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Fraccionamiento geoquímico de efluentes mineros
y mitigación del manganeso en minería
Geochemical fractionation of mining effluents
and manganese mitigation in mining
Recibido: 25 de agosto de 2025 | Revisado: 14 de septiembre de 2025 | Aceptado: 10 de diciembre de 2025
Atilio Mendoza Apolaya
1
1 Escuela Universitaria de Posgrado – Universidad Nacional Federico Villarreal. Lima, Perú
Correo: amendoza@uni.edu.pe
https://orcid.org/0000-0001-6790-0458
https://doi.org/10.62428/rcvp2025422078
Abstract
The objective was to optimize economic recovery in the treatment of acidic mining waste effluents. Their metallic components were
fractionated through geochemical processes, utilizing their physicochemical properties and stability of the elements Fe
+3
, Mn
+4
, and Zn+
2
,
converting them from liquid to solid phases, controlling the pH with a saturated solution of lime and sodium sulfide. Sludges with economic
values for iron, manganese, and zinc were obtained; Mn
+2
was also removed by oxidation with chlorine to its solid phase. All of the above was
used to design a plant for its mitigation and to meet water quality standards and achieve economic, social, and environmental sustainability.
Keywords: Acid drainage, geochemical fractionation, mitigation, environmental sustainability.
Resumen
El objetivo fue optimizar la recuperación económica en el tratamiento de efluentes ácidos de residuos mineros. Se fraccionaron sus componentes
metálicos por procesos geoquímicos utilizando sus propiedades físico-químicas y estabilidad de los elementos Fe
+3
, Mn
+4
y Zn
+2
pasando de
fases líquida a sus fases sólidas controlando el pH con solución saturada de cal y sulfuro de sodio. Se obtuvo lodos con valores económicos
en hierro, manganeso y zinc; asimismo la remoción del Mn
+2
por oxidación con cloro hasta su fase sólida. Todo lo anterior sirvió en diseñar
una planta para su mitigación y cumplir con los estándares de la calidad del agua y lograr la sostenibilidad económica, social y ambiental.
Palabras clave: Drenaje ácido, fraccionamiento geoquímico, mitigación, sostenibilidad ambiental.
Este artículo es de acceso abierto distribuido bajo los terminos y condicionesde la
licencia Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International
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Introducción
La presente investigación estudia el fraccionamiento o separación de los elementos metálicos económicos
como Fe, Mn y Zn de un efluente líquido ácido; ya que lo clásico que se realiza es una neutralización total con
cal (Aduvire et al. 2006), obteniéndose grandes volúmenes de lodos complejos cuya disposición ocupa mucho
tratamiento, espacio y drenajes críticos de controlar; respecto a trabajos similares son muy escasos en las
publicaciones conocidas Adrianto et al. (2023).
Aduvire (2006), Santofimia et al. (2022) y Han et al. (2023) consideran los procesos convencionales la
incorporación de agentes alcalinizantes principalmente cal hidratada, caliza triturada, soda cáustica, carbonato
sódico o amoníaco para neutralizar la acidez y establecer las condiciones necesarias que permitan la precipitación
de metales pesados.
Gonçalves et al. (2024), indican que la industria minera es una de las mayores fuentes de preocupación
ambiental a nivel mundial. Yan et al. (2022) y Du et al. (2022) explican que el drenaje ácido de minas (AMD) es un
problema global y causa impactos ambientales dañinos. AMD tiene alta acidez y contiene una alta concentración de
metales pesados y metaloides, lo que lo hace tóxico para plantas, animales y humanos.
Thomas et al. (2022) y Sarker et al. (2023) establecen que el drenaje ácido minero (DAM), residuo resultante
de las operaciones extractivas caracterizado por su contenido de sulfatos, hierro y metales pesados, constituye un
factor crítico para la salud pública y el desarrollo sustentable.
