencionadas no eran tan verosímiles, se procedió a encontrar el error de cálculo, para lo cual en el área de precipitación se comprobó los resultados como se describe:

Método por análisis químico

Se sabe que el cianuro que se volatiliza es el cianuro libre, por lo que se calculó este cianuro volatilizado entre la solución rica y la solución barren por lo descrito anteriormente en el circuito de Merril Crowe.

En esta área se cuenta con el flujómetro, el cual nos indicaba que 49 m3/h pasaba en ese instante y en promedio para el turno por el circuito Merril Crowe, haciendo los cálculos respectivos tenemos la información de la planta el día que se analizaron las muestras (ver Tabla 5) y lo indicado en las Figuras 10 y 11.

Según esta data se tiene:

CN libre consumido de rica a barren = 380 - 366 = 14 mg/l.

Flujo de la solución tratado = 588 m3 en 12 horas de operación haciendo que se trate = 49 m3/h.

Por lo que 14 mg/l* 49 m3/h = 686 g/h de CN se consumió.

Haciendo la conversión respectiva 1.91* 10-4 Kg/s de CN se consumió.

También debemos tener en cuenta que al poner en contacto la solución rica con el polvo de zinc el oro precipita según la ecuación:

Donde sugiere que para concentraciones de cianuro libre, debajo de 3.5 x 10-3 M, la cementación de oro tiene lugar con formación intermedia de Zn(OH)2.

Aplicando la ecuación de Barín et al., el cianuro libre reacciona con el polvo de zinc haciendo que se tenga menor cantidad de este en la solución.

ν Datos de operación de guardia (Figuras 10, 11 y 12):

Zn = 32.217 g/min, CN libre = 380 mg/L

Ley solución rica = 3.776 g/m3  

Ley solución barren = 0.013 g/m3

% Eficiencia de precipitación = 99.66

ν Procesando los datos: 

Flujo = 49 m3/h = 0.816 m3/min.

Oro que ingresa a la operación = 3.776 g/m3

* 0.816 m3/min = 3.081 g/min

Aplicando la estequiometria en la ecuación de Barin, tenemos: 

Pero en el proceso utilizamos Zn = 32.217 g/min por lo que se consume cianuro libre en esa proporción 25.678 g/min. 

Tomando los datos de CN libre para solución rica = 380 mg/l entonces se bombea cada minuto = 380 mg/l * 49 m3/h = 310.3 g/min.

De los cuales reacciona con el polvo de zinc y este interviene en la reacción quedando = 310.3 g/min – (25.678 g/min) = 284.622 g/min y saliendo esto como solución barren, el cual transformado en mg/l tenemos:

El cual discrepa lo hallado por el método del laboratorio externo en: 

Este error se debe a que la solución rica que se considera para esta demostración fue de los resultados de toda la guardia y la muestra que se mandó a analizar fue una porción puntual por motivos de degradación de cianuro y los análisis se iban a realizar en un laboratorio externo y se tenía que preparar y acondicionar para el viaje de Pataz a Lima en avioneta.

Además, según la relación estequiométrica de la ecuación de Barin et al., tenemos CN libre en el circuito de precipitación de 25.678 g/min, se trabajó a un pH = 11.145, lo que quiere decir que 25.678 g/min representa 98.21% de acuerdo a la Tabla 6 ¿cuánto de gas cianhídrico que representa el 1.79% se estaría volatilizando? dando como resultado 0.468 g/min = 7.8.10-6 Kg/s registrando el Drager según la tabla % y la Figura 14.

Volatilización del cianuro con el uso del equipo Drager

Tomando los datos de lo encontrado en la planta con el equipo Drager podemos determinar cuánto de cianuro se ha volatilizado.

Además, es de destacar que la planta cuenta con 2 tanques de paso de solución rica de 10 m3 de capacidad cada uno y se considerará lo hallado tanto para HCN y CN dos veces. Como se detalla en la Tabla 7. 

