DOCENTE:

Mendoza Jurez Martin

TEMA:

Control de generacin de gases txicos en voladuras en minas a cielo abierto

ALUMNOS:

Quiliche Raico, Kevin Pozada Chomba, Beln Rabanal Ibaez, Rosa Saira Villanueva Snchez, JhonCURSO:

Perforacin y Voladura

Cajamarca Per

2014 - II

Resumen

La aparicin de humos de color luego de una voladura es seal de alguna

anormalidad en el proceso de detonacin. Este fenmeno ocurre usualmente a

causa de una reaccin de combustin desbalanceada en oxgeno, incompleta o de

bajo orden, o por reacciones indeseadas del explosivo o productos de la detonacin

con sustancias contenidas en el macizo rocoso.

1. Introduccin

La aparicin de estos humos, todos ellos de alta toxicidad, presenta en primera

instancia un riesgo para las personas, y, adems, un problema econmico, por la

necesidad de detener la operacin y esperar la evacuacin total de los gases.

Humos de color gris oscuro a negro reflejan un exceso de combustible, o falta

relativa de oxgeno, humos de color amarillento, anaranjado o rojizo reflejan exceso

de oxgeno insuficiente combustible.

2. Humos Txicos Generados por Detonacin de

Explosivos

Humos: gases txicos producidos por la detonacin.

Gases: gases no txicos.

Los gases resultantes de la detonacin de mezclas explosivas son:

dixido de carbono (CO2)

nitrgeno (N2)

vapor de agua (H2O)

Gases txicos producidos:

monxido de carbono (CO)

xidos de nitrgeno (NO2 y NO).

No txicos

Condiciones operacionales y ambientales

Gases txicos generados por la composicin del explosivo: amonaco (NH3) y cido sulfhdrico (H2S)

Monxido de Carbono (incoloro, inodor, inspido)

TLV= 50 ppm (partes por milln).

Punto de ebullicin = - 192 C

Una de las formas en que se produce es por la combustin incompleta del carbono. Este proceso se da cuando: O disponible < cant. necesaria para una combustin completa (desprende CO2)

Efectos nocivos: dolor de cabeza, vmitos, nuseas, asfixia, muerte.

Oxido de Nitrgeno (color amarillo, naranja, rojizo)

TLV = 5 ppm.

Los NOx corresponden a mezclas de NO y NO2, generados usualmente por combustin de hidrocarburos o carbn. Se producen cuando: O disponible > cant. necesaria detonacin completa desprende N2)

Efectos nocivos: edema pulmonar.

3.- Balance de oxigeno

Este concepto representa la relacin entre la cantidad de oxgeno efectivamente disponible para la reaccin dedetonacin y la tericamente necesaria para que sta sea completa, expresada en tanto por ciento del peso delexplosivo. Se determina calculando el oxgeno requerido para que el resultado de la conversin del materialexplosivo a productos finales estables, como N2, CO2, H20, SO2, Al2O3,... (segn la respectiva composicin),sea tericamente completo; por esto se le conoce tambin como balance estequiomtrico de combustin.

Ejemplo:

En la prctica: representa el exceso o defecto de oxgeno para lograr la combustin completa ,

expresado como porcentaje en peso.

Nitrato de Amonio (NA) = NH4NO3

2 NH4NO3 ===> 4 H2O + 2 N2 + O2

Como PM NA = 14 + 4x1 + 14 + 3x16 = 80

y PM o2 = 2x16 = 32

=> BO = 1 x 32 / 2 x 80 = + 0.2 = + 20 %

4.- Proceso de detonacin del ANFOSe produce por una detonacin sucesiva de un tren que lo forman un detonador, que se activa por una fuente externa y un booster

El booster genera una onda de choque que se traduce en una compresin de las partculas de Nitrato de Amonio. La compresin adiabtica del aire ocluido en los poros cerrados de los grnulos genera calor. Estos poros actan como puntos calientes (hot spots), por el calor que generan como consecuencia de la compresin violenta.

Si este calor es suficiente, se genera la violenta reaccin qumica exotrmica de la mezcla NA + FO.

