Vol. 28 (2026): Publicación continua
Original articles

Mining Sludge Treatment System Using Natural Flocculants in Small-Scale Artisanal Mining in the North of the Puno Region

Luis Gerardo Morales Morales
Universidad Nacional del Altiplano, Puno, Perú
Javier Mamani Paredes
Universidad Nacional del Altiplano, Puno, Perú
Milton Quispe Quispe
Universidad Nacional del Altiplano, Puno, Perú

Published 2026-05-25

Keywords

  • contamination from tailings,
  • flocculants from mining sludge,
  • management of mining tailings,
  • reuse of mining sludge,
  • treatment of tailings

How to Cite

Morales Morales, L. G., Mamani Paredes, J., & Quispe Quispe, M. (2026). Mining Sludge Treatment System Using Natural Flocculants in Small-Scale Artisanal Mining in the North of the Puno Region. Revista De Investigaciones Altoandinas - Journal of High Andean Research, 28, e28769. https://doi.org/10.18271/ria.2026.769

Abstract

Small-scale artisanal mining in northern Puno faces environmental challenges due to the generation of mining sludge, and it is necessary to evaluate the effectiveness of natural flocculants as a sustainable alternative for its treatment. The objective of this research was to determine whether natural flocculants can be an effective solution to reduce mining sludge and improve industrial water quality. The methodology employed was experimental, using quantitative data to evaluate the effectiveness of natural flocculants in reducing mining sludge. The results obtained showed that natural flocculants such as bentonite significantly reduced the concentration of mining sludge and improved the quality of water for industrial use, when the sludge pH is adjusted to the specific optimum range of the flocculant it will have a positive impact on all environmental levels, it is evident that bentonite surpassed the conventional method in clarity of the supernatant (82 % vs. 65 %) and reduction of suspended solids (90-110 mg/l vs. 180-220 mg/l), in addition to reducing chemical contaminants (78-85 %) and heavy metals (82-90 %). Neutral pH (7) optimized treatment efficiency, reaching 80 % removal, with significant differences according to ANOVA (p < 0,05). The system reduced sludge volume by 76 % and costs by 84,62 %, improving operator satisfaction and environmental compliance, positioning bentonite as an effective and sustainable solution for small-scale artisanal mining. In conclusion, the use of natural flocculants is a promising alternative for treating mining.

