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

En la actualidad, el impacto ambiental de las actividades minero-metalurgicas y los residuos generados por estas, se han convertido en temas de especial atencion en el estudio de la problematica ambiental que generan sobre las masas de aguas continentales y marinas. Sin embargo, el estudio de la influencia del factor hidromecanico en el flujo y transporte de contaminantes no ha sido practicamente estudiado en los residuos minero-metalurgicos. El objetivo fundamental de esta tesis es estudiar los factores fisicos, hidromecanicos, hidrogeologicos y geoquimicos que condicionan el flujo y el transporte de contaminantes metalicos (Cr, Ni, Mn) en residuos mineros y en segundo lugar realizar una evaluacion del impacto ambiental de estos residuos sobre las aguas superficiales y subterraneas. Para llevar a cabo el estudio se utilizaron los residuos de la zona minera de Moa (Cuba). El trabajo se realizo en dos etapas, una de campo, donde se efectuo 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 caracterizacion fisica, mineralogica, quimica, hidromecanica y geoquimica de estos residuos. Los ensayos de flujo y transporte de trazador, Cr, Ni y Mn por el medio poroso homogeneo saturado se realizaron con dos columnas de 5 y 10 cm de longitud y 1.6 cm de diametro. Las curvas de llegada de los tres metales en los dos residuos para las condiciones de flujo y concentracion en que se realizaron los ensayos exhiben un comportamiento no ideal, caracterizadas por la presencia de asimetria 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 adsorcion no lineal y condiciones de no equilibrio debido a la histeresis del proceso de sorcion. Los resultados de la modelacion muestran que la causa de que el transporte de solutos no sea ideal es la no linealidad del proceso de adsorcion debido en primer lugar a la adsorcion fisica (mas del 70%) y en segundo lugar la adsorcion quimica. Para evaluar el efecto del comportamiento hidromecanico sobre el flujo y el transporte de solutos se ha construido y puesto a punto un equipo automatizado, con control de succion, humedad relativa, variacion del contenido volumetrico de agua, temperatura, evaporacion y retraccion. 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 traves de las grietas de desecacion, combinado con la difusion del soluto en el agua relativamente inmovil que ocupa los poros de la matriz del medio poroso. Esto queda confirmado por las caracteristicas de las curvas de llegada del trazador y la del niquel, que experimentan una subida muy rapida durante el proceso de adsorcion y una gran cola durante la desorcion. Este doble proceso tambien se observa en la concentracion 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 mas cercana. El comportamiento hidromecanico de los residuos desempena 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 desecacion condicionan el regimen de infiltracion y constituyen una zona preferencial de flujo de indudable importancia, reduciendo el tiempo de transito de los contaminantes por el medio poroso, debido a que la conductividad hidraulica se incrementa en casi tres ordenes de magnitud con relacion al medio poroso no agrietado. Este es un aspecto a tener en cuenta en el almacenamiento y gestion de los residuos minero-metalurgicos por la problematica ambiental que conlleva.