TECNOLogia para El Manejo de Efluentes Mineros

 

 

TECNOLOGÍA PARA EL MANEJO DE EFLUENTES MINEROS

MAESTRANDO: VALDERRAMA VILLANUEVA MARYDELA MARGARITA

 

  MINEROS TECNOLOGÍA PARA TECNOLOGI P R EL EL MANEJO M NEJODE DEEFLUENTES EFLUENTES MINEROS

TECNOLOGÍA PARA EL MANEJO DE EFLUENTES MINEROS I. 

INTRODUCCIÓN •  La actividad minera aplica muchos procesos mecánicos, físicos,

químicos y

eléctricos para extraer los minerales y metales y sus subproductos a partir de la roca mineralizada. Las operaciones mineras y metalúrgicas pueden generar residuos sólidos, efluentes líquidos y emisiones gaseosas. •  Los efluentes líquidos muchas veces contienen metales disueltos y sólidos en

suspensión que no siempre cumplen los estándares fijados por la aut autoridad oridad ambiental. •  Se requiere conocer los fundamentos teóricos de cómo se generan,

los procesos de tratamiento de estos efluentes

así como

con el objetivo de minimizar la

contaminación de los recursos hídricos, y también las formas de prevención Los efluentes líquidos líquidos más importantes en minería son: •  Drenajes ácidos de mina •  Aguas infiltradas a través de la roca mineralizada •  Relaves de los procesos de concentración •  Soluciones residuales gastadas de procesos de lixiviación, extracción por solvente y

electrodeposición, y •  Aguas de lavado de gases en fundiciones y plantas de ácido. •  Los contaminantes asociados a estos procesos frecuentemente comprenden metales,

sulfatos, dureza, compuestos de cianuro y /u otros componentes inorgánicos.

II.  ELUENTES MINEROS El tratamiento de las aguas residuales es el conjunto de procesos destinados a alterar las  propiedades o la composición física, f ísica, química o biológica de las aguas rresiduales, esiduales, de manera

 

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que se transformen en vertidos inocuos más seguros para su transporte, capaces de recuperación y almacenaje, o más reducidos en volumen. Los efluentes en minería pueden originarse en las diferentes etapas a la que es sometido el mineral para la obtención del metal o sal que se desea. Dependerá de la operación unitaria utilizada en la extracción, en la concentración y en los procesos utilizados en refinarlo.

III.  TIPOS DE EFLUENTES En el caso de la minería del cobre, podemos ejemplificar los siguientes casos que producen algún tipo de efluentes: a)  EXTRACCIÓN:  Drenaje de minas y soluciones gastadas, principalmente cuando se utilizan procesos hidrometalúrgicos, lixiviación in situ, en pila, extracción por solvente, etc. de preferencia se recicla, sino es posible, se neutraliza y/o desintoxica antes de disponerlas dispo nerlas en tranques para su evaporación o reutilización.  b)  CONCENTRACIÓN:  Se usa el proceso de flotación selectiva, donde a partir de un mineral que contiene entre un 1% a 2% en cobre, se obtiene un concentrado con un 32% de mineral. El agua del proceso, además es utilizada para transportar los sólidos o ganga hasta su punto de disposición final, tranque de Relave, donde se evapora el agua y/o se vuelve a bombear al proceso. c)  REFINACIÓN:

 

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Procesos de electrólisis generan barros anódicos. En las fundiciones se genera un efluente ácido, debido al lavado y enfriamiento de gases antes de que ingrese el gas a las plantas de ácido.  

IV. CARACTERISTICAS Según los reactivos utilizados y de las sustancias o elementos que se disuelven e incorporan a la fase líquida, en términos genéricos, los principales parámetros químicos que se ven afectados son: •   pH; acidez o basicidad •  Sólidos sedimentables y/o suspendidos. •  Sales disueltas, tales como As; SO=4; CN-; Cl-; Sulfuros y otros. •  Presencia de metales pesados, tales como Cu; Fe; Se; Mo , Pb, etc. •  Sustancias orgánicas, tales como reactivos, solventes.

