La gestión del agua en esta mina de níquel del norte de Quebec implica el funcionamiento de un sistema de tratamiento con cal de lodos de baja densidad (LDS) que utiliza una fosa abierta clausurada como reactor y cuenca de sedimentación de lodos. La fuente del agua de la mina que se trata es la escorrentía superficial y el agua recogida en varios pozos abiertos activos y antiguos y en trabajos subterráneos. El agua de la mina contiene niveles elevados de níquel disuelto, de entre 2 y 40 mg/L, que deben reducirse a < 0,25 mg/L antes de verterse al prístino medio receptor local. Debido al clima extremadamente frío del emplazamiento, el tratamiento LDS funciona estacionalmente entre julio y septiembre, lo que proporciona una ventana muy limitada de no más de 80 días para el tratamiento y vertido del agua.
Históricamente, el proceso de tratamiento funcionaba por lotes en tres pasos secuenciales. En el primer paso, el agua de la mina se bombeaba al pozo hasta el máximo nivel operativo posible mientras se añadía cal para elevar el pH de todo el pozo a 11,5 y precipitar los sólidos de hidróxido de níquel. Esto supuso hacer recircular el agua por el pozo durante varias semanas para garantizar que se dieran las mismas condiciones en toda la mina. En el segundo paso, se detuvo el bombeo de agua y la adición de cal y se dejó que los sólidos del lodo se asentaran. Por último, en el tercer paso, el sobrenadante de la fosa se bombeó a un reactor de adición de ácido situado en tierra para bajar el pH de 11,5 al rango objetivo de pH 7 a 8, adecuado para su vertido al medio ambiente. Se completaron dos lotes completos durante cada temporada de tratamiento.
Limitaciones del sistema
La principal preocupación de este sistema era la limitada capacidad de tratamiento. El volumen de agua tratada y vertida durante la temporada corta era muy inferior al volumen de agua contaminada generado cada año. Esto provocaba una acumulación gradual de agua sin tratar en el emplazamiento y aumentaba los riesgos asociados al almacenamiento a largo plazo de agua sin tratar en la mina.
Nuestra solución
En 2016, se pidió a BQE Water que eliminara los cuellos de botella y optimizara el sistema LDS existente para permitir el tratamiento de un mayor volumen de agua en la misma temporada corta, preferiblemente sin necesidad de grandes gastos de capital. En esencia, la mina quería aumentar de dos a tres el número de lotes que podían completarse en una temporada. En respuesta, formulamos una estrategia que eliminaba el tratamiento por lotes convirtiendo el sistema en continuo. Fundamentalmente, la estrategia implicaba completar una evaluación técnica, seguida de pruebas in situ cuidadosamente planificadas y una estrecha vigilancia durante la primera parte de la temporada de tratamiento, de modo que el nuevo sistema continuo pudiera implantarse rápidamente o revertirse rápidamente al funcionamiento por lotes en caso necesario. Esto se hizo para minimizar el riesgo de reducir la capacidad de tratamiento durante la temporada de 2016 si el nuevo enfoque propuesto no funcionaba, al tiempo que se permitía maximizar el beneficio si el enfoque funcionaba.
Lo que hicimos
Utilizando la geografía y la batimetría de la fosa, establecimos que situando el punto de bombeo de agua con pH elevado a la fosa y el punto de extracción del sobrenadante al reactor de adición de ácido en lugares estratégicos dentro de la cuenca, debería ser posible alcanzar la calidad objetivo del agua efluente sin necesidad de recircular el agua de la fosa. Esta premisa se puso a prueba al inicio de la temporada, cuando se controló el perfil de pH y los parámetros de calidad del agua importantes para el cumplimiento de la normativa medioambiental en toda la fosa inmediatamente después del inicio de la adición de cal. Comprobamos que, a excepción del pH, todos los demás parámetros cumplían la normativa de vertido en el punto de extracción del sobrenadante. A continuación se implantó el esquema de tratamiento continuo con adición simultánea de cal y ácido, utilizando un riguroso protocolo de Gestión del Cambio para actualizar todos los procedimientos operativos y formar a los operarios en los nuevos procedimientos.
El resultado
Al implantar un sistema de funcionamiento continuo, la capacidad de tratamiento aumentó más de un 40% durante la primera temporada y más de un 50% la temporada siguiente, lo que supuso una reducción significativa del inventario total de agua contaminada almacenada en el lugar. Y lo que es más importante, el cambio de sistema no requirió capital alguno.
A continuación se muestra un diagrama comparativo del tratamiento por lotes original y el tratamiento continuo revisado.
A pesar del éxito conseguido, la operación reveló la oportunidad de mejorar aún más tanto la robustez del funcionamiento continuo como la capacidad global de tratamiento. El sistema de tratamiento continuo está limitado por su exposición a elementos climáticos como los fuertes vientos, el movimiento de los icebergs al derretirse, la lluvia, la escorrentía superficial y la rotación de las fosas en primavera. Todos estos factores perturban la sedimentación de los lodos de cal amorfa y provocan concentraciones elevadas de sólidos totales en suspensión y metales totales que superan los límites de vertido aplicables en el punto de extracción del sobrenadante. Por ello, se requiere una estrecha vigilancia de la calidad del agua de la fosa y una pausa temporal en el funcionamiento hasta que cambien las condiciones climáticas.
Pasos futuros
Dado que se prevé que el volumen de agua contaminada aumente como consecuencia de la nueva expansión de la mina, el cliente está interesado en mejoras y aumentos continuos de la capacidad de tratamiento del sistema. Basándonos en los resultados operativos desde 2016, estamos evaluando distintas opciones para minimizar el impacto negativo de los elementos climáticos en el rendimiento del sistema. Además, estamos ampliando la evaluación para incluir posibles cambios que minimicen el volumen de lodos residuales generados y depositados en el pozo, ya que es un componente importante de las consideraciones del ciclo de vida.
Pensamientos de despedida
Lo que nos permitió tener éxito en este proyecto fue: 1) nuestro profundo conocimiento de la operación existente, sus limitaciones, la logística de gestión y el rendimiento general por haber sido contratados para operar el sistema durante varios años antes de la optimización; y 2) nuestra capacidad para evaluar los problemas de forma holística y salirnos de lo convencional. En lugar de centrarnos en ampliar el equipo para permitir el tratamiento de un tercer lote, nos replanteamos el problema y ofrecimos una nueva narrativa de control que aumentó significativamente el rendimiento de la planta sin ninguna inversión de capital.
Este proyecto representa un ejemplo de operación de tratamiento de aguas externalizada, en la que se contrata al proveedor de servicios no sólo para que aporte mano de obra, sino también experiencia en el sistema y valor añadido.
Escrito por
Alain Consigny, Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos
