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