References

  1. Ali, M. E. M., Moniem, S. M. A., Hemdan, B. A., Ammar, N. S., & Ibrahim, H. S. (2022). Innovative polymeric inorganic coagulant-flocculant for wastewater purification with simultaneous microbial reduction in treated effluent and sludge. South African Journal of Chemical Engineering, 42, 127–137. https://doi.org/10.1016/j.sajce.2022.08.005
  2. Anticoi Sudzuki, H. F., Alfonso Abella, M. P., Garcia Valles, M., Hoffmann Sampaio, C., Oliva Moncunill, J., Bascompta Massanes, M., & Martínez Alcalá, A. (2023). Aprovechamiento de residuos mineros para la fabricación de nuevos materiales. Libro de Resúmenes del XV Congreso Internacional de Energía y Recursos Minerales, 1–9. http://hdl.handle.net/2117/400396
  3. Antón Pacheco, C. (2018). Actuaciones para el reconocimiento y retirada de los lodos depositados sobre el terreno, y su restauración edáfica y morfológica. Boletín Geológico y Minero, 112. https://catalogobiblioteca.ingemmet.gob.pe/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=1121
  4. Araya, N., Ramírez, Y., Cisternas, L. A., & Kraslawski, A. (2021). Use of real options to enhance water-energy nexus in mine tailings management. Applied Energy, 303, 117626. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.117626
  5. Aróstegui Castro, A. M. (2019). Identificación de factores que afectan la producción a tajo abierto [Tesis de maestría, Universidad Nacional de Ingeniería]. http://hdl.handle.net/20.500.14076/18197
  6. Castillo, C., Fawell, P., & Costine, A. (2023). Optimising the activity of acrylamide-based polymer solutions used to flocculate mineral processing tailings suspensions – A review. Chemical Engineering Research and Design, 199, 214–237. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2023.10.001
  7. Charapaqui Anccasi, J. (2019). Dosificación de coagulantes y floculantes para la remoción de sedimentos del agua en el embalse Cuchoquesera, Ayacucho [Tesis de maestría, Universidad Nacional Agraria La Molina]. https://hdl.handle.net/20.500.12996/4158
  8. Cojbasic, S., Turk Sekulic, M., Pap, S., Taggart, M. A., & Prodanovic, J. (2024). Nature-based solutions for wastewater treatment: Biodegradable freeze-dried powdered bio-flocculant. Journal of Water Process Engineering, 65, 105863. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2024.105863
  9. Figueroa Maguiña, E. S. (2022). Programa de fiscalización para mejorar la seguridad y salud ocupacional en la pequeña minería de la Dirección Regional de Energía y Minas de Áncash - año 2021 [Tesis de grado, Universidad Nacional Santiago Antúnez de Mayolo]. https://hdl.handle.net/20.500.14593/5440
  10. García. (2023). El aprovechamiento de residuos mineros para la fabricación de nuevos materiales. Libro de Resúmenes del XV Congreso Internacional de Energía y Recursos Minerales, 1–9. http://hdl.handle.net/2117/400396
  11. Huaranga Moreno, F. R., Rodríguez Rodríguez, E. F., Méndez García, E. F., & Bernuí Paredes, F. (2021). Especies bioindicadoras de contaminación por relaves mineros en el Sector Samne, La Libertad-Perú, 2021. Arnaldoa, 28(3), 633–650. http://www.scielo.org.pe/scielo.php?pid=S2413-32992021000300633&script=sci_abstract
  12. Javaheri, V., Porter, D., & Kuokkala, V.-T. (2018). Slurry erosion of steel – Review of tests, mechanisms and materials. Wear, 408–409, 248–273. https://doi.org/10.1016/j.wear.2018.05.010
  13. Luna Córdova, H. J. (2017). Implementación del plan nacional de formalización minera artesanal en el Perú [Tesis de maestría, Universidad Nacional de Ingeniería]. http://hdl.handle.net/20.500.14076/13425
  14. Luque Poma, G., Pari Pinto, W., & Dueñas Olivera, K. L. (2021). Peligro geológico en la región Arequipa. INGEMMET, Boletín, Serie C: Geodinámica e Ingeniería Geológica. Instituto Geológico, Minero y Metalúrgico - INGEMMET, 83, 300. https://hdl.handle.net/20.500.12544/3160
  15. Malone, A., Figueroa, L., Wang, W., Smith, N. M., Ranville, J. F., Vuono, D. C., Alejo Zapata, F. D., Morales Paredes, L., Sharp, J. O., & Bellona, C. (2023). Transitional dynamics from mercury to cyanide-based processing in artisanal and small-scale gold mining: Social, economic, geochemical, and environmental considerations. Science of The Total Environment, 898, 165492. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.165492