Hermassi et al. (2022) enfatizan que el drenaje ácido de mina (DAM) todavía se considera uno de los
mayores desafíos de sostenibilidad minera debido a los grandes volúmenes de residuos generados y el elevado coste
de tratamiento asociado. Jiménez et al. (2023) explican que las aguas subterráneas contaminadas son un problema
grave en los países desarrollados. Tum et al. (2022) en la provincia de Mondulkiri, describen que, en Camboya, los
mineros artesanales de oro vierten relaves y aguas residuales del procesamiento de oro en un afluente del río Prek
Te. Durante el período pluvial, las concentraciones de metales pesados en el efluente se reducen mediante procesos
de atenuación natural hasta alcanzar valores inferiores a los estándares establecidos por la Organización Mundial de
la Salud para agua de consumo humano; sin embargo, esto no ocurre en condiciones secas.
Adrianto et al. (2023) señalan que recientemente ha aumentado el interés hacia el reprocesamiento de
residuos mineros, proceso dirigido a extraer materiales de valor. Pincetti-Zúniga et al. (2022) indican que los medios
de vida de los ciudadanos de los valles agrícolas rurales de la árida Región de Arica y Parinacota, más al norte
de Chile, dependen en gran medida del agua procedente de las precipitaciones a gran altura y de la escorrentía
hacia zonas de menor elevación. No obstante, las concentraciones elevadas de arsénico, boro y otros elementos
potencialmente tóxicos afectan la calidad hídrica.
Xu et al. (2023) y Heim et al. (2023) indican que los minerales de óxido de manganeso (Mn) naturales a
menudo se forman por oxidación microbiana de Mn (II), lo que resulta en fases de óxido de Mn (III/IV) nanocristalinas
con alta reactividad que pueden influir en la absorción y liberación de muchos metales (por ejemplo, Ni, Cu, Co y
Zn).
Visto lo anterior, el objetivo es optimizar la recuperación económica en el tratamiento de efluentes ácidos
de residuos mineros.
Materiales y métodos
El tipo de diseño fue experimental. Se aplicó un fraccionamiento secuencial sistemático del efluente minero
ácido para obtener metales económicos utilizando un reactor y un clarificador para cada elemento separado y lograr
al final agua tratada de calidad para los cuerpos receptores, dentro del marco de la sostenibilidad ambiental.
Para desarrollar el estudio se realizó primeramente una caracterización de los parámetros y componentes
del efluente ácido de mina utilizando potenciómetros para medir el pH, conductividad de Takeno et al. (2005),
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2
pruebas de separación utilizando principalmente soluciones de cal y de sulfuros; teniendo en cuenta los diagramas
de estabilidad y datos termodinámicos de los elementos a ser separados.
Los instrumentos utilizados corresponden a equipos para operaciones unitarias en agitación, floculación y
sedimentación; análisis espectral en la identificación y cuantificación de elementos del proceso de fraccionamiento
orientados por fichas de tablas de estabilidad físico-química y termodinámicas respecto a posibilidades de ocurrencia
de reacciones químicas; asimismo, fichas de estándares de calidad de agua.
• Etapa 1: Seleccionar drenajes ácidos de unidades mineras que utilizan el método clásico de neutralización con
cal, floculación y sedimentación con disposición final de lodos totales ocupando grandes áreas.
• Etapa 2: Analizar las muestras a fin establecer un fraccionamiento o separación sistemática de metales de
importancia en la sostenibilidad ambiental; asimismo conocer los caudales.
Para el fraccionamiento geoquímico de efluentes mineros se utilizó el principio del producto de solubilidad
Kps, que determina las condiciones requeridas para la formación de fases sólidas en medio acuoso. Esta formación
ocurre cuando el producto de la concentración iónica Q en solución supera el valor de la constante del producto de
solubilidad Ksp, cumpliendo la relación (Ksp/Q) <1, lo que permite el fraccionamiento controlado de iones desde
la solución hacia una fase sólida.