Cálculo (HCN) = 2*1.68.10-6+4.9921.10-7+ 3.3741.10-7+2.90.10-6 = 7.097.10-6 Kg/s  

Según lo determinado se ha calculado que se envía a la atmosfera:

7.097.10-6 Kg/s en forma de gas cianhídrico (HCN) o 6.834.10-6 Kg/s en forma de Cianuro (CN).

De acuerdo a lo descrito se observa que se volatiliza a la atmosfera es de 7.8.10-6 Kg/s en forma de HCN, pero se está emitiendo según el equipo Drager 7.097.10-6 Kg/s, lo que representa un %error de:

% error = 9.01%.

Conclusiones

1. Luego de la investigación realizada en una planta de procesamiento de oro, el lugar donde se lleva a cabo la mayor volatilización del gas cianhídrico es la relavera y esta se incrementa si se tiene una mayor área de exposición. 

2. Para controlar la volatilización del gas cianhídrico en la relavera conviene tener valores de pH mayores a 10 para que la volatilización del gas HCN sea mínima.

3. En la relavera se debe hacer uso de máscaras antigás ya que la inhalación continua del gas HCN durante mucho tiempo afecta al sistema nervioso.

4. El gas HCN no interviene en el efecto invernadero, los volcanes activos aportan mayor cantidad.

5. El error de medición cometido con el uso del equipo Drager (medidor de gas HCN) es de 9.01%.

6. El error de medición cometido con análisis químico es de 4.79%. 

7. Para este tipo de análisis resulta una buena alternativa realizar la medición con los equipos Drager, dado a que son mucho más rápidos y económicos, comparados con los análisis químicos que se tendría que realizar a todo un sistema.

Recomendaciones

1. Como una medida de control en Perú se debería tener datos de volatilización del gas HCN de todas las relaveras que usan cianuro.

2. Con el apoyo de drones programados se puede obtener datos mucho más rápidos y precisos de volatilización de gas HCN de las relaveras.

3. Si se tiene solución cianurada en las relaveras estas de preferencia deberían tener un pH > 10, esto para minimizar la volatilización del gas HCN y que tenga mejores condiciones de ambiente el personal que labora en o cerca de las relaveras.

4. Del estudio realizado respecto al comportamiento del gas HCN frente al efecto de la temperatura, velocidad del viento, salinidad y pH de la solución se debe acoplar a la realidad de cada mina y ver que beneficio se puede obtener de estas propiedades.

Agradecimientos

A la Compañía Minera Poderosa por la contribución a la ciencia y a las mejoras de los procesos minero metalúrgicos con el cuidado del medio ambiente.

A los ingenieros líderes de planta por haberme permitido realizar la investigación de volatilización en el proceso, y a mis compañeros de trabajo en general que con sus aportes e ideas se pudo concretar dicho estudio en una tesis.

Bibliografía

Broderius, S.J and Smith, L.L. 1980. Direct photolysis of hexacyanoferrate complexes: Proposed applications to the aquatic environment. Department of Entomology, Fisheries  and wildlife. University of Minnesota, St Paul Minnesota. P.12-17.

Simovec,Snodgrass, W, J. 1985. Natural removal of cyanides in gold mill Effluents –evaluation of removal Kinetics. Water Pollution Research Journal Canada, Volumen 2, N°2, p. 120-133.

Lye, P.2004. A review. The atmospheric chemistry and fate of hydrogen cyanide. In Amira Project P420B, gold processing technology, Module 3: cyanide and environment. A.J.Parker Research Centre for hydrometallurgy, Murdoch University, Westem Australia

Nadia Lötter. 2005. “Cyanide volatilisation from gold leaching operations and tailing storage facilities”. Universidad of Pretoria. Faculty of Engineering, Built Environment and information technology.

Sistema de producción planta. Datos operativos de planta Compañía Minera Poderosa. 2014. La Libertad-Perú.

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