  16. Manrique, H., & Sanborn, C. (2021). La minería en el Perú: balance y perspectivas de cinco décadas de investigación. Fondo Editorial Universidad del Pacífico.
  17. MINEM. (2024). Dirección Regional de Energía y Minas Puno - MINEM mineros formalizados - 2024. https://www.gob.pe/minem
  18. Moreno-González, R., Macías, F., Meyer, A., Schneider, P., Nieto, J. M., Olías, M., & Cánovas, C. R. (2023). Life cycle assessment of management/valorisation practices for metal-sludge from treatment of acid mine drainage. Environmental Impact Assessment Review, 99, 107038. https://doi.org/10.1016/j.eiar.2023.107038
  19. Onofre Aquino, E. F. (2019). Propuesta técnica de gestión ambiental sostenible para el aprovechamiento de lodos que provienen de las plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas en campamentos mineros del Perú [Tesis de maestría, Pontificia Universidad Católica del Perú]. http://hdl.handle.net/20.500.12404/13374
  20. Orozco Yacumal, A. M., & Serna Anacona, Y. M. (2023). Elaboración de bloques de concreto para encapsular el mercurio contenido en lodos residuales de la mina artesanal aurífera Curiaco del municipio de Santa Rosa - Cauca [Tesis de maestría, Universidad Autónoma de Cauca]. http://repositorio.uniautonoma.edu.co:8080/xmlui/handle/123456789/825
  21. Phiri, C., Shimazui, D., Otake, T., Kikuchi, R., Chintu, I., Chirwa, M., Kalaba, L., Nyambe, I., & Sato, T. (2021). Geochemical behaviour of heavy metals in sludge effluents and solid deposits on the Zambian Copperbelt: Implication for effluent treatment and sludge reuse. Science of The Total Environment, 769, 144342. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.144342
  22. Quispe Aquino, R. (2020). Evaluación de mercurio en relaves mineros auríferos y sus efectos ambientales en suelos domiciliarios del centro poblado de Secocha [Tesis de doctorado, Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa]. http://hdl.handle.net/20.500.12773/11771
  23. Romero Zegarra, K. I. (2017). Proceso de formalización minera: políticas ambientales y respuestas del sector minero informal a pequeña escala en el poblado Fortuna de Laberinto, Madre de Dios 2012 - 2014 [Tesis de maestría, Pontificia Universidad Católica del Perú]. http://hdl.handle.net/20.500.12404/9349
  24. Rueda Berlanga, C. R. (2019). Determinación de riesgos ambientales producidos por la actividad minera en el distrito de Oyolo, región Ayacucho, 2017 [Tesis de maestría, Universidad Católica de Santa María]. https://repositorio.ucsm.edu.pe/handle/20.500.12920/8900
  25. Torres, S. M. A., Castro, J. D. C., & Botero, M. A. G. (2021). Alternativas de aprovechamiento de residuos de la industria minera de El Bajo Cauca Antioqueño en el sector de la construcción. Revista EIA, 18(36), 5–5. https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=8025659
  26. Velasco Ambuila, E. (2021). Evaluación ecotoxicológica en lodos contaminados con mercurio y/o cianuro producidos en el beneficio de oro en Suárez - Cauca por medio de procesos biológicos [Tesis de maestría, Universidad Autónoma del Cauca]. http://repositorio.uniautonoma.edu.co:8080/xmlui/handle/123456789/345
  27. Villon Mariluz, J. A. (2023). Gestión ambiental y contaminación por relaves mineros en la cuenca del Huascarán-Áncash, 2022 [Tesis de maestría, Universidad César Vallejo]. https://hdl.handle.net/20.500.12692/109282
  28. Vito Huamani, K. L., & Yarcuri Huayanay, S. W. (2024). Tratamiento de extracción ácida para la recuperación de metales pesados (Hg, Pb y Cd) proveniente de pasivos mineros, 2023 [Tesis de grado, Universidad César Vallejo]. https://hdl.handle.net/20.500.12692/145066
  29. Yin, S., Hou, Y., Yang, S., & Chen, X. (2022). Study on static and dynamic flocculation settlement characteristics of fine tailings slurry and influence of flocculant on strength of fine tailings backfill. Case Studies in Construction Materials, 17, e01525. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01525
  30. Zapana Mestas, L. P., Ríos Pita Diez, J. A., & Canales Quispe, J. J. (2020). Factores que intervinieron en el resultado del proceso de formalización de la minería a pequeña escala en la región de Puno entre los años 2012-2016. Escuela de Postgrado GERENS. https://hdl.handle.net/20.500.12877/53