En cuanto a los valores máximos que éstos parámetros deben lograr, se señala que la norma de emisión de contaminantes en residuos líquidos, DS SEGPRES N° 90/2000, establece diferentes concentraciones máximas para cada parámetro dependiendo del cuerpo receptor, así por ejemplo, para el Sulfato, se acepta un máximo de 1000 ppm si es descargado a un cuerpo de agua fluvial sin dilución y no tiene un límite máximo, si este es descargado al mar.

V. 

FUENTES POTENCIALES DE GENERACION DE AGUAS RESIDUEALES

Las actividades minero-metalúrgicas y el agua están íntimamente ligadas. Las aguas residuales son fundamentalmente las aguas de abastecimiento de una población y/o alguna actividad productiva, a veces, después de haber sido impurificadas por diversos usos. Desde el punto de vista de su origen, resultan de la combinación de los líquidos o

 

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desechos arrastrados por el agua, procedentes de las viviendas, instituciones y establecimientos comerciales e industriales, más las aguas subterráneas, superficiales o de  precipitación que pudieran agregarse.

Todas estas aguas afectan de algún modo la vida normal de sus correspondientes cuerpos receptores El volumen y la composición química de las fuentes potenciales de generación de aguas residuales en la industria minero-metalúrgica varían ampliamente, dependiendo de:   El tipo de operación de minado

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  La hidrología de la mina

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  La naturaleza del mineral

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  Los procesos de beneficio

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  Los métodos de disposición en depósitos de relaves

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  La localización de los depósitos de relaves

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  Los tipos de los depósitos de relaves

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Las principales fuentes potenciales de generación de las aguas residuales en la industria minero-metalúrgica son:   Aguas de minas

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  Drenajes ácidos de minas

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  Relaves: efluentes metalúrgicos de plantas concentradoras

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  Drenaje Ácido de Relaves (ARD)

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  Aguas residuales de plantas concentradoras fundiciones y/o refinerías, o tratamiento

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de cualquier mineral, concentrado, metal, o subproducto.

 

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  Aguas ácidas de depósitos de desmontes

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  Aguas residuales domésticas

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Aguas de minas: las aguas de minas sólo son fuentes potenciales de generación de aguas residuales, sí están acompañadas de:   Concentraciones de sólidos suspendidos por encima de la norma

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   pH por debajo o por encima de las normas

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  Altas concentraciones de metales disueltos tales como plomo, cobre, zinc, hierro,

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manganeso. arsénico, mercurio, selenio, níquel, cadmio y otros.   Altas concentraciones de metales totales, tales como plomo, cobre, zinc, hierro,

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manganeso. arsénico, mercurio, selenio, níquel, cadmio y otros En cualquiera de estos casos, las aguas de minas necesitarán n ecesitarán tratamiento, antes de ser vertidas al ambiente Drenajes ácidos de minas: Se denominan drenajes ácidos de minas a las aguas ácidas generadas por la minería, que resultan de la oxidación de minerales sulfurados. Las aguas ácidas atacan otros minerales, produciendo soluciones que pueden acarrear elementos tóxicos al ambiente, como cadmio, arsénico y otros elementos que producen contaminación de las aguas. La generación de aguas ácidas puede ocurrir ocur rir durante la exploración, operación y cierre de una mina. Estas descargas pueden producir desde algunos efectos menores como decoloración local de suelos y drenajes con precipitación de óxidos de hierro, o llegar a una extensa contaminación de sistemas de aguas. Hay una cierta clasificación de los drenajes de minas y tiene las siguientes denominaciones:  

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Muy ácido: tienen un rango de acidez neta mayor a 300 mg/l de CO3Ca equivalente

 

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  Moderadamente ácido: tienen un rango de acidez neta entre 100 y 300 mg/l como

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CO3Ca   Débilmente ácido: con un rango de acidez neta entre 0 y 99 mg/l como CO3Ca

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  Débilmente alcalino: con una alcalinidad neta menor a 80 mg/l como CO3Ca

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  Fuertemente alcalino: con alcalinidad neta mayor a 80 mg/l como CO3Ca

