El origen de polvos y su mitigación en la minería (página 2)

Los límites de aplicabilidad de esta expresión están dados por:

76 µm > ds > 2 µm para partículas que caen en agua y 42 µm > ds > 1.7µm para particulas que caen en aire (en ambos casos se ha tomado como referencia la densidad del cuarzo).

A continuación se indica las velocidades límite para partículas de cuarzo cayendo en agua y aire respectivamente, halladas empleando la ecuación de Stokes:

1. Desde el punto de vista de salubridad, las partículas de cuarzo son las que revisten mayor importancia, razón por la cual se indica a continuación algunas de sus propiedades.

   El cuarzo es la variedad cristalina más común de la sílice (Si O2). En su estado puro se trata de mineral incoloro, de estructura cristalina hexagonal, dureza 7 en la escala de Mohs, densidad entre 2.65 y 2.66 y punto de fusión a 1470°C.

2. PROPIEDADES QUÍMICAS DEL POLVO.- Las propiedades químicas de un polvo resultan de la suma de las propiedades de los elementos constituyentes individuales, junto con otras propiedades que pudieran resultar de la interacción entre dichos constituyentes.
3. TIPOS DE POLVO.- Los polvos tóxicos son productos de los minerales de Cu, Hg, As, Sb, y Pb. Clasificamos los polvos como:

• Polvos Radioactivos.- Son aquellos polvos de se generan en la explotación de los minerales atómicos como el Uranio.
• Polvos Combustibles.- Fundamentalmente el polvo generado por el carbón y los polvos productores de enfermedades ocupacionales, tales como la sílice y carbón.

CAPÍTULO II

PRODUCCIÓN U ORIGEN DE POLVOS EN LA MINERÍA

2.1. EMISIONES MINERAS A LA ATMÓSFERA.-Las partículas sólidas o polvos. Son generadas por tolvaneras, plantas de energía eléctrica y procesos de fabricación diversos. Estas se miden por su tamaño y se clasifican como toxicas, si generan alguna reacción en el cuerpo humano, en los animales o las plantas.

La minería produce una serie de emisiones a la atmósfera, en diferentes formas, tanto sólidas (polvo, fundamentalmente durante las voladuras, pero también durante la carga y el transporte), gases (piro metalurgia, escapes de vehículos, gases liberados durante algunos procesos concretos), ruidos (voladuras, maquinaria, lanza térmica), y onda aérea.

2.2. POLVO; EMISIÓN SÓLIDA DE LA MINERÍA.- El polvo emitido por la minería tiene su origen en la disgregación de las rocas durante su preparación, o en el levantamiento de partículas de los caminos durante los procesos de transporte (camiones pesados).

En el primer caso, el origen del polvo a su vez puede variado:

• Puede ser producido durante una voladura. A su vez, si procede de minería subterránea, se emitirá a la atmósfera a partir de uno o varios puntos definidos: las chimeneas de ventilación y los pozos de circulación de aire. Si procede de explotaciones a cielo abierto, provendrá de todo un frente de explotación, más o menos extenso (decenas de metros de longitud). En cualquier caso, es prácticamente imposible evitar su emisión, puesto que afectará, por principio básico, a roca seca, sin posibilidad de un humedecimiento rápido que evite la dispersión. Solo en la minería subterránea podría evitarse su salida, mediante filtros en los puntos de salida. Desafortunadamente tales filtros tienden a ser evitados para favorecer la rapidez de la limpieza del polvo generado en el interior de la mina durante la voladura. La composición de este polvo será la misma que la de la roca volada, con lo que a menudo se tratará de roca con componentes minerales "problemáticos", conteniendo minerales oxidables, con metales pesados, etc.
• Puede ser el polvo generado durante el proceso de carga. En este caso puede ser más sencillo su retención, simplemente mediante el regado de los frentes de carga durante el proceso. La composición es la misma que en el caso anterior, es decir, la correspondiente a la de la mineralización y/o su roca de caja.
• Otra posibilidad corresponde al polvo generado durante el proceso de transporte, en su doble vertiente de polvo que pueda escaparse del elemento de transporte (camión o cinta transportadora, fundamentalmente) y polvo levantado por el medio de transporte (solo en el caso de los camiones). En el caso de los camiones, se produce una mezcla entre partículas procedentes del yacimiento y las procedentes de la pista, aunque en ambos casos es relativamente sencillo evitar parcialmente el problema, cubriendo adecuadamente la caja del camión (problemático en los de mayores dimensiones), o regando la carga, así como mediante el riego continuo de la pista de rodadura. En el caso de las cintas, hay que trabajar también con material humedecido, o recurrir a instalaciones de mayor coste, cerradas para evitar los escapes de polvo (ENCASUR, carretera de Córdoba-Puertollano).
• Otra fuente muy importante de polvo son los procesos de molienda. Aquí es fundamental disponer de una instalación adecuada que evite en lo posible los escapes de polvo, puesto que no suele ser posible trabajar con material húmedo, al menos en las instalaciones convencionales.