Asimismo, la utilización de los diagramas de estabilidad metálica en función del pH y potencial redox Eh
para implementar mecanismos de acondicionamiento en intervalos específicos, logrando la formación de fases
sólidas que faciliten su eliminación mediante procesos de separación sólido/líquido como se indica en los diagramas
del hierro y del manganeso.
• Etapa 3: Formulación del proceso secuencial de innovación para el fraccionamiento en base a las propiedades
de estabilidad físico-química y termodinámica de los metales seleccionados.
El proceso de remoción del manganeso de un efluente seleccionado incluye un proceso de oxidación del
manganeso con cloro seguido de un ajuste del pH en medio alcalino a fin de coprecipitarlo con hidróxido de hierro.
Cuando el cloro es adicionado al agua ocurre la siguiente reacción reversible:
Cl
2
+ H
2
O → HClO + HCl
La solución resultante contiene cantidades equimolares del ácido débil hipocloroso y el ácido fuerte de
ácido clorhídrico.
La oxidación del manganeso ocurre según la reacción:
2HClO + Mn
+2
→ MnO + 2HCl
El procedimiento para el desarrollo del fraccionamiento de metales de drenajes ácidos y remoción del
manganeso es según Hernández-Sampieri et al. (2014):
• Etapa 4: Selección del reactor, agitador, reactivos y sensores a utilizar durante el proceso experimental de
fraccionamiento para un determinado volumen de drenaje ácido.
• Etapa 5: Desarrollo de pruebas experimentales a fin de optimizar la eficiencia del proceso.
• Etapa 6: Separaciones sólido/líquido, donde el sólido es la fracción de uno de los metales separados y el
líquido contiene otro metal a ser separado hasta el final, donde se tiene el agua tratada.
• Etapa 7: Análisis cuantitativo por métodos espectrométricos de los componentes de las fases sólidas y líquidas.
• Etapa 8: Balance de masas de los metales recuperados.
• Etapa 9: Diseño de planta piloto para recuperación en continuo de metales incluyendo un reactor con agitador
y clarificador para la separación de cada metal.
• Etapa 10: Discusión de proceso, conclusiones y recomendaciones.
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Resultados
El fraccionamiento de un efluente ácido en pH 1.5 con 1,432 mg/L de hierro se realiza en un reactor
con 2 litros en agitación controlada a 250 revoluciones por minuto (RPM) (Figura 1) con adición del álcali de
neutralización, floculación y sedimentación y control del pH y Eh; a fin de controlar los factores físico-químicos.
Figura 1
Efluente minero inicial
Fraccionamiento del hierro
Adicionando solución de cal al 10% hasta pH 5 y luego la adición de floculante magnafloc al 0.05% seguido
de una sedimentación. En la Figura 2 se muestra la separación del hierro en función del pH y en la Figura 3 la
fracción de hierro separado.
Figura 2
Separación del hierro en pH 5
Figura 3
Fracción de hierro separado
Fraccionamiento del manganeso
Aumentado el pH con agitación a 250 RPM, se inicia la precipitación entre 8.5 y 9.5 de pH, lográndose la
separación del manganeso. En la Figura 4 se muestra la separación de manganeso a pH 9 y en la figura 5 la fracción
de manganeso separado.
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Figura 4
Separación de manganeso a pH 9
Figura 5
Fracción de manganeso separado
Fraccionamiento del zinc
Separación del zinc como sulfuro de zinc por adición de sulfuro de sodio en pH 5 (ZnSO
4
+ Na
2
S → ZnS
+ Na
2
SO
4
). En la Figura 6 se muestra la reacción del Zn con sulfuro y en la Figura 7 muestra la separación del Zn
como ZnS.