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Relaves: Los relaves se definen como el desecho mineral sólido de tamaño entre arena y limo, provenientes de los procesos de concentración, y son producidos, transportados y depositados en forma de lodo. Los relaves están compuestos de: Sólidos suspendidos: constituidos por la ganga y una muy pequeña cantidad de material valioso. Metales en solución, en pequeñas concentraciones, provenientes de la planta de flotación Reactivos usados en el proceso: agentes químicos empleados en la flotación cómo; cianuro de sodio, ditiofosfatos, xantatos, cromatos, sulfitos, sulfato de cobre, sulfato de zinc, ácidos grasos, alcoholes, aceites, y modificadores del pH: como cal, hidróxido de sodio, caliza, carbonato de sodio, ácido sulfúrico y/o sulfuro de sodio entre otros, dependiendo del requerimiento metalúrgico específico de cada operación El tamaño de los depósitos de relaves condiciona el tiempo de retención, para la sedimentación de las partículas finas (sólidos suspendidos) del relave y la descomposición del cianuro y los compuestos orgánicos. Los relaves derivados de la extracción de d e metales básicos (cobre, plomo y zinc), y de metales  preciosos (oro, plata) son los que dominan d ominan la industria minera peruana.

 

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Si las aguas de la descarga de la poza de relaves no cumplen con los Límites Máximos Permisibles, deberá tener un tratamiento adicional, que dependerá de los parámetros que superen dichos límites.

Drenaje Ácido de Relaves (ARD) El Drenaje Ácido de Relaves-ARD- se refiere a procesos por los cuales el pH del agua en contacto con los relaves puede disminuir severamente, dando como resultado la disolución y transporte de metales tóxicos disueltos tales como arsénico, plomo, cadmio, y un conjunto de otros, además de un drástico incremento del contenido de los sulfatos. El potencial para ARD es específico para cada cuerpo mineralizado y para sus condiciones físicas y climáticas. Existen cuatro condiciones para que el drenaje ácido de relaves ocurra: La primera condición necesaria para que se produzca el ARD es que estén presentes minerales sulfurados en los relaves, principalmente pirita, pero p ero también otras formas aún más reactivas tales como la pirrotita y la marcasita. La segunda condición es la presencia de aire, el cual hace que las superficies del mineral sulfurado se oxiden, en una reacción compleja que involucra varios pasos químicos, que  pueden ser ayudados por bacterias, para p ara formar ácido sulfúrico. La tercera condición necesaria es que los relaves contengan cantidades insuficientes de otros minerales que consumen ácido (por ejemplo, carbonato de calcio) para neutralizar el ácido La condición final es que los contaminantes producidos deben ser transportados de los depósitos de relaves hasta los terrenos receptores o aguas superficiales, usualmente por infiltración y drenaje

 

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Aguas ácidas de depósitos de desmontes: las aguas al entrar en contacto con los desmontes que poseen potencial de generación de producir drenaje ácido, producen aguas ácidas. La  producción de aguas ácidas en los depósitos de desmontes tiene el mismo mecanismo que la  producción de drenaje ácido de mina. Efluentes metalúrgicos de plantas concentradoras, fundiciones y/o refinerías, o tratamiento de cualquier mineral, concentrado, metal, o subproducto: En todas las etapas del tratamiento metalúrgico para la obtención de metales, se pueden  producir aguas residuales metalúrgicas, las cuales pueden tener: alto contenido de sólidos en suspensión, alta acidez y/o alta concentración de metales disueltos.

VI.  TRATAMIENTO DE EFLUENTES Cuando por algún motivo los métodos de prevención no pueden usarse o se muestran insuficientes para combatir la generación de aguas ácidas, estas pueden analizarse y tratarse como cualquier agua residual industrial. Los sistemas de tratamiento más usados son: la neutralización química, ósmosis inversa e intercambio iónico. Las plantas de tratamiento de aguas ácidas realizan el tratamiento en tres etapas: neutralización, oxidación y precipitación. Según el agente neutralizante empleado (cal o roca caliza), las reacciones que se verifican son las siguientes:

Neutralización ‐ Neutralización con cal

SO4H2 + Ca(OH)2CaSO4 + 2H20 ‐ Neutralización con roca caliza

SO4H2 + CaCO3 Ca SO4 + H20 + CO2

 

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Oxidación El objeto de esta operación es pasar el hierro ferroso (soluble) a férrico (insoluble). El oxígeno necesario para el proceso se toma directamente de la atmósfera, mediante agitación en los tanques de reacción.

