Disposición de Relaves Cementados en Minas Subterráneas

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En el siguiente texto, se analiza el desarrollo la gestión de relaves vía rellenos cementados en minas subterráneas, sus potencialidades y principales aportes en el área de la gran minería.

Autores: Enrique Peragallo R., ingeniero químico industrial de la Pontificia Universidad Católica de Chile, y Sergio Martínez T., ingeniero civil de la Universidad de Chile

En Chile y en el resto del mundo, las limitaciones en el abastecimiento de agua para los procesos mineros y la disposición sustentable de los relaves mineros se han convertido en temas centrales para la viabilidad de este tipo de proyectos.

En efecto, la necesidad de reducir los impactos ambientales de sus actividades y de construir una relación de confianza con las comunidades afectadas, se ha traducido en una necesidad crítica de reducir el consumo de agua y un incremento de las exigencias para la disposición de los relaves mineros, que deben plasmarse en planes de cierre de minas, hoy en día obligatorios en nuestro país.

Esta condición ha impulsado a la industria minera a avanzar en el manejo de alternativas frente a la disposición convencional de los relaves como son: relaves espesados de alta densidad, relaves en pasta y filtrados. Ellos permiten grandes ahorros en el consumo de agua y la reducción de los impactos ambientales asociados a su disposición. Sin embargo, requieren inversiones también significativas.

Una prometedora y cada vez más popular estrategia de gestión de relaves es su disposición como rellenos cementados en minas subterráneas. La disposición de relaves cementados resulta en el incremento de su estabilidad geotécnica, posiblemente en un aumento de su estabilidad geoquímica, junto a una disminución de su potencial de lixiviación.

Comparativamente, el manejo convencional de los relaves en contacto con el aire puede afectar negativamente la calidad del agua del entorno, si es que al tomar contacto con la intemperie se produce drenaje ácido de roca (DAR) y la lixiviación de metales (LM) presentes en el relave.

En contraste, la disposición de relaves cementados puede limitar la lixiviación de los metales por medio de la reducción de la porosidad y su permeabilidad, como así también aportar un medio alcalino que puede limitar el potencial de drenaje ácido de roca y de lixiviación de metales.

En este documento, profundizaremos en la aplicación de la tecnología de relaves en pasta cementados para el relleno de minas subterráneas (cemented tailings mine backfill), considerando que es una aplicación del cemento con un atractivo potencial de desarrollo en la minería mundial. Así también, la disposición superficial de relaves en pasta tiene importantes avances en la actualidad a nivel mundial y, en particular, en aplicaciones en la mediana minería e incipientemente en la gran minería del cobre en Chile.

Sin embargo, la utilización de cemento como adición aglomerante en esos casos no ha sido técnica y económicamente competitiva frente a las alternativas actualmente en uso. Queda planteado, entonces, el desafío del desarrollo de compuestos cementicios aglomerantes que sean competitivos en esta aplicación, especialmente considerando que en Chile tenemos grandes producciones de relaves. En efecto, cualquier proyecto minero nuevo parte por sobre las 30 mil o 50 mil toneladas día de mineral procesado y prácticamente genera la misma cantidad de relaves.

Antecedentes

Los relaves (o cola) son desechos tóxicos, subproductos de procesos mineros, especialmente de la concentración de minerales, siendo usualmente una mezcla de tierra, minerales y rocas finamente molidas que tienen un porcentaje variable de agua.

Los relaves contienen altas concentraciones de químicos y elementos que alteran el medio ambiente, por lo que deben ser transportados y almacenados en «tranques de relaves o embalses», donde lentamente los contaminantes se van decantando en el fondo y el agua es recuperada o evaporada. En tanto, el material queda dispuesto como un depósito estratificado de materiales sólidos finos.

Siendo el manejo de relaves una operación clave en la recuperación de agua y para evitar filtraciones hacia el suelo y las napas subterráneas, hoy en día su almacenamiento es la única opción para disponerlo en forma sustentable. Es por esta razón, que las exigencias para su disposición segura en un horizonte de muy largo plazo (siglos y milenios) cada día se incrementan, habiéndose impuesto en los países desarrollados el concepto de “Instalaciones de Disposición de Relaves” (TSF, Tailings Storage Facilities) que establece los criterios para el diseño, construcción, operación y cierre de estas infraestructuras de contención de los desechos mineros con una visión de manejo integral de su integridad en el tiempo.

Enfocándonos en los relaves en pasta, se puede establecer que una pasta mineral puede ser definida como un sistema coloidal o casi coloidal, que se presenta como un fluido homogéneo, en el cual no ocurre segregación granulométrica de las partículas y que al ser dispuesto suavemente sobre superficies estables, no muestra drenaje significativo de agua. (Araujo et al., 2004; Jewell, 2002). Su fluidez y consistencia durante su disposición pueden ser determinadas mediante técnicas tales como los ensayos de “abatimiento” (slump test) y de “canaleta” (flume test).

En particular, los relaves en pasta utilizados para el relleno de minas, deben ser primeramente espesados para formar la pasta mineral, para luego ser cimentada a través de la adición de pequeñas cantidades de cemento (del orden de 3 a 8% en peso), de forma que se logra alcanzar una adecuada resistencia mecánica. Posteriormente, la pasta debe fluir a través de un ducto con ayuda de la fuerza de gravedad y/o de sistemas de bombeo, para luego ser dispuesta de forma horizontal al efectuar la operación de relleno de la mina subterránea.

En la siguiente imagen, se puede ver una planta de producción de relaves en pasta cementados.

Los rellenos de mina pueden ser agrupados en dos categorías generales: los no-cementados, que incluyen las hidráulicas y las pastas minerales, y los rellenos de mina cementados, que incluyen la adición de agentes aglomerantes tales como cemento portland o mezclas de cemento portland con otras adiciones puzolánicas, cenizas volantes, yeso o escoria de hornos.

Con el relleno de las minas subterráneas se logra incrementar su estabilidad local, lo que trae como consecuencia, un incremento en la seguridad y la eficiencia de las operaciones mineras. Por ejemplo, el relleno con relaves cementados permite la extracción de los pilares mineralizados cuando se emplea el método denominado “túneles y pilares” en la explotación minera. Así también se previene la ocurrencia de derrumbes al interior de la mina. La inclusión de relaves tiene la ventaja adicional de reducir o eliminar la afectación en la superficie asociada a la disposición del relave.

Referencias

La aplicación de relaves cementados como rellenos mineros ha sido utilizada globalmente en numerosas operaciones mineras subterráneas. A continuación, mencionamos algunos ejemplos:

  • BHP Cannington, mina subterránea de Plata, Plomo, Zinc, en Northwest, Australia, opera un sistema de relleno en pasta cementada desde 1997. (Rankine et al., 2001).
  • Stratoni Operations, en sus minas de Plomo, Zinc, Plata Madem Lakkos y Mavres Petres en Grecia, utiliza relleno en pasta cementada desde los 90s. (Newman, 2001, European Goldfields, 2010).
  • Mina de Oro Higginsville, en Western Australia opera una planta de pasta cementada desde el 2009 (Avoca Resources Limited, 2009, Alacer Gold Corp., 2012).
  • Barrick – Porgera en Papúa Nueva Guinea utiliza relleno con pasta cementada en aproximadamente el 10% de los relaves de su operación (Putzmeister, 2012).
  • BHP Olympic Dam, mina de Uranio y Cobre ubicada en Australia, ha usado relleno con pasta cementada para el manejo de una porción de su relave y botaderos (Grice, 1998).
  • Barrick – Goldstrike, mina de Oro ubicada en Nevada, USA, utiliza relleno con pasta cementada desde el 2013.
  • Breakwater Resources – SCM El Toqui, ubicada en Aysén, Chile, mina subterránea de Oro y Zinc, opera un Sistema Integral de Manejo de Relaves en pasta, a través del cual una parte se utiliza como pasta cementada para el relleno de la mina subterránea.
  • Minsur – Unidad Minera San Rafael, ubicada en el departamento de Puno, Perú, mina subterránea de Estaño, utiliza relleno con pasta cementada en su disposición de relaves como relleno de la mina.

La aplicación de relleno con relaves en pasta cementada presenta los siguientes beneficios:

  • El relave se almacena bajo tierra y reduce el impacto en la superficie. Esta condición es más amigable con el medioambiente, ya que los suelos superficiales no requieren ser utilizados como áreas de disposición de residuos mineros, ya que tienen problemas asociados a la generación de polvo, impacto visual, contaminación de los cursos de agua superficiales/subterráneos y riesgos de inundación asociados a una posible falla estructural de los tranques de relave.
  • Se reduce el consumo de agua del proceso en comparación con la disposición convencional de relaves.
  • Cuando se utiliza el método de explotación minero denominado “túneles y pilares”, estos últimos pueden ser explotados en el caso de contener minerales de interés.
  • El relleno de las galerías subterráneas ayuda en el soporte estructural de la mina.
  • Reduce el riesgo de explosión de roca, debido a que las presiones en la roca no están concentradas en los pilares y soportes de la mina.
  • Mejora el circuito de ventilación en la mina.
  • Previene caídas del techo de la mina ante las tronaduras.
  • El aglutinante ayuda a minimizar la contaminación de las aguas subterráneas.
  • Se reduce el desarrollo de Drenaje Ácido de Roca (RAD).

La factibilidad técnica y económica de aplicar este método se evalúa caso a caso y es cada vez más frecuente en los países con normativas ambientales con mayores exigencias.

Finalmente, el uso de los rellenos con relaves en pasta cementada presenta una oportunidad de colaboración entre la industria minera y la industria cementera en pos del desarrollo sustentable de la minería en Chile.

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