Figura 6
Reacción del Zn con sulfuro
Figura 7
Separación del Zn como ZnS
Tabla 1
Balance de fraccionamiento del Fe, Mn y Zn
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Figura 8
Recuperación de Zn, Fe y Mn en TM por día
Para la remoción del manganeso el proceso comprende la adición de cloro para oxidación del manganeso,
un ajuste del pH con cal, un floculante y luego sedimentación, lo cual se indica en siguiente diagrama de flujo.
Figura 9
Separación del manganeso de efluente por
acción del Cl
2
El diseño de la planta comprende la entrada del efluente, seguido de una dosificación de cloro, luego solución
de cal y adición de floculante a través de una canaleta con pantallas para mezcla con los dosificantes e ingreso a una
poza de sedimentación con un punto de control de calidad en el canal de salida.
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Figura 10
Planta de remoción de manganeso – en zona de relavera
Discusión
El fraccionamiento geoquímico de efluentes mineros corresponde a una serie de procesos físico-químicos
secuenciales a fin de obtener fracciones independientes de metales como el caso del hierro, manganeso y zinc; los
dos primeros como hidróxidos y el tercero como sulfuro; diferente a los métodos experimentales convencionales de
obtener un lodo final constituido por una mezcla de material con usos muy restringidos; mostrándose en la Tabla 2
la recuperación por día.
Tabla 2
Recuperación por día de los elementos
El fraccionamiento geoquímico de un efluente nos lleva a una disminución de los residuos y a condiciones
de sostenibilidad ambiental por el valor económico asociado a cada fracción de elemento independiente; asimismo,
una menor área para disposición de residuos.
Los resultados del fraccionamiento de efluentes ácidos que permiten separar el hierro, manganeso y zinc
nos permite inducir el desarrollo de un proceso de fraccionamiento en continuo utilizando el efluente ácido como
materia inicial y un conjunto de reactores y clarificadores que nos permitan separar productos A, B y C como se
indica en la Figura 11, obteniéndose un efluente final controlado lo cual llevaría a una sostenibilidad ambiental y
preservación de ecosistemas.
El diseño del proceso depende fundamentalmente de las características del efluente que se genera durante
el desarrollo de la operación minera, lo cual estaría relacionado al tipo de yacimiento mineral.; así podríamos tener
fraccionamientos Fe y Cu o Fe,Cu, Mo, etc.
Los diagramas de pH versus Eh (potencial redox) son de importancia a fin de orientar la transición para
pasar de una fase acuosa a una fase sólida donde se recupera el metal como hidróxido o sulfuro.
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Figura 11
Planta de remoción de manganeso – en zona de relavera
Durante el proceso de separación de una fase líquida del sólido con el metal hemos utilizado una bomba
peristáltica, para pasar la fase líquida remanente a otro reactor; esto nos permite desarrollar un proceso secuencial a
una escala piloto; siendo a escala de planta un reactor y un clarificador que permite una separación sólido/líquido a
gran velocidad.
Otro aspecto de importancia es que podemos utilizar diferentes sustancias que reaccionen específicamente
con el elemento que deseamos separar verificado por las condiciones termodinámicas; siendo un ejemplo muy
interesante la separación del zinc donde utilizamos sulfuro de sodio a fin de precipitar sulfuro de zinc equivalente a
la esfalerita.
Los efluentes mineros de drenajes ácidos investigados corresponden a sistemas acuosos con predominancia
de cationes como hierro, manganeso, zinc y aniones principalmente sulfatos relacionados al tipo de yacimiento
donde han ocurrido la hidrólisis y oxidación de los sulfuros, es necesario verificarlo durante la caracterización
inicial del efluente.
El manganeso ocurre comúnmente en los efluentes como Mn
+2
por lo cual requerimos oxidarlo con aire
durante la agitación para pasarlo a Mn
+4
en la etapa de neutralización, lográndose pasarlo a un fase sólida en un pH
de 10 o mayor y luego el efluente residual hay que disminuir el pH para cumplir con la normatividad ambiental;
sin embargo en la investigación realizada logramos innovar haciendo una oxidación con cloro; lo cual nos permite
precipitarlo en el rango del pH de la normatividad ambiental.