Precipitación La reacción del sulfato férrico con los agentes alcalinos propicia pro picia la formación y precipitación de hidróxidos de hierro, que se recogen en decantadores. La ósmosis inversa consiste en hacer pasar las aguas a tratar por una membrana (normalmente de acetato de celulosa) que retiene en gran medida los contaminantes, dejando pasar el agua. Los metales pesados llegan a quedar retenidos en porcentajes próximos al 99% y la reducción de la acidez oscila aproximadamente entre el 81 y 92%. El rendimiento de las membranas decae con el tiempo, en función de la carga contaminante y debido a la saturación de la membrana, cuya sustitución, junto a la gestión de los lodos generados, constituyen el  principal inconveniente de este método por su repercusión repercus ión económica.

Intercambio iónico El método consiste en hacer pasar las aguas ácidas por una masa porosa de resinas sintéticas de alto peso molecular. El contacto propicia el intercambio iónico, permitiendo la obtención de un agua con un alto grado de depuración e incluso la recuperación de metales pesados. Los inconvenientes son los mismos que en el caso anterior y se refieren principalmente a los costes de mantenimiento.

 

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VII.  PROGRAMA DE MONITOREO El artículo 3.10 de la norma D.S. Nº 010-2010-MINAM dicta que cada proponente minero está obligado a presentar su “Programa de Monitoreo” al MEM. El programa de monitoreo

incluirá la siguiente información: La Red de Monitoreo o Descripción de las fuentes de efluentes y los Puntos de Control; o Ubicaciones de las estaciones de monitoreo en los cuerpos de agua receptores; Parámetros de Monitoreo; y Frecuencia de Monitoreo. El Programa de Monitoreo es aprobado por la Autoridad Competente (es decir, el MEM en el caso de la minería a gran escala) como parte del Certificado Ambiental.  

VIII. LA RED DE MONITOREO La Red de Monitoreo Una descripción de la red de monitoreo se debe incluir en la Programa de Monitoreo. La red de monitoreo tiene el objeto de describir las fuentes de efluentes, los Puntos de Control y las ubicaciones de las estaciones de monitoreo en los cuerpos de agua receptores. El número de las estaciones de monitoreo y los Puntos de Control será único para p ara cada mina y será influenciado por varios factores, incluyendo lo siguiente: Los límites geográficos de la mina; El número de fuentes de efluentes de la mina; El número de cuencas y cuerpos de agua receptores que puedan recibir los efluentes; y La ubicación y tipo de usuarios aguas abajo. Las siguientes secciones proporcionan consideraciones que deben tomarse en cuenta durante el diseño de una red de monitoreo para un sitio minero.  

IX.  EFLUENTES MINEROS Y PUNTOS DE CONTROL D.S. Nº 010-2010-MINAM define un Punto de Control como una ubicación aprobada por la Autoridad Competente donde el cumplimiento con los Límites Máximos Permisibles es obligatorio. El número de Puntos de Control solicitados para cada mina variará de acuerdo al plan de manejo de aguas y efluentes específico para cada sitio. Los Efluentes líquidos están es tán

 

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definidos (D.S. Nº 010-2010- MINAM, Artículo 3.2) como cualquier descarga de sustancia líquida regular o irregular hacia cuerpos de agua receptores, provenientes de las siguientes instalaciones: a) Cualquier labor, excavación o movimiento de tierras efectuado en el terreno cuyo propósito es el desarrollo de actividades mineras o actividades conexas, incluyendo exploración, explotación, beneficio, transporte y cierre de minas, así como campamentos, sistemas de abastecimiento de agua o energía, talleres, almacenes, vías de acceso de uso industrial (excepto de uso público), y otros;   B) Cualquier planta de procesamiento de minerales incluyendo procesos de trituración, molienda, flotación, separación gravimétrica, separación magnética, amalgamación, reducción, tostación, sinterización, fundición, refinación, lixiviación, extracción por solventes, electrodeposición y otros; c) Cualquier sistema de tratamiento de aguas residuales asociado con actividades mineras o conexas, incluyendo plantas de tratamiento de efluentes mineros, efluentes industriales y efluentes domésticos; d) Cualquier depósito de residuos mineros, incluyendo depósitos de relaves, desmontes, escorias y otros; e) Cualquier infraestructura auxiliar relacionada con el desarrollo de actividades mineras; y, f) Cualquier combinación de los antes mencionados.   Es importante notar que las fuentes de efluentes de una instalación minera pueden cambiar durante la vida de una mina, como resultado de cambios en el diseño del sitio, cambios en la estrategia de manejo de agua o cambios en la fase de la mina. Por ejemplo, el agua que llega a un tajo abierto puede ser rebombeada a la planta de proceso durante la fase de operaciones; sin embargo durante el cierre de la mina, el tajo abierto se podría inundar resultando en una descarga superficial o infiltraciones migrando fuera de la instalación. Los Puntos de Control  para cada fase de la min minaa (por (p or ejemplo construcción, cons trucción, operaciones y post-cierre), post -cierre), deben ser definidos como parte del Programa de Monitoreo. Será necesaria una enmienda al Programa

