Modelo de emisión de polvo de roca caliza para determinar su efecto contaminante en el proceso de producción cementera en Boyacá.

MODELO DE EMISIÓN DE POLVO DE ROCA CALIZA PARA DETERMINAR SU EFECTO CONTAMINANTE EN EL PROCESO DE PRODUCCIÓN CEMENTERA EN BOYACÁ. CLAUDIA MARCELA HOLGUÍN, OSCAR FABIÁN PACHECO, CAMILO LESMES

RESUMEN La caliza es una roca sedimentaria compuesta mayoritariamente por carbonato de calcio (CaCO3), roca de formación kárstica es un recurso naturales no renovable, mineral no metálico. La importancia de la producción de la caliza se deriva en sus usos en beneficio del desarrollo humano en diferentes áreas, se utiliza principalmente para producir cemento Portland para la industria de la construcción. La producción de cemento es la principal responsable de la explotación minera da la piedra caliza y a su vez quien mayor deterioro ambiental provoca, principalmente en la emisión de polvos y contaminación atmosférica. En este tipo de plantas se ha reportado una emisión de 0,07kg de partículas generadas por cada kg de cemento manufacturado diariamente. Esta investigación proporciona una evaluación del comportamiento de los procesos de explotación de caliza en la mina Belencito predio de la empresa Minas Paz del Río y su sucesión en la utilización de la producción del cemento. La metodología utilizada es el Análisis de Flujo de Materiales (MFA); de la muestra 251384.62ton/año explotadas anualmente en la zona de estudio, se evidencia un porcentaje de 32.7% de partículas contaminantes dentro de los procesos de producción con 82102.22 ton/año.

OBJETIVOS Esta investigación se desarrollará un modelo para analizar y determinar el flujo de emisión de polvo de roca caliza a través de los procesos de extracción en la mina Belencito predio de la empresa Minas Paz del Río y su posterior utilización de la producción del cemento, a través de la metodología del análisis de flujo de materiales (MFA), aplicada con el software STAN. En base al anterior modelo, se evalúa el impacto ambiental de estas emisiones y su efecto sobre la salud humana, en base a la magnitud de emisiones y la gradación del material particulado. Según los resultados del modelo, se determina cuáles son las actividades que mayor impacto generan sobre el recurso aire y que requieren atención en la mitigación y control.

METODOLOGÍA La metodología utilizada es el Análisis de Flujo de Materiales (MFA), metodología que se basa en la conservación de la masa evaluando el flujo de una sustancia entre los diferentes procesos involucrados al sistema.

DATOS Para la cuantificación de los valores emitidos de polvo se tomaron estadísticas de producción, tasas y factores de emisión medidos por entidades a cargo del control y administración de la minería y del medio ambiente, así como estudios de índole científico.

• En este estudio se consideró un año de análisis, que va de mayo del 2013 a Abril de 2014, basados en las estadísticas de la explotación de la roca caliza en las mina Belencito. • Los volúmenes de material neto transportado principalmente para la industria cementera es de 228,760ton/año, éste se asumirá como el volumen neto que ingresa a las plantas cementeras y será la base para la estimación de generación de polvo en cada subproceso.

Explotación caliza minas paz del rio (mayo 2013 a abril 2014)

Año

Mes

Volumen (Ton)

2013

May

20220

2013

Jun

16800

2013

Jul

21540

2013

Aug

17930

2013

Sep

19420

2013

Oct

14590

2013

Nov

16730

2013

Dec

14340

2014

Jan

6500

2014

Feb

46300

2014

Mar

17110

2014

Apr

17280

∑

228760

DATOS La U.S. EPA (United States Environmental Protection Agency, Agencia de Protección Ambiental de EU), ha estimado que por cada tonelada de cemento producido se emite un total de 170 kg en partículas contaminantes, que equivalen a un 17-26% de la producción, este porcentaje se distribuye un 25 % del horno de cocción, 25 % del refrigerador de clínker y en un 50 % de las instalaciones auxiliares. Teniendo en cuenta el estimativo de instalaciones auxiliares, se hará también la estimación de la emisión polvo producido en la cantera, ya que se producen procesos similares como trituración y transporte del mineral. El material particulado PST (Partículas Suspendidas Totales) emitido por la industria cementera presenta una distribución granulométrica que comprende partículas mayores a los 10 μm, las cuales son sedimentables en un radio de 800 metros un 25% de las partículas se encuentran entre 1 y 10 micras, las cuales serán transportadas a muy largas distancias y un 3 % de las partículas son submicrónicas, siendo las más perjudiciales para la salud

MODELO OBTENIDO

MODELO OBTENIDO Nom F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15 F16 F17 F18 F19 F20 F21 F22 F23 F24