CAPÍTULO III.

EFECTOS PATOLÓGICOS DEL POLVO EN LA MINERÍA

Las partículas que llegan a la atmósfera constituyen lo que denominamos vulgarmente polvo en suspensión. Su efecto principal es el de oscurecimiento de la atmósfera, pero tiene o puede tener, en función de distintos parámetros, efectos notables sobre la salud de los que lo inhalan. Hay dos cuestiones especialmente relevantes en este sentido: la granulometría de las partículas, y su composición.

3.1. ASPECTO GRANOLUMÉTRICO.- En lo que se refiere a la granulometría, las partículas de polvo pueden tener tamaños muy variables, en función de la energía que las sustenta. Esta energía puede ser un fuerte viento, o la fuerza de una erupción volcánica, o una voladura de rocas. En cualquier caso, las partículas de tamaños menores se mantienen sistemáticamente durante periodos de tiempo más largos que las mayores. Las más pequeñas tienen mayores "tiempos de residencia" en la atmósfera, aunque todas tienden a sedimentarse en cuanto la energía de sustentación disminuye lo suficiente o cesa.

En concreto, las de tamaño inferior a 2.5 m m presentan los mayores tiempos de residencia, con diferencia respecto a las de mayor tamaño. Esto hace que a menudo se estudie la distribución de estas partículas, que pueden tener procedencias remotas. Otra cuestión, que afecta especialmente a la salud, es que las partículas de tamaño inferior a 10 m m son capaces de alcanzar las zonas más profundas del sistema respiratorio (pulmones), mientras que las de tamaño mayor suelen quedar retenidas en el tracto respiratorio. Las menores, por tanto son susceptibles de causar mayores daños orgánicos.

Por otra parte, las partículas de estos tamaños menores se suelen originar casi exclusivamente por efecto de procesos de combustión, por lo que suelen ser partículas asociadas a contaminación industrial o urbana.

Las partículas de tamaños mayores tienen a depositarse con mayor facilidad, y se denominan partículas sedimentables. El principal problema que plantean es de suciedad, que puede combinarse con otros fenómenos, como puede ser su alteración en contacto con el agua, generando compuestos de mayor o menor toxicidad ambiental.

Los tamaños de las partículas que contaminan el aire son su mejor descriptor y varios de los equipos de control se seleccionan por esta característica. A continuación se presenta una tabla general en la que se establecen los tamaños de algunos elementos contaminantes del aire.   

3.1. ASPECTO COMPOSICIONAL.- La cuestión composicional tiene también una gran importancia, puesto que algunas partículas pueden producir efectos muy nocivos. Determinados asbestos pueden producir asbestosis y la sílice, silicosis. En otros casos, contienen metales pesados susceptibles de producir enfermedades concretas: el plomo (a través de combustión de gasolinas) produce saturnismo, el mercurio produce hidrargirismo, etc.

3.3. MEDIDAS PREVENTIVAS RECOMENDABLES.- En toda operación minera deberá hacerse un esfuerzo por prevenir la presencia del polvo en suspensión, o por lo menos por mantener al personal alejado de la zona de alta producción de polvo.

Así que en general se recomienda implementar las siguientes medidas:

1. Evitar que el personal ingrese a la mina, circule o permanezca en las vías de retorno de aire contaminado.
2. Prevenir la formación de polvo empleando duchas de agua en todas las operaciones que generen la formación de partículas finas;
3. Mantener la roca fragmentada en condición húmeda hasta su extracción a la superficie. Para lo cual se recomienda mantener un contenido de humedad de alrededor de % en peso, empleando agua limpia para humedecer la roca.

CAPÍTULO IV

CONTROL Y MITIGACIÓN DE POLVO EN LA MINERÍA

4.1. ANTECEDENTES.- En el capitulo 3.3 se han dado algunas medidas recomendables para el control y mitigación de los polvos y así mismo sus efectos, sin embargo en el mercado existen muchas empresas que se dedican a la venta, diseño, instalación y prueba de equipos de control de emisiones contaminantes.

Con este tipo de empresas el ingeniero de minas; debe tratar de dar la solución de algunos de los problemas de contaminación ambiental, por ello es que se debe tener una idea general de las principales características de los contaminantes del aire y de algunos equipos de control que se desarrollaran el capitulo 4.2.