 

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de Monitoreo si algún cambio en el diseño del sitio resulta en modificaciones de la estrategia de manejo de agua por la cual se requieran cambios en los Puntos de Control.  

X. 

PARÁMETROS DE MONITOREO EN LOS PUNTOS DE CONTROL DE EFLUENTES

La selección de los parámetros de monitoreo es un componente del programa de monitoreo de calidad de agua. La Tabla 2 presenta los parámetros que de acuerdo al D.S. Nº 010-2010MINAM están regulados en el Punto de Control de Efluentes. Adicionalmente a los  parámetros listados en la Tabla 2, el Artículo 3.10 del D.S. No. 010-2010-MINAM establece

 

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que los siguientes parámetros de campo adicionales deben ser también monitoreados en el Punto de Control: a)  Flujo;  b)  Conductividad Eléctrica; c)  Temperatura; y d)  Turbidez.

Adicionalmente a los parámetros presentados en la Tabla 2, la Autoridad Competente tiene la jurisdicción de incorporar parámetros adicionales al programa de monitoreo cuando existen indicadores razonables de riesgo a la salud humana o al ambiente (D.S. Nº 010-2010MINAM). Estas adiciones pueden ser el resultado del potencial que tiene un efluente minero de propiciar una concentración mayor al Estándar de Calidad Ambiental (ECA) para el Agua

 

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(DS. Nº 02-2008-MINAM) en el ambiente receptor aguas abajo, para un parámetro que actualmente no está regulado por el D.S. Nº 010-2010-MINAM.  

XI.  FRECUENCIA DE MONITOREO •  PARA MINA EN OPERACIÓN:  –   Objetivo: Controlar la calidad del agua de efluentes y asegurar que se cumple con los

objetivos de calidad.  –  Frecuencia:  Frecuencia: Semanal o mensual.

 Las estaciones con efluente de calidad más variable son monitoreadas con más frecuencia.  –  Las •  RELAVES: DIARIO •  LABORES EN CIERRE, PARA DEMOSTRAR QUE NO TIENEN EFLUENTES

CONTAMINADOS, MONITOREO durante 3 a 5 años.

XII.  MANEJO DE AGUAS SERVIDAS •  Los desagües pueden impactar fuentes de agua con microbios patógenos. No deben

descargarse directamente a ríos ni lagunas. •  1 m3 de aguas servidas contamina 60 m3 de agua limpia y la deja inservible. •  Deben ser tratadas como parte del manejo ambiental del recurso agua. •  Aguas servidas: pueden ser tratadas mediante sistemas sépticos, lagunas de

estabilización y plantas pre-ensambladas de tratamiento (con cap.para 25 a 5000  personas).

XIII. MARCO LEGAL Decreto Supremo Nº 002-2008-MINAM Aprueban los Estándares Nacionales de Calidad Ambiental de Aguas

 

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Decreto Supremo Nº 003-2010-MINAM Aprueban Límites Máximos Permisibles para los efluentes de Plantas de Tratamiento de aguas residuales domésticas o municipales Decreto Supremo Nº 010-2010-MINAM Aprueban Límites Máximos Permisibles para la descarga de efluentes líquidos de actividades minero-metalúrgicas