El análisis del costo/beneficio del fraccionamiento se ilustra en la Tabla 3 siguiente para los casos del zinc,
hierro y manganeso; donde los beneficios son mayores que los costos.
Tabla 3
Balance de costo / beneficio de la recuperación
Los costos de planta, reactivos, operatividad, energía y otros serían del orden del 60% quedando un 40%
para usos en sostenibilidad ambiental.
Los valores de abundancia normal geoquímica de elementos en rocas, sedimentos y aguas permiten
establecer un marco referencial respecto a las anomalías antropogénicas generadas por la actividad minera; lo cual
se ha demostrado en base a trabajos relacionados a impactos ambientales y planes de mitigación.
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Conclusiones
Se evaluó el fraccionamiento físico-químico de drenajes ácidos y se demostró que influye positivamente
en la sostenibilidad ambiental minera al recuperar metales con valores económicos y disminuyendo las zonas para
disposición de residuos que permiten preservar los ecosistemas y cuerpos receptores.
1. El fraccionamiento del drenaje ácido se logra con variaciones químicas selectivas del pH en la solubilidad
de los elementos utilizando cal y sulfuro de sodio que permite la separación del Fe, Mn y Zn (Tabla 3); en un
proceso que utiliza reactores y clarificadores en forma secuencial.
2. El fraccionamiento geoquímico de los efluentes mineros y la mitigación del manganeso influyen en la
disminución física de las zonas de disposición para la acumulación de residuos lodosos (Tabla 1) eliminando
impactos ambientales sobre los ecosistemas.
3. Se cuantifica el balance de masa de los residuos obtenidos por los procesos clásicos de neutralización y los
procesos de fraccionamientos del drenaje acida, disminuye a un orden del 10%; lo cual lleva a utilizar áreas
pequeñas para la disposición de los residuos finales; asimismo permite recuperar valores de zinc, hierro y
manganeso obtenidos al final del proceso correspondiendo a recuperaciones del 95%, 92% y 90% (Tabla 1)
necesarios para uso industrial. La mitigación del manganeso se realiza utilizando cloro como oxidante del
manganeso que permite optimizar la remoción del manganeso y diseñar plantas para su tratamiento. Los
costos de remoción del manganeso son del orden de 0,06 $/m3, disminuyendo su valor en época de estiaje.
4. Se determina que la sostenibilidad ambiental permite disminuir los costos de tratamiento de efluentes ácidos
por la adición de metales recuperados que aumentan los valores (Tabla 3) en la comercialización de los
metales y cumplir con los estándares de calidad ambiental.
Recomendaciones
• Se requiere diseñar una planta con una serie de reactores con agitación y clarificadores en serie que permitan
acondicionar y separar las fracciones metálicas del efluente ácido minero en continuo.
• Durante el acondicionamiento puede utilizarse caliza en malla -200 que permite llevar el pH hasta 5; lo cual
llevaría a una disminución del consumo de cal.
• Emplear solución saturada de cal para optimizar el control en la separación de hierro y manganeso.
• La aireación mediante agitación facilita la oxidación del Mn
+2
a Mn
+4
; no obstante, es posible acelerar esta
cinética mediante la utilización de H2O2.
• La cinética de oxidación del Mn+2 utilizando cloro permite remover el manganeso como MnO2 en el rango
de pH entre 8.5 y 9.0 utilizando cal seguido de una floculación y sedimentación que nos permite descargar el
efluente tratado a los cuerpos receptores cumpliendo con los criterios de calidad ambiental que permiten la
preservación de los ecosistemas.
• Implicancias en el desarrollo de las comunidades aledañas por el aumento del índice de desarrollo humano
relacionado a la salud, educación y economía.
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