Análisis de flujo de materiales de la piedra caliza Nombre Descripción Un Valor % Flow 1 Entrada de flujo, volumen total de explotación Ton 251384.62 100.0% Flow 2 Excavación roca caliza Ton 251384.62 100.0% Flow 3 Mina a Cielo abierto Ton 251384.62 100.0% Flow 4 Maquinaria para extracción Ton 251384.62 100.0% Flow 5 Arranque de piedra Ton 251384.62 100.0% Flow 6 Caída de frente de corte Ton 251384.62 100.0% Flow 7 Machaqueo primario Ton 251384.62 100.0% Flow 8 Transporte a planta cementera Ton 228760.00 91.0% Flow 9 Polvo de roca generado de extracción general Ton 22624.62 9.0% Flow 10 Contaminación de la extracción Ton 22624.62 9.0% Flow 11 Pasa a Horno de cocción Ton 228760.00 91.0% Flow 12 Contaminación horno de cocción Ton 14869.40 6.5% Flow 13 Pasa a Refrigerador Clinker Ton 213890.60 85.1% Flow 14 Contaminación Refrigerador Clinker Ton 14869.40 6.5% Flow 15 Entra Instalaciones auxiliares Ton 199021.20 79.2% Flow 16 Contaminación Instalaciones auxiliares Ton 29738.80 13.0% Flow 17 Cemento Ton 169282.40 67.3% Flow 18 Cemento - salida Ton 169282.40 67.3% Flow 10, 12, 14, 16 Contaminación de corrientes de aire Ton 82102.22 32.7% Flow 19 Partículas Sedimentables Ton 59113.60 23.5% Flow 20 Salida de Partículas Sedimentables Ton 59113.60 23.5% Flow 21 Partículas 1 a 10 micras Ton 20525.55 8.2% Flow 22 Salida de Partículas 1 a 10 micras Ton 20525.55 8.2% Flow 23 Partículas Submicronicas Ton 2463.07 1.0% Flow 24 Salida de Partículas Submicronicas Ton 2463.07 1.0%

Referencia Minas Paz del rio Minas Paz del rio Minas Paz del rio Minas Paz del rio Minas Paz del rio Minas Paz del rio Minas Paz del rio Minas Paz del rio Yu, Chang Ho, y otros Yu, Chang Ho, y otros EPA, Villalonga,Alfonso Enseñat EPA, Villalonga,Alfonso Enseñat EPA, Villalonga,Alfonso Enseñat EPA, Villalonga,Alfonso Enseñat EPA, Villalonga,Alfonso Enseñat EPA, Villalonga,Alfonso Enseñat EPA, Villalonga,Alfonso Enseñat

RESULTADOS Del modelo se tienen los índices por tonelada de caliza extraída como se observa en la siguiente tabla. Descripción

Volumen

Unidad

Cemento producido

0.67 t-cemento/t-caliza

Contaminación de corrientes de

0.33 t-polvo/t-caliza

aire Partículas Sedimentables Partículas 1 a 10 micras Partículas Submicronicas

235.2 kg/t-caliza 81.7 kg/t-caliza 9.8 kg/t-caliza

Haciendo la misma analogía, se obtienen los índices por tonelada de cemento producido. Descripción

Volumen

Unidad

Caliza requerida

1.49 t-caliza/t-cemento

Contaminación de corrientes de

0.49 t-polvo/ t-cemento

aire Partículas Sedimentables

349.2 kg / t-cemento

Partículas 1 a 10 micras

121.3 kg / t-cemento

Partículas Submicronicas

14.6 kg/t-cemento

DISCUSIÓN Se reconoce un aporte de alta contaminación en los procesos productivos de la cantera y su posterior procesamiento en la industria del cemento. Relación entre salidas de la materia prima - caliza 100.0% 90.0% Porcentaje de salida anual

Extrapolando los volúmenes de partículas contaminantes al aire totales de la mina Belencito (82102.22ton/año), en un área de explotación de 0,4km², a la totalidad de las minas explotadas y activas anualmente así como las diferentes plantas de producción cementera presentes en el municipio, se refleja un gran impacto sobre el territorio y sus habitantes, ya que anualmente se emitirá alrededor de 1467577.18 toneladas de partículas contaminantes en el municipio, al ser esta región el 18% de la población del departamento se denota una contundente afectación.

80.0% 70.0%

Cemento - salida

67.3%

Salida de Particulas Sedimentables

60.0% 50.0%

Salida de Particulas 1 a 10 micras

40.0% 30.0%

Salida de Particulas Submicronicas

23.5%

20.0%

10.0% 0.0%

8.2% 1.0%

CONCLUSIONES • Se desarrolló el modelo para el análisis de flujo de materiales de la caliza cementera en la estación de producción Belencito, el cual nos permite evaluar y cuantificar las emisiones atmosféricas del polvo de roca contaminante en cada uno de los procesos de producción de cemento, desde la extracción hasta su obtención final. El modelo es importante porque permite la estimación de las ratas porcentuales de emisión por tonelada de caliza extraída y tonelada de cemento producido. • La estación Belencito en el municipio de Nobsa, produce 251384.62 toneladas de caliza cementera anualmente de las cuales solo el 63.7% es aprovechado en su totalidad hasta el fin del sistema. • La emisión de partículas contaminantes supera las 82 toneladas anuales en el flujo del sistema de la caliza en la estación Belencito, generando fuertes impactos ambientales en la región.

CONCLUSIONES • El 18,20% de la población del departamento de Boyacá que corresponde a la región de Sugamuxi, se encuentra expuesto a posible contacto con metales pesados por las emisiones en explotación de caliza y su procesamiento en las plantas cementeras. • La actividad que mayor contaminación genera es el procesamiento en la planta cementera, ya que al desarrollar los diferentes procesos hay una combinación de elementos altamente contaminantes y perjudiciales a las salud humana y el medio ambiente; el CO2, metales como Pb, V, Ni Mn, P, S, K, Cl, Ca y Fe, y las diferentes partículas suspendidas. • Se recomienda un mayor control por parte de las autoridades pertinentes en cuanto a la óptima vigilancia de las plantas de producción de cemento. De igual forma, es importante que los municipios afectados consideren la evaluación de un censo con mayores y más eficientes tasaciones en cuanto a la explotación del territorio.