XIV.  OTROS RELACIONADOS PROYECTO

GANADOR

DE

LA

PRIMERA

COMPETENCIA

TECNOLÓGICA DE LA ETAPA “RUMBO A PERUMIN”  • Su propuesta, bautizada como Synergie, permite obtener agua de calidad a través de la

mezcla de líquidos residuales domésticos y efluentes ácidos. • El equipo viene tramitando la patente de su iniciativa, la cual podrán incubar en el Centro

de Desarrollo Emprendedor de la Universidad Esan y exhibir en la sala de innovación tecnológica del PERUMIN 34 Cuatro estudiantes de la Universidad Nacional del Callao (UNAC) han diseñado una nueva tecnología que busca mejorar el proceso de tratamiento de aguas para su reaprovechamiento. Su propuesta, bautizada como Synergie, permite obtener agua agu a de calidad a través de la mezcla de líquidos residuales domésticos y efluentes ácidos de origen industrial; ello como resultado del fenómeno de sinergismo, explicado como la combinación de sustancias. Luigi Bravo, Fernando Alata, Roberto Muños y Nataly Feijoo, de la carrera de Ingeniería Ambiental y Recursos Naturales de la UNAC, presentaron su propuesta en la 3ra Hackatón 2018 “Innova, emprende y soluciona los desafíos del sector minero energético” de la

Sociedad Nacional de Minería, Petróleo y Energía (SNMPE), resultando ganadores de esta

 

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 primera competencia tecnológica desarrollada en julio como parte de las actividades “Rumbo a PERUMIN”, evento organizado por el Instituto de Ingenieros de Minas del Perú (IIMP).

Para dicho concurso se presentaron 338 alumnos (79 equipos) de 28 universidades del país. SYNERGIE: REAPROVECHAMIENTO DE AGUA “El agua obtenida de este proceso supera todos los estándares de la normativa ambiental

vigente. Hemos validado los resultados con 32 metales y en todos se superó un 98% de reducción de concentración. El líquido obtenido cumple con todos los estándares de calidad ambiental, incluso para el consumo de animales”, sustentó el equipo ganador. 

Los estudiantes señalan que Synergie se presenta como una alternativa de solución para el sector minero, pues la construcción de su diseño a escalas industriales -que incluye un pozo mezclador de aguas residuales y un humedal- representa la cuarta parte de lo que se invierte hoy para construir una planta de tratamiento y significaría un ahorro de 50% en costos de operación y mantenimiento. Asimismo, destacaron su iniciativa como una tecnología limpia que permitiría utilizar el agua residual de poblaciones aledañas a los yacimientos mineros, eliminando las descargas sobre los ríos y permitiendo reutilizar las aguas ácidas de origen industrial. Actualmente, el equipo viene tramitando la patente de su iniciativa, la cual podrán incubar en el Centro de Desarrollo Emprendedor de la Universidad Esan y exhibir en la sala de innovación tecnológica del PERUMIN 34, la segunda convención minera más grande del mundo. país   Competencia convoca a estudiantes de todo el país 

 

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Carlos Gálvez, presidente del Comité Organizador del PERUMIN 34, que tiene como lema “Minería, ciencia, innovación tecnológica y educación”, explicó que la alta demanda

tecnológica de la minería es una oportunidad para que los jóvenes de diversos ámbitos y especialidades se involucren a ella, buscando su desarrollo profesional profesion al y empresarial, a través de diversos proyectos de innovación y start ups. En ese sentido, Gálvez convocó a los estudiantes universitarios de todo el país de todas las especialidades a participar en las próximas ediciones de la hackatón que el sector minero desarrollará en esta etapa “Rumbo a PERUMIN”. La próxima se desa rrollará en octubre de

2018 como parte de una alianza estratégica entre el IIMP, la SNMPE y la Universidad de Ingeniería y Tecnología (UTEC). PERUMIN  Sobre PERUMIN  PERUMIN es la segunda Convención Minera más grande del mundo y es organizada cada dos años por el Instituto de Ingenieros de Minas del Perú (IIMP). Su edición 34°, que se desarrollará en Arequipa del 16 al 20 de setiembre de 2019 en Cerro Juli, tendrá como lema “Minería, ciencia, innovación tecnológica y educación”. El objetivo del PERUMIN es

analizar y debatir en torno a los desafíos que enfrenta el sector minero y dar a conocer su importancia para el desarrollo económico y social so cial del país. De igual manera, busca fortalecer el desarrollo profesional especializado de sus participantes y divulgar nuevos conocimientos que son resultado de la investigación, la innovación y la aplicación de nuevas tecnologías en las operaciones mineras.

 

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