A su vez, provoca la expansin de los gases de reaccin, amplificando el frente de choque y comprimiendo los siguientes poros, lo que permite la continuidad del proceso a lo largo de la columna de explosivo.

La repeticin de este proceso permite la propagacin de la detonacin en la masa del explosivo.

3NH4NO3 + CH2 7H2O + 3N2 + CO2 + Q

5.-Gases Txicos causados por uso de Aceites

Lubricantes Reciclados

Hoy en da es muy importante reemplazar todo o parte del petrleo diesel delANFO o de la fraccin ANFO de los Anfos Pesados por aceites lubricantesusados debidamente procesados para no causar impactos medioambientales.

Para esto se debe: eliminar las impurezas excesivas en los aceites lubricantes reciclados

(ALR)

Los principales fabricantes de explosivos determinanlas especificaciones y el tratamiento recomendado paralos ALR segn sus respectivos procesos y formulaciones

En general, el tratamiento consiste bsicamente en:

Decantacin de slidos en suspensin

Eliminacin de agua

Filtracin

6.-Otras posibles causas de Gases Txicos

Formulacin inadecuada del explosivo o mezclado deficiente o irregular de

ANFO o mezclas ANFO / Emulsin (Anfos Pesados).

Explosivo insuficientemente sensibilizado para las condiciones particulares.

Dilucin o contaminacin excesiva del explosivo con material inerte, como

detrito de perforacin.

Detonaciones de bajo orden, como deflagracin de la columna explosiva.

Detonaciones tardas de explosivo entrampado en fracturas o grietas alrededor de los taladros.

Entrampamiento de agua en el explosivo durante el proceso de carguo.

Presencia de agua cida que puede daar o destruir la emulsin, en el caso

de Anfos Pesados.

Excesiva permanencia del explosivo en los taladros, lo que puede permitir

daos causados por estabilidad de las mezclas mismas o por condiciones

propias del terreno (vibraciones, agua, piritas).

Uso de un explosivo sin suficiente resistencia al agua, provocando una disolucin del nitrato de amonio de la mezcla en el agua de los barrenos

7.- Generacin de Humos Anaranjados en

Voladuras de Minerales Sulfurados

Los minerales sulfurados, en particular los que contienen piritas en proceso de desgaste natural,

pueden reaccionar con los explosivos bajo determinadas circunstancias, formndose un sistema de

reacciones qumicas simultneas complejas.

En voladuras de minerales que contienen piritas activas puede ocurrir desde generacin de gases

txicos (humos anaranjados) hasta una detonacin prematura del explosivo, producto de una

reaccin en cadena autosostenida al alcanzarse la temperatura de autocatalizacin Este fenmeno,

ampliamente estudiado, ocurre cuando se suman varias condiciones en forma simultnea, hasta

producirse una reaccin autosostenida altamente exotrmica que puede derivar en

descomposicin violenta del explosivo.

Los minerales de pirita se oxidan en forma natural y permanente, ya sea por agentes

atmosfricos o ambientales (condiciones del mineral in-situ) formando sulfato ferroso

heptahidratado. La oxidacin natural de las piritas se caracteriza porque en estas

condiciones el terreno presenta humedad, producto de las propias reacciones qumicas,

siendo la presencia de sulfato ferroso un indicador de esta reactividad.

El sulfato ferroso es el causante de la aceleracin de la reaccin del nitrato de amonio y afecta la

temperatura de iniciacin de las reacciones qumicas de descomposicin; la presencia de acidez

cataliza las reacciones.

La presencia de polvo fino de material piritoso en el explosivo o de nitrato de

amonio en polvo puede incrementar la reactividad con sulfato ferroso contenido en

el mineral, ya que se aumenta la superficie de contacto de los potenciales

reactantes. El exceso de agua en el Nitrato de Amonio puede generar una

detonacin de bajo orden o una deflagracin parcial, generando gases nitrosos.