Sin embargo existen 4 principios básicos que se pueden implementar a fin de disminuir el peligro de polvo en una mina:

1. Mantener un control estricto en la fuente productora de polvo a fin de disminuir su generación o por lo menos evitar que contamine la atmósfera.
2. Diluirlo lo antes posible
3. Filtrarlo
4. Evitarlo.

4.2. SELECCIÓN DE EQUIPOS DE CONTROL DE CONTAMINANTES.- Para seleccionar el mejor equipo de control de un contaminante como el polvo, se deben conocer muy bien las características de las emisiones, por ejemplo en el caso de las emisiones contaminantes del aire los principales términos que describen a las partículas suspendidas en el aire son los siguientes:

Partículas. Cualquier material, excepto agua no contaminada, que exista en estado soplido o líquido en la atmósfera o en una corriente de gas en condiciones normales.

Aerosol. Una dispersión de partículas microscópicas, sólidas o líquidas, en un medio gaseoso.

Polvo. Partículas sólidas de un tamaño mayor que el coloidal (0.05 micras), capaces de estar en suspensión temporal en el aire.

Ceniza fina. Partículas de ceniza finamente divididas y arrastradas por el gas producto de la combustión. Éstas pueden o no contener combustible no quemado.

Niebla. Aerosol visible.

Partícula. Masa discreta de materia sólida o líquida.

Humo. Partículas pequeñas arrastradas por los gases que resultan de la combustión.

Hollín. Una aglomeración de partículas de carbón.

Los equipos purificadores del aire se pueden relacionar con el tamaño de partículas que pueden capturar. A continuación se presenta una tabla con información aproximada de los tamaños de partículas que pueden ser atrapadas por diferentes equipos de control.

Las partículas de mayor tamaño son las que son capturadas por lo equipos de control con 100% de eficiencia.

4.3. DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS.- La definición del tipo de equipo a utilizar para controlar un contaminante, no sólo depende del tamaño de las partículas a controlar, también son muy importantes sus características físicas y químicas. De nada servirá un filtro de tela con material húmedo o con alta temperatura, tampoco funcionará un precipitador electrostático si el material a capturar no se puede ionizar. Por ello se deberán conocer las características físicas y limitaciones operativas de los equipos de control. A continuación se hace una pequeña descripción de los equipos de control de polvos y gases y se establecen sus características de operación.

4.3.1 Cámaras de sedimentación.-  Son grandes cámaras en las que la velocidad de los contaminantes desciende hasta que por gravedad se deposita en el fondo del equipo.

Su máxima eficiencia se logra con partículas no mayores a 1000 micras, siempre y cuando su densidad sea alta.

4.3.2 Separadores centrífugos.- También se les conoce como ciclones y los hay de baja ó alta energía. Estos equipos utilizan la fuerza centrífuga para hacer que las partículas se adhieran a una de sus paredes, de en donde éstas caen a una tolva receptora. Pueden captar con 95 % de eficiencia partículas de 50 micras, cuando su diámetro es pequeño, porque la fuerza centrífuga es mayor que con diámetros grandes. A estos equipos se les puede inyectar agua y volverlos húmedos con lo que su eficiencia aumenta notablemente, pues llegan a captar polvo de 5 micras con 95 % de eficiencia.

 4.3.3 Colectores húmedos.- En los colectores húmedos lo que se hace es atrapar a las partículas contaminantes en las gotas de agua que circulan por el colector y luego eliminar del agua los contaminantes atrapados. También en los colectores húmedos puede haber algunas reacciones químicas o térmicas que pueden ayudar al control de emisiones de gases, por ejemplo si se tienen una emisión de óxidos de azufre (SOx) u óxidos de nitrógeno (NOx) al mezclarse con el agua se podrá tener ácido sulfúrico o nítrico, los que se pueden controlar en el equipo. Otro ejemplo es cuando se tienen emisiones de tretracloruro de etilo líquido que se utiliza para desengrasar. Su evaporación se da a temperatura ambiente y su condensación se logra a 15 °C, así que al pasar los gases evaporados por un recipiente en el que el agua baje su temperatura a 15°C se logrará la condensación y por lo tanto su captura en el fluido de control.

Hay tres tipos de colectores húmedos:

1. Colectores de baja energía. Son aquellos en los que el flujo de aire contaminado pasa por una niebla o cortina de agua. Son para atrapar partículas de más de 50 micras o para hacer reacciones químicas o térmicas con los contaminantes. Los más conocidos son las cajas de aspersión en los que el flujo contaminado pasa entre el agua que es aspersada por unas boquillas. En los colectores húmedos lo que se hace es atrapar a las partículas contaminantes en las gotas de agua que circulan por el colector y luego eliminar del agua los contaminantes atrapados. También en los colectores húmedos puede haber algunas reacciones químicas o térmicas que pueden ayudar al control de emisiones de gases, por ejemplo si se tienen una emisión de óxidos de azufre (SOx) u óxidos de nitrógeno (NOx) al mezclarse con el agua se podrá tener ácido sulfúrico o nítrico, los que se pueden controlar en el equipo. Otro ejemplo es cuando se tienen emisiones de tretracloruro de etilo líquido que se utiliza para desengrasar. Su evaporación se da a temperatura ambiente y su condensación se logra a 15 °C, así que al pasar los gases evaporados por un recipiente en el que el agua baje su temperatura a 15°C se logrará la condensación y por lo tanto su captura en el fluido de control

También entre estos equipos se encuentran las casetas de pintura con cortina de agua.

b. Lavadores de energía media o scrubbers. En ellos flujo de contaminantes pasa por una serie de mamparas con cortinas de agua o junto a las paredes húmedas de los lavadores, las partículas del contaminante se unen al agua y luego ésta es tratada para separarla de los contaminantes.

c. Aglomeradores de alta energía. Son aquellos equipos que utilizan la energía para mezclar con gran eficiencia a las emisiones y el agua, los equipos más conocidos son los venturis de alta energía. Estos equipos logran capturar con 99% de eficiencia a partículas de 0.5 de micra. Para lograr estas eficiencias se llegan a tener caídas de presión hasta de 40 pulgadas de agua, lo que implica el uso de mucha potencia.   

4.3.4 Filtros de tela o bolsas.- En estos equipos el flujo contaminado pasa por un medio filtrante que por lo regular es de tela. Su eficiencia es muy alta y su caída de presión es media, pueden manejar grandes volúmenes y su potencia es media. Son equipos de gran eficiencia ya que llegan a capturar partículas de menos de 0.5 de micra con 99% de eficiencia. Sus limitantes son la temperatura y la humedad; ya que no pueden manejar flujos a más de 200 °C y deben estar totalmente secos, de lo contrario se queman las bolsas o se apelmaza el polvo y tapan las bolsas.

4.3.5 Precipitador electrostático.- Es un equipo de muy alta eficiencia que funciona al ionizar las partículas contaminantes, posteriormente éstas pasan entre unas placas con carga contraria a la de la ionización por lo que se adhieren a éstas. Cuando las placas se encuentran impregnadas con los contaminantes son descargadas y sacudidas para que los contaminantes caigan a una tolva inferior. Los precipitadores electrostáticos son los equipos más eficientes para el control de partículas de menos de 0.2 micras con eficiencia superior a 99%, su caída de presión es muy baja y pueden manejar grandes volúmenes. Sus mayores desventajas son su costo y que no pueden manejar sustancias explosivas.

4.4. ALGUNOS CONTAMINANTES EN LA INDUSTRIA Y SU CONTROL    

P.E. = Precipitador electrostático

Bolsas = Filtro de bolsas

Venturis = Aglomerador venturi

CONCLUSIONES:

• Se considera polvo a partículas de 1 a 100 micras de diámetro
• Siendo la operación minera un proceso en el que el objetivo principal es fragmentar la roca, es inevitable que prácticamente toda acción emprendida dentro de las labores mineras genere polvo en mayor o menor grado. Lo cual nos motiva a dar la debida importancia de estudiar el polvo.
• El polvo es dañino: según el Art. 86 los limites máximos permisibles (LMP) del polvo son: polvo inhalable 10 mg / m3. y polvo respirable 3 mg/m3.

RECOMENDACIONES:

• Implementar y controlar las medidas preventivas mencionadas en el capitulo 3.3. para disminuir la generación de polvo y evitar en lo posible los efectos dañinos del polvo para la salud ocupacional.
• Cumplir con las normas del reglamento de seguridad.

BIBLIOGRAFÍA:

http://www.uclm.es/users/higueras/mam/MMAM2.htm

"Manual de Ventilación de Minas" Instituto de Ingenieros de Minas del Perú

DEDICATORIA:

A los familiares, docentes y amigos que día a día, me apoyan en mi formación profesional.

David Jhanss Vega Baldeon

Estudiante de Ing. de Minas de la Universidad Nacional de San Cristobal de Huamanga.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA

FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS GEOLOGÍA Y CIVIL

ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN.

CURSO : VENTILACIÓN DE MINAS

PROFESOR : ING. Edmundo, CAMPOS ARZAPALO

FECHA DE ENTREGA : 13/08/2007

AYACUCHO – PERÚ

2007