Por otro lado, la presencia de emulsin en la mezcla explosiva produce un efecto

retardante. El petrleo del Anfo o Anfos Pesados protege al nitrato de amonio, al formar

una molcula compleja inerte que retarda la reaccin de oxidacin. El uso de

inhibidores qumicos permite disminuir el riesgo de reactividad, minimizando tanto la

posibilidad de generacin de gases anaranjados como la ocurrencia de reacciones

autosostenidas, al aumentar el umbral de temperatura a la que stas comienzan; estos

inhibidores forman molculas complejas impidiendo que el sulfato ferroso reaccione con

el Nitrato de Amonio.

8.- Observaciones en Terreno La generacin de humos anaranjados, en particular, ocurre de diferente manera y en

diferentes momentos de la voladura. Distinguir esto puede dar luces con relacin a lasposibles causas.

Hay terrenos en que nunca aparecen humos nitrosos si estn secos, pero s presentanhumos cuando tienen agua, muchas veces de baja intensidad pero extendidos en gran partedel disparo; esto es seal de un primado pobre para estas condiciones. En estos casos esrecomendable usar un booster de mayor tamao o primado doble, si la columna es muylarga.

La aparicin tarda de humos anaranjados, segundos o fraccin de minuto luego decompletarse la voladura, es seal de enfriamiento de los gases o de reacciones secundariasde stos con sustancias qumicas presentes en el macizo, como sulfato ferroso provenientede la oxidacin natural de piritas u otros minerales sulfurados.

9.- Caso: Humos Anaranjados en Prfido Cuprfero

Fig. 2 Gases Nitrosos tpicos de Explosivo con

Desbalance de Oxgeno

Fig. 3 Gases tpicos de voladura en terreno

con piritas activas

Las Figuras 2 y 3 muestran fotografas de un caso de generacin intensa de humos anaranjados en un prfido

cuprfero. La primera corresponde a un tpico caso de explosivo desbalanceado en oxgeno; la segunda, parece

mostrar un caso de reactividad de piritas.

10.- Resumen de Causales Tpicas de la Generacin

de Humos AnaranjadosVARIABLE EFECTO

Dosificacin del Explosivo

(calidad de mezclado)

La relacin de ingredientes en la formulacin del producto explosivo influye

directamente en el tipo de gases generados durante la detonacin. sta

afecta directamente el Balance de Oxgeno del producto.

Producto

La seleccin de un producto no adecuado para las condiciones

ambientales de la voladura, puede ocasionar resultados no

esperados.

Primado

Un primado inadecuado puede resultar en una falla de la detonacin,

dificultad de conseguir la velocidad de rgimen o una deflagracin completa

del explosivo.

Permanencia del Explosivo en losTaladros

sta debe considerar las condiciones del terreno. Una excesiva

permanencia en condiciones adversas (vibraciones, agua, piritas) puede

provocar daos ya sea disminuyendo la estabilidad de las mezclas

mismas o por reaccin con sustancias propias del terreno.

Anticipacin de la Perforacin

La oxidacin de las piritas puede acelerarse en la superficie interior de los

barrenos si la perforacin se realiza con mucha anticipacin al

carguo de explosivos, aumentando el riesgo de reactividad.

Cuadro 1: Causas

Operacionales

Tpicas

VARIABLE EFECTO

Presencia de Agua

Disminuye la energa disponible para la conversin de las materiasprimas del explosivo en productos de la detonacin.

Puede bajar la temperatura de la detonacin y la temperatura de los

gases resultantes, posibilitando la generacin tarda de gases nitrosos.

Roca Reactiva

La reaccin de sustancias presentes en el terreno con elexplosivo, podra afectar su formulacin o provocar reaccionesqumicas secundarias (presencia de piritas, porejemplo).

Confinamiento

Un mal confinamiento puede producir la prdida de energa generada

durante la detonacin, impidiendo que las reacciones qumicas

involucradas sean completas.

Grietas o Roca Fracturada

Favorece el depsito de explosivos en las grietas, el que tiende adeflagrar oquemarse si el dimetro equivalente de la grieta es inferior al critico del explosivo.

Dimetro de losTaladros

Afecta la VOD del producto explosivo, hasta impedir su detonacinen el caso de alcanzarsu dimetro crtico.

Cuadro 2: Causas

Ambientales o del

Macizo Tpicas

11.- Recomendaciones:

Se propone implantar procedimientos de gestin y de operacin

que permitan tener los procesos asociados a la voladura

permanentemente bajo control, segn la siguiente pauta de trabajo,

propuesta como un plan de accin preventivo: pauta de trabajo,

propuesta como un plan de accin preventivo:

11.1.Gestin:

Formar un Equipo de Trabajo Multidisciplinario para aprovechar sinergias y experiencias a fin de acelerar lasolucin de ste u otro tipo de problemas.

Desarrollar un sistema de Gestin de Bases de Datos e Informacin asociada a la Voladura, que permitacorrelacionar causa - efecto en la cadena de procesos. Este sistema permite realizar una gestin global yunificar criterios, facilitando tanto analizar problemas complejos, como la aparicin de humos anaranjados,como evaluar mejoramientos en los procesos aguas abajo (rendimiento de palas, camiones, chancador,molinos y procesamiento del mineral).

Para el caso particular de los humos nitrosos, el sistema de gestin debe contener al menos:

Toda la informacin directa del diseo de cada voladura: malla de perforacin, explosivos utilizados, tipo detaco, sistema de iniciacin; secuencia de salida, etc.

Toda la informacin relacionada con la implementacin del diseo: carguo, eventuales dificultades, etc.Toda la informacin geolgica, geoqumica (composicin del mineral) e hidrolgica; Informacin

geomecnica (dureza, UCS) y geoestructural (presencia de fracturamiento o grietas).

11.2. Operacin:

Disponer un Procedimiento de Calibracin Peridica de los camiones de explosivos.

Para el anlisis y prevencin permanente, correlacionar cada situacin con informacingeoqumica e hidrolgica relevante del macizo rocoso.

Mantener un control adecuado de la presencia de agua.

Verificar posible presencia de piritas u otros minerales sulfurados en las zonas de lasvoladuras con humos anaranjados.

Mantener el explosivo en los taladros el menor tiempo posible en situaciones definidas comode riesgo.

En zonas de alto riesgo es recomendable analizar el uso de explosivos especiales.

Tomar precauciones adecuadas para el almacenamiento de nitrato de amonio, mantenindoloadecuadamente cubierto.

12.- Conclusiones

La generacin de gases nitrosos (humos anaranjados) es un fenmeno cuyas causas pueden ser

operacionales o asociadas a las condiciones del terreno. Es bsico disponer un procedimiento de

calibracin peridica de los camiones de explosivos, pero es tanto ms importante conocer

oportunamente los parmetros geoqumicos del macizo: composicin qumica de los minerales

presentes, presencia de pirita u otros minerales sulfurados, acidez del agua, temperatura del agua.

Es importante mantener registros de toda la informacin asociada a la gestin de voladuras, no slo

para efectos del tema de este trabajo.

Hay que tener presente que todo lo que se haga o deje de hacer en esta etapa inicial del proceso minero

tendr un alto impacto en todas las dems etapas aguas abajo, con factores de apalancamiento

generalmente altos.

Es recomendable implantar un Plan de Accin concreto, conformando un equipo de trabajo con

profesionales de las diferentes reas de la Mina.

13. BIBLIOGRAFA Colcleugh, D., General Letter on Blasting Fumes, du Pont Explosives, March 1978.

Chiapetta, F. & Treleaven, T, Expansion of the Panama Canal Project, SeventhHigh-TechSeminar on BlastingTechniques, Orlando, US, July 1997.

Orlandi, C.P., Reactividad de Minerales Piritosos con Explosivos en Base a Nitrato de Amonio, Coloquio de Tronadura, Iquique, 2001.

Orlandi, C.P., Reactivity of Pyrite-bearing Ores with Ammonium Nitrate Explosives, Asia-Pacific Symposium on BlastingTechnology, Kunming City